导读：
目前全球工业产品呈现出越来越复杂的趋势，通常涉及到多个学科，例如：机械、电气及自动化等。企业该如何应对这一挑战？
北京天拓四方科技有限公司作为西门子DF（数字化工厂）集团、PD（过程自动化与驱动）集团、EM（能源管理）集团和西门子工业软件业务的战略合作伙伴提供基于西门子NX MCD平台下的机电一体化解决方案，帮助企业建立机电设计研发平台。
机电产品概念设计原理
机电一体化概念设计解决方案（MCD）是一种全新解决方案，适用于机电一体化产品的概念设计。借助该软件，可对包含多物理场以及通常存在于机电一体化产品中的自动化相关行为的概念进行 3D 建模和仿真。MCD 支持功能设计方法，可集成上游和下游工程领域，包括需求管理、机械设计、电气设计以及软件/ 自动化工程。MCD可加快涉及机械、电气和软件设计学科的产品的开发速度， 使这些学科能够同时工作，专注于包括机械部件、传感器、驱动器和运动的概念设计。MCD 可实现创新性的设计技术，帮助机械设计人员满足日益提高的要求，不断提高机械的生产效率、缩短设计周期和降低成本。
图1 MCD机电产品概念设计原理
MCD系统的主要能力：
1、集成式系统工程方法
MCD 可为功能机械设计的全新方法提供支持。功能分解作为机械、电气以及软件/ 自动化学科之间的通用语言，可使这些学科并行工作。此方法可确保从产品开发的更初阶段就能获得机电一体化产品的行为和逻辑特性需求，并获得支持。MCD 可与 Siemens PLM Software 的 Teamcenter产品生命周期管理软件结合使用，以提供端到端机械设计解决方案。在开发周期开始时， 设计人员可以使用 Teamcenter 的需求管理和系统工程功能构建工程模型，体现出客户的意见。Teamcenter 采用结构化层次结构收集、分配和维护产品需求，可从客户角度描述产品。开发团队可以分解功能部件，并对各种变型进行描述，将它们与需求直接联系起来。这种功能模型可促进跨学科协同，并可确保在整个产品开发过程中满足客户期望。
图2 MCD集成式系统工程方法
通过这种功能机械设计方法，MCD 可在早期阶段即促进跨学科概念设计。所有工程学科可以并行协同设计一个项目：
机械工程师可以根据三维形状和运动学创建设计。
电气工程师可以选择并定位传感器和驱动器。
自动化编程人员可以设计机械的基本逻辑行为，首先设计基于时间的行为，然后定义基于事件的控制。
2、概念建模和基于物理场的仿真
图3概念建模和基于物理场的仿真
MCD 提供易于使用的建模和仿真，可在开发周期的更初阶段迅速创建并验证备选概念。借助早期验证可帮助检测并纠正错误，此时解决错误成本更低。MCD 可从 Teamcenter 直接载入功能模型，以加快机械概念设计速度。对于模型中的每项功能，您可为新部件创建基本几何模型，或从重用库中添加现有部件。对于每个部件，您可通过直接引用需求和使用交互式仿真来验证正确操作，迅速指定运动副、刚体、运动、碰撞行为及运动学和动力学的其他方面。通过添加诸如传感器和驱动器等其他细节，可为具体电气工程和软件开发准备好模型。您可为驱动器定义物理场 — 位置、方向、目标和速度。MCD 包括多种工具，用于指定时间、位置和操作顺序。MCD 中的仿真技术基于游戏物理场引擎，可以基于简化数学模型将实际物理行为引入虚拟环境。该仿真技术易于使用，借助优化的现实环境建模，您只需几步即可迅速定义机械概念和所需的机械行为。仿真过程采用交互方式，因此您可以通过鼠标指针施加作用力或移动对象。MCD 可对一系列行为进行仿真，包括验证机械概念所需的一切，涉及运动学、动力学、碰撞、驱动器弹簧、凸轮、物料流等方面。
3、通过智能对象封装机电系统
图4 MCD通过智能对象封装机电系统
通过模块化和重用，MCD 可帮助更大限度提高设计效率。借助该解决方案，您可获取智能对象中的机电一体化知识，并将这些知识存储在库中，供以后重用。在重用过程中，因为能够基于经验证的概念进行设计，所以可提高质量；并且可通过消除重新设计和返工加快开发速度。借助MCD，您可以在一个文件中获取所有学科的所有机电一体化数据。这些数据包括三维几何体和图形、诸如运动学和动力学等方面的物理数据、传感器和驱动器及其接口、凸轮、功能以及操作。这些智能对象可以通过简单的拖放操作从重用库应用于新设计中。
4、面向其他工具的开放式接口
图5 MCD的输出结果
MCD 的输出结果可以直接用于多个学科的具体设计工作，机械设计：由于 MCD 基于 NX CAD 平台，因此可以提供优质 CAD 设计需要的所有机械设计功能。MCD 还可将模型数据导出到很多其他 CAD 工具， 包括 NX、Catia、Pro/ENGINEER、SolidWorks 以及独立于CAD 的 JT 格式。电气设计：借助 MCD，您可以开发传感器和驱动器列表，并以 HTML 或 Excel 电子表格格式输出。电气工程师可以使用此列表选择传感器和驱动器。自动化设计：MCD 可通过提供零部件和操作顺序，支持更高效的软件开发。操作顺序甘特图能以 PLCopen XML 标准格式导出，用于行为和顺序描述，这种格式广泛用于开发可编程逻辑控制器 (PLC) 代码的自动化工程工具中。
MCD为企业带来的价值：
NX MCD机电一体化概念设计解决方案是一个完整的机电一体化解决方案，对于降低工程成本、减少实物样机数量效果明显，在虚拟环境中快速评估机械概念，增强了机械、电子和自动化设计师的协作，有效缩减开发时间，从而提高企业竞争力。