可持续工程设计:减少材料浪费
《从地球到月球》迷你剧《蜘蛛》中的一个特殊时刻对我来说定义了工程学。宇航员吉姆·麦克迪维特和格鲁曼公司总工程师汤姆·凯利看着新完成的登月舱“蜘蛛”。一个说:“这不是很漂亮吗?另一个说:“是的。”
大多数人认为登月舱看起来像个虫子。
凯利和他的团队决定从另一个角度设计登月舱。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。
发生了设计变更。早期登月舱的设计从22000磅，两阶段的原型，有座位和四个大的气泡窗，变成了一个相当简朴，轻量级的版本，有两个更小的，节省成本和重量的窗户，没有座位，有四个而不是五个着陆垫。
工程与设计工作携手并进
登月舱是工程学最好的缩影。工程师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，并推动项目向前发展。从在登月舱上安装大窗户的预算成本和航天器重量，到为只在太空环境中点燃的火箭发动机寻找合适的燃料，各种限制都导致了项目的重新设计。
格鲁曼公司的工程师们在登月舱上完成的工作说明了设计过程中的关键因素。这些因素同样适用于针对某些产品设计和PCB设计的设计。设计过程从描述项目需求到将项目可视化。产品设计规范(PDS)描述产品应达到的目标，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，团队之间的沟通也在增加。产品开发将最初的概念与可视化效果进行比较，并在设计团队不断调整设计以解决问题、响应约束条件并与需求保持一致的过程中获得反馈。
团队之间的沟通可以采取以下形式共享PCB设计软件中生成的3D文件。当专门从事项目过程不同领域的团队一起工作时，沟通也涉及到将产品的技术方面与机械特性结合起来。团队依靠他们的能力导入ECAD信息到MCAD文件中并在虚拟环境中查看刚性挠性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相匹配。内部和外部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设计(DFM)奠定基础。
可持续性不仅仅是恒星的问题，在有限的太空环境中肯定也是令人担忧的问题。
可持续性为工程设计增加平衡
负责开发登月舱的7000名格鲁曼员工强调安全性、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失败。
今天，工程设计集成了另一种增加平衡的方法。可持续性设计考虑到项目的各个方面——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以及产品使用和维护的因素。然而，每个可持续发展目标也必须允许以具有竞争力的成本生产产品。
可持续采购早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，以减少长途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可回收或可重复使用的材料。
短语“可持续制造的设计由于需要减少制造过程中的能源和材料浪费，这一问题已经变得越来越突出。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来数字化创建和管理设计。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数字原型缩短从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。
通过减少农产品在其生命周期中消耗的能量来实现可持续使用价值。通过优化设计过程，PCB设计软件在可持续性设计中起着至关重要的作用。在ECAD和MCAD软件之间传输文件允许设计团队减少产品的质量和重量。的应用高密度互连刚性-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功率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安装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。返回指令舱后，宇航员将登月舱的第一级抛入太空;第二级留在月球上。可持续维护的设计使设计团队摆脱了一次性产品的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组件的延长寿命产品的方法。在PCB设计方面，这些方法依赖于生成精确的电路图、PCB覆盖图、物料清单和PCB的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)的数据，一吨多氯联苯的含金量是一吨矿石的40到800倍，铜的含金量是30到40倍。多氯联苯还可能含有陶瓷、硅、铝和银。可持续处理设计包括回收、再利用和减少用于多氯联苯的贵金属。回收的过程是提取物质，并将这些物质转化为原料进行再利用。制造商通过使用无铅焊料和有毒阻燃剂的替代品，为回收多氯联苯的能力做出了贡献。
设计团队在为可持续性设计而努力时，可能会面临决策点。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PCB设计的软件工具时，通过可持续PCB设计的挑战可以变得更容易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，这将使您轻松有效地进行设计。
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