當前制造行業(yè)面臨著市場多方監(jiān)管及激烈的國際市場競爭，對機床靈活性和智能化提出了更高要求。機械行業(yè)的設計流程涉及各個領域的專業(yè)人員，由于設計語言差異和流程不暢，各個學科之間缺乏共同語言，產(chǎn)品上市時間緩慢并增加了設計迭代所產(chǎn)生的誤差風險。因此，企業(yè)急需一個能夠支持機械、電氣及自動化的研發(fā)平臺應對以上問題。

機電一體化概念設計解決方案

機電一體化概念設計解決方案(MCD)是一種全新的解決方案，適用于機電一體化產(chǎn)品的概念設計。借助該軟件，可對包含多物理場以及通常存在于機電一體化產(chǎn)品中的自動化相關行為的概念進行 3D建模和仿真。MCD 支持功能設計方法，可集成上游和下游工程領域，包括需求管理、機械設計、電氣設計以及軟件/自動化工程。MCD可加快機械、電氣和軟件設計學科產(chǎn)品的開發(fā)速度， 使這些學科能夠同時工作，專注于包括機械部件、傳感器、驅(qū)動器和運動的概念設計。MCD 可實現(xiàn)創(chuàng)新性的設計技術，幫助機械設計人員滿足日益提高的要求，不斷提高機械的生產(chǎn)效率、縮短設計周期降低成本。

圖1 MCD機電產(chǎn)品概念設計原理

MCD系統(tǒng)的主要能力：

1.集成式系統(tǒng)工程方法

MCD 可為功能機械設計的全新方法提供支持。功能分解作為機械、電氣以及軟件/ 自動化學科之間的通用語言，可使這些學科并行工作。此方法可確保從產(chǎn)品開發(fā)的最初階段就能獲得機電一體化產(chǎn)品的行為和邏輯特性需求，并獲得支持。MCD 可與 Siemens PLM Software 的 Teamcenter產(chǎn)品生命周期管理軟件結合使用，以提供端到端機械設計解決方案。在開發(fā)周期開始時， 設計人員可以使用 Teamcenter 的需求管理和系統(tǒng)工程功能構建工程模型，體現(xiàn)出客戶的意見。Teamcenter 采用結構化層次結構收集、分配和維護產(chǎn)品需求，可從客戶角度描述產(chǎn)品。開發(fā)團隊可以分解功能部件，并對各種變型進行描述，將它們與需求直接聯(lián)系起來。這種功能模型可促進跨學科協(xié)同，并可確保在整個產(chǎn)品開發(fā)過程中滿足客戶期望。

圖2 MCD集成式系統(tǒng)工程方法

通過這種功能機械設計方法，MCD 可在早期階段促進跨學科概念設計。所有工程學科可以并行協(xié)同設計一個項目：

機械工程師可以根據(jù)三維形狀和運動學創(chuàng)建設計;

電氣工程師可以選擇并定位傳感器和驅(qū)動器;

自動化編程人員可以設計機械的基本邏輯行為，首先設計基于時間的行為，然后定義基于事件的控制;

2.概念建模和基于物理場的仿真

圖3概念建模和基于物理場的仿真

MCD 提供易于使用的建模和仿真，可在開發(fā)周期的最初階段迅速創(chuàng)建并驗證備選概念。借助早期驗證可幫助檢測并糾正錯誤，此時解決錯誤成本最低。MCD 可從 Teamcenter 直接載入功能模型，以加快機械概念設計速度。對于模型中的每項功能，您可為新部件創(chuàng)建基本幾何模型，或從重用庫中添加現(xiàn)有部件。對于每個部件，您可通過直接引用需求和使用交互式仿真來驗證正確操作，迅速指定運動副、剛體、運動、碰撞行為及運動學和動力學的其他方面。通過添加諸如傳感器和驅(qū)動器等其他細節(jié)，可為具體電氣工程和軟件開發(fā)準備好模型。您可為驅(qū)動器定義物理場 、 位置、方向、目標和速度。MCD 包括多種工具，用于指定時間、位置和操作順序。

MCD 中的仿真技術基于游戲物理場引擎，可以基于簡化數(shù)學模型將實際物理行為引入虛擬環(huán)境。該仿真技術易于使用，借助優(yōu)化的現(xiàn)實環(huán)境建模，您只需幾步即可迅速定義機械概念和所需的機械行為。仿真過程采用交互方式，因此您可以通過鼠標指針施加作用力或移動對象。MCD 可對一系列行為進行仿真，包括驗證機械概念所需的一切，涉及運動學、動力學、碰撞、驅(qū)動器彈簧、凸輪、物料流等方面。

3.通過智能對象封裝機電系統(tǒng)

圖4 MCD通過智能對象封裝機電系統(tǒng)

通過模塊化和重用，MCD 可幫助最大限度提高設計效率。借助該解決方案，您可獲取智能對象中的機電一體化知識，并將這些知識存儲在庫中，供以后重用。在重用過程中，因為能夠基于經(jīng)驗證的概念進行設計，所以可提高質(zhì)量，并且可通過消除重新設計和返工加快開發(fā)速度。借助MCD，您可以在一個文件中獲取所有學科的所有機電一體化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括三維幾何體和圖形、諸如運動學和動力學等方面的物理數(shù)據(jù)、傳感器和驅(qū)動器及其接口、凸輪、功能以及操作，這些智能對象可以通過簡單的拖放操作從重用庫應用于新設計中。

4.面向其他工具的開放式接口

圖5 MCD的輸出結果

MCD 的輸出結果可以直接用于多個學科的具體設計工作

機械設計：由于 MCD 基于 NX CAD 平臺，因此可以提供高級 CAD 設計需要的所有機械設計功能。MCD 還可將模型數(shù)據(jù)導出到很多其他 CAD 工具， 包括 NX、Catia、Pro/ENGINEER、SolidWorks 以及獨立于CAD 的 JT 格式。

電氣設計：借助 MCD，您可以開發(fā)傳感器和驅(qū)動器列表，并以 HTML 或 Excel 電子表格格式輸出，電氣工程師可以使用此列表選擇傳感器和驅(qū)動器。

自動化設計：MCD 可通過提供零部件和操作順序支持更高效的軟件開發(fā)，操作順序甘特圖能以 PLCopen XML 標準格式導出，用于行為和順序描述，這種格式廣泛用于開發(fā)可編程邏輯控制器 (PLC) 代碼的自動化工程工具中。

MCD為企業(yè)帶來的價值

NX MCD機電一體化概念設計解決方案是NX解決方案的重要組成部分，機電一體化概念設計解決方案(MCD)為產(chǎn)品的機電一體化并行設計提供了平臺，加速了虛擬設計與物理制造之間的融合，同時降低了產(chǎn)品復雜性風險。該解決方案可使工程設計人員只需幾步就可以獲得機械概念、所需功能、以及機械行為的虛擬定義，并支持3D建模以及機電一體化產(chǎn)品中常見的多體物理學和自動化相關行為的概念仿真。通過支持不同部門在產(chǎn)品開發(fā)早期就參與協(xié)同工作，同時支持現(xiàn)有設計的重復使用，機電一體化概念設計解決方案可以幫助機械制造企業(yè)從傳統(tǒng)的串行設計流程升級為多學科協(xié)同研發(fā)，以顯著加快產(chǎn)品設計速度，最高可將產(chǎn)品上市時間縮短30%，從而提升企業(yè)的競爭力。

天拓四方作為西門子DF(數(shù)字化工廠)集團、PD(過程自動化與驅(qū)動)集團、EM(能源管理)集團和西門子工業(yè)軟、硬件業(yè)務的戰(zhàn)略合作伙伴，可為您提供基于NX MCD平臺下的機電一體化解決方案及相關服務，幫助企業(yè)建立機電設計研發(fā)平臺。