机电一体化简化了机器设计
机电一体化通过打破传统工程竖井来降低效率、错误和不必要的费用。
机电一体化是电力、电子和机械系统的跨学科合作，包括嵌入式软件和硬件，或者更简单地说，是工程学科的融合。机械电子工程提高了部件的集成，产生了性能更好、建造和支持成本更低的更小的机器(见图1)。开发一个机械电子团队需要自上而下的策略和工程设计工具、驱动系统和控制设计的协同视图。
在机电一体化方法到位之前，许多机器制造商通常从销售点开始。传统的工程方法利用电气、机械和软件工程师，每个人都贡献一套特定的技能。机械工程师可以重新设计现有的机器设计，然后将其转发给电气工程师，然后电气工程师根据标准技术设计控制面板。然后，软件工程师负责执行项目。
当机器概念、部件选择、机械设计、电气设计、程序方法甚至最终用户对机器的预期用途之间出现问题时，就会出现延迟。随着时间的推移，软件工程师可能会被期望将一个机械硬件概念与一个不完善的电气硬件概念拼凑在一起，甚至没有完全理解为什么它们不能一起工作。
脱离传统工程
机电一体化通过打破传统工程竖井来降低效率、错误和不必要的费用。通过从项目一开始就使用机电一体化方法，电气、机械和软件工程师可以解决客户想要处理的实际产品。他们讨论形成和处理产品所需的操作或动议，然后就如何最好地执行操作提出建议。精确设计的组件——电机、驱动器和变速箱——可以被视为标准化的模块化单元，满足速度、扭矩、运动顺序、动力学和定位精度的要求(见图2)。工程师使用经过验证的模块化组件和软件，了解每个组件的精确规格。
在提出设计建议后，团队合作确定其建议对机器最终性能的影响。通常情况下，模块化解决方案的简单性可以带来更好、稳定的产品处理和更安全、更高效的机器。根据客户需要的特性选择模块和确定控件。结合机械和电气规范所需的代码是根据机器功能-机电模块来描述的，而不是编程语言。人机界面(HMI)是使用熟悉的术语开发的，例如产品尺寸和机器速度。
通过协作机器制造过程，整个团队获得了对所有三个工程学科的宝贵见解。随着每个连续的项目，团队能够更好地评估相对于其他学科的可行性，并且在许多情况下，通过开发新的机器控制能力来扩大客户产品并支持新的商业机会，将其提升到一个新的水平。罐装和测试的模块化组件提供了高可靠性，并结合了工程要求，从而减少了机器占地面积。这个过程可以产生创新的方法来完成机器任务。例如，伺服驱动皮带可以取代金属凸轮的加载臂。或者，在膝盖机构上的变频驱动可能会取代液压，用于高速、大功率应用。而且，这些机器更容易支持，因为完全集成的模块不需要单独的软件。
建立一个高效的工程团队
在设计和交付机器方面一直处于压力之下的企业，并不总是给工程师留出时间进行合作或创新。机电一体化方法需要自上而下的领导来安排时间，使研发成为优先事项。简单而有效的入口坡道可以是采用跨学科方法对旧设计进行返工。
工程师还必须跟上当前的技术。机电创新几乎是持续不断的，其中一些创新可以极大地改进机器设计过程和产品。例如，一些供应商现在提供将面板布局与驱动器尺寸和凸轮设计相结合的软件。电机安装驱动器可以消除电气柜，这对机器的机械设计有直接影响。
在确定机电一体化项目的范围时，设定具体的目标是有好处的。在某些情况下，目标也可以与客户沟通。实现基准，例如零件减少的百分比，可靠性或能源效率，应该得到奖励，因此机电团队意识到通过协作持续改进的重要性。
交叉训练也在培养协同力方面发挥着作用。必须制定计划，为团队中的每个工程师提供详细的项目信息。了解控制系统潜力的机械工程师更有可能简化机械解决方案。一个了解五种简单物理机器的电气工程师将更愿意应用开环系统或更小的控制器。一个了解控制三方面的软件工程师可以同步机器的运动，以保证产品的安全移动。
使用成熟的模块化技术
今天的机器生产周期更短，设计运行速度比过去快得多。在满足生产期限和预算的激烈竞争中，创新绝不能是事后才想到的。就像机电一体化一样，创新源于混合已知元素来创造新东西。例如，考虑通用智能手机，它结合了电话、相机、音乐播放器、照明和触摸屏。通过混合基于CPU技术的工具，智能手机变得更加丰富。这同样适用于机器控制。一个触摸面板可以结合HMI、逻辑和动作。伺服系统可以替换为IP65闭环感应电机模块，以节省成本和更好的惯性匹配。机电工程师很快就意识到，在无工具转换和数据收集方面，这是一个短暂的飞跃。
行业标准极大地提高了机器编程的一致性，因此用户有更好、更灵活的设备和软件选择。开放标准和工具在减轻系统集成问题方面发挥了重要作用，包括模式控制的不一致和通常与专有程序相关的错误反应。应用模板和现成的标准软件模块支持机器制造商有效地创建模块化控制软件。考虑到大约80%或更多的新机器任务反映了过去机器任务的一些变化。现有的设计技术可以快速可靠地处理标准化机器模块的许多工程需求。
使用模块化代码编程依赖于控制系统和模块化硬件，但在减少机器设计资源方面的影响是显著的。使用为前几代机器开发的现成技术模块形式的代码可以更快地生成软件，这些模块可以进行修改以满足新的需求。应用程序模板提供必要的基本结构，同时允许用户创建自己的机器模块。然后，使用应用程序模板创建的软件模块可以像砖块一样以最小的努力组合在一起，创建可定制和可重用的完整系统。预配置，可重复使用的软件模块定位，注册，凸轮轮廓，多输送机协调，和其他同步运动控制任务，包括模块供料，放卷，密封，交叉密封，和放电应用，为机器制造商提供了更大的自由和时间，专注于开发和完善新机器的其他增值功能。
如果不是现在，又会是何时?
当我们的目标是按时、高效地制造和交付机器，并在预算范围内满足客户的需求时，机电一体化使用模块化组件提供了最灵活和最具成本效益的途径，并在软件中明确了电气和机械功能的平衡。在更广泛的应用中对自动化的需求不断增长，刺激了更智能、更高效的驱动器、控制和软件工具的发展(见图3)。具有嵌入式机电功能的自动化产品减少了工程费用，同时占用更少的不动产，并提供更动态的机器性能。机电一体化设计阶段不仅有助于确保适当大小的组件，而且通常会导致更少的部件，这也转化为空间和成本的节省。
随着越来越多的原始设备制造商开始采用机电一体化技术，他们必须对工艺进行管理，并认识到机电一体化的趋势，以保持技术曲线的领先地位。通过开发机械、电气和软件模块的组合，可以更容易地快速组装可配置的机器以满足客户的要求。也许有一个相邻的行业可以使用类似于这些公司建造的机器，从而推动利润丰厚的新销售潜力。但是，如何知道机器的概念是否可行呢?没有比这更好的时机去发现——一个机电工程团队可以让它发生。
道格·伯恩斯是公司的业务发展部主任伦茨美洲在该公司位于伊利诺伊州格伦代尔高地的办公室。、装配及物流设施。他在工业自动化行业拥有30多年的经验，曾担任销售、业务开发和管理职位。他负责监督战略的实施和执行，以帮助扩大汽车、消费品/包装和材料处理行业的机会。此外，他还管理关键目标客户的识别和开发，并帮助提高OEM销售和支持能力。
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