通过卓越的功能设计实现机电一体化效率

从功能性而不是硬件能力的角度看机器设计具有特定的好处：更好的机器效率。该效率来自子系统的混合功能，与系统尺寸与组件尺寸相结合。系统尺寸具有多个组件的优点，该组件设计用于在预定的操作数据中以最大效率与系统一起工作。不再为“安全余量”的组件超大，并且不需要更多地利用组件。预先设计的子系统已经简化，并设计用于基于特定应用输入数据的最佳应用输出。

子系统旨在从共享协同作用中受益，并尽可能高效。通过简化的结构设计消除了冗余和组件效率效率低下，这会产生更有效的机器。结果减少了能量消耗，从而提高了机器运营成本。由于更短的设计时间和简化的功能控制方案，机器成本也降低。总体而言，总效率增加。

团队合作、管理效率

机电一体化设计看着跨学科技术的复杂性，包括电气，机械，计算机科学，气动和热力学工程作为主要部分。设计过程与传统设计不同，因为它考虑了并发技术功能而不是顺序硬件设计阶段。

在典型的机器设计中，机械工程师开发概念布局，将其传递给电气工程师添加电气元件，并将设计赋予控件工程师将所有元素链接到控制系统中。然而，这种设计风格由于缺乏混合机电概念而缺乏协同作用而产生效率低下。因此，缺少功能，并且当不需要时，机器会变得过于复杂。结果，段落和技术碎片地集成到机器中，对机器成本，性能和效率造成影响。

在机电一体化设计中，由项目经理领导的一组电气、机械和控制工程师组成项目团队。他们根据产品管理或客户规范发展设计概念。多次团队设计会议通过主动识别跨职能问题来避免设计冲突。设计概念作为功能子系统与交叉技术的最佳混合而发展，包括从一开始，电气，机械和控制内容。

预先设计好的子系统被用作功能部件，具有与机器进程相关的定义好的输入/输出(I/O)数据，而不是单个硬件特征。项目经理在组织团队沟通、缓解跨职能团队冲突以及管理设计进度方面起着非常重要的作用。

产品管理始终涉及，以确保成本，性能和规格之间的最佳平衡。通过优先考虑最有效的机器设计集成的优先考虑的最佳电动和机械解决方案。

简化机器提供诸如较小的机器，重量较小，机械磨损较少的益处。现在可以测量对机器设计的影响，以较小的占地面积，较低的成本，更少的维护，更大的功能（凸轮轮廓功能可以改变为不同机器输出的不同轮廓），更高的机器速度，更高的故障之间的平均时间（MTBF）。

所有这些优点都旨在使机器在市场上更具竞争力，并帮助定义原始设备制造商（OEM）的成功或失败。机电一体化设计团队使用电气，机械和控制工程作为机器设计中的同时发电。作为项目团队工作，该机器基于功能而不是组件功能分为子组件。多个功能收集到集成的模块化控制中，无需具有有限的物理设备。

另一个例子是人机界面(HMI)，其中内置一个工业PC (IPC)作为可编程自动化控制器(PAC)，具有运动控制、逻辑和运行综合软件的能力。这种设计选择消除了对单个计数器、可编程逻辑控制器(plc)和运动控制器的需要。硬件布线现在减少了。将物理映射替换为软件映射。逻辑和运动可以结合在一个控制软件中，无需等待I/O扫描和逻辑启动运动，从而获得更快的机器响应和更好的性能。对于系统来说，更少的部件等于更好的MTBF。

功能子组件，较少的开销

有效的机电团队根据子装配功能，作为预设计组件，如具有集成伺服电机和变速箱的完整执行器。伺服致动器用作机电元件，其包括使用用于运动控制的总线通信的致动器的适当尺寸，致动器，齿轮箱，伺服电动机和伺服驱动器。可以从制造商提供的云数据库下载子装配的控制设置参数。

什么是一些好处？设计团队只关注子系统功能，无需为每个组件进行大小调整。大多数时候，子系统的尺寸是使用来自子系统制造商的软件工具完成的，只考虑子系统I / O数据，简化设计，增加设计效率和超速到市场的时间。可以基于机械，电气，气动和控制能力进行比较不同的子组件能力，并从安全，生产速度和MTBF数据分析，以获得预定成本的特性的最佳功能混合。

使用预先设计好的子系统可以提高设计效率，避免硬件/软件冲突。许多制造商为典型的系统配置提供软件尺寸调整工具，如具有多个轴的龙门系统，可接受大量变化的输入数据以获得最佳性能。

控制设计，功能

控件软件设计还基于功能检查整个机器，将复杂结构集成到可重用功能块中。大多数最新的PAC软件允许逻辑和运动集成到软件包中。有些实际上延长了控制气动逻辑的功能。

在软件中使用功能块的优点是罐装工程功能是预定义和标准化的。重用功能块缩短了设计时间并提高了设计效率。功能块的可移植性会增加设计灵活性，并允许客户应用所需的设计更改。功能块有功能块库可用作预先设计的工具，简化了设计过程。对于OEM为其典型机器开发定制功能块是典型的;这使它们可以在新机器的结构中重用块（具有光偏差），提高设计效率。

目前所有工业自动化产品的主要供应商都在他们的产品中包含功能块，推动行业走向标准化。机器连接允许远程访问，灵活地满足客户的操作更改和故障排除要求。

今天的高级PAC控制软件是通过“事物互联网”和“Industrie 4.0”的能力构建的，解决了信息的连接和数字化的需求。基于以太网的协议允许通过网络中的快速数据传输，并将多个协议混合到一个连接的数据输出中，如OPC统一架构突出显示，将其与工业自动化集成在一起。这样，将来的系统集成到数据管理和报告中都是从较低级别的控制中的支持，确保“大数据”和云应用所需的操作功能。

机电一体化设计原则，卓越的功能组件供应商基础，以及智能驱动的更深入的组件，为原始设备制造商和他们的客户创造了巨大的竞争机会。对于控制和设计工程师来说，这是一个激动人心的时刻。

Paul Plavicheanu.，电动自动化产品经理，Americas，Festo。由Chris Vavra编辑，生产编辑，控制工程，CFE媒体，cvavra@cfemedia.com.。

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关键概念

良好的团队合作而协作对于机电一体化设计团队来说是至关重要的。

更好的设计效率提供一个简化的机器，提供诸如更小的机器，更轻的重量，更少的机械磨损等好处。

最近的机电性发展为控制和设计工程师提供了新的可能性，并为原始设备制造商及其客户提供了竞争机会。

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