机电一体化和同步工程的神话

自动化无处不在。它存在于我们的个人和职业生活中，特别是在制造业中，它每天都在演变。随着自动化水平的不断提高，机器人应用也将比以往任何时候都更有助于塑造制造业的未来。bob电竞官方

今天，最先进的机械是高效的，连接的，并与人类和机器人合作。事实上，最近的创新是让机器人以外骨骼的形式包裹在人身上，从而进一步提高生产力。当着眼于机器人和机械行业时，这种动态将继续增长。

机器人学和自动化——机械工业中提高效率的增长领域。来源:追求潮流杂志

数字化差距

许多制造机械和自动化设备公司专注于通过装备智能功能来改造他们的产品。这将推动生产力极限更接近物理可行，使预测性维护和进一步的智能产品属性。这种产品和服务的转换也必须反映在它们的开发过程中，并对公司的组织结构和开发团队的组成有影响。

通过使用智能技术，企业利用软件开发人员帮助提供服务和决策支持，这些服务和决策支持基于人工智能(AI)算法的帮助下收集和分析的数据。随着复杂程度的提高，以及在短时间内实现紧凑的生产期限的需求，系统的整体视图成为确定优化区域的关键。

虽然营销自动化的趋势在增长，但从传统的角度来看，设备制造商仍在接近下一代自动化。虽然数字双胞胎已经占据了许多工程杂志的头条，但如何实现数字化仍然是许多总工程师的一个悬而未决的问题。

根据机械工程工业协会(VDMA) 2017年的一项研究，大量机械制造商在制造设备时没有应用模拟技术。然而，随着模拟和分析领域在动态PLM市场中的持续增长，这种情况正在发生变化。

在一个动态的PLM市场中，模拟和分析领域持续增长。来源:CIMdata

“建造它，粉刷它，添加控制，”仍然是工程师们经常听到的咒语。许多工程决策者都知道，如果这个行业继续像今天这样开发产品，他们将在这个十年结束时停止任何开发。需要一个数字化战略来保持竞争力和可持续性。

但是，如果一个重型执行器控制系统的开发和测试是在机械系统完成之后进行的，那么如何通过虚拟化使同时进行的工程过程变得更高效呢?在最终硬件上测试控制策略的风险变得很高。如果控制策略不够成熟，很可能会摧毁一个昂贵的原型。如果启动过于保守，调试将成为一个漫长的过程，并导致无法计算的交付开始。

只有当跨功能协作允许同时进行工程时，质量才能提高。只有在通过整体虚拟测试识别出质量风险和未实现的生产力目标时，才能提高输出。

数字双胞胎如何帮助解决机电一体化的挑战?

牵牛星数字双集成平台

Altair将数字孪生定义为支持开发阶段决策的产品的虚拟表示，帮助在运行期间优化产品的性能，并为关闭持续开发的反馈循环提供见解。这是由仿真模型或操作数据驱动的。

详细定义数字双胞胎是由每个公司的需求驱动的。虚拟表示可以由模拟中观察到的物理现象驱动，然后可以从操作的聚合数据点构建虚拟表示，并理想地结合起来以获得更多的洞察力。

模拟竖井阻碍了创新

在不降低质量的前提下，突破边界，加快机器的运行速度是典型的开发任务。但是，当系统达到极限时，人们应该从哪里寻找生产率的提高呢?如果在高度动态的操作过程中出现超出规格的变形，并且这些变形进一步阻碍了生产力的提高并可能危及质量，该如何解决问题?

在整个开发过程中，系统仿真以其具有跨学科数据和不同抽象级别的机器的数字表示可能是答案。根据任务的不同，它可以精确和有效地代表一个机电系统的单个元素。

在一些行业，如航空航天和汽车，采用计算机辅助工程(CAE)技术是每个供应链开发过程的基本部分。对该技术的投资可以追溯到几十年前，利用现有的最佳工具建立了一流的工艺。但创建一个整体的系统视图是具有挑战性的。必须发挥两个关键因素的作用，以实现这一全面观点:

• 各个工具的开放性和互操作性
• 开发规程和部门之间的沟通。

开发竖井——异构的和断开的开发责任增加了延迟生产、交付和成本控制的风险。

虚拟测试不完整

在许多组织中，没有CAE部门，虚拟测试是不完整的。对结构的设计更改只能与最终硬件结合进行测试。当机械设计和控制系统工程是顺序的，结构，执行器和控制系统不能在原型之前测试。因此，控制工程师必须解决机械方面没有解决的问题。

保持开发规程的分离使得识别问题变得困难。而不是一个成本效益的解决方案与控制器或控制策略的适应性，运动学或结构的广泛变化必须作出。

当下一代开发需求需要进一步发展时，决策者必须能够识别优化潜力，使其更好或更经济有效。对系统的早期理解可以增加对系统的信心，并为前进提供路径。

只有理解了系统的不同领域，优化才成为可能。

整体和正确的尺寸是你想要的数字双胞胎

除了上述场景，还有什么替代方案?

执行器和控制系统的系统仿真，运动学，动态效应，结构的灵活性，以及以适当的精度和效率表示的产品的各个元素。

只有一个整体的数字产品表示允许系统级别的决策和识别优化潜力。不同领域专家在统一环境中的协作确保了一致和同步的工作流，促进了更快、更深刻的决策，并加速了成功的产品开发。避免了顺序工作，并且历史上相互依赖的任务，如控制器设计和优化，可以并行执行。

机电系统同步工程是一门多学科的艺术。要想高效，整体模拟必须允许不同级别的分辨率。选择所需的系统表示抽象的灵活性是一个成功因素。

为了提高效率，仿真模型和协同仿真子系统必须根据整个系统被要求提供的答案继续发展和成长。为了用简单的运动学模型来检验要求，将CAD模型转换为功能多体模型来进行力和性能评估。由此可以提取出详细的荷载。通过在多体模型中以柔性体的形式添加更多的细节，可以根据需要提高精度。

在控制系统模型、作动器模型和动态结构模型的联合仿真中，可以对系统的行为进行整体评估。这为系统优化奠定了基础，并为系统的虚拟调试做好了准备。

通过增加动态行为和灵活性，机器模型的更高精度水平允许早期优化控制策略和控制参数。可以尽早测试控件代码，并确定优化潜力。结构的发展得益于完整和准确的加载条件，也允许进一步优化以达到效率目标。

数字双设计过程推动了对系统的理解，从而实现更好的设计，提高了运行效率，降低了实施风险。

前进的道路

高效的产品开发只有在产品能够在整个开发过程的不同抽象层次上进行数字化集成的情况下才可能。精确而有效地代表机电系统的各个部分是至关重要的。整体数字产品表示允许系统级决策和优化潜力。

不同领域专家在统一环境中的协作确保了一致和同步的工作流，促进了更好的决策，并加速了产品开发。

Altair可以提供一个具有灵活许可系统的整体环境，并由强大的技术组织支持，使其工作。Altair理解产品的各个表示，组件之间的相互作用，并将帮助您利用现有的投资重用现有的模型和集成。你可以访问全面代表产品的所有模块，共同模拟、协同工作、互联、创新和高效规模化。

系统建模可以实现协同工程，结合知识，并允许真正的同步工程发生。

基于经验的开发通常意味着你知道发生了什么，但你不知道为什么。在开发过程中使用数字双胞胎有助于将经验知识转化为物理知识。这是优化的有效基础。

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