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NX机电一体化概念设计系统的研究与应用

2017/12/14    来源:互联网    作者:熊雪平  戴春祥  史桂蓉      
关键字:MCD  机电一体化  计算机辅助  
论文首先简要阐述了传统机电一体化概念设计的现状,并对NX机电一体化概念设计系统(Mechatmnics Concept designer,MCD)进行详细研究,分析其概念设计原理与功能创新性;其次,探索MCD系统在“工业4.0”和“中国制造2025”背景下机电一体化产品设计领域的应用优势,展示其不断完善的系统集成功能以及应用方法;最后,结合具体的机电一体化产品提出解决方案,探讨MCD系统在机电一体化产品仿真中的应用价值,为机电一体化概念设计系统的应用提供理论基础。

    MCD的半实物调试功能:是具有独创性的一个功能,能使三维模型与实物(PLC或数控系统)联合起来进行调试,实现半实物的仿真调试与验证功能,即可以通过OPC或者内仔共享来实现实物与MCD系统的数据交换(具体实现方法涉及到工业以太网数据传输协议),从而在MCD下显示仿真模型的运动和行为,如图6所示,展示的是一台MAKA机床自动换刀和加工过程的半实物调试。

2 应用实例

    4

    通过对MAKA机床在MCD下进行仿真与验证研究,来探索MCD在工业自动化设备等领域机电一体化产品开发的应用价值与创新性,以及分析MCD系统存在的瓶颈。本文主要介绍在MCD系统下MAKA机床的运动仿真和调试验证,关于其在TC下的PLM过程不予赘述。

    首先,建立产品的三维数据模型,借助三维设计软件完成机床的装配图。然后进入MCD,根据TC管理系统所提出的需求,进行概念设计,主要是定义仿真的物理属性和运动控制属性,如运动刚体、运动副、传感器、控制时序等。如图4所示,对MAKA机床三维部件添加仿真的各种属性,定义各部件的运动及方式,设置对应的运动参数和控制检测参数。定义运动的逻辑控制序列,如图5所示,定义个运动部件的作用时间,以及传感器的事件参数,使机床的仿真按照计划执行,效果类似于PLC的逻辑程序。最后就是MCD系统下的调试验证,如图6所示,MAKA机床在MCD下自动换刀和加工过程的虚拟和半实物调试验证,图6(左)是MCD系统的PLC部分的触摸显示屏,图6(中)是PLC硬件装置,图6(右)是MCD在NX中的显示和操作界面。在调试阶段,MCD仿真模型和PLC控制程序都已经准备完善,调试验证有两种,一种是虚拟调试验证,即不连接实物PLC的调试,这种调试方法可以直接在NX的MCD模块下完成,主要是通过逻辑序列控制仿真模型的运动。另一种是半实物调试验证,即连接实物PLC的调试,在这种情况下,由于PLC的逻辑程序控制三维模型的运动和行为,所以此时默认会屏蔽如图5的逻辑控制序列的作用(主要供虚拟调试验证用),用PLC的作用来替代。在调试的时候可以直观的观察仿真模型的运动和行为,发现缺陷则让负责各个模块的工作人员立即修改,然后再调试,直至完成一套完整的解决方案。

3 结论

    MCD系统在现阶段已经能对一些通用工业自动化机械设备提供解决方案,从需求设计到最终完成详细设计,在机电一体化产品概念设计领域,它是目前为止最为完善的一个系统,涉及的多学科集成范围也最广,其中从虚拟调试发展成为半实物调试,是具有创新性的开发功能。当然,由于MCD系统目前还处于开发初期,面对的客户群体还不是很广,功能涵盖范围还有待拓展,系统的稳定性也还有待提高。以后,MCD系统还需要在功能的拓展方面,软件与PLC硬件接口之间不断完善,使其能够实现通过逻辑控制序列导出Open XML程序然后被自动化控制软件解析,生成对应的程序供PLC硬件使用,使得系统更加智能化和柔性化,节省成本和提高效率。随着物联网和工业自动化的高速发展,MCD系统在未来将有着广泛的应用前景。

责任编辑:张纯子
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