什么是稳健设计
什么是稳健设计?
稳健设计,顾名思义,指的是采用坚固、强大的设计方法。
在这里,我们将探讨电力电子领域中的稳健设计。
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稳健设计的定义 稳健设计是一种考虑各种因素和误差(变动)的设计方法,旨在制造出性能稳定且品质卓越的产品。
通过这种方式,可以消除可能对性能产生负面影响的因素,从而在最终产品中排除它们。
在设计阶段,尽管看似一切顺利,但在制造实体设备并进行测试后,问题可能会显露。
或者在将产品推向市场后,可能会出现故障等问题。
随着后续工艺的增加,一旦问题出现,将严重影响交货期和成本。
通过在前期尽可能识别这些问题,并在设计中融入思想以规避作为风险因素,
可以制造出“稳健性”产品。这就是称之为稳健设计的开发/设计方法。
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电力电子中的“风险因素”是什么? 在实际的电力电子设备设计阶段,应该考虑哪些风险因素呢?
- 部件和材料的误差(变动)
- 环境因素,如温度(部件、氛围)、湿度、海拔(气压)
- 电路和电路板模式的电阻/漂移容量/漂移电感等
- 噪声
- 人为错误(设计缺陷、制造/实施缺陷、布线错误)
- 等等
失败案例1:在设计中未考虑温度引起的部件误差,导致设备无法正常工作。 失败案例2:在设计中未考虑布线,导致控制不稳定,性能不如预期。 失败案例3:由于噪声引起的误操作导致设备损坏。
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进行稳健设计的好处 一旦市场出现问题,
将产生召回费用、临时解决方案费用、长期解决方案费用、涉及人员的成本、机会损失(原本应该做的工作停滞不前)以及声誉受损。
由于担忧,使用保留空间进行设计。如果没有进行充分考虑,很容易出现超额规格。
这些看不见的风险会导致成本上升=销售价格上升,竞争力也会下降。
通过排除或采取措施来消除可能发生的风险,可以减少不必要的成本,
并获得客户对高质量/安全产品的信任。
如何进行稳健设计? 需要验证尽可能在前期识别的风险因素,并采取措施。
特别是,在事物真正成型之前,即“设计”阶段至关重要。
在电力电子领域,我们使用“模拟器(基于模型的开发)”。
使用模拟器将电流和系统行为可视化为波形数据。
如下所示,通过假设和验证、采取措施反复进行,可以在制造实体设备之前设计出稳健的产品。
- 分析/验证考虑到变动和各种风险因素
- 措施(例如更换部件等设计更改,软件实现的故障安全)
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最佳模拟器是什么? 虽然有很多类型的模拟器,但有四个选择的关键点。
- 是否可以获得所需的结果
例如,是否可以使用半导体或电机等详细模型等。
模拟的准确性变得非常重要。
另一方面,有些分析不需要那么高的准确性(例如系统行为)。
在选择模拟器之前,看清楚自己想要看到什么是一个重要的方面。
- 计算/分析时间是否快,收敛性是否好
即使进行相同的计算,速度更快当然更好。
然而,一般来说,模型越详细,越慢的趋势。
因此,与第一点相关,选择与所需结果相匹配的模拟器效率更高。
此外,高度的收敛性也很重要。
花费几小时进行的分析,如果发散并无法得到结果,这是一个常见的问题。
快速进行分析的方式将有助于缩短交货期并提高质量。
- 操作是否简单,是否具备所需的分析功能
为了进行稳健设计,需要考虑各种风险因素,组合复杂的模式进行验证是必要的。
例如,手动每次以±10%的精度输入零件的固定值,然后计算,
而零件数量增加,测试模式就会变得庞大。
参数扫描,自动更改特定值到特定值,甚至随机选择值进行蒙特卡洛分析等,
如果有助于验证的功能,可以提高验证效率。
- 是否具有成本效益
电力电子设备已被应用于各种场景,包括移动体、基础设施、家电以及用于实验的设备等,
由于故障造成的影响大小各异。
然而,共通点是,不仅将焦点放在仅对电路进行验证的设计/开发上,
还要包括故障模式分析以及交付后的故障(例如,场地特有的连接环境问题,系统电源的谐波等)的分析,
如何回避后续风险,或者如何分析难以在实体设备中再现的现象,
考虑到模拟特有的优势,将更有助于提高效果。
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最后 虽然我介绍了稳健设计=使用模拟器,
但最重要的是用户本人。
了解模拟器能做什么,不能做什么,
并对期望的结果进行适当的条件设置和建模是必要的。
当出现意外结果时,是否能够注意到其中的问题,
这或许正是“稳健设计”的真谛。
Mywayプラス提供了各种不同的模拟器。
如果您能选择最适合的模拟器,将其用于开发加速和提高品质,我们将感到非常满意。
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