本文是本系列的第三篇文章，展示了现代CAD系统如何使用嵌入式分析工具实现机电一体化设计的承诺。
今天，我们的客户要求我们提高我们设计的机器的性能，同时降低他们的资金成本。为了寻求这两个相互冲突的目标，我们着眼于机电一体化，它对机器设计有巨大的潜力。
本文是本系列的第三篇也是最后一篇文章，将介绍当今的CAD工具如何结合机电一体化技术来帮助您构建更好的机器。所以你有一台新机器要设计和制造，你确信机电一体化设计方法和虚拟样机是你要走的路，但你从哪里开始?让我们回到第一篇文章中提到的简单的拾取和放置机器。
在机电一体化设计中，三个设计团队(机械、电气和控制)并行工作。但是电气和控制团队要求在机械团队完成设计之前就了解机器的信息。虚拟样机技术是一种能够预先提供机械信息的实现技术。通过将3D CAD系统与运动和结构分析工具和虚拟控制器连接起来，SolidWorks和National Instruments创造了一个真正的机电一体化设计环境。使用这些工具并不意味着机器设计中涉及的辛苦工作减少了，而是在整个设计周期中，整个设计团队都分担了工作负荷。
首次共振测试。虚拟原型的巨大价值在于，它可以让你在没有建造实体原型的成本和延迟的情况下，做出并纠正设计错误。
虚拟原型设计流程
经常失败，尽早失败是虚拟原型的咒语，失败的方式是在设计过程中，而不是在设计之后。那么，你是如何“失败”后仍然成功的呢?诀窍是在正确的事情上失败，确定您的机器的关键性能指标(KPI)是什么，并将它们用作后续测试的参数和目标。所以让我们看看我们的挑选和放置机器，看看虚拟原型如何指导我们的设计过程。
挑选和地方机制
任何机器的基石都是它的运动轮廓。在最简单的层面上，你必须将物体A从B移到C。但在某些情况下，你从B移到C的最佳方式并不总是明确的:一个运动还是两个运动?凸轮或伺服系统?CAD允许您快速布局的运动部件的机器，并检查冲突和运动范围。由于很少有机器是从头开始的，所以最初的CAD组装很可能是3D模型和布局草图或块的混合。
挑选和放置组装布局
即使是这样简单的几何图形，SolidWorks也能够根据草图或用户定义的质量计算出近似的力和力矩。我们现在可以把这些要求传递给电气工程师，他们可以推荐合适的电机和驱动器。再一次，我们可以通过可能从3D内容中心(有超过100万个模型)或从制造商的网站下载电机或驱动器的CAD模型来利用该软件。
拾起并定位布置带有电机和驱动器的总成
第一次设计迭代提供了确定“第一次猜测”电机和驱动器大小的力量。通过装配中包含的电机和驱动CAD模型，可以快速地重新运行运动仿真，以完善电机和驱动要求。随着机器设计的发展和CAD装配变得更加完整，运动分析可以定期地重新运行，以确保在真正的机器建造时没有意外。
随着电机的尺寸，注意可以转向机器的机械性能和它的结构。一个典型的机器KPI是它的位置公差，在机械水平上，由结构刚度和驱动依从性驱动。对于我们的拾放机，我们想要一个非常坚硬的支撑结构，一个轻便但坚硬的移动结构，一个驱动和耦合系统，这足以满足机器的需要。我们说足够了，因为电机和驱动的合规性与成本密切相关。
使用SolidWorks的集成仿真套件，我们可以从运动分析和结构仿真中获取力和力矩，以评估机器的强度、耐久性和灵活性。现在机械工程师可以回答有关机械性能的基本问题。机器在任何一种运行速度下会产生共鸣吗?这台机器设计过度了吗?我们能减少重量从而降低机器的成本吗?机器部件的使用寿命是多少?同样地，这些模拟不是一次性的，而是随着机器的发展而不断进化和完善的多次运行，始终为机电一体化团队提供最新的、准确的信息，以做出明智的设计决策。我们现在完全投入到设计迭代循环中，即“假设情境”，这能够将“不错”的设计提升为优秀的设计。
到目前为止，我们只考虑了机械和电气工程师，但机电一体化设计范式是关于三个工程团队并行工作。那么虚拟原型如何帮助控制工程师呢?我们已经看到了如何通过CAD系统使虚拟机运动起来，但是控制工程师想要的是一个虚拟控制器，它可以直接与CAD几何图形对话并驱动运动分析，就像LabVIEW NI SoftMotion for SolidWorks可以做的那样。
与汽车大小的等元件确定后，虚拟控制器可直接与CAD几何图形对话并驱动运动分析。
现在，控制工程师可以驱动虚拟机，微调控制代码，并实时观察机器行为。控制工程师可以确保运动轮廓是正确的，调查合规性对机器性能的影响，并着眼于设计任何安全功能，如传感器或限位开关。机械和电气工程师的额外优势是，因为虚拟机是由“真实的”代码驱动的，机械工程师可以确定“真实的”力和扭矩，而电气工程师可以评估“真实的”电机和驱动要求。
要查看虚拟原型演示视频并了解更多信息，请访问www.ni.com/virtualprototyping．
国家仪器
www.ni.com
达索Systèmes SolidWorks公司
www.solidworks.com
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