基于SolidWorks實現機電一體化系統設計的展望

摘要：探討機電一體化設計在當今機電一體化設備設計領域的重要性，提出需求。分析國內外現狀與不足，引出現階段設計中急需解決的問題，進而提出SolidWorks作為新的解決方案，提出未來的展望與期待。

關鍵詞：機電一體化；SolidWorks；機電一體化設計

引言

伴隨著設備功能、自動化程度、結構的不斷提高，機械設備完全采用機械構造的時代行將結束，進入“機電一體化”時代。機電一體化是機械自動化的發展和升華，機電一體化研究的開展和應用，才能有效保障機械工業的現代化發展，為其發展提供源源不斷的支撐和動力。

1.機電一體化設計的意義及需求

自1971年首次提出機電一體化這一概念以來，機電一體化經歷了四十多年的發展，其意義跟隨著科技的發展不斷更新，不斷豐富。特別是21世紀的到來，使得市場競爭日趨激烈，消費觀念不斷提升，機械產品呈現出智能化、模塊化、柔性化、自動化等機電一體化特征。機電一體化技術將在未來機械產品的設計和開發中發揮著重要的作用。然而機電一體化系統所具有的學科交叉性、融合性、復雜性，給產品設計師提出了更高的要求[1]。如何針對不同學科領域的工作原理來更好地滿足產品的功能需求。這需要建立一種能夠與當代技術發展相適應的機電一體化產品設計方法并有一套完整的設計工具。

2.機電一體化設計的國內外研究現狀

機電一體化產品設計的發展目前還處于發展階段，在國外，德國Darmstadt大學對機電一體化的控制系統的設計方法學上進行了較深入的研究。他們的觀點認為，機電一體化的驅動器、傳感器及機械部分都是作為控制系統設計的外界環境而存在的。在他們的設計中，僅考慮控制系統，并且沒有考慮到幾個部分之間的融合設計問題。美國Analogy公司聲稱其開發的Saber軟件是支持機電一體化系統設計的智能化概念設計軟件，但其實質還僅是一個機電一體化仿真軟件，不具備產生方案的功能。

上海交通大學，從現代機構的角度出發，將機電一體化系統劃分為廣義執行機構子系統、傳感檢測子系統、信息處理及控制子系統，稱為“三子系統論”[2]，提出了Process（工藝）—Action（動作）—Mechanism（機構）的PAM功能求解模型，更具有可操作性，更利于計算機輔助概念設計的實現[3]。在國內的研究單位，一般在計算機輔助創新設計方面進行了研究，但對機電一體化產品設計方面的問題基本沒有進行研究。

3.現存在問題

上述研究，為機電一體化產品設計及其計算機化設計工具的研究奠定了一定的理論基礎。由于機電一體化系統變得越來越復雜，所以設計人員需要綜合考慮機械與電子電氣之間的共同作用來實現功能。例如：斯達特公司所生產的運輸帶式金屬檢查儀，需要無磁場干涉，而其運動機構恰能產生靜電運動磁場。最終通過機械與電氣設計師的聯手下，采用單端絕緣技術結構解決了這一問題。這個例子中還存在存在設計不協調的問題，雙方使用的軟件無法對接，不能共享，不能整體建模，更不能整體仿真，其設計的工期及可靠性大打折扣，影響資源利用率及效率值。

4.基于SolidWorks軟件的解決問題方案

現如今SolidWorks軟件正日漸成熟的成為機電一體化設計軟件而呈現在大家面前，Solidworks軟件功能強大，您可以使用熟悉的 3D 可視化界面來設計機械零件和裝配體。其原有的插件已經基本可以較完美的滿足機械設計及仿真所需的功能。

COSMOSMotion作為SolidWorks插件，它利用機械動力學來模擬機械運動。可幫助設計人員了解其裝配體的運動性能，大大縮短產品開發時間，降低制造物理樣機的成本。

使用 COSMOSWorks，您可以快速、方便地在各零件都添加了載荷的情況下對它們進行分析，以驗證零件的結構完整性。COSMOSWorks Designer 還使您能夠研究不同裝配體零部件之間的交互作用。您可以輕松地比較備選設計方案，然后快速為最終生產選擇最佳設計方案。

最可喜的是，2013年新推出SolidWorks Electrical將2D、3D電氣設計與3D機械設計完美無縫集成，優化項目設計。成功的解決了以往機械與電氣設計上的對接困難，實現機電一體化設計。

SolidWorks Electrical新產品采用elecworks技術，它能幫助用戶將2D電氣設計數據與3D機械設計數據直接集成。這種集成方式將大大提高機械與電氣團隊間的協同工作效率，并會顯著縮短項目設計到生產完成的周期。機械與電氣設計能夠實時同步的進行數據更新。3D模式的電氣裝配布局設計能夠在投入生產前盡早的模擬出設備的空間布局，更有效的利用空間。通過SolidWorks Electrical 3D自動布線功能使現場布線更容易：3D自動布線遵循最優路徑原則，能夠真實的統計出電線和電纜的精細長度清單。電氣設備的零部件及項目圖紙管理可以通過SolidWorks Enterprise PDM系統直接管理與集成[4]。

5.展望

SolidWorks Electrical的出現為機電一體化設計者們帶來了新的春天，現在設計者們完全可以采用SolidWorks這個功能強大的軟件實現，機電一體化整體設計、分析、仿真、投產，是真正的機電一化設計軟件。由于才剛剛投入市場，可能還稍微有一點未知的問題，不過，我們已經可以看到了機電一體化設計的美好未來。

參考文獻：

[1]李瑞琴，鄒慧君.機電一體化產品概念設計理論研究現狀與發展展望[J].機械設計與研究，2003，19（3）：10～13

[2]鄒慧君，廖武，郭為忠，王石剛.機電一體化系統概念設計的基本原理[J].機械設計與研究，1999，（3）：14～17.

[3]田志斌.現代機械運動系統概念設計理論與應用研究[D].上海：上海交通大學，2001.

[4]http：//www.solidworks.com

作者簡介：于興龍（1986.05-）男，遼寧營口，沈陽斯達特電子有限公司，助理工程師，機電一體化設計。