将机电一体化纳入到您的设计过程中.PDF

® SolidWorks Premium 介绍 随着产品功能日益丰富、结构日益复杂，机械系统和产品完全采用机械构造的 时代行将结束。从某种程度上说，这些越来越复杂的产品都必将采用“机电一 体化”。根据产品所属行业的不同，机电一体化可能有几种不同的定义。一般 而言，机电一体化是指将各种电气和电子元件集成到机械外壳和/或机械子装配 体中。 一般而言，机电一体化是指将各种电气和电子 该定义的一些示例包括：多功能打印机/扫描仪/传真机、数字音乐播放 元件集成到机械外壳和/或机械子装配体中。 器、GPS 设备、便携式计算机和台式机、数码相机、手机，以及家用电器和工 业机械。所有这些产品都包括电子系统，它们是电气和机械子系统的有机集成 和组装。虽然机电一体化通常出现在消费电子行业中，但是它也应用于更广泛 的交叉行业中，包括工业机械。 也可以这样定义机电一体化：它是电子行业的一个子集，根据此定义，机电一 体化系统是机械、电气、电子以及嵌入式软件组件的一种系统化集成。所有这 些不同的元件结合在一起，就形成了一个电子机械系统。在此，机电一体化的 主要特征是用软件和电子元件控制电子机械系统。该定义的最佳例证是现代汽 车引擎和其他汽车系统、航天设备，以及复杂的生产机械。 图 1 — 机电一体化的关键要素 （承蒙 National Instruments 提供插图） 机电一体化也被视为一种可为电子机械产品提供最佳设计方案的方法。机电一体 化的核心理念是在跨学科仿真过程中形成的，此过程为发现复杂问题的解决方案 提供了提升协同效应和催化效应的条件。此协同效应是通过为了设计和制造机电 一体化产品而将机械、电气和计算机系统与信息系统集成起来而产生的。能够 制造一系列产品（从汽车轮胎到食品加工）的机器都是此方法的很好的示例。 无论机电一体化的定义如何，所有机电一体化产品都表现出若不采用协同方法 就难以（甚至不可能）实现的性能特征。此协同方法的关键要素如图 1 中所示， 在此图中，显示了机电一体化是如何通过将信息系统应用于机械、电气和计算 机系统而得到的。 由于设计上的高度复杂性，以及电气、机械和信息处理元件之间的高度集成， 机电一体化系统非常适合于进行设计过程优化。对于设计团队来说，他们面临 的最大挑战是如何将所有这些元件成功地集成在一起，然后选择适当的设计 工具来创建复杂的机电一体化系统。 将机电一体化纳入到您的设计过程中 2 机电一体化挑战 机电一体化所带来的许多关键业务问题将影响工程和设计团队以及管理团队。 这些问题涉及的范围很广 — 从提高产品质量到降低成本以保持可持续性，从遵 守有害物质使用限制 (RoHS) 到缩短产品开发周期以加快上市，等等。结果， 您的设计团队一直在承受这样一种压力：制造出更加复杂的产品，不仅超越以 前的设计，还要胜过竞争对手的产品，而且花费的时间更短、成本更低。降低 成本的最有效的方法之一是减少产品开发周期中物理样机的数量。通过将数字 化测试和模拟变成数字化设计阶段中不可缺少的一部分，即可做到这一点。 随着机电一体化系统变得越来越复杂，与成功运行这些系统相关的挑战也变得 越来越难以应对。例如，为获得更好的最终用户功能和能力，就需要数量更多的 随着机电一体化系统变得越来越复杂， 与成功运行这些系统相关的挑战也变得越来越 电子元件，而这必然要求加大电子元件的组装密度。随着电子元件密度的增加，