導(dǎo)讀：
目前全球工業(yè)產(chǎn)品呈現(xiàn)出越來越復(fù)雜的趨勢，通常涉及到多個(gè)學(xué)科，例如：機(jī)械、電氣及自動(dòng)化等。企業(yè)該如何應(yīng)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(tuán)、PD（過程自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)）集團(tuán)、EM（能源管理）集團(tuán)和西門子工業(yè)軟件業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略合作伙伴提供基于西門子NX?MCD平臺下的機(jī)電一體化解決方案，幫助企業(yè)建立機(jī)電設(shè)計(jì)研發(fā)平臺。

機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)原理
機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)解決方案（MCD）是一種全新解決方案，適用于機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)。借助該軟件，可對包含多物理場以及通常存在于機(jī)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(shè)計(jì)方法，可集成上游和下游工程領(lǐng)域，包括需求管理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)以及軟件/ 自動(dòng)化工程。MCD可加快涉及機(jī)械、電氣和軟件設(shè)計(jì)學(xué)科的產(chǎn)品的開發(fā)速度， 使這些學(xué)科能夠同時(shí)工作，專注于包括機(jī)械部件、傳感器、驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)的概念設(shè)計(jì)。MCD 可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)技術(shù)，幫助機(jī)械設(shè)計(jì)人員滿足日益提高的要求，不斷提高機(jī)械的生產(chǎn)效率、縮短設(shè)計(jì)周期和降低成本。

?

圖1 MCD機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)的全新方法提供支持。功能分解作為機(jī)械、電氣以及軟件/ 自動(dòng)化學(xué)科之間的通用語言，可使這些學(xué)科并行工作。此方法可確保從產(chǎn)品開發(fā)的更初階段就能獲得機(jī)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(jié)合使用，以提供端到端機(jī)械設(shè)計(jì)解決方案。在開發(fā)周期開始時(shí)， 設(shè)計(jì)人員可以使用 Teamcenter 的需求管理和系統(tǒng)工程功能構(gòu)建工程模型，體現(xiàn)出客戶的意見。Teamcenter 采用結(jié)構(gòu)化層次結(jié)構(gòu)收集、分配和維護(hù)產(chǎn)品需求，可從客戶角度描述產(chǎn)品。開發(fā)團(tuán)隊(duì)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。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(jī)械設(shè)計(jì)方法，MCD 可在早期階段即促進(jìn)跨學(xué)科概念設(shè)計(jì)。所有工程學(xué)科可以并行協(xié)同設(shè)計(jì)一個(gè)項(xiàng)目：
? 機(jī)械工程師可以根據(jù)三維形狀和運(yùn)動(dòng)學(xué)創(chuàng)建設(shè)計(jì)。
? 電氣工程師可以選擇并定位傳感器和驅(qū)動(dòng)器。
? 自動(dòng)化編程人員可以設(shè)計(jì)機(jī)械的基本邏輯行為，首先設(shè)計(jì)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)周期的更初階段迅速創(chuàng)建并驗(yàn)證備選概念。借助早期驗(yàn)證可幫助檢測并糾正錯(cuò)誤，此時(shí)解決錯(cuò)誤成本更低。MCD 可從 Teamcenter 直接載入功能模型，以加快機(jī)械概念設(shè)計(jì)速度。對于模型中的每項(xiàng)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(gè)部件，您可通過直接引用需求和使用交互式仿真來驗(yàn)證正確操作，迅速指定運(yùn)動(dòng)副、剛體、運(yùn)動(dòng)、碰撞行為及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的其他方面。通過添加諸如傳感器和驅(qū)動(dòng)器等其他細(xì)節(jié)，可為具體電氣工程和軟件開發(fā)準(zhǔn)備好模型。您可為驅(qū)動(dòng)器定義物理場 — 位置、方向、目標(biāo)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)基于游戲物理場引擎，可以基于簡化數(shù)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(xiàn)實(shí)環(huán)境建模，您只需幾步即可迅速定義機(jī)械概念和所需的機(jī)械行為。仿真過程采用交互方式，因此您可以通過鼠標(biāo)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(yàn)證機(jī)械概念所需的一切，涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、碰撞、驅(qū)動(dòng)器彈簧、凸輪、物料流等方面。
3、通過智能對象封裝機(jī)電系統(tǒng)

?

圖4 MCD通過智能對象封裝機(jī)電系統(tǒng)

通過模塊化和重用，MCD 可幫助更大限度提高設(shè)計(jì)效率。借助該解決方案，您可獲取智能對象中的機(jī)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?yàn)槟軌蚧诮?jīng)驗(yàn)證的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以可提高質(zhì)量；并且可通過消除重新設(shè)計(jì)和返工加快開發(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(jī)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(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方面的物理數(shù)據(jù)、傳感器和驅(qū)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簡單的拖放操作從重用庫應(yīng)用于新設(shè)計(jì)中。
4、面向其他工具的開放式接口

?

圖5 MCD的輸出結(jié)果

MCD 的輸出結(jié)果可以直接用于多個(gè)學(xué)科的具體設(shè)計(jì)工作，機(jī)械設(shè)計(jì)：由于 MCD 基于 NX CAD 平臺，因此可以提供優(yōu)質(zhì) CAD 設(shè)計(jì)需要的所有機(jī)械設(shè)計(jì)功能。MCD 還可將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出到很多其他 CAD 工具， 包括 NX、Catia、Pro/ENGINEER、SolidWorks 以及獨(dú)立于CAD 的 JT 格式。電氣設(shè)計(jì)：借助 MCD，您可以開發(fā)傳感器和驅(qū)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(qū)動(dòng)器。自動(dòng)化設(shè)計(jì)：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(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)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(dòng)化工程工具中。
MCD為企業(yè)帶來的價(jià)值：
NX MCD機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)解決方案是一個(gè)完整的機(jī)電一體化解決方案，對于降低工程成本、減少實(shí)物樣機(jī)數(shù)量效果明顯，在虛擬環(huán)境中快速評估機(jī)械概念，增強(qiáng)了機(jī)械、電子和自動(dòng)化設(shè)計(jì)師的協(xié)作，有效縮減開發(fā)時(shí)間，從而提高企業(yè)競爭力。