分析基于虛擬原型的機(jī)電一體化

孫群英

摘 要：機(jī)電一體化技術(shù)是在機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)和微電子技術(shù)融合的基礎(chǔ)上形成的系統(tǒng)，其在電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上，能夠表現(xiàn)出更加理想的生產(chǎn)效率和效益。但是從當(dāng)前生產(chǎn)需求的角度來(lái)看，機(jī)電一體化必須要不斷的采取先進(jìn)技術(shù)手段，才能夠最大化的發(fā)揮系統(tǒng)效能。本文由此入手，探究基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：虛擬原型；機(jī)電一體化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展

中圖分類(lèi)號(hào)：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠展現(xiàn)出更多的效能，其在機(jī)械運(yùn)作管理效益全面提升方面的價(jià)值越來(lái)越大，這一切得益于很多先進(jìn)技術(shù)的融入。以虛擬原型技術(shù)為例，在融入機(jī)電一體化系統(tǒng)的過(guò)程中，越來(lái)越多的展現(xiàn)出自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，探究基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展策略，顯得尤為必要。

1 虛擬原型設(shè)計(jì)的概況

利用不同的工具開(kāi)發(fā)出子模型組合，并且在計(jì)算機(jī)軟件的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)模型的塑造，在此過(guò)程中充分體現(xiàn)出多學(xué)科理論在虛擬工況環(huán)境下的性能指標(biāo)，由此達(dá)到可視化的效果，得到的效果更加完善，系統(tǒng)的性能更加優(yōu)化。虛擬原型是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能、行為和感官特性等方面入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)于對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的仿真數(shù)字模型的塑造，進(jìn)而滿足各種設(shè)計(jì)工作的需求。

2 虛擬原型與機(jī)電一體化技術(shù)之間的關(guān)系分析

機(jī)電一體化產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一般會(huì)經(jīng)歷三個(gè)步驟：其一，單行開(kāi)發(fā)階段；其二，并行操作開(kāi)發(fā)階段；其三，基于虛擬原型的研發(fā)階段。以單行研發(fā)方式來(lái)進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，往往需要消耗很長(zhǎng)的時(shí)間，此時(shí)的研發(fā)成本也是比較高的，最為關(guān)鍵的是由此設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品機(jī)械性能難以達(dá)到理想化；基于虛擬原型的并行設(shè)計(jì)方式，能夠充分展現(xiàn)出機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的缺陷，給予實(shí)際的設(shè)計(jì)工作提供了很多便利之處，尤其在出現(xiàn)不足的時(shí)候，可以適當(dāng)?shù)牟扇∫欢ǖ姆绞絹?lái)優(yōu)化和改進(jìn)；虛擬一體化設(shè)計(jì)理念的融入，能夠使得機(jī)電系統(tǒng)展現(xiàn)出虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)，無(wú)論是設(shè)計(jì)思想，還是產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)實(shí)踐，都能夠朝著更加詳細(xì)的方向發(fā)展，由此才能夠應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)。從上述幾個(gè)階段來(lái)看，虛擬原型理論在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的融入，可以使得設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能得到更好的提升，對(duì)于設(shè)計(jì)人員的輔助作用也能夠發(fā)揮到最大。

3 基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展策略

虛擬原型在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過(guò)程中的運(yùn)用，需要遵循虛擬原型和機(jī)電一體化技術(shù)特點(diǎn)，并且在虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式上進(jìn)行分析和探討，進(jìn)而找到機(jī)電一體化功能原型設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)方案。具體來(lái)講，在此方面做好如下幾個(gè)方面的工作，是很有必要的：

3.1 基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)分析

虛擬原型技術(shù)理論在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的運(yùn)用，不同于其他模型融入的特點(diǎn)，其自身存在很多的獨(dú)特之處。具體來(lái)講，基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，在不同領(lǐng)域中進(jìn)行模型構(gòu)建的時(shí)候，會(huì)對(duì)于對(duì)應(yīng)領(lǐng)域中模型的需求進(jìn)行分析，掌握模型的特點(diǎn)要素，還會(huì)去了解其他領(lǐng)域的建模特點(diǎn)，由此處理好不同領(lǐng)域之間的關(guān)系，這是保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作順利進(jìn)行的前提和基礎(chǔ)；其二，保證不同領(lǐng)域中的模型存在對(duì)應(yīng)的聯(lián)系，就需要對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域的模型關(guān)系進(jìn)行探究，由此深刻了解模型設(shè)計(jì)的交互關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，才能夠使得模型的數(shù)據(jù)展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)性和交互性的特點(diǎn)，這對(duì)于模型構(gòu)建而言是至關(guān)重要的；其三，在虛擬模型平臺(tái)上，不同領(lǐng)域的模型，不管以怎樣的方式去進(jìn)行構(gòu)建，其都會(huì)有利于綜合平臺(tái)效益發(fā)揮的，由此才能夠使其成為各個(gè)領(lǐng)域建模工具的重要樞紐，這個(gè)樞紐的基調(diào)奠定合理的話，就可以保證整個(gè)綜合平臺(tái)效益的發(fā)揮；其四，虛擬原型設(shè)計(jì)的時(shí)候，要自始至終保證以機(jī)電一體化為中心，依照機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)原則和理念，妥善處理好設(shè)計(jì)模型與設(shè)計(jì)理念之間的關(guān)系，這才是各個(gè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)效益發(fā)揮效能的重要途徑。

3.2 機(jī)電一體化功能原型設(shè)計(jì)的基本實(shí)現(xiàn)途徑

在虛擬原型模型構(gòu)建的時(shí)候，勢(shì)必會(huì)涉及到機(jī)電一體化的原型設(shè)計(jì)，此時(shí)需要思考的就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從多方面視角對(duì)于模型設(shè)計(jì)需求進(jìn)行思考。整體來(lái)講，機(jī)電一體化功能原型設(shè)計(jì)的基本實(shí)現(xiàn)途徑主要涉及到以下的內(nèi)容：其一，依照產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指標(biāo)來(lái)引導(dǎo)實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)行為。機(jī)電一體化在不同領(lǐng)域中，會(huì)利用到機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)控制等方面的知識(shí)。在上述的領(lǐng)域中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程也提出了更加精細(xì)化的要求，設(shè)計(jì)指標(biāo)在進(jìn)行分解和分析之后，需要進(jìn)行歸納和整理，此時(shí)才能夠做到設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)需求之間的融合，再次將其融入到機(jī)電一體化系統(tǒng)中，可以為機(jī)電一體化在不同領(lǐng)域中的交互作用奠定基礎(chǔ)。其二，結(jié)合不同的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不同方案的個(gè)性化定制。如果牽涉到機(jī)械方面，電氣方面，控制方面，計(jì)算機(jī)方面，就需要對(duì)于機(jī)電一體化方案進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，此時(shí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)需要調(diào)整，設(shè)計(jì)方法也需要改善，并且處理好不同領(lǐng)域之間的關(guān)系，此時(shí)的系統(tǒng)能夠滿足個(gè)性化需求，使得系統(tǒng)得到更加理想的完善，給予設(shè)計(jì)人員的選擇余地也更多。

3.3 機(jī)電一體化功能原型設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)模式分析

機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方案往往是在設(shè)計(jì)分解和設(shè)計(jì)結(jié)合的過(guò)程中開(kāi)展的，產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，任何環(huán)節(jié)都需要考量到產(chǎn)品的需求指標(biāo)，這是機(jī)電一體化原型開(kāi)發(fā)的基本原則。在3D模型架構(gòu)的幫助下，對(duì)于設(shè)計(jì)作品進(jìn)行合理分解，接著再依照對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，將其運(yùn)用進(jìn)去。

絕大多數(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都是在分解的基礎(chǔ)上完成的，并且在設(shè)計(jì)方案的引導(dǎo)下，依照設(shè)計(jì)理念切實(shí)的進(jìn)行歸納和完善，并且在對(duì)應(yīng)接口方式的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交互操作，由此使得各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)能夠展現(xiàn)出整合效益，這就是機(jī)電一體化虛擬原型設(shè)計(jì)的基本實(shí)現(xiàn)路徑。

3.4 機(jī)電一體化虛擬原型設(shè)計(jì)環(huán)境的構(gòu)建

在機(jī)電一體化虛擬原型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要具備對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)環(huán)境，對(duì)此主要需要關(guān)注以下內(nèi)容：其一，虛擬環(huán)境的構(gòu)建，能夠滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，保證在多領(lǐng)域之間能夠達(dá)到交互需求；其二，虛擬環(huán)境中達(dá)到各領(lǐng)域模型的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)虛擬原型的構(gòu)建。下面我們來(lái)詳細(xì)探究一下機(jī)電一體化虛擬原型設(shè)計(jì)環(huán)境的構(gòu)建：首先，機(jī)電一體化虛擬原型仿真設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定。在基本設(shè)計(jì)架構(gòu)明確之后，在設(shè)計(jì)工具的幫助下，以機(jī)械設(shè)計(jì)工具為基礎(chǔ)，集成控制領(lǐng)域設(shè)計(jì)為工具，以虛擬原型設(shè)計(jì)技術(shù)為支撐，保證設(shè)計(jì)架構(gòu)的環(huán)境朝著集成化的方向發(fā)展。接著，在軟件工具方面，可以選擇SolidWorks軟件系統(tǒng)和LabVIEW軟件系統(tǒng)，充分利用上述軟件系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，保證實(shí)際設(shè)計(jì)工作效率和效益得到更加好的提升；第三步，就涉及到虛擬環(huán)境的集成化，依據(jù)基本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)和工具軟件，做好設(shè)計(jì)工作準(zhǔn)備，依照集成環(huán)境基本工作特點(diǎn)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化虛擬原型設(shè)計(jì)環(huán)境的優(yōu)化和調(diào)整。

4 基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著虛擬原型技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的融入，其技術(shù)理論慢慢得到驗(yàn)證，系統(tǒng)性能得到不斷優(yōu)化，整體的技術(shù)發(fā)展也開(kāi)始朝著如下的幾個(gè)方面發(fā)展和進(jìn)步：其一，系統(tǒng)化，在此方面的設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)電一體化產(chǎn)品特點(diǎn)，機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，技術(shù)融入的思路，流程和關(guān)鍵技術(shù)得到不斷的探索和應(yīng)用，由此使得基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)展現(xiàn)出系統(tǒng)化的特點(diǎn)來(lái)；其二，數(shù)字化，隨著各種專(zhuān)業(yè)軟件平臺(tái)的應(yīng)用，使得仿真設(shè)計(jì)環(huán)境得到營(yíng)造，無(wú)論是單領(lǐng)域建模，還是多領(lǐng)域聯(lián)合模型構(gòu)建，都能夠給予虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)；其三，價(jià)值化，隨著給予虛擬原型機(jī)電一體化仿真設(shè)計(jì)技術(shù)的完善，使得技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑朝著多樣化方向發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求在這樣的情況下得到滿足，基本功能的控制邏輯設(shè)計(jì)更加合理，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃編程也趨于科學(xué)，能夠運(yùn)用的領(lǐng)域也越來(lái)越多，此時(shí)基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的價(jià)值也會(huì)得到更加充分的展現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的誕生，是機(jī)電一體化系統(tǒng)在綜合運(yùn)用多學(xué)科技術(shù)的具體表現(xiàn)，在虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境的不斷優(yōu)化過(guò)程中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的性能能夠得到優(yōu)化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作可以在更加理想的條件下進(jìn)行。由此可見(jiàn)基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工作者而言，就是行業(yè)的福音。相信隨著在此方面理論研究的深入，實(shí)踐探索將不斷進(jìn)行下去，屆時(shí)基于虛擬原型的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的價(jià)值會(huì)得到更加明顯的展現(xiàn)，這一點(diǎn)是毋庸置疑的。

參考文獻(xiàn)

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