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NX在机电产品概念设计中应用与研究

2016/9/21    来源:互联网    作者:肖祖东  柳和生  李标  饶锡新      
关键字:机电一体化  概念设计  计算机辅助  MCD  
由于机电产品设计的多学科融合性、复杂性及概念设计的重要性,利用机电产品的计算机辅助概念设计系统来完成机电产品的概念设计,是提高机电产品设计质量、赢得市场竞争的重要途径。论文首先阐述了在传统的机电产品概念设计中存在的不足,并提出了基于NX平台中MCD(Mechatronics Concept Designer)的机电产品概念设计;其次,简单介绍了基于MCD的机电产品概念设计的特点和设计过程模型;最后,以圆形装载机的概念设计为例来说明基于MCD的机电一体化产品概念设计的可操作性以及与传统概念设计相比的优越性。

0 引言

    一方面,随着现代社会机电产品的普及,机电一体化系统的设计所涉及到的专业领域逐渐增多,导致机电一体化产品具有多学科融合的特点,从而增加了机械产品复杂性,同时也增加了设计难度给机电产品的设计者提出了更高的要求。另一方面,在经济快速发展的今天,市场竞争日益激烈,为了提高产品的竞争能力,必须缩短设计周期,加快产品的更新换代速度,以适应消费者的需求。同时,概念设计是产品设计中的关键阶段,它在很大程度上决定着最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率等,且概念设计阶段实际投入的费用只占产品开发总成本的5%,却决定了产品总成本的70%。因此,随着计算机图形学、多媒体技术、虚拟现实技术的发展以及CAD/CAM应用的深入,并借助于计算机强大的存储与检索能力,开发机电产品计算机辅助概念设计工具,实现机电产品计算机辅助概念设计是机电产品设计的关键。MCD作为基于NX平台的机电产品计算机辅助概念设计工具,适用于机电一体化产品的概念设计,由于MCD能够实现多学科的协同工作,从而可加快涉及机械、电气和软件设计学科的产品的开发速度,因此能够提高设计速度、提升设计质量。同时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。

1 机电一体化产品概念设计系统

1.1 传统机电产品概念设计系统

    机电产品计算机辅助概念设计是近年新兴研究学科,目前,传统的机电产品概念设计系统并不多,且由设计系统时的侧重点不同,传统的机电产品概念设计系统存在着不同程度的不足与缺陷。有的偏重于控制部分,但对执行机构部分却不够深入不能体现出机械的主体地位;有的侧重于机械设计领域,对于控制系统的理论和应用研究不够,对于信息的处理等还有进一步的研究空间;有的较少考虑到机械部分、传感器及驱动器的特性,也没有考虑到几个部分之间的融合设计问题,从而不能全面反映以实现运动执行功能为主的机电一体化产品概念设计的实质;有的只具有对机电一体化系统建模、性能仿真、灵敏度分析等功能,而不具备产生方案的功能。且传统的机电产品概念设计都不能实现三维建模与三维的动态仿真效果。

    以“三子系统论”为理论依据的MCD的机电产品概念设计,不仅突出了机电一体化系统中的机械主体地位。同时MCD能够实现功能设计方法,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。从而能够实现多部门协同、缩短上市时间、重用现有知识,并且可以通过概念评估做出更好的决策。这是基于MCD与传统概念设计工具的本质区别。另外MCD实现了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三维建模和仿真,从而能够得到更高质量的概念产品。

1.2 机电产品概念设计系统MCD的特点

    基于MCD与传统的机电产品概念设计工具除了有上述的本质区别外,还有以下几个显著特点:

(1)集成式系统工程方法

    MCD可以利用系统工程原则跟踪客户的要求,直至完成设计。功能模型使机械、电气和自动化部门能够通过共同的方式携手合作,有助于设计者更快交付设计、减少设计流程后期出现的集成问题。

(2)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,可在开发周期最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,此时解决错误成本最低。

(3)通过智能对象封装机电一体化数据实现重用

    通过模块化和重用,MCD可帮助最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。1.3在MCD中机电产品概念设计过程模型MCD与Siemens的产品生命周期管理软件Teamcenter结合使用,可支持机电一体化产品从需求定义到方案求解的概念设计全过程。具体的机械设计流程如图1所示:

图1 一般过程模型图

图1 一般过程模型图

责任编辑:屈婷婷
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