分析基于虛擬原型的機電一體化

孫群英

摘 要：機電一體化技術是在機械技術、信息技術和微電子技術融合的基礎上形成的系統，其在電子設備和機械設備的基礎上，能夠表現出更加理想的生產效率和效益。但是從當前生產需求的角度來看，機電一體化必須要不斷的采取先進技術手段，才能夠最大化的發揮系統效能。本文由此入手，探究基于虛擬原型的機電一體化設計技術。

關鍵詞：虛擬原型；機電一體化設計；設計技術發展

中圖分類號：TH39 文獻標識碼：A

當前機電一體化系統能夠展現出更多的效能，其在機械運作管理效益全面提升方面的價值越來越大，這一切得益于很多先進技術的融入。以虛擬原型技術為例，在融入機電一體化系統的過程中，越來越多的展現出自身技術優勢。因此，探究基于虛擬原型的機電一體化設計技術發展策略，顯得尤為必要。

1 虛擬原型設計的概況

利用不同的工具開發出子模型組合，并且在計算機軟件的幫助下實現對應模型的塑造，在此過程中充分體現出多學科理論在虛擬工況環境下的性能指標，由此達到可視化的效果，得到的效果更加完善，系統的性能更加優化。虛擬原型是從產品設計功能、行為和感官特性等方面入手，實現對于對應產品的仿真數字模型的塑造，進而滿足各種設計工作的需求。

2 虛擬原型與機電一體化技術之間的關系分析

機電一體化產品研發設計的過程中，一般會經歷三個步驟：其一，單行開發階段；其二，并行操作開發階段；其三，基于虛擬原型的研發階段。以單行研發方式來進行機械產品設計，往往需要消耗很長的時間，此時的研發成本也是比較高的，最為關鍵的是由此設計出來的產品機械性能難以達到理想化；基于虛擬原型的并行設計方式，能夠充分展現出機電一體化的優勢，能夠彌補傳統設計方式的缺陷，給予實際的設計工作提供了很多便利之處，尤其在出現不足的時候，可以適當的采取一定的方式來優化和改進；虛擬一體化設計理念的融入，能夠使得機電系統展現出虛實結合的特點，無論是設計思想，還是產品設計研發實踐，都能夠朝著更加詳細的方向發展，由此才能夠應對更加復雜產品的研發設計任務。從上述幾個階段來看，虛擬原型理論在機電一體化設計系統中的融入，可以使得設計系統的性能得到更好的提升，對于設計人員的輔助作用也能夠發揮到最大。

3 基于虛擬原型的機電一體化設計技術發展策略

虛擬原型在機電一體化設計過程中的運用，需要遵循虛擬原型和機電一體化技術特點，并且在虛擬原型的機電一體化設計系統實現方式上進行分析和探討，進而找到機電一體化功能原型設計的開發方案。具體來講，在此方面做好如下幾個方面的工作，是很有必要的：

3.1 基于虛擬原型的機電一體化設計技術的特點分析

虛擬原型技術理論在機電一體化設計系統中的運用，不同于其他模型融入的特點，其自身存在很多的獨特之處。具體來講，基于虛擬原型的機電一體化設計技術的特點集中體現在以下幾個方面：其一，在不同領域中進行模型構建的時候，會對于對應領域中模型的需求進行分析，掌握模型的特點要素，還會去了解其他領域的建模特點，由此處理好不同領域之間的關系，這是保證產品設計工作順利進行的前提和基礎；其二，保證不同領域中的模型存在對應的聯系，就需要對于各個領域的模型關系進行探究，由此深刻了解模型設計的交互關系，在此基礎上，才能夠使得模型的數據展現出動態性和交互性的特點，這對于模型構建而言是至關重要的；其三，在虛擬模型平臺上，不同領域的模型，不管以怎樣的方式去進行構建，其都會有利于綜合平臺效益發揮的，由此才能夠使其成為各個領域建模工具的重要樞紐，這個樞紐的基調奠定合理的話，就可以保證整個綜合平臺效益的發揮；其四，虛擬原型設計的時候，要自始至終保證以機電一體化為中心，依照機電一體化的設計原則和理念，妥善處理好設計模型與設計理念之間的關系，這才是各個領域設計效益發揮效能的重要途徑。

3.2 機電一體化功能原型設計的基本實現途徑

在虛擬原型模型構建的時候，勢必會涉及到機電一體化的原型設計，此時需要思考的就是產品設計，從多方面視角對于模型設計需求進行思考。整體來講，機電一體化功能原型設計的基本實現途徑主要涉及到以下的內容：其一，依照產品設計的指標來引導實際的產品設計行為。機電一體化在不同領域中，會利用到機械、電氣、計算機控制等方面的知識。在上述的領域中，產品設計過程也提出了更加精細化的要求，設計指標在進行分解和分析之后，需要進行歸納和整理，此時才能夠做到設計內容與設計需求之間的融合，再次將其融入到機電一體化系統中，可以為機電一體化在不同領域中的交互作用奠定基礎。其二，結合不同的問題，實現不同方案的個性化定制。如果牽涉到機械方面，電氣方面，控制方面，計算機方面，就需要對于機電一體化方案進行個性化設計，此時的設計目標需要調整，設計方法也需要改善，并且處理好不同領域之間的關系，此時的系統能夠滿足個性化需求，使得系統得到更加理想的完善，給予設計人員的選擇余地也更多。

3.3 機電一體化功能原型設計的開發模式分析

機電一體化設計方案往往是在設計分解和設計結合的過程中開展的，產品設計功能，產品結構設計，任何環節都需要考量到產品的需求指標，這是機電一體化原型開發的基本原則。在3D模型架構的幫助下，對于設計作品進行合理分解，接著再依照對應的設計目標，將其運用進去。

絕大多數的產品設計，都是在分解的基礎上完成的，并且在設計方案的引導下，依照設計理念切實的進行歸納和完善，并且在對應接口方式的基礎上實現設計交互操作，由此使得各個領域的設計能夠展現出整合效益，這就是機電一體化虛擬原型設計的基本實現路徑。

3.4 機電一體化虛擬原型設計環境的構建

在機電一體化虛擬原型設計的過程中，需要具備對應的設計環境，對此主要需要關注以下內容：其一，虛擬環境的構建，能夠滿足機電一體化產品設計特點的基礎上，保證在多領域之間能夠達到交互需求；其二，虛擬環境中達到各領域模型的構建，實現虛擬原型的構建。下面我們來詳細探究一下機電一體化虛擬原型設計環境的構建：首先，機電一體化虛擬原型仿真設計環境設計目標的確定。在基本設計架構明確之后，在設計工具的幫助下，以機械設計工具為基礎，集成控制領域設計為工具，以虛擬原型設計技術為支撐，保證設計架構的環境朝著集成化的方向發展。接著，在軟件工具方面，可以選擇SolidWorks軟件系統和LabVIEW軟件系統，充分利用上述軟件系統的優勢，保證實際設計工作效率和效益得到更加好的提升；第三步，就涉及到虛擬環境的集成化，依據基本設計的實現和工具軟件，做好設計工作準備，依照集成環境基本工作特點和產品開發流程，實現機電一體化虛擬原型設計環境的優化和調整。

4 基于虛擬原型的機電一體化設計技術的發展趨勢

隨著虛擬原型技術在機電一體化系統中的融入，其技術理論慢慢得到驗證，系統性能得到不斷優化，整體的技術發展也開始朝著如下的幾個方面發展和進步：其一，系統化，在此方面的設計技術，機電一體化產品特點，機電一體化產品設計需求，技術融入的思路，流程和關鍵技術得到不斷的探索和應用，由此使得基于虛擬原型的機電一體化設計技術展現出系統化的特點來；其二，數字化，隨著各種專業軟件平臺的應用，使得仿真設計環境得到營造，無論是單領域建模，還是多領域聯合模型構建，都能夠給予虛擬原型的機電一體化設計奠定良好的基礎；其三，價值化，隨著給予虛擬原型機電一體化仿真設計技術的完善，使得技術實現路徑朝著多樣化方向發展，產品設計需求在這樣的情況下得到滿足，基本功能的控制邏輯設計更加合理，運動規劃編程也趨于科學，能夠運用的領域也越來越多，此時基于虛擬原型的機電一體化設計技術的價值也會得到更加充分的展現。

結語

綜上所述，基于虛擬原型的機電一體化設計技術的誕生，是機電一體化系統在綜合運用多學科技術的具體表現，在虛擬設計環境的不斷優化過程中，機電一體化系統的性能能夠得到優化，產品設計工作可以在更加理想的條件下進行。由此可見基于虛擬原型的機電一體化設計技術的發展，對于各個領域的設計工作者而言，就是行業的福音。相信隨著在此方面理論研究的深入，實踐探索將不斷進行下去，屆時基于虛擬原型的機電一體化設計技術的價值會得到更加明顯的展現，這一點是毋庸置疑的。

參考文獻

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