導讀：
目前全球工業(yè)產(chǎn)品呈現出越來(lái)越復雜的趨勢，通常涉及到多個(gè)學(xué)科，例如：機械、電氣及自動(dòng)化等。企業(yè)該如何應對這一挑戰？?
北京天拓四方科技有限公司作為西門(mén)子DF（數字化工廠(chǎng)）集團、PD（過(guò)程自動(dòng)化與驅動(dòng)）集團、EM（能源管理）集團和西門(mén)子工業(yè)軟件業(yè)務(wù)的戰略合作伙伴提供基于西門(mén)子NX?MCD平臺下的機電一體化解決方案，幫助企業(yè)建立機電設計研發(fā)平臺。

機電產(chǎn)品概念設計原理
機電一體化概念設計解決方案（MCD）是一種全新解決方案，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(chǎng)以及通常存在于機電一體化產(chǎn)品中的自動(dòng)化相關(guān)行為的概念進(jìn)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(lǐng)域，包括需求管理、機械設計、電氣設計以及軟件/ 自動(dòng)化工程。MCD可加快涉及機械、電氣和軟件設計學(xué)科的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度， 使這些學(xué)科能夠同時(shí)工作，專(zhuān)注于包括機械部件、傳感器、驅動(dòng)器和運動(dòng)的概念設計。MCD 可實(shí)現創(chuàng )新性的設計技術(shù)，幫助機械設計人員滿(mǎn)足日益提高的要求，不斷提高機械的生產(chǎn)效率、縮短設計周期和降低成本。

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圖1 MCD機電產(chǎn)品概念設計原理

MCD系統的主要能力：
1、集成式系統工程方法
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(dòng)化學(xué)科之間的通用語(yǔ)言，可使這些學(xué)科并行工作。此方法可確保從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的更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(kāi)發(fā)周期開(kāi)始時(shí)， 設計人員可以使用 Teamcenter 的需求管理和系統工程功能構建工程模型，體現出客戶(hù)的意見(jiàn)。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(hù)角度描述產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)團隊可以分解功能部件，并對各種變型進(jìn)行描述，將它們與需求直接聯(lián)系起來(lái)。這種功能模型可促進(jìn)跨學(xué)科協(xié)同，并可確保在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中滿(mǎn)足客戶(hù)期望。

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圖2 MCD集成式系統工程方法

通過(guò)這種功能機械設計方法，MCD 可在早期階段即促進(jìn)跨學(xué)科概念設計。所有工程學(xué)科可以并行協(xié)同設計一個(gè)項目：
? 機械工程師可以根據三維形狀和運動(dòng)學(xué)創(chuàng )建設計。
? 電氣工程師可以選擇并定位傳感器和驅動(dòng)器。
? 自動(dòng)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(shí)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(chǎng)的仿真

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圖3概念建模和基于物理場(chǎng)的仿真

MCD 提供易于使用的建模和仿真，可在開(kāi)發(fā)周期的更初階段迅速創(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(shí)解決錯誤成本更低。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有部件。對于每個(gè)部件，您可通過(guò)直接引用需求和使用交互式仿真來(lái)驗證正確操作，迅速指定運動(dòng)副、剛體、運動(dòng)、碰撞行為及運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的其他方面。通過(guò)添加諸如傳感器和驅動(dòng)器等其他細節，可為具體電氣工程和軟件開(kāi)發(fā)準備好模型。您可為驅動(dòng)器定義物理場(chǎng) — 位置、方向、目標和速度。MCD 包括多種工具，用于指定時(shí)間、位置和操作順序。MCD 中的仿真技術(shù)基于游戲物理場(chǎng)引擎，可以基于簡(jiǎn)化數學(xué)模型將實(shí)際物理行為引入虛擬環(huán)境。該仿真技術(shù)易于使用，借助優(yōu)化的現實(shí)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(guò)程采用交互方式，因此您可以通過(guò)鼠標指針施加作用力或移動(dòng)對象。MCD 可對一系列行為進(jìn)行仿真，包括驗證機械概念所需的一切，涉及運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、碰撞、驅動(dòng)器彈簧、凸輪、物料流等方面。
3、通過(guò)智能對象封裝機電系統

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圖4 MCD通過(guò)智能對象封裝機電系統

通過(guò)模塊化和重用，MCD 可幫助更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(guò)程中，因為能夠基于經(jīng)驗證的概念進(jìn)行設計，所以可提高質(zhì)量；并且可通過(guò)消除重新設計和返工加快開(kāi)發(fā)速度。借助MCD，您可以在一個(gè)文件中獲取所有學(xué)科的所有機電一體化數據。這些數據包括三維幾何體和圖形、諸如運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方面的物理數據、傳感器和驅動(dòng)器及其接口、凸輪、功能以及操作。這些智能對象可以通過(guò)簡(jiǎn)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(kāi)放式接口

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圖5 MCD的輸出結果

MCD 的輸出結果可以直接用于多個(gè)學(xué)科的具體設計工作，機械設計：由于 MCD 基于 NX CAD 平臺，因此可以提供優(yōu)質(zhì) CAD 設計需要的所有機械設計功能。MCD 還可將模型數據導出到很多其他 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(kāi)發(fā)傳感器和驅動(dòng)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動(dòng)器。自動(dòng)化設計：MCD 可通過(guò)提供零部件和操作順序，支持更高效的軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)可編程邏輯控制器 (PLC) 代碼的自動(dòng)化工程工具中。
MCD為企業(yè)帶來(lái)的價(jià)值：
NX MCD機電一體化概念設計解決方案是一個(gè)完整的機電一體化解決方案，對于降低工程成本、減少實(shí)物樣機數量效果明顯，在虛擬環(huán)境中快速評估機械概念，增強了機械、電子和自動(dòng)化設計師的協(xié)作，有效縮減開(kāi)發(fā)時(shí)間，從而提高企業(yè)競爭力。