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概覽 激烈的全球化競爭給機械制造商帶來(lái)壓力，他們制造出的機器需要能提高產(chǎn)量，同時(shí)降低成本，并滿(mǎn)足更多類(lèi)似的要求，如：提高生產(chǎn)力，提升效率，從而在競爭中脫 穎而出。因此，當今的機械制造商已從僅制造單一功能的機器，轉變?yōu)樵O計靈活高效的多功能機器，他們通過(guò)采用現代化控制系統配合復雜的運算并將高端電子產(chǎn)品 集成到他們的機械產(chǎn)品中。 機電一體化 機電一體化是一種綜合的工業(yè)技術(shù)，通過(guò)將最有效的開(kāi)發(fā)實(shí)踐和技術(shù)融和到精簡(jiǎn)設計、樣機研究和系統發(fā)布中，以此來(lái)提升整個(gè)設計過(guò)程。 Kevin Craig博士是倫斯勒理工學(xué)院機械工程教授，他認為機電一體化作為工程的準則，是機械工程、電子、控制工程和計算機的協(xié)同組合，在設計過(guò)程中相互交融。 它涉及了在從復雜決策到物理系統運作等多方面應用。由于這些獨特的功能，機電一體化系統依賴(lài)于計算機軟件。這一規律導致了一個(gè)不斷發(fā)展的趨勢，由于設計變 得越加復雜，因此在不同設計團隊間的合作越來(lái)越必要。 
機電一體化開(kāi)發(fā)方式的成功之道 機電一體化系統的發(fā)展趨勢使得設計的復雜度陡增，迫使不同的設計團隊一起工作。在一個(gè)機電一體化系統中，每個(gè)決策在整個(gè)設計中會(huì )產(chǎn)生連鎖反應。如果 機械團隊決定改變材料，意味著(zhù)改變了機械零件的重量，為了機器有效的運行，會(huì )需要對電機的尺寸，甚至是電機的類(lèi)型做相應的更改。將步進(jìn)電機更換為伺服電機 會(huì )大大增加運算控制的復雜性和對嵌入式系統運算處理性能的要求。在機械、電氣和控制工程師間，提高團隊交流與和合作是十分重要的，而那些無(wú)縫合作工具，能 夠幫助工程師們在開(kāi)發(fā)周期的各階段分享數據和信息，從而使合作和信息交流更為有效。 那些工具實(shí)現了虛擬樣機（也被稱(chēng)作數字樣機），能夠在從不同領(lǐng)域結合的仿真技術(shù)，即一個(gè)模型仿真完整的機器或設備。設計師可以在具化一個(gè)物理部件之 前，仿真其機械動(dòng)力，其中包括質(zhì)量和摩擦效應、循環(huán)次數和單個(gè)零件性能。在投入物理樣機的花費之前，一個(gè)虛擬機樣即可以預測和優(yōu)化設計，并且能評估不同設 計的研究和概念�；跈C電一體化的開(kāi)發(fā)方式能降低機器設計的風(fēng)險、加快設計節奏、提高對客戶(hù)需求的認知，并簡(jiǎn)化調試排除故障的過(guò)程。因此機電一體化的方法 可以幫助機器制造商在第一時(shí)獲得最優(yōu)設計。 從商業(yè)角度看，一個(gè)虛擬樣機不僅在設計階段增加了許多價(jià)值，而且對銷(xiāo)售部門(mén)在銷(xiāo)售過(guò)程中與潛在客戶(hù)溝通提供支持。一個(gè)虛擬樣機能夠幫助銷(xiāo)售贏(yíng)得客戶(hù)并成功的執行項目。 在報價(jià)階段，一個(gè)虛擬機器可以幫助明確要求，確保銷(xiāo)售部門(mén)準確地理解客戶(hù)的需求。它提供多種可能，如展示設計特性、解釋價(jià)值、幫助揭開(kāi)項目中的未 知，以及風(fēng)險評估。甚至在售后，一個(gè)虛擬樣機能夠根據客戶(hù)的要求在已有機器的改進(jìn)和升級測試中起到作用。另外，客戶(hù)可以用這個(gè)樣機來(lái)解決他們在運行過(guò)程中 遇到的問(wèn)題。 NI LabVIEW和DS SolidWorks結合 為降低機器設計的成本和風(fēng)險，達索析統和美國國家儀器合作，為運動(dòng)控制系統設計師提供機電一體化為核心的虛擬原型工具。 采用LabVIEW和SolidWorks，機器設備制造商可以連接SolidWorks運動(dòng)分析功能與LabVIEW工業(yè)級運動(dòng)控制程序，創(chuàng )造出 真實(shí)的運動(dòng)控制系統的仿真。采用這種集成的方式，機器制造商還可以開(kāi)發(fā)控制邏輯、動(dòng)作軌跡描述并將其應用于他們機器的三維CAD模型中，在支付昂貴的加工 成本和物理零件購置費之前，就能在軟件中測試機器的運行。采用這種集成的方式，機器設備制造商能在建造物理樣機前評估系統行為和性能。他們能夠在極端的操 作環(huán)境下測試部件的電氣性能和實(shí)時(shí)響應時(shí)間，而無(wú)須將其單獨取出。 因此，一旦CAD模型被創(chuàng )建，機械工程師和控制工程師就能夠合力工作。它們能夠用虛擬原型工具創(chuàng )造出用于不同設計分析為目的的實(shí)際機器的仿真，例如： • 可視化仿真機器操作 • 機器加工周期性能評估 • 完成精確的壓力/扭矩性能需求分析 • 運動(dòng)控制程序及碰撞檢測的設計和驗證 • 物理樣機制造前設計優(yōu)化 • 機械/電氣相關(guān)設計問(wèn)題確認 使用SolidWorks和LabVIEW，工程師們可以在具化一個(gè)物理部件，同時(shí)將其連接至一個(gè)真實(shí)的控制算法之前，模擬其機械動(dòng)力，其中包括聚 合摩擦力效果、循環(huán)次數和單個(gè)零件性能。在投入物理模型的花費之前，一個(gè)虛擬樣機可以預測和優(yōu)化設計，并且能評估不同設計概念。將運動(dòng)仿真與CAD結合能 使設計簡(jiǎn)化，因為仿真用到的信息早已在CAD模型中出現，如密合裝配、聯(lián)軸器、和材料的質(zhì)量特性。LabVIEW提供了簡(jiǎn)單易用的高級功能塊編程模式對運 動(dòng)控制系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)，那些只有一些或沒(méi)有運動(dòng)控制程序使用經(jīng)驗的使用者都能很容易上手。LabVIEW與SolidWorks的結合，幫助客戶(hù)開(kāi)發(fā)他們的 運動(dòng)控制算法，同時(shí)能在SolidWorks環(huán)境中使用3D CAD來(lái)評估系統行為和性能。通過(guò)真實(shí)的運動(dòng)控制仿真，它能夠在設計時(shí)仿真實(shí)際的運行情景，以此來(lái)確認零件碰撞，輸出數據或者圖形結果，以此利用CAD模 型實(shí)現三維可視化。
最后工程師們能輕松地將已開(kāi)發(fā)的控制算法部署到嵌入式運動(dòng)控制平臺中，例如NI CompactRIO，它是一個(gè)基于FPGA的硬件平臺。CompactRIO為獨立分散的確定性操作提供了實(shí)時(shí)嵌入式處理器，以及可以直接連接工業(yè)傳感 器，激勵器和電機的可熱插拔的工業(yè)I/O模塊。有了CompactRIO，工程師能夠重新利用在仿真中已測試開(kāi)發(fā)的代碼，并將其實(shí)現在實(shí)際的I/O模塊和 電機上。 美國國家儀器有限公司供稿 |
