电气工程师是如何从纸面草图转向 3d

2018-05-18

逐步演变还是彻底革命?

电气设计的新天地


电气工程师是如何从纸面草图转向 3D 的

过去 260 年来,我们照亮每个家庭、提供商业电力的方式发生了巨大变化。蜡烛换成了灯泡,超级计算机淘汰了算盘,硒晶片也被高能效的太阳能面板所取代。现在的新一代产品更是可以连接至互联网,借以改善我们的生活品质,例如智能家电、健康监测器和智能垃圾桶。这些创新反映了科技思维的进步,并且促使工程师们改进设计日益复杂的电气系统的方法。本文描述了形成电气设计历史的一些关键(甚至是离奇)时刻,以及 SOLIDWORKS® lectrical3D™ 如何占据新一代技术的前沿位置。


1752 年:风筝可以引下闪电?

本杰明·富兰克林是一位发明家、作家和政治家,但同时也是一位工程师,他靠着手绘草图就开发出了电气系统。他最为出名的成就是什么?证明了闪电其实就是电力。

据历史记载,1752 年 6 月,本杰明·富兰克林将一只连有钥匙的自制风筝飞上了天。他记录道:“当雷雨云飘过来盖住风筝时,风筝线会立即从云中导出电火花,然后风筝和整个线圈都会通电。”听上去有点像在编故事,但是富兰克林证明了自己的理论。


1879 年:门洛帕克的小魔术

继承富兰克林留下的知识财富,托马斯·阿尔瓦·爱迪生(被人称为“门洛帕克奇才”)获得了 1,000 多项专利。1879 年,他发明了电灯泡。这款灯泡比以前更加持久,采用的是碳化棉线灯丝。

爱迪生还对电气设计作出了其他一些巨大贡献,包括电站系统(现在称为通用电气),并且其原理图一直被用作多方选用的规划工具。

尽管爱迪生是一位真正的科技天才,但他并非总是如此完美:为了试图证明交流 (AC) 电源的危险性,他曾经电死过宠物,一匹马和一头大象。他在竞争中败下阵来,尼古拉·特斯拉的交流感应电动机更胜一筹,帮助实现工厂机械化并为家用电器提供电力。

但是,这一轶事(老实说有点恐怖)很难掩盖爱迪生一生的光辉。他随后继续发明了留声机、电影、蓄电池等等,改善着一代代美国人的生活。


1907 年:真空管

在整个二十世纪,电气工程师们都使用着原理图来表示收音机、医疗设备和计算机等日益复杂的系统。1907 年,李·德·弗雷斯特发明了三极管,从而可以使用一根三电极真空管(世界上第一根三极管)来传递和放大清晰可辨的声音,例如人声。

1929 年:机器产生极高电压

1929 年,基于物理连接的布线图开始进入电气工程领域,当时阿拉巴马州本地人罗伯特·杰米森·范德格拉夫造出了第一款可正常工作的静电加速器。其用途在于:实现粒子加速、使原子核分裂,从而揭开单个原子的奥秘。范德格拉夫的发明被广泛应用于科学课堂,并为未来的电气研究铺平了道路。

1947 年:晶体管的变迁

原理图再次实现进化,电气工程师们开始根据逻辑连接来创建原理图。重大突破出现在 1947 年,约翰·巴丁、瓦尔特·布拉顿和威廉肖克利在贝尔实验室合作展示了可以放大或切换电信号的晶体管。半导体实现了两个金触点和一块锗晶体的配对,代表着笨重真空管的升级换代。


1977 年:进入数字时代!

二十世纪七十年代后期,定位和步路等功能在自动物理电子设计自动化 (EDA) 中得到应用,标志着数字原理图的诞生。贝尔实验室与 IBM 和 RCA 等公司联手,开发出了在大型机或 8 位微型计算机上操作的先进工具。1977 年,超微型技术为设计提供了巨大的存储空间。


如今:进入新时代

数十年以来,各家公司一直在开发着同时拥有机械和电气零部件的产品。机电产品的传统开发流程必须顺序完成电气部分和机械部分的设计,因而设计周期极长;如果不同的小组对同一要素使用不同的名称,还会造成不连续。使用的电子表格过多,也很难保持材料明细表(BOM) 的准确性。电气设计部分完成之后,通常就会转交给机械设计团队,后者完成自己的设计部分之后,当然就需要解决如何将电气部分纳入产品当中的问题,此时就会制造物理原型,然后由设计人员拿出线球或卷尺来决定如何布线。现在有了功能强大的软件设计工具,如果依然采用低技术含量的方法将电气和机械设计部分集成到一起,未免就会沦为笑话了。可以预计,这种方法有可能会造成生产流程、产品文档和 BOM 中出现许多错误,并且导致延迟。

过去几年来,事情有了一点进展。2012 年,电气原理图进入了三维时代,SOLIDWORKS 针对 Windows 推出了功能强大、价格适中的 3D 电气 CAD 软件,将本杰明·富兰克林所推崇的逻辑连接与当今构建 3D 物理连接的需求结合在

了一起。

使用 SOLIDWORKS Electrical 软件,您可以轻松地设计电气原理图,并将逻辑原理图转换为可纳入整体设计的 3D 物理模型。SOLIDWORKS Electrical 3D™ 与 SOLIDWORKS 3D CAD 建模软件集成,帮助在 3D 模型内实现双向、实时的电气零部件集成,从而保持设计同步并提供准确的 BOM。这样,整个工程开发团队就可以同时针对一个项目开展协作,不仅能生成更集成的设计,还能降低项目成本并缩短上市时间。

集成 SOLIDWORKS 解决方案对机电设计的另一大好处在于,它可以按照真实条件(例如热应力或物理振动)来分析或模拟整个模型的操作,这些都不需要制造物理原型。这似乎已经成为了一种“常识”(如果富兰克林能够活到今天,即使是他也会大为赞叹)。

从灯泡到智能垃圾桶,从餐巾纸上的手写笔记到 3D 建模,有一件事非常明确:电气设计已经进入了新的时代。




                             

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