本文展示了使用嵌入式分析工具的現(xiàn)代計算機輔助設計（CAD）系統(tǒng)如何實現(xiàn)機電一體化設計,。
　
　　用戶總是要求我們提高所設計的機械的性能,，同時減少資金成本,。為了達到這兩個矛盾的目標，我們將注意力放到在機械設計方面有巨大潛力的機電一體化上,。
　
　　本文審視了當今與機電一體化結合的計算機輔助設計（CAD）工具如何幫助您制造更好的機器,。那么，您需要設計制造一臺新的機器要,，并且您確信機電一體化的設計方法及虛擬原型技術是正確的途徑,，但是該從哪里著手呢? 讓我們先來看更為簡單的取放機。
　
　　在機電一體化設計中,，三個設計團隊（機械,，電機與控制）并行工作。不過,，在機械團隊完成設計前,，電機與控制團隊需要預先得到有關機械的信息。虛擬原型技術可以預先提供機械信息,。通過將3D CAD系統(tǒng)與一個運動和結構分析工具，以及一個虛擬控制器相連接， SolidWorks公司與NI公司創(chuàng)建了一個真實的機電一體化設計環(huán)境,。使用這些工具并不表示機械設計過程中的繁重工作減少了,，而是工作量在整個設計周期中由設計團隊分擔了。
　　

　　初次共振實驗,。虛擬原型技術的巨大價值在于,，它允許您出現(xiàn)并校正設計錯誤，而不會出現(xiàn)制造實物樣機所帶來的資金耗費與時間延遲,。

　
虛擬原型技術設計過程
　　經(jīng)常失敗與早期失敗是虛擬原型技術設計的必經(jīng)之路,，失敗的方式是在設計過程中——而不是之后。所以您該如何‘失敗’而仍舊成功,？訣竅是在正確的事情上失敗,，確定什么是您機械的關鍵性能指標(KPI’s)，并將這些作為隨后測試的參數(shù)與目標,。那么,，讓我們看看取放機并領會虛擬原型技術如何在設計過程引導我們。
　　

　　取放機

　　運動輪廓是所有機械的基石,。最簡單的情況是將物體A從 B處 移到 C處,。但是在某些情況下，您從B到C的最佳方式并不那么顯而易見,。一步運動還是兩步,？凸輪還是伺服？利用CAD可以快速地安排機械的運動部件,，并檢查沖突與運動范圍,。由于大多機械并不是從草圖開始的，最初的CAD組裝很可能是3D模型與布局草圖或是結構圖的混合體,。

取放裝配布局

　　即使只有如此簡單的幾何形狀,，SolidWorks仍可以基于草圖或用戶定義的部分計算出近似的力與轉(zhuǎn)矩。我們現(xiàn)在可以將這些要求告知電機工程師,，他們會對馬達與驅(qū)動提出建議,。再者，我們有可能借助于軟件的優(yōu)勢直接從3D信息中心 （擁有超過一百萬個模型）或者制造商的網(wǎng)站下載馬達與驅(qū)動的CAD模型,。

裝配馬達與驅(qū)動的取放布局

　　最初的設計迭代提供力的大小來確定“最初估計”的馬達和驅(qū)動尺寸,。使用裝配圖中包含的馬達與驅(qū)動CAD模型，運動仿真能夠快速地重復運行來完善馬達與驅(qū)動需求,。當機械設計成熟并且CAD裝配變得更加完整,，運動分析軟件可以周期性地重復運行，確保實物樣機制造時不會出現(xiàn)意外,。
　
　　當馬達尺寸確定后,，我們可以將注意力轉(zhuǎn)移到機械的性能與其結構上,。典型的機械KPI是其位置公差，就機械學的層次來說,，是由機構剛度與驅(qū)動順性決定的,。對我們的取放機而言，我們需要一個與較輕的,，但很硬的移動結構結合一個非常剛性的支持結構,， 驅(qū)動以及連接系統(tǒng)，它們能夠充分滿足機械的需求,。我們提到充分,，是因為馬達和驅(qū)動的順性緊密地與花費聯(lián)系在一起。
　
　　使用SolidWorks集成的仿真套件,，我們可以從運動分析中取出力與轉(zhuǎn)矩,，并將其放入結構仿真中來評估機械強度，耐久性以及柔韌性?，F(xiàn)在,，機械工程師可以回答有關機械性能的基本問題了。在任何運行速度下機械是否會共振,？機械是否超出設計標準,？我們是否能減少機械的重量以及由此導致的花費？機械部件的使用壽命是多久,？這不是只做一次的仿真,，而是當機械開發(fā)時，不斷運行以發(fā)展與改進,，不斷為機電一體化團隊提供最新,、精確的信息，以根據(jù)具體情況作出設計決定,。我們現(xiàn)在完全參與設計迭代循環(huán),，對于一個好的設計來說，“如果出現(xiàn)情況怎么辦”可以被提高為“沒問題”的設計,。
　
　　目前為止,，我們只考慮了機械與電機工程師，而機電一體化設計模式是關于并行工作的三個工程團隊,。那么虛擬原型技術如何幫助控制工程師,？我們已經(jīng)看到了虛擬機械如何在CAD系統(tǒng)下被驅(qū)動，但是控制工程師想要的是一個虛擬控制器,，能夠直接與CAD幾何圖形對話并驅(qū)動運動分析,，如同用于SolidWorks的LabVIEW NI SoftMotion所能實現(xiàn)的。

通過馬達尺寸以及其它部件的確定,，虛擬控制器能夠直接與CAD圖形對話并驅(qū)動運動分析,。

　
　　現(xiàn)在,，控制工程師可以驅(qū)動虛擬機械，微調(diào)控制代碼并實時觀察機械行為,?？刂乒こ處熆梢源_保運動輪廓正確，調(diào)查有關機械性能順性的效果,，并留意設計一些安全裝置，例如傳感器或者限位開關,。對機械與電機工程師來說,，因為虛擬機械是由“真實”代碼驅(qū)動， 新增的好處是,，機械工程師可以確定“真實”的力與轉(zhuǎn)矩,，而電機工程師可以估計“真實”的馬達與驅(qū)動需求。

　　美國國家儀器公司 Javier Gutierrez,，Christian Fritz
　　Dassault Systèmes SolidWorks公司Stephen Endersby