楊啟森

機(jī)電一體化概念設(shè)計（MCD）是一種全新的解決方案。早在 2015年9月 1日，Siemens PLMSoftware為了提高硬件部署的速度與效率，推動機(jī)械制造企業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程，在上海成立了機(jī)電一體化概念設(shè)計實(shí)驗(yàn)室。

2015中國國際工博會期間，西門子公司展示了其強(qiáng)大的“軟硬件”結(jié)合實(shí)力，西門子（中國）有限公司執(zhí)行副總裁、數(shù)字化工廠集團(tuán)總經(jīng)理王海濱在媒體交流會上分享了西門子在數(shù)字制造領(lǐng)域中的先進(jìn)理念、技術(shù)和成功案例。 Siemens PLMSoftware大中華區(qū)首席執(zhí)行官兼董事總經(jīng)理梁乃明和 Siemens PLMSoftware上海研發(fā)中心總監(jiān)徐居仁分別介紹了機(jī)電一體化概念設(shè)計實(shí)驗(yàn)室，并接受了記者的采訪。

在工博會現(xiàn)場，西門子公司以“邁向工業(yè) 4.0——引領(lǐng)數(shù)字化企業(yè)進(jìn)程”為主題，展示了完整的解決方案和產(chǎn)品。簡單而言，西門子數(shù)字化解決方案包括相互支撐的四大支柱：數(shù)字化企業(yè)軟件套件、部署工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)、全面的自動化安全和面向特定業(yè)務(wù)的工業(yè)服務(wù)。王海濱以智能手機(jī)為例，形象地描述了這四大支柱之間的關(guān)系：第一步需要買一個手機(jī)（相當(dāng)于“數(shù)字化企業(yè)軟件套件”），根據(jù)個人喜好選擇操作系統(tǒng)；第二步選擇一個電信運(yùn)營商，買張SIM卡讓手機(jī)連上通信網(wǎng)絡(luò)（比喻“工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)”）；第三步是保障手機(jī)賬號的使用安全（自動化安全保障）；第四步是在手機(jī)上安裝各種各樣的 APP（各種工業(yè)服務(wù)）。這四大支柱構(gòu)成了連接數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的橋梁，貫穿從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)工藝、制造執(zhí)行直到生命周期管理和基于數(shù)據(jù)的服務(wù)，支撐起信息化和工業(yè)化深度融合的數(shù)字化通道。

設(shè)計和制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)只有通過兩化融合，將其轉(zhuǎn)化為信息才有價值。談到如何將兩化融合帶入制造業(yè)環(huán)境，梁乃明認(rèn)為：“Siemens PLMSoftware套件可以通過 MES（制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)）無縫連接產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)、制造、仿真和全集成自動化產(chǎn)品組合。這樣就可以監(jiān)控所有制造工藝環(huán)節(jié)的質(zhì)量和問題，同時抓取與這些參數(shù)相關(guān)的元素來保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。”

為推動兩化融合，Siemens PLMSoftware提出了 MCD解決方案，MCD作為 PLM的解決方案在設(shè)計階段發(fā)揮其支柱協(xié)同作用。MCD基于 Siemens PLMSoftware的 NX系列產(chǎn)品，主要用于模擬機(jī)器零件和組件的運(yùn)動行為，這樣的自動化過程可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的虛擬模擬和評估。對于控制器而言，MCD中虛擬模型的運(yùn)動行為和真實(shí)機(jī)器的行為是一樣的，能做到“所見即所得”。

梁乃明認(rèn)為：“通過 MCD在設(shè)計初期盡早發(fā)現(xiàn)問題，提前進(jìn)行模擬仿真，可以在虛擬環(huán)境中解決大多數(shù)問題?！?/p>

具體來講，MCD具有四方面的特點(diǎn)。

第一，集成式系統(tǒng)工程方法。MCD可為功能機(jī)械設(shè)計的全新方法提供支持。功能可分解作為機(jī)械、電氣以及軟件 /自動化學(xué)科之間的通用語言，可使其并行工作。此方法可確保從產(chǎn)品開發(fā)的最初階段就能獲得機(jī)電一體化產(chǎn)品的行為和邏輯特性需求，并獲得支持。

第二，基于物理場的交互式仿真。MCD提供易于使用的建模和仿真，可在開發(fā)周期的最初階段迅速創(chuàng)建并驗(yàn)證備選概念。借助早期驗(yàn)證可幫助檢測并糾正錯誤，此階段解決錯誤成本最低。

第三，智能對象。通過模塊化和重用，MCD可最大限度地幫助提高設(shè)計效率。借助該解決方案，可獲取智能對象中的機(jī)電一體化知識，并將這些知識存儲在庫中，供以后重用。

第四，面向其他工具和學(xué)科的開放式接口。MCD的輸出結(jié)果可以直接用于多個學(xué)科的具體設(shè)計工作：機(jī)械設(shè)計，由于 MCD基于 NX平臺，因此可以提供高級 CAD設(shè)計需要的所有機(jī)械設(shè)計功能；電氣設(shè)計借助 MCD，可以開發(fā)傳感器和驅(qū)動器列表，并以 HTML或 Excel電子表格格式輸出；自動化設(shè)計，MCD可通過提供凸輪和操作順序，支持更高效的軟件開發(fā)。

徐居仁表示： “MCD對于降低工程成本、減少實(shí)物樣機(jī)數(shù)量效果明顯，在虛擬環(huán)境中快速評估機(jī)械概念，增強(qiáng)了機(jī)械、電子和自動化設(shè)計師的協(xié)作，可以縮減高達(dá) 30%的開發(fā)時間?！?/p>

目前，Siemens PLMSoftware機(jī)電一體化概念設(shè)計實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以提供完整的機(jī)電一體化解決方案，支持企業(yè)內(nèi)部包括需求管理、概念設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、電氣設(shè)計以及軟件 /自動化工程在內(nèi)的不同工程部門協(xié)同工作，從而加快產(chǎn)品開發(fā)速度，降低成本，并提高生產(chǎn)力。

據(jù)梁乃明介紹，該實(shí)驗(yàn)室是西門子推進(jìn)“工業(yè) 4.0”進(jìn)程的一個重要組成部分，通過采用先進(jìn)的軟件解決方案推動硬件設(shè)計與仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)用 3D數(shù)字化模型進(jìn)行虛擬調(diào)試，該實(shí)驗(yàn)室將顯著提高硬件部署的速度與效率，從根本上推動機(jī)械制造企業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程，進(jìn)而推進(jìn)中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

在該實(shí)驗(yàn)室，工程師演示了 MCD的 3D數(shù)字化模型虛擬調(diào)試，這種控制行為如同添加到真實(shí)的機(jī)器上，與此同時，可以通過 CAD模型看到這臺機(jī)器，在開發(fā)過程中以很小的代價修改 CAD模型，避免返工的材料以及人工花費(fèi)過大。而且 MCD支持功能設(shè)計方法，可集成需求管理、機(jī)械設(shè)計、電氣設(shè)計以及軟件及自動化工程等上下游工程領(lǐng)域，通過促進(jìn)各工程部門的協(xié)作，讓整個團(tuán)隊團(tuán)結(jié)在一起。

對于未來，梁乃明表示：“人才培養(yǎng)是我們工作的重中之重，通過機(jī)電一體化概念設(shè)計實(shí)驗(yàn)室與應(yīng)用型大學(xué)、教育部的合作，提升專業(yè)型人才的技術(shù)水平，把西門子在工業(yè)界最新的技術(shù)帶到教育領(lǐng)域，把西門子的工程師培養(yǎng)機(jī)制、員工培訓(xùn)體系、認(rèn)證體系和勇?lián)?zé)任、追求卓越、矢志創(chuàng)新的企業(yè)文化帶進(jìn)校園。Siemens PLM Software將始終致力于為中國用戶提供領(lǐng)先的技術(shù)與服務(wù)，幫助中國企業(yè)加快創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計，降低開發(fā)成本，提升其市場競爭實(shí)力，加速實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造?！?/p>

在筆者看來，當(dāng)前工業(yè)環(huán)境下，數(shù)字化企業(yè)最大的挑戰(zhàn)莫過于縮短產(chǎn)品上市時間，增強(qiáng)生產(chǎn)靈活性，提升效率。MCD讓這一切變得更為可能。以往即使有了三維 CAD模型，企業(yè)和客戶探討新的設(shè)計方案時仍會存在理解上的差距，現(xiàn)在通過“所見即所得”的 MCD，企業(yè)能更完整、更真實(shí)地展示產(chǎn)品，不僅給客戶更好的印象，也有助于減小認(rèn)知差異，MCD由此為中國制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提供了重要的思路。 IM