導讀：
目前全球工業(yè)產品呈現(xiàn)出越來越復雜的趨勢，通常涉及到多個學科，例如：機械、電氣及自動化等。企業(yè)該如何應對這一挑戰(zhàn)？?
北京天拓四方科技有限公司作為西門子DF（數(shù)字化工廠）集團、PD（過程自動化與驅動）集團、EM（能源管理）集團和西門子工業(yè)軟件業(yè)務的戰(zhàn)略合作伙伴提供基于西門子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可加快涉及機械、電氣和軟件設計學科的產品的開發(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效率、縮短設計周期和降低成本。

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圖1 MCD機電產品概念設計原理

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。此方法可確保從產品開發(fā)的更初階段就能獲得機電一體化產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、分配和維護產品需求，可從客戶角度描述產品。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，并可確保在整個產品開發(fā)過程中滿足客戶期望。

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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 可在早期階段即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

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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(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)

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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。在重用過程中，因為能夠基于經驗證的概念進行設計，所以可提高質量；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

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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，因此可以提供優(yōu)質 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一個完整的機電一體化解決方案，對于降低工程成本、減少實物樣機數(shù)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、電子和自動化設計師的協(xié)作，有效縮減開發(fā)時間，從而提高企業(yè)競爭力。