Zusammenarbeit mit Elektroingenieuren: Ein Überlebensleitfaden für Maschinenbauingenieure

Maschinenbauingenieure stehen unter engeren Zeitvorgaben, müssen kleinere Produktbauformen realisieren und sehen sich einem wachsenden Druck ausgesetzt, sich nahtlos mit Elektroteams abzustimmen.

In der heutigen Entwicklungsumgebung kann die fehlende Verbindung zwischen Ingenieuren nicht länger unbeachtet bleiben. Die Anforderungen an Teams bringen die Notwendigkeit mit sich, abteilungsübergreifende Interaktionen zu vereinfachen, und Kommunikation steht im Mittelpunkt aller Entwicklungen.

Trotz der Verbreitung von CAD liegen Konstruktionsdaten noch immer in isolierten Silos, wodurch die Integration fehleranfällig wird – Fehler, die angesichts der Datenfülle eigentlich vollständig vermeidbar sein sollten. Wenn ECAD- und MCAD-Teams nicht synchron arbeiten, entstehen nicht nur Nacharbeiten, sondern es steht auch die Produktrealisierbarkeit auf dem Spiel.

Dieser Artikel beleuchtet die steigenden Anforderungen an Entwicklungsteams, die Auswirkungen schlechter Kommunikation auf den Fortschritt und die Notwendigkeit einer intelligenteren Lösung für eine bessere Zusammenarbeit zwischen Leiterplatteningenieuren (PCB) und Maschinenbauingenieuren.

Abteilungen wachsen zusammen: EEs, MEs und die Lieferkette

Die Entwickler von heute stehen unter wachsendem Druck, Produktbauformen zu verkleinern und Produktlebensdauern zu verlängern. Diese Anforderungen gehen auf zwei zentrale Treiber zurück:

1. Markterwartungen: Verbraucher und Unternehmen verlangen gleichermaßen kleinere, komplexere Produkte, die mehr Leistung auf weniger Raum bieten.
2. Umweltanforderungen: Nachhaltigkeitsziele veranlassen Unternehmen dazu, Elektronik mit minimalen Umweltauswirkungen und verantwortungsvoll beschafften Materialien zu entwickeln.

Im Kern dieser Herausforderung steht ein bekanntes Spannungsfeld: kleinere Baugröße bei gleichbleibender oder verbesserter Funktionalität. Dieser Druck verändert die Art und Weise, wie Ingenieure abteilungsübergreifend arbeiten. Es reicht nicht mehr aus, dass Teams in Silos arbeiten, und mit steigenden Kundenerwartungen werden sich Teams der Grenzen dieses Ansatzes zunehmend bewusst.

Ein wichtiges Beispiel für diesen Wandel zeigt sich im Aufkommen von struktureller Elektronik, die speziellere Herausforderungen bei der Bauteilauswahl, Platzierung und bei Leistungsaspekten mit sich bringt, welche elektrische und mechanische Funktionen zusammenführen (in Gehäuse, Paneele, Verkleidungen und Chassis integrierte Schaltungen, um den Anforderungen von Markt und Umwelt gerecht zu werden).

MEs und EEs sind zunehmend in Diskussionen eingebunden, die über ihre traditionellen Verantwortlichkeiten hinausgehen. Ihre Konstruktionsentscheidungen wirken sich heute direkt auf die Bauteilbeschaffung, die Eignung für die Serienfertigung und die Zuverlässigkeit der Endprodukte aus. In einem stärker vernetzten Workflow wird deutlich: Zusammenarbeit ist nicht länger optional, sondern essenziell.

Berührungspunkte der interdisziplinären Zusammenarbeit

Was MEs von EEs benötigen

Nahezu jedes System ist elektromechanisch, und da immer mehr Alltagsgeräte, Fahrzeuge und andere unverzichtbare Produkte elektrifizierte, digitale Systeme integrieren, ist die Beziehung zwischen mechanischen Konstrukteuren und ihren elektrischen Gegenstücken in vielerlei Hinsicht entscheidend, um Genauigkeit bei Produktprototypen und darüber hinaus sicherzustellen.

• Thermische Zonen: Die Platzierung leistungsstarker Komponenten bestimmt die Auslegung von Kühlkörpern und Luftführung.
• Steckverbinder-Ausrichtung: Orientierung und Freiraum müssen zu den mechanischen Randbedingungen passen.
• Abschirmung und Erdung: MEs sind für die Gehäusekonstruktion auf eine präzise PCB-Erdungsstrategie angewiesen.
• Kabelführung: Die interne Struktur muss Biegeradien und Zugentlastung berücksichtigen.
• Stoßschutz: Befestigungskonzepte hängen vom Wissen über die Empfindlichkeit der Komponenten ab.
• Compliance-Anforderungen: Layout-Entscheidungen von MEs werden durch Spannungsisolationszonen beeinflusst.
• Integration von Stromversorgungsmodulen: Mechanische Teams planen strukturelle Bereiche anhand der Abmessungen und thermischen Spezifikationen von Netzteilen.

Was EEs von MEs benötigen

Während sich EEs auf Schaltungsleistung, Signalintegrität und das Verhalten von Komponenten konzentrieren, ist der mechanische Kontext aus mehreren Gründen entscheidend. Mit zunehmenden elektromechanischen Anforderungen setzt das mechanische Design einige Parameter für PCBs, da ihre Funktionen nun in strukturelle Elektronik übertragen werden müssen.

• Gehäuseabmessungen: Das Leiterplattenlayout muss an die interne Geometrie des Gehäuses angepasst werden.
• Wärmeableitungsstrategie: Annahmen zur Kühlung müssen den tatsächlichen mechanischen Luftstrom und den Kontakt zum Kühlkörper widerspiegeln.
• Befestigung und Isolation: Komponenten müssen vibrationsfest sein und korrekt beabstandet werden.
• Positionierung von Steckverbindern: Die Platzierung muss mit physischen Zugangspunkten oder Ausschnitten im Panel übereinstimmen.
• EMI-Abschirmung: Erfordert Zusammenarbeit, um leitfähige Kontaktpunkte zum Gehäuse sicherzustellen.
• Batterieeinpassung: Das elektrische Layout darf das Gehäusedesign nicht beeinträchtigen.
• Umweltschutz: Produkte mit IP-Schutzart erfordern eine enge Abstimmung zwischen Bauteilauswahl und Abdichtungsmethoden.

Warum die Zusammenarbeit zwischen EE und ME scheitert

Oft arbeiten MEs und EEs mit den besten Absichten, doch ihre Methoden der Zusammenarbeit sind nicht kohärent.

Teams, die in getrennten Bereichen arbeiten, benötigen Echtzeiteinblicke in den aktuellen Designstatus, doch auch das bringt eigene Hürden mit sich. Die Frage lautet nicht „Welche Daten benötigen sie?“, sondern vielmehr „Wie sollten ihnen die Daten präsentiert werden?“

Aus Effizienzsicht können MEs keine Zeit damit verschwenden, alle Feinheiten des elektrischen Schaltungsdesigns zu entschlüsseln – und umgekehrt. Teams benötigen Einblick in die Aspekte des Designs, die ihre nächsten Schritte beeinflussen. Das wird erreicht, indem relevante Daten in einem Format geteilt werden, das sich jeweils für MEs und EEs übersetzen lässt.

Die Geschwindigkeit, mit der sich PCB-Designs weiterentwickeln können, macht einen effizienten Datenaustausch für eine bessere Zusammenarbeit erforderlich.

Zusammenfassung typischer Stolperfallen der Zusammenarbeit:

• Daten werden über statische Dateien oder Screenshots weitergegeben.
• Teams sprechen unterschiedliche Designsprachen (ECAD- versus MCAD-Formate).
• Versionsabweichungen entstehen, wenn sich Designs asynchron weiterentwickeln.
• Reviews finden zu spät statt, um Nacharbeit zu verhindern.

Datenfluss zwischen EEs und MEs

Die Weitergabe von Designinformationen in Form von Screenshots und statischen Dateien ist nach wie vor ein gängiger Workaround. Das Problem? Gegen das Tempo der Produktentwicklung werden diese Daten praktisch wertlos. Diese Momentaufnahmen frieren die Designabsicht zu einem bestimmten Zeitpunkt ein und bieten kaum Einblick in aktuelle Randbedingungen oder die eigentliche Intention.

Ein Screenshot eines PCB-Layouts kann weder Freiraumzonen, thermische Einschränkungen noch Befestigungsanforderungen vermitteln. Ebenso wenig lässt er sich abfragen oder zur Validierung in MCAD-Umgebungen integrieren. Dieser statische Ansatz führt zwangsläufig zu Fehlinterpretationen und zwingt mechanische Teams dazu, Konstruktionsentscheidungen auf Basis unvollständiger oder veralteter Informationen zu treffen.

Übersetzung zwischen den Designsprachen von PCB und Mechanik

Obwohl sie auf dasselbe Produktziel hinarbeiten, arbeiten EEs und MEs häufig auf grundlegend unterschiedlichen Designparadigmen. Diese Disziplinen nutzen unterschiedliche Toolsets – ECAD versus MCAD – und kommunizieren mit abweichenden Terminologien, Datenformaten und Designabsichten.

ECAD konzentriert sich auf Schaltungen, Signalintegrität und die Prüfung elektrischer Regeln, während MCAD physische Toleranzen, Materialverhalten und räumliche Randbedingungen priorisiert. Die Datenausgaben (DXF, IDF, Parasolid oder STEP-Dateien) sind ohne ein übersetzendes Werkzeug nicht immer direkt interoperabel – also ohne eine Co-Design-Lösung, die Designdaten in einem nachvollziehbaren Format bereitstellt. Und selbst wenn sie interoperabel sind, erfassen sie die Designabsicht nur selten.

Diese Trennung zwingt Ingenieure dazu, die Arbeit der jeweils anderen zu übersetzen oder anzunähern – mit inhärentem Risiko.

Versionsdrift zwischen Ingenieuren

Elektrische und mechanische Teams arbeiten mit getrennten Dateien auf unterschiedlichen Zeitachsen auf dieselbe Deadline hin. Vor diesem Hintergrund wird Versionsdrift zu einem ernsthaften Risiko, da kaum Spielraum für Fehler besteht und ihre Zeitpläne selten mit den Entwicklungen der jeweils anderen Seite übereinstimmen.

Ein ME könnte sich auf ein STEP-Modell beziehen, das eine Woche zuvor exportiert wurde, ohne zu wissen, dass ein Steckverbinder im ECAD-Layout inzwischen neu positioniert wurde. Bis diese Fehlanpassung erkannt wird – in der Regel erst bei der Prototypenmontage –, sind die Kosten für Nacharbeit am höchsten und der Entwicklungszeitplan bereits beeinträchtigt.

Späte Design-Reviews

Design-Reviews sind entscheidend, werden jedoch oft als isolierte Ereignisse am Ende einer Phase durchgeführt – lange nachdem wichtige Designentscheidungen bereits getroffen wurden. Zu diesem Zeitpunkt können mechanische und elektrische Designs bereits erheblich auseinanderlaufen, sodass Abstimmungsprobleme auftreten. Reviews in späten Phasen sind zudem meist reaktiv und konzentrieren sich auf Probleme, statt sie zu verhindern.

Erforderlich ist daher eine kontinuierliche Designvalidierung – früh und häufig – mit Echtzeittransparenz über den Fortschritt jedes Teams. Gemeinsame Prüfpunkte über den gesamten Designprozess hinweg zu verankern, minimiert nicht nur Überraschungen, sondern fördert auch einen iterativeren und kollaborativeren Workflow.

Druck auf EEs und MEs

Ingenieure erleben durch verkürzte Time-to-Market-Vorgaben einen erheblichen Druck auf ihre Entwicklungszeit. Tatsächlich spiegeln Fehler zwischen EEs und MEs das Tempo und den Druck moderner Entwicklungsumgebungen wider.

Der Drang nach günstigeren, schnelleren und kompakteren Elektronikprodukten setzt Entwicklungsteams massiv unter Druck. Um diese Brüche zu beheben – insbesondere bei der Übersetzung von Designabsicht und Echtzeit-Feedback –, brauchen Ingenieure mehr. Sie benötigen eine Infrastruktur, die synchrone, domänenspezifische Zusammenarbeit unterstützt.

MCAD codesign in Altium Develop wurde für die elektromechanische Produktentwicklung entwickelt, nutzt Altiums PCB-Designumgebung und bietet noch mehr Einblicke für beide Designdisziplinen.

Das untenstehende Whitepaper zum kollaborativen Design für MCAD- und PCB-Designer beleuchtet diesen Druck detaillierter und betont die Bedeutung von Teamarbeit für mehr Effizienz. MCAD codesign fungiert als On-Demand-Lösung für den Datentransfer, lässt sich mit minimalem Implementierungsaufwand einführen und vermeidet den Zeitaufwand für die Einführung neuer CAD-Systeme.

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In Echtzeit mit MCAD Codesign zusammenarbeiten

Auch wenn die Antwort darin liegt, wie Teams miteinander kommunizieren, lautet die nächste Frage: „Wie tun sie das?“

Maschinenbauingenieure, die mit ihren PCB-Teams synchron bleiben möchten, können von MCAD codesign profitieren, das alle von den Teams benötigten Einblicke in ihrer jeweiligen Designsprache und in einem maßgeschneiderten Format zusammenführt. Diese Funktion nutzt den bidirektionalen Austausch von Designdaten und die Kommunikation zwischen MEs und EEs, was einen erheblichen Vorteil bringt. Mit MCAD codesign können Ingenieure weiterhin ihre bevorzugten CAD-Systeme verwenden, darunter:

• SolidWorks
• PTC Creo
• AutoDesk Inventor
• AutoDesk Fusion 360
• Siemens NX

Das Ergebnis? Sowohl EEs als auch MEs arbeiten in ihren nativen Tools und bleiben dennoch synchron. Die Designabsicht bleibt über Disziplinen hinweg erhalten, wodurch Abstimmungsschleifen reduziert und Entwicklungszyklen beschleunigt werden.

Zentrale Funktionen der MCAD-Codesign-Integration für Maschinenbauingenieure

• Integration in native Tools: Arbeiten Sie in Ihrem bevorzugten mechanischen CAD-System und synchronisieren Sie dabei jeden Schritt mit Ihren ECAD-Gegenstücken.
• Bidirektionale Design-Synchronisierung: Übertragen Sie Änderungen an PCB-Layouts, Platinenkonturen, der Bauteilplatzierung und Aussparungen sofort in beide Richtungen – ganz ohne Datenexport. So werden Missverständnisse und die Weitergabe veralteter Informationen vermieden, damit sowohl Elektroingenieure als auch Maschinenbauingenieure stets mit den relevantesten Daten arbeiten.
• 3D-Kontextklarheit: Visualisieren Sie PCB-Komponenten und deren Platzierung vollständig in 3D innerhalb der mechanischen Umgebung. Vermeiden Sie Konflikte bei Montage, Abständen und der Passform im Gehäuse.
• Änderungsbenachrichtigungen und Verlauf: Bleiben Sie über Änderungen informiert und darüber, wer bestimmte Elemente des Designs bearbeitet hat. MCAD-Codesign führt außerdem ein Protokoll der Designaktualisierungen für Rückverfolgbarkeit und Reviews.
• Frühe Fit-&-Form-Validierungen: Nutzen Sie 3D-Modelle, um Ausrichtung, Abstände und mechanische Randbedingungen bereits vor dem Prototyping zu prüfen und so die Anzahl der Iterationszyklen deutlich zu reduzieren.
• Einfache Zusammenarbeit mit ECAD-Teams: Teilen Sie die Designabsicht – unabhängig davon, ob Sie elektrische Schaltpläne verstehen oder nicht. Sehen Sie nur die für Ihre Rolle relevanten Informationen, aufbereitet für mechanische Workflows.

MCAD-Codesign beseitigt Missverständnisse durch dateibasierte Prozesse, ermöglicht es Ingenieuren, ihre Entwicklungszeiten zu verkürzen, und unterstützt Maschinenbauingenieure dabei, mit höherer Präzision zu Designs beizutragen.

Ganz gleich, ob Sie zuverlässige Leistungselektronik oder fortschrittliche digitale Systeme entwickeln müssen – Altium Develop vereint jede Disziplin zu einer kollaborativen Einheit. Frei von Silos. Frei von Grenzen. Hier arbeiten Ingenieure, Designer und Innovatoren als Einheit zusammen, um ohne Einschränkungen gemeinsam zu entwickeln. Erleben Sie Altium Develop noch heute!