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多学科设计带来的深刻机械优势
2020年05月05日    阅读量:807    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

多学科设计带来的深刻机械优势 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

对于制造商而言,制造机器是一个复杂的过程。从历史上看,重点是机械CAD,以及有效的机械布置和装配。今天的精密机器仍然是机械的奇迹,但是在过去的二十年中,电力已成为电动机,旋转设备和凸轮轴齿轮的一部分中国机械网okmao.com。此外,所有这些均由软件的高级计算驱动,并由PLC和CNC控制。在一个空间中解决机械设计而在另一空间中解决电气设计和原理图的日子已经一去不复返了。在提供最佳设计时,软件必须成为方程式的一部分。


多学科设计方法

现在,比以往任何时候都更重要的是,所有工程学科都需要紧密合作,以确保设计能够按时完成,并具有成本效益地进行制造和调试。这就是机器制造商利用多学科设计方法来促使制造更高效率的原因。多学科设计正在评估机械制造的复杂性,包括工程设计和制造。


几十年来,机器制造商一直把重点放在CAD和制造公差范围内的零件上,以使所有零件都能机械运转。该机器主要是机械设备,例如昨天的汽车或飞机。因此,机械设计位于一个区域,电气设计,原理图和软件开发处于孤岛。


但是,随着电机和设备过渡到由软件和PLC代码驱动的齿轮,这种动态不断变化,从而加速了对基于性能的程序的需求。该软件必须能够适应地面条件,并且机器可以对实时传感器读数做出反应。诸如圆柱体的伸缩,缩回等简单过程可以基于压差和流量调节–过去由于成本原因,中小型企业无法使用这些技术。这种情况通过软件提高了机械性能和功能-机器设计师的游戏规则改变者。


多学科设计将高级机器工程所需的所有功能和技能集融合到一个协作环境中。它为机器设计的输出质量带来了丰厚的回报,一切都在原地完成。与仅用螺栓固定在电气,传感器和电缆线路上相反,这是一种艺术形式。不仅如此-它是一个集成解决方案。当每个学科都有各自不同的领域时,这种动态就会在多学科设计中创造和谐。


所有工程学科都需要紧密合作,以确保设计能够按时完成,并且能够经济高效地进行制造和调试。西门子数字工业软件公司提供的解决方案展示了多学科的设计方法如何将这些功能和技能集融合到协作环境中,从而以高质量的机器设计形式带来收益。


加工的新方法

制造商无法再遵循既定的方法:“我们曾经设计过–先构建它,然后通过测试来查看它是否真正起作用。” 现在,机械公司积极压缩时间表,以将其更先进的机械推向市场。这就是为什么将仿真嵌入到设计过程中以及将多学科领域,有限元分析,计算流体动力学,振动和苛刻性结合在一起的原因大大增加了。


机器制造商也依靠全面的数字孪生。从整体上讲,数字孪生代表物理机器,其性能以及制造方法。因此,它对应于构成机器的所有内容:机械,电气,液压,流体,气动,设计领域,性能,仿真和自动化代码。此外,数字孪生机涵盖了制造和使用寿命,从根本上将机器从始发地带到使用寿命,直至其被回收为止。


机械,电气和软件之间的线越来越模糊,因此机械中不仅存在数字孪生,还不能代表所有其他领域。全面的数字孪生系统势在必行,因为它强调由软件和电气驱动的机械。因此,这些域必须包含在数字孪生系统中,以帮助和协助创建和维护最全面的数字孪生系统。


此外,在模拟整个数字机器以显示虚拟世界中的性能时,设计探索会更有利可图。因此,诸如Mechatronics Concept Designer(这是一种数字工业软件,具有围绕运动学定义PLC代码的特定功能)之类的项目使用这些功能来描绘虚拟孪生子,使设计人员可以快速发现故障,从而在开始时进行更多工作。实际上,这是团队传统上完成的工作,但现在是以同步,协作的方式完成的。


通过在物理产品或原型还没有出现之前就与电气和软件团队进行运动学,制造公司正在提高机械系统内的优化水平。此设置可以发现所需机制的局限性,并将这些知识纳入机械行为–这是机器设计中令人信服的范例转变。


通过利用已达到成熟水平的机械系统的协作部分,可以打开并暴露给电气和软件团队,以便在90度运动中预先执行运动学。例如,已经知道机制功能的限制,就可以将这些知识构建成机械行为,以便在仿真过程中使用。由于团队注意机械方面的行为,因此他们可以将这些知识整合到PLC软件中。


随着公司朝着这种更具协作性的方法迈进,如果没有一定程度的迁移,传统流程将无法搁置。经验证明,机械和自动化领域的公司在采用新技术时一定不能同时使用它-从文化上讲,企业无法维持它。但是,我们目睹了正在深思熟虑地成功采用这些创新的公司。让我们仔细看一个很好的例子。


案例研究实例

制药包装机械是全球市场的领导者,其在半个多世纪的高精度活动中一直在为制药公司制造专用机器,以填充和包装安瓿,瓶小瓶,一次性注射器和笔。


西门子数字工业软件支持其灌装厂90%以上的出口。他们依靠整个价值链的系统数字化:从虚拟化中心的设计,仿真和优化到调试和服务。通过数字双胞胎进行的仿真将数字化的未来机器重现为复杂的虚拟模型。但是,仅数字化并不能获得最佳的成功。


他们将客户带入虚拟现实墙,并看到他们以数字形式与机器交互。从财务角度来看,它为他们支付了巨额股息。此外,它将设计方面的工程前瞻性和各种学科的协作聚集在一起,以测试机器代码,同时将交付计划压缩了25%以上。


此外,人为因素起着至关重要的作用,员工将重组后的数字工作流程置于理想的操作中。结果使人们受益:制药行业的工人灌装和包装机以最佳的质量迅速地确保患者按时接受药物治疗。


软件代码验证

采用多学科方法进行机器设计的另一个强大好处是虚拟机模拟和调试。该术语指的是机器在工厂现场进行物理操作之前,如何在虚拟环境中证明或验证软件代码。


越来越多的软件在驱动机器。这就是为什么模拟在虚拟机器双胞胎上运行的代码会在时间和资源上产生可观的收益的原因。通过虚拟调试,可以在具有整个模块化产品开发策略的托管环境中对PLC软件进行验证。现在,机器制造商可以预先执行仿真并将软件链接到模块。


从财务角度来看,虚拟调试和可视化为公司带来了丰厚的收益。没有人购买看不见的机器视线。同样,他们不会仅仅因为声称已通过运行软件代码虚拟模拟而购买了它。客户需要在将机器运送到他们的工厂之前证实机器可以正常工作。


但是,由于要运行一台机器需要许多软件集成和安全因素,因此要在现场与客户互动时,这成为一项艰巨而艰巨的任务。因此,虚拟世界是打开机器并执行实际调试的理想选择。对于机器制造商及其客户而言,压力都较小。此外,它还集结了设计方面的工程学前瞻性和各种学科在测试机器代码方面的协作。


使多学科的机器设计成为现实

西门子提供Xcelerator,它是软件,服务和应用程序开发平台的完全集成的产品组合,经过个性化调整后可以满足成为数字企业的客户和行业特定需求。这种动态特性为托管环境提供了完全模块化的产品开发策略,促使公司意识到可以通过预先进行仿真并将软件与模块链接,从而击败竞争对手进入市场。对于企业在这一领域的竞争力而言,这种情况是一项重大的突破性成就。


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