提高机电调整协作的提示

机电一体化原理的使用应该使新产品/设备设计更快、更容易，并提供难以置信和廉价的产品。但许多工程集团都在努力解决这种设计方法。为什么有些团体在工作，而有些团体却在挣扎?

多年来我们一直听说机电一体化的前景。私下里，我们听到了关于“机电一体化问题”的评论。一些工程团队得到了它，并成功地应用了它。有些人甚至不想听到这个词。但不可否认的是，无论你叫它什么，这种设计方法在当今世界的多功能，多任务设备和系统是必要的。

你不必把这种方法称为机电一体化。马凯特大学机械工程教授Kevin C. Craig博士说:“我将机电一体化定义为多学科工程系统设计。”这个定义更具描述性。

许多工程师和管理人员正在研究为什么这种方法似乎不提供其承诺或为什么它只适用于某些问题。到目前为止，他们的研究表明，有三个主要问题：教育，企业结构以及缺乏真正的协作设计工具。

教育应该分解墙壁，但是......
多年前，制造业和工程之间的壁垒必须推倒，工业才能实现生产率的显著提高。那些希望实现机电一体化的人也面临着类似的情况，只是这一次必须拆除的是工程学科之间的墙。

教育在建立这些墙壁方面发挥了作用，部分是为了回应上世纪的公司和工会被隔离为单独职能的公司和工会的要求;机械，电气等。如今，惯性将现状与许多大学和持续进行隔离工程学科的现状。即使是教授也没有互相合作！结果是单函数工程师（您可能很快听到的新术语）。

这个单数焦点创造了彼此谈论不同的工程语言的工程师。注意到John Pritchard，全球产品经理，Kinetix Motion Control，Rockwell Automation，“在最近有50名工程师从公司的所有领域拉过来的研讨会上，语言差异很清楚。我们正在讨论如何采取机器人设计的机电方法。在谈话中，机械工程师对他们的斗争谈到了反向动态。控制家伙表示，他们的最大挑战是笛卡尔联合转变。这次谈话在他们意识到他们谈论同样的事情之前，这次谈话发生了十分钟，只是用不同的词语。当机械家伙正在考虑链接，角度等时，控制家伙正在考虑数学。对于这个群体，解决方案是说数学。“

更加合作的软件工具即将到来，将在工程组之间的方向上移动机械，电气和控制设计信息。

一些教育工作者意识到了这一问题，并开始了一场深刻的变革，我们将在稍后介绍。

另一个基于教育般的问题涉及意识;任何工程师都可以影响其他工程师的设计的决定。“缺乏这样的意识旅行了很多项目，”普雷契达成协议。“材料的选择是一个相当常见的决定，导致问题。例如，在由伺服系统控制的往复机构的设计中，机械工程师可以在铝上选择钢。钢可以更容易获得，更便宜，标准练习等。然而，由于这种选择，控制工程师现在遇到了几个限制。伺服电机必须具有三倍的峰值扭矩以加速相同的速率，所需的机械工程师用铝。此外，设计需要更大的电机，更大的驱动和断路器，较重的接线，更大的放大器供电，更大的一切。

“机械工程师可能不知道一部分的设计如何影响整个机器。每份储蓄10美分可能真正导致控制工程师处理较大惯性的额外成本高达10,000美元。并且有许多这样的选择;联轴器，合规性，Gearbos反弹等，“继续普雷契。“而且控制工程师和电气工程师也这样做;例如，梯形加速度可以激发令人振奋的共振，这可能会使机械工程师挫败。另一个例子是将100％而不是较低百分比的常见做法，这可能会影响磨损。“

下面是一个面向机械的运动分析器的例子，它是Solidworks和Rockwell自动化公司合作的结果。

西门子机电一体化工程经理Razvan Panaitescu补充说:“控制系统是机械和电气工程师需要掌握一些知识的更重要的学科之一。“它介于机械和电子之间。你不需要对电子学有很深的了解，只要对建模有足够的了解就行了。”

一些教授目睹了这种意识的缺失，并正在开发项目，不仅将解决这一问题，而且将改变传统的工程劳动力资源。

改变即将到来
Ken Ryan是明尼苏达州亚历山德里亚技术学院应用机电一体化中心的主任。，谈到了教育机构可以做些什么来解决这些问题。他认为工程师的角色转变为两大类:专业工程师(可能是你们中的大多数人)和跨职能工程师。

专家或单功能工程师是传统的机械工程师(ME)、电气工程师(EE)、控制工程师(CE)等。这些人都是他们所选领域的专家。“行业总是需要这些人，”Ryan说，“但不是他们以前雇佣的那么多。我认为，总有一天，一家公司的工程劳动力将由这些专家组成约20%。”

交叉功能工程师本质上是机电一体化工程师。这个人拥有更多的培训广度，学习多种工程学科，而是通常不是专业工程师的深度。这些公司需要使机电一体化计划成功。注意到瑞安，“我认为这些人将在典型的公司中占工程劳动力池的40％。”

跨职能工程师可进一步分为两类:

技术专家:这个人意味着传统工程师的功能延伸;他们实施专家的设计。她/他是机电一体化团队的成员，经常将作为专家中的联络员。这个个体的角色是协调和综合性，垂直和水平。

技术人员：这个人做工程师让他/她做的事。他们负责机电一体化设计设备的安装、服务和维护。一家公司剩下的40%的工程可能就是由这些技能组成的。

机电一体化要求您掌握多个或两个工程学科，或者您开发一组一般主义者来支持专家。交叉功能工程师永远不会取代专业工程师，因为它们没有相当的知识深度。

在亚历山大技术学院，这个项目非常成功。该学院位于一个巨大的包装机械区中心。通过开发跨职能工程课程，研究生可以在各种行业找到工作，包括运输、采矿、海洋、自动化和其他领域。“我们一走出包装盒，”瑞安说，“就开始发现很多人对我们的学生感兴趣，因为这些领域都是跨功能领域。”

公司结构需要培育协作，而不是阻碍协作
由纪律组分组的全球地点和工程师可以创造比解决它的错过通信。“最大的问题是学科之间的互动，”Panaitescu指出。“许多公司仍然物理地团体学科，使工程师只与他们纪律的其他工程师一起工作，或者他们孤立地工作。”最成功的公司拥有开放的文化并培养它。

然后有合作问题，可以由公司结构侧面。“工程师自然竞争，”Panaitescu说。

NI还正在努力开发更多的协作设计工具。

普里查德指出:“但拥有更成功机电设计程序的公司，会利用以项目为重点的跨职能工程小组之间的竞争力，而不是让单个工程师相互竞争。”“‘哪个小组能生产出最好的机器’的策略很有效。”

机电一体化的成功用户也使用一个大家都坚持的通用设计过程。Panaitescu说:“共同设计过程的一个目标是确保工程师在整个设计过程中互相检查，确保一个决定不会妨碍其他参与设计的工程师的决定。”“公司不需要强制要求工程师参加沟通课程;这不是问题所在。”

这个通用过程的一部分涉及需求文档的创建。它在一开始就列出了设计必须做什么。Panaitescu指出，“它不经常使用，因为它不是非常有趣的文书。但它有助于加快产品开发。”

Panaitescu继续说道:“第一步是与客户坐在一起，决定设备必须做什么。“不同项目之间不会有太大差别。但如果你定义得合理、彻底，那么每个人都会茁壮成长。当然，这些要求包括性能、精度、定时、振动等。但这些需求还应包括系统如何执行以及将如何设计;你优化了那台机器吗，减少了碳足迹?你往这台机器里投入了多少材料?这些因素应该是机电一体化概念的一部分。需求随着我们的改变而改变。如果你有这样一个过程，将物理机电一体化概念与需求概念结合起来，那么你的团队中的每个人都着眼于相同的目标和共同的观点。”

例如，宝洁公司(Proctor & Gamble)已经解决了许多此类问题。克雷格说:“宝洁已经开发了内部项目，打破了各自的局限，采用了机电一体化技术，开发了集成设计，并提供了着眼于机械、电气和控制的内部课程。这是可行的。”

需要真正互操作的软件工具
各种CAD和其他产品开发工具的最大问题是它们不提供所需的互操作性水平，让控件工程师与电气工程师的设计相互作用。

“乍一看，”达索Systèmes SolidWorks公司产品经理克雷格·瑟里恩(Craig Therrien)说，“一台机器运行的简单电影似乎是协作机电一体化方法的全部必要条件。

然而，尽管基于3d的机械CAD动画的预期机器功能是一个巨大的改进比2D图纸-并可以帮助确定潜在的碰撞-它不能传达重要的工程信息，电子和控制工程师需要选择，大小和编程适当的系统。动画本身也不能帮助工程师将他们的决策影响纳入机械设计。”

需要更多的东西来利用机电一体化。方案应提供控制工程师访问机械工程信息，如质量，材料特性，惯性矩，以及力/扭矩要求，选择最合适的电子控制机构。机械工程师需要将特定电子控制创建的负载与动态分析的输出相结合，以验证系统的结构完整性。控制程序员需要确保系统函数，而无需任何机械或电子系统问题。简而言之，每个人都需要一个集成的机电一体化设计环境，可以在两个方向上移动机械和控制设计信息。这有助于团队在设计周期期间做出重要的决策和设计修改，而不是由于昂贵的原型设计。

这类机电一体化环境的两个即将发布的例子是SolidWorks®Motion运动学和动力学分析软件与美国国家仪器公司(National Instruments)的LabVIEW®和罗克韦尔自动化公司(Rockwell automation)的Motion Analyzer®控制自动化软件包的集成。

“通过这些综合工具，”持续Therrien“，机械工程师可以在SolidWorks 3D CAD软件中模拟一台机器，并在SolidWorks运动软件中进行运动学和动力学分析。然后，电子系统工程师和控制程序员可以从LabVIEW或运动分析仪访问整个运动仿真，包括相关工程数据，如力，扭矩和摩擦要求，以设计和编程控制系统。最后，机械工程师可以访问详细的控制信息，例如设备类型或电机的尺寸，以进行额外的应力和振动分析。

包装系统制造商Hartness International的工程系统经理Marc Monaghan指出:“我们一直在寻找重用设计数据的方法，将机电控制模拟与机械设计相结合是一个很好的方法。这种集成将运动学仿真的好处扩展到控制编程领域，允许控制逻辑的初始概念与需要控制的机械功能同时进行设计和测试。

莫纳汉补充道:“项目的时间表比以往任何时候都要紧迫，我们用更少的时间来开发物理原型迭代的设计。”“3D建模、分析和控制开发的整合使我们能够在第一部分生产之前就发现潜在的问题和创新机会。这是在项目设计阶段解决更多问题的又一步，成本节约和效率的提高带来了最大的效益。”

NCR Ltd.的工程师是ATM机的领先制造商，也需要更好的产品设计工具。根据NCR的首席工程师John White博士的说法，“我们使用机电一体化来优化性能。一个可互操作的程序，例如SolidWorks和LabVIEW连接，使我们的研发团队能够在物理构建之前开发数字原型。LabVIEW控制运动轨迹，同时使用SolidWorks来计算驱动力，电源要求和应力。将控制软件连接到机械组件为我们的工程师提供了全面设计分析和优化所需的数据。对我们来说，它通过优化来实现可靠性。“

在工程交流中讨论:

达索Systèmes SolidWorks公司
www.solidworks.com.

国家仪器
www.ni.com.

罗克韦尔自动化
www.rockwellautomation.com.

::设计世界::

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了下:运动控制•电机控制那机电一体化

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