導讀：
目前全球工業(ye) 產(chan) 品呈現出越來越複雜的趨勢，通常涉及到多個(ge) 學科，例如：機械、電氣及自動化等。企業(ye) 該如何應對這一挑戰？
北京天拓四方科技有限公司作為(wei) 西門子DF（數字化工廠）集團、PD（過程自動化與(yu) 驅動）集團、EM（能源管理）集團和西門子工業(ye) 軟件業(ye) 務的戰略合作夥(huo) 伴提供基於(yu) 西門子NX MCD平台下的機電一體(ti) 化解決(jue) 方案，幫助企業(ye) 建立機電設計研發平台。
機電產(chan) 品概念設計原理
機電一體(ti) 化概念設計解決(jue) 方案（MCD）是一種全新解決(jue) 方案，適用於(yu) 機電一體(ti) 化產(chan) 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於(yu) 機電一體(ti) 化產(chan) 品中的自動化相關(guan) 行為(wei) 的概念進行 3D 建模和仿真。MCD 支持功能設計方法，可集成上遊和下遊工程領域，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(chan) 品的開發速度， 使這些學科能夠同時工作，專(zhuan) 注於(yu) 包括機械部件、傳(chuan) 感器、驅動器和運動的概念設計。MCD 可實現創新性的設計技術，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(chan) 效率、縮短設計周期和降低成本。
圖1 MCD機電產(chan) 品概念設計原理
MCD係統的主要能力：
1、集成式係統工程方法
MCD 可為(wei) 功能機械設計的全新方法提供支持。功能分解作為(wei) 機械、電氣以及軟件/ 自動化學科之間的通用語言，可使這些學科並行工作。此方法可確保從(cong) 產(chan) 品開發的更初階段就能獲得機電一體(ti) 化產(chan) 品的行為(wei) 和邏輯特性需求，並獲得支持。MCD 可與(yu) Siemens PLM Software 的 Teamcenter產(chan) 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(jue) 方案。在開發周期開始時， 設計人員可以使用 Teamcenter 的需求管理和係統工程功能構建工程模型，體(ti) 現出客戶的意見。Teamcenter 采用結構化層次結構收集、分配和維護產(chan) 品需求，可從(cong) 客戶角度描述產(chan) 品。開發團隊可以分解功能部件，並對各種變型進行描述，將它們(men) 與(yu) 需求直接聯係起來。這種功能模型可促進跨學科協同，並可確保在整個(ge) 產(chan) 品開發過程中滿足客戶期望。
圖2 MCD集成式係統工程方法
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。所有工程學科可以並行協同設計一個(ge) 項目：
機械工程師可以根據三維形狀和運動學創建設計。
電氣工程師可以選擇並定位傳(chuan) 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(wei) ，首先設計基於(yu) 時間的行為(wei) ，然後定義(yi) 基於(yu) 事件的控製。
2、概念建模和基於(yu) 物理場的仿真
圖3概念建模和基於(yu) 物理場的仿真
MCD 提供易於(yu) 使用的建模和仿真，可在開發周期的更初階段迅速創建並驗證備選概念。借助早期驗證可幫助檢測並糾正錯誤，此時解決(jue) 錯誤成本更低。MCD 可從(cong) Teamcenter 直接載入功能模型，以加快機械概念設計速度。對於(yu) 模型中的每項功能，您可為(wei) 新部件創建基本幾何模型，或從(cong) 重用庫中添加現有部件。對於(yu) 每個(ge) 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(ti) 、運動、碰撞行為(wei) 及運動學和動力學的其他方麵。通過添加諸如傳(chuan) 感器和驅動器等其他細節，可為(wei) 具體(ti) 電氣工程和軟件開發準備好模型。您可為(wei) 驅動器定義(yi) 物理場 — 位置、方向、目標和速度。MCD 包括多種工具，用於(yu) 指定時間、位置和操作順序。MCD 中的仿真技術基於(yu) 遊戲物理場引擎，可以基於(yu) 簡化數學模型將實際物理行為(wei) 引入虛擬環境。該仿真技術易於(yu) 使用，借助優(you) 化的現實環境建模，您隻需幾步即可迅速定義(yi) 機械概念和所需的機械行為(wei) 。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 可對一係列行為(wei) 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、物料流等方麵。
3、通過智能對象封裝機電係統
圖4 MCD通過智能對象封裝機電係統
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(jue) 方案，您可獲取智能對象中的機電一體(ti) 化知識，並將這些知識存儲(chu) 在庫中，供以後重用。在重用過程中，因為(wei) 能夠基於(yu) 經驗證的概念進行設計，所以可提高質量；並且可通過消除重新設計和返工加快開發速度。借助MCD，您可以在一個(ge) 文件中獲取所有學科的所有機電一體(ti) 化數據。這些數據包括三維幾何體(ti) 和圖形、諸如運動學和動力學等方麵的物理數據、傳(chuan) 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(cong) 重用庫應用於(yu) 新設計中。
4、麵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於(yu) 多個(ge) 學科的具體(ti) 設計工作，機械設計：由於(yu) MCD 基於(yu) NX CAD 平台，因此可以提供優(you) 質 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 以及獨立於(yu) CAD 的 JT 格式。電氣設計：借助 MCD，您可以開發傳(chuan) 感器和驅動器列表，並以 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(chuan) 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。操作順序甘特圖能以 PLCopen XML 標準格式導出，用於(yu) 行為(wei) 和順序描述，這種格式廣泛用於(yu) 開發可編程邏輯控製器 (PLC) 代碼的自動化工程工具中。
MCD為(wei) 企業(ye) 帶來的價(jia) 值：
NX MCD概念設計解決(jue) 方案是一個(ge) 完整的機電一體(ti) 化解決(jue) 方案，對於(yu) 降低工程成本、減少實物樣機數量效果明顯，在虛擬環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作，有效縮減開發時間，從(cong) 而提高企業(ye) 競爭(zheng) 力。