基于SolidWorks实现机电一体化系统设计的展望

摘要：探讨机电一体化设计在当今机电一体化设备设计领域的重要性，提出需求。分析国内外现状与不足，引出现阶段设计中急需解决的问题，进而提出SolidWorks作为新的解决方案，提出未来的展望与期待。

关键词：机电一体化；SolidWorks；机电一体化设计

引言

伴随着设备功能、自动化程度、结构的不断提高，机械设备完全采用机械构造的时代行将结束，进入“机电一体化”时代。机电一体化是机械自动化的发展和升华，机电一体化研究的开展和应用，才能有效保障机械工业的现代化发展，为其发展提供源源不断的支撑和动力。

1.机电一体化设计的意义及需求

自1971年首次提出机电一体化这一概念以来，机电一体化经历了四十多年的发展，其意义跟随着科技的发展不断更新，不断丰富。特别是21世纪的到来，使得市场竞争日趋激烈，消费观念不断提升，机械产品呈现出智能化、模块化、柔性化、自动化等机电一体化特征。机电一体化技术将在未来机械产品的设计和开发中发挥着重要的作用。然而机电一体化系统所具有的学科交叉性、融合性、复杂性，给产品设计师提出了更高的要求[1]。如何针对不同学科领域的工作原理来更好地满足产品的功能需求。这需要建立一种能够与当代技术发展相适应的机电一体化产品设计方法并有一套完整的设计工具。

2.机电一体化设计的国内外研究现状

机电一体化产品设计的发展目前还处于发展阶段，在国外，德国Darmstadt大学对机电一体化的控制系统的设计方法学上进行了较深入的研究。他们的观点认为，机电一体化的驱动器、传感器及机械部分都是作为控制系统设计的外界环境而存在的。在他们的设计中，仅考虑控制系统，并且没有考虑到几个部分之间的融合设计问题。美国Analogy公司声称其开发的Saber软件是支持机电一体化系统设计的智能化概念设计软件，但其实质还仅是一个机电一体化仿真软件，不具备产生方案的功能。

上海交通大学，从现代机构的角度出发，将机电一体化系统划分为广义执行机构子系统、传感检测子系统、信息处理及控制子系统，称为“三子系统论”[2]，提出了Process（工艺）—Action（动作）—Mechanism（机构）的PAM功能求解模型，更具有可操作性，更利于计算机辅助概念设计的实现[3]。在国内的研究单位，一般在计算机辅助创新设计方面进行了研究，但对机电一体化产品设计方面的问题基本没有进行研究。

3.现存在问题

上述研究，为机电一体化产品设计及其计算机化设计工具的研究奠定了一定的理论基础。由于机电一体化系统变得越来越复杂，所以设计人员需要综合考虑机械与电子电气之间的共同作用来实现功能。例如：斯达特公司所生产的运输带式金属检查仪，需要无磁场干涉，而其运动机构恰能产生静电运动磁场。最终通过机械与电气设计师的联手下，采用单端绝缘技术结构解决了这一问题。这个例子中还存在存在设计不协调的问题，双方使用的软件无法对接，不能共享，不能整体建模，更不能整体仿真，其设计的工期及可靠性大打折扣，影响资源利用率及效率值。

4.基于SolidWorks软件的解决问题方案

现如今SolidWorks软件正日渐成熟的成为机电一体化设计软件而呈现在大家面前，Solidworks软件功能强大，您可以使用熟悉的 3D 可视化界面来设计机械零件和装配体。其原有的插件已经基本可以较完美的满足机械设计及仿真所需的功能。

COSMOSMotion作为SolidWorks插件，它利用机械动力学来模拟机械运动。可帮助设计人员了解其装配体的运动性能，大大缩短产品开发时间，降低制造物理样机的成本。

使用 COSMOSWorks，您可以快速、方便地在各零件都添加了载荷的情况下对它们进行分析，以验证零件的结构完整性。COSMOSWorks Designer 还使您能够研究不同装配体零部件之间的交互作用。您可以轻松地比较备选设计方案，然后快速为最终生产选择最佳设计方案。

最可喜的是，2013年新推出SolidWorks Electrical将2D、3D电气设计与3D机械设计完美无缝集成，优化项目设计。成功的解决了以往机械与电气设计上的对接困难，实现机电一体化设计。

SolidWorks Electrical新产品采用elecworks技术，它能帮助用户将2D电气设计数据与3D机械设计数据直接集成。这种集成方式将大大提高机械与电气团队间的协同工作效率，并会显著缩短项目设计到生产完成的周期。机械与电气设计能够实时同步的进行数据更新。3D模式的电气装配布局设计能够在投入生产前尽早的模拟出设备的空间布局，更有效的利用空间。通过SolidWorks Electrical 3D自动布线功能使现场布线更容易：3D自动布线遵循最优路径原则，能够真实的统计出电线和电缆的精细长度清单。电气设备的零部件及项目图纸管理可以通过SolidWorks Enterprise PDM系统直接管理与集成[4]。

5.展望

SolidWorks Electrical的出现为机电一体化设计者们带来了新的春天，现在设计者们完全可以采用SolidWorks这个功能强大的软件实现，机电一体化整体设计、分析、仿真、投产，是真正的机电一化设计软件。由于才刚刚投入市场，可能还稍微有一点未知的问题，不过，我们已经可以看到了机电一体化设计的美好未来。

参考文献：

[1]李瑞琴，邹慧君.机电一体化产品概念设计理论研究现状与发展展望[J].机械设计与研究，2003，19（3）：10～13

[2]邹慧君，廖武，郭为忠，王石刚.机电一体化系统概念设计的基本原理[J].机械设计与研究，1999，（3）：14～17.

[3]田志斌.现代机械运动系统概念设计理论与应用研究[D].上海：上海交通大学，2001.

[4]http：//www.solidworks.com

作者简介：于兴龙（1986.05-）男，辽宁营口，沈阳斯达特电子有限公司，助理工程师，机电一体化设计。