可持续工程设计:减少材料浪费

《从地球到月球》迷你剧《蜘蛛》一集中的一个特殊时刻定义了我的工程学。宇航员吉姆·麦克迪维特和格鲁曼公司首席工程师汤姆·凯利正在观察新完成的登月舱“蜘蛛”。一个说:“这不是很漂亮吗?另一个说:“是的。”

大多数人认为LM看起来像一个bug。

凯利和他的团队决定从不同的角度设计登月舱。登月舱只在太空中飞行;该项目的5万份技术文件中没有一份涉及空气动力学。

发生了设计更改。早期登月舱的设计从一个重2.2万磅、有座位和四个大气泡窗的两级原型，变成了一个相当简单、重量很轻的版本，有两个更小、节省成本和重量的窗户，没有座位，还有四个而不是五个着陆垫。

工程和设计工作手拉手

登月舱是工程学的最佳缩影。工程师们研究早期的设计问题，并应用科学和数学原理来响应需求，解决问题，推动项目向前发展。从在登月舱上安装大窗户的预算成本和航天器重量，到为只能在太空环境中点燃的火箭发动机寻找合适的燃料，这些限制因素导致了项目的重新设计。

格鲁曼公司的工程师在登月舱上完成的工作说明了设计过程中的关键因素。这些同样的因素适用于针对某些产品设计以及PCB设计的设计。设计过程从描述项目需求转变为可视化项目。产品设计规范(PDS)描述了产品应该实现什么，产品的技术方面如何与客户需求保持一致，并建立设计目标。随着设计过程的发展，团队之间的交流也在增加。产品开发导致关于初始概念与可视化相比如何的反馈，并随着设计团队不断调整设计以解决问题，响应约束并与需求保持一致而继续。

团队之间的沟通可能采取共享PCB设计软件中生成的3D文件．当专攻项目过程不同领域的团队一起工作时，沟通还包括将产品的技术方面与机械特性结合起来。团队依赖于他们的能力将ECAD信息导入MCAD文件并在虚拟环境中观察刚柔板如何适合项目概况，是否存在适当的组件间隙，以及模拟结果是否与设计规则匹配。对内和对外信息共享的质量和准确性是最终设计规范(FDS)成功的关键。在PCB设计领域，所有这些工具都有助于成功地为可制造性(DFM)设计奠定基础。

可持续性不仅仅是恒星的问题，在有限的空间环境中，这当然是一件令人担忧的事情。

可持续性为工程设计增加了平衡

致力于开发登月舱的7000名格鲁曼公司员工强调了安全性、可靠性和可维护性。他们解决了包括推进系统泄漏、铝部件应力腐蚀和电池问题在内的测试故障。

今天，工程设计集成了另一种增加平衡的方法。可持续性设计考虑项目的各个方面——从选择材料到产品使用寿命结束时的处理——强调环境友好性。可持续性驱动设计和制造技术和因素到产品的使用和维护。然而，每个可持续发展目标还必须允许以具有竞争力的成本生产产品。

可持续采购在项目进入概念阶段之前就开始了，因为它包括用于生产PCB和产品的原材料的提取以及材料的运输。负责任和可持续的采购寻求当地供应商，以减少长距离运输材料对环境的影响，或寻求不依赖化石燃料的运输。可持续采购还定义了产品使用回收或可重复使用的材料。

短语"可持续生产设计的问题日益突出，因为需要减少制造过程中的能源和材料浪费。智能工厂应用的技术包括使用低能耗LED照明系统、通过可再生能源发电、水循环利用、可重复使用的材料、控制加热和冷却的智能建筑管理系统以及低能耗蒸发冷却系统。这些工厂还使用计算机技术进行数字化设计和管理。智能工厂不是建立物理设计原型，而是通过项目阶段工作，并通过3d数字原型减少概念到项目的周期时间。PCB设计团队可以将图像转换为3D模型，并通过模拟测试设计。

实现可持续利用价值是通过减少产品在其生命周期内消耗的能量来实现的。PCB设计软件通过优化设计过程在可持续性设计中发挥着至关重要的作用。通过在ECAD和MCAD软件之间传输文件，设计团队可以减少产品的质量和重量。的应用高密度互连(HDI)刚性-柔性技术允许设计师减少产品对环境的影响。此外，PCB设计过程可以通过对电源效率的要求来解决可持续性问题。

可持续发展的设计可以像使用太阳能发电机一样简单。

我们可以把登月舱归类为一次性设计。在转移回指令舱后，宇航员将LM的第一级抛入太空;第二阶段仍然在月球上。为可持续维护而设计促使设计团队远离一次性产品思维模式和有限的产品寿命。相反，专注于可持续维护的设计团队会考虑生产具有可更换部件的延长寿命产品的方法。在PCB设计方面，这些方法依赖于为PCB生成精确的电路图、PCB覆盖图、材料清单和Gerber文件的能力，以及跟踪和匹配组件的能力。

回收电子产品和多氯联苯会对环境产生巨大影响。根据美国环境保护署(EPA)的说法，一吨多氯联苯中所含的金是一吨矿石中所含金的40到800倍，铜是一吨矿石中所含铜的30到40倍。多氯联苯还可能含有陶瓷、硅、铝和银。可持续处置设计包括回收、再利用和减少用于多氯联苯的贵金属。回收的过程是提取材料，并将这些材料转化为可重复使用的原材料。制造商通过使用无铅焊料和有毒阻燃剂的替代品，为回收pcb的能力做出了贡献。

设计团队在为可持续性设计而努力时可能面临决策点。在某些情况下，产品设计可能需要在尺寸、重量和能源消耗之间做出妥协。设计团队可能还需要决定PCB或产品设计的哪些方面可以减少对环境的影响。

当使用专门为之构建的软件工具时，可以更容易地解决可持续PCB设计的挑战创新技术的设计与分析．利用Allegro PCB Designer允许访问智能布局工具和约束管理器，一定会给你的轻松和权威，有效地设计。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．