Contraintes d’encombrement, contraintes fonctionnelles, d’environnement, contraintes thermiques, liées à la connectique… Pour réussir l’intégration mécanique ou mécatronique d’une carte électronique, il faut tenir compte d’une multitude de contraintes. Mais la clé du succès tient surtout dans une approche globale et simultanée, visant à associer au plus tôt mécaniciens et électroniciens, pour que chacun travaille en synergie et aboutisse aux meilleurs compromis possibles. Explications.
Intégration mécanique : 7 contraintes à prendre en compte
1. Les contraintes d’encombrement
L’intégration globale mécanique ou mécatronique doit être envisagée dès le départ du projet. Même si cette question ne paraît pas primordiale, c’est un sujet important : s’en préoccuper trop tard, c’est prendre le risque que ça devienne un sujet très compliqué, notamment en termes d’encombrement.
Au cours d’un projet électronique, il n’est cependant pas rare que la question de la place disponible pour l’intégration mécanique ne soit envisagée qu’en fin de projet. Dans ce cas de figure, il sera très difficile de réduire la place dédiée à l’électronique, à moins d’y mettre le prix fort. Opter pour les composants les plus petits possibles vient en effet rajouter son lot de contraintes de fabrication, de câblage, de tests, de tenue en température… Tout est une question de compromis entre les fonctions, la place disponible et le coût que l’on souhaite y consacrer. Recourir à des composants de 0,5 x 0,25 mm – au lieu de composants de 1 x 0,5 mm – revient à franchir un gap technologique et impose par exemple de recourir à un assembleur de cartes particulier.
- Si la question de l’encombrement n’a pas été suffisamment anticipée, vous serez contraints de revoir votre mécanique, d’enlever des fonctions, de faire des modifications ou de concevoir une carte bien plus coûteuse. Mieux vaut éviter de prendre ce risque et tout faire pour s’en prémunir.
La bonne pratique ici consiste à avancer simultanément sur la phase mécanique et électronique. Lorsqu’il développe sa mécanique, le mécanicien doit consulter l’électronicien pour déterminer l’espace nécessaire à la carte électronique, et vérifier que l’encombrement convient ou non.
2. Les contraintes fonctionnelles
Si vous souhaitez que votre appareil communique par un système Wireless type Bluetooth, cela aura un impact sur le design mécanique de votre produit, car il faudra prévoir un emplacement prédéfini pour implanter une antenne radio (ou patch). Le positionnement de l’antenne devra permettre la communication radio (ou GPS), pour pouvoir émettre et recevoir diverses datas.
En plus de l’antenne et de la carte électronique, il faut aussi penser à un encombrement spécifique pour l’implantation d’une batterie dans le cas d’un produit autonome en énergie. Le type de recharge USB, Pogo Pin ou induction devra être défini par le type connecteur, avec les contraintes associées.
3. Les contraintes environnementales
Température, poussière, pluie… Selon le cas d’usage final de votre produit, l’intégration mécanique ne sera pas la même. Par exemple, s’il est amené à être utilisé en extérieur et qu’il nécessite d’être étanche, cela changera forcément le design de la carte électronique pour la gestion de l’étanchéité et des échanges thermiques.
La prise en compte de ces contraintes environnementales engendre souvent des niveaux de tenus à l’étanchéité dite IP ou aux chocs dite IK.
Il existe un référentiel normatif suivant le niveau attendu sur ces 2 aspects.
Il est important de prendre en compte ces problématiques dès le design mécanique car il y a une interaction importante avec l’industrialisation du produit. En effet, des process industriels permettent d’intégrer ces exigences par exemple collage, joint, vissage etc pour l’étanchéité.
4. Les contraintes liées à la connectique filaire
Le boîtier doit être suffisamment grand pour permettre de sortir les câbles et de brancher les connecteurs associés. Le sujet de la connectique doit être travaillé en étroite collaboration avec le partenaire électronique, afin de déterminer la typologie de connecteurs, uniformiser les références et tenir compte des problématiques d’encombrement. En fonction du cas d’usage, il pourra aussi être nécessaire d’opter pour des connecteurs plus sécuritaires.
5. Les contraintes thermiques
Votre produit a vocation à fonctionner en plein soleil ou dans l’eau ? Vous souhaitez développer une alimentation dans un univers contraint dimensionnellement et/ou dans un boitier étanche ? Dans ce cas, il est nécessaire de prendre en compte que tout système électronique – et particulièrement les solutions de conversion d’énergie - génère une élévation de température du système. Ces calories supplémentaires sont à évacuer du système d’un point de vue mécanique, pour parvenir à un fonctionnement optimum du produit et éviter toute panne, réduction de durée de vie, voire départ de feu. Ce qui impacte le choix des composants et la place nécessaire à la dissipation ou l’évacuation de la chaleur.
6. Les contraintes normatives
De nombreuses contraintes d’environnement découlent des exigences réglementaires propres aux certifications et viennent impacter la mécanique et le design du produit. Idem pour la qualification. Aussi, il est important de tenir compte dès le départ du futur lieu de vente du produit afin de prendre en compte tous les aspects normatifs sous-jacents pouvant impacter le design mécanique. Si le produit a par exemple vocation à être vendu en Amérique du Nord, il devra être conforme aux certifications type UL qui nécessitent des choix de matériaux bien spécifiques. En règle générale, tout aspect normatif est à prendre en compte à la fois dans le design mécanique pour l’aspect sécuritaire, mais aussi dans le design et le choix des matériaux, pour l’aspect contraintes environnementales.
7. Les contraintes liées au mouvement
Dans le cas d’une intégration mécatronique - à proximité d’un moteur ou d’un actionneur - d’autres contraintes viennent encore s’ajouter, du fait du mouvement. Il faut alors tenir compte des chocs, des vibrations, des échauffements, des perturbations ou encore des accélérations.
Aussi, bien que votre produit soit amené à fonctionner en extérieur, la proximité immédiate du moteur fait que la carte électronique peut monter en température. Il convient par exemple d’ajouter une cloison pour isoler la carte de la chaleur produite par le moteur, ou de dimensionner les composants pour cette température.
Il est nécessaire de bien prendre en compte lors du design à la fois mécanique et électronique un choix de composants adaptés à l’utilisation. En cas de vibrations, il faut pouvoir choisir les composants adéquats ainsi que les fixations qui permettront de tenir d’importants mouvements. Cet aspect vibratoire d’échauffements et de chocs est à travailler à la fois dans le choix du design mécanique, électronique et industriel, pour éviter des problèmes de casse ou de rupture prématurée.
- Pour assurer une bonne intégration mécanique ou mécatronique, il est impératif que l’équipe en charge du design connaisse l’utilisation finale du produit, pour anticiper au mieux tous les problèmes qui pourraient subvenir. En effet, si les problèmes n’ont pas été pris en compte dès le début, des problèmes de qualité d’intégration pourraient survenir et engendrer des surcoûts, tout en impactant le design initialement envisagé.
Intégration mécanique : en finir avec une approche séquentielle et chronologique
Au préalable, il convient d’établir un cahier des charges initial le plus représentatif possible, en prenant en compte le maximum de données d’entrée : l’aspect design, l’aspect normatif, l’aspect contraintes vibratoires, l’aspect fonctionnel… Disposer du maximum d’informations dès le début du projet évitera les mauvaises surprises et les dérives non négligeables.
Vous vous demandez quelles sont les étapes à suivre ensuite pour réaliser une bonne intégration mécanique ? La réponse risque de vous surprendre, car il n’y a pas d’étapes : tout doit se faire simultanément. A l’heure de la miniaturisation des produits, il n’est plus possible de penser de façon séquentielle, il faut impérativement penser en multi-tâches. Et plus les informations de départ seront exhaustives, plus il sera facile de fonctionner en multi-tâches.
Encombrement, thermique, coût… Tous ces aspects sont à prendre en compte pour arriver à un produit optimisé au maximum. Vous l’aurez compris : c’est un compromis de toutes les actions et de tous les instants. Et c’est pour cela qu’il ne faut plus penser en séquentiel.
De l’importance de travailler en synergie pour réaliser la meilleure intégration mécanique possible
Mécanique, électronique, assemblage, planning, industrialisation… La bonne pratique pour aboutir à un bon design mécanique consiste à récolter toutes les informations pertinentes et avoir une organisation projet bien rôdée. Un suivi régulier de tous les postes métier permettra de bien prendre en compte tous les aspects pouvant impacter le design, afin de pouvoir réaligner le besoin et toutes les problématiques de chacun le cas échéant, pour converger vers une solution optimum.
Marketing, mécanique, électronique : travailler ensemble le plus tôt possible permettra de trouver le meilleur compromis possible, tant au niveau design graphique, technologique ou fonctionnel que des coûts.
C’est tout le savoir-faire de Cats Power Design : faire en sorte de réaligner toutes les parties prenantes dans un design mécanique, pour converger ensemble vers une solution adéquate et optimum.
Car en matière d’intégration électronique, il n’y a jamais qu’une seule solution ! Il existe en effet toujours plusieurs solutions, avec chacune leurs avantages et leurs inconvénients. Et tout l’enjeu consiste à trouver le meilleur compromis, en fonction des contraintes de chacun.
Depuis plus de 20 ans, les équipes de Cats Power Design donnent vie à vos projets électroniques. Du bureau d’études à la gestion de la vie-série en passant par l’industrialisation et les certifications produits, Cats Power Design se positionne comme un interlocuteur unique tout au long du cycle de vie de votre produit. Vous cherchez à réaliser une intégration mécanique ou mécatronique à moindres coûts et dans des délais restreints ? Contactez-nous dès à présent pour nous faire part de vos besoins.
