分析基于虚拟原型的机电一体化

孙群英

摘 要：机电一体化技术是在机械技术、信息技术和微电子技术融合的基础上形成的系统，其在电子设备和机械设备的基础上，能够表现出更加理想的生产效率和效益。但是从当前生产需求的角度来看，机电一体化必须要不断的采取先进技术手段，才能够最大化的发挥系统效能。本文由此入手，探究基于虚拟原型的机电一体化设计技术。

关键词：虚拟原型；机电一体化设计；设计技术发展

中图分类号：TH39 文献标识码：A

当前机电一体化系统能够展现出更多的效能，其在机械运作管理效益全面提升方面的价值越来越大，这一切得益于很多先进技术的融入。以虚拟原型技术为例，在融入机电一体化系统的过程中，越来越多的展现出自身技术优势。因此，探究基于虚拟原型的机电一体化设计技术发展策略，显得尤为必要。

1 虚拟原型设计的概况

利用不同的工具开发出子模型组合，并且在计算机软件的帮助下实现对应模型的塑造，在此过程中充分体现出多学科理论在虚拟工况环境下的性能指标，由此达到可视化的效果，得到的效果更加完善，系统的性能更加优化。虚拟原型是从产品设计功能、行为和感官特性等方面入手，实现对于对应产品的仿真数字模型的塑造，进而满足各种设计工作的需求。

2 虚拟原型与机电一体化技术之间的关系分析

机电一体化产品研发设计的过程中，一般会经历三个步骤：其一，单行开发阶段；其二，并行操作开发阶段；其三，基于虚拟原型的研发阶段。以单行研发方式来进行机械产品设计，往往需要消耗很长的时间，此时的研发成本也是比较高的，最为关键的是由此设计出来的产品机械性能难以达到理想化；基于虚拟原型的并行设计方式，能够充分展现出机电一体化的优势，能够弥补传统设计方式的缺陷，给予实际的设计工作提供了很多便利之处，尤其在出现不足的时候，可以适当的采取一定的方式来优化和改进；虚拟一体化设计理念的融入，能够使得机电系统展现出虚实结合的特点，无论是设计思想，还是产品设计研发实践，都能够朝着更加详细的方向发展，由此才能够应对更加复杂产品的研发设计任务。从上述几个阶段来看，虚拟原型理论在机电一体化设计系统中的融入，可以使得设计系统的性能得到更好的提升，对于设计人员的辅助作用也能够发挥到最大。

3 基于虚拟原型的机电一体化设计技术发展策略

虚拟原型在机电一体化设计过程中的运用，需要遵循虚拟原型和机电一体化技术特点，并且在虚拟原型的机电一体化设计系统实现方式上进行分析和探讨，进而找到机电一体化功能原型设计的开发方案。具体来讲，在此方面做好如下几个方面的工作，是很有必要的：

3.1 基于虚拟原型的机电一体化设计技术的特点分析

虛拟原型技术理论在机电一体化设计系统中的运用，不同于其他模型融入的特点，其自身存在很多的独特之处。具体来讲，基于虚拟原型的机电一体化设计技术的特点集中体现在以下几个方面：其一，在不同领域中进行模型构建的时候，会对于对应领域中模型的需求进行分析，掌握模型的特点要素，还会去了解其他领域的建模特点，由此处理好不同领域之间的关系，这是保证产品设计工作顺利进行的前提和基础；其二，保证不同领域中的模型存在对应的联系，就需要对于各个领域的模型关系进行探究，由此深刻了解模型设计的交互关系，在此基础上，才能够使得模型的数据展现出动态性和交互性的特点，这对于模型构建而言是至关重要的；其三，在虚拟模型平台上，不同领域的模型，不管以怎样的方式去进行构建，其都会有利于综合平台效益发挥的，由此才能够使其成为各个领域建模工具的重要枢纽，这个枢纽的基调奠定合理的话，就可以保证整个综合平台效益的发挥；其四，虚拟原型设计的时候，要自始至终保证以机电一体化为中心，依照机电一体化的设计原则和理念，妥善处理好设计模型与设计理念之间的关系，这才是各个领域设计效益发挥效能的重要途径。

3.2 机电一体化功能原型设计的基本实现途径

在虚拟原型模型构建的时候，势必会涉及到机电一体化的原型设计，此时需要思考的就是产品设计，从多方面视角对于模型设计需求进行思考。整体来讲，机电一体化功能原型设计的基本实现途径主要涉及到以下的内容：其一，依照产品设计的指标来引导实际的产品设计行为。机电一体化在不同领域中，会利用到机械、电气、计算机控制等方面的知识。在上述的领域中，产品设计过程也提出了更加精细化的要求，设计指标在进行分解和分析之后，需要进行归纳和整理，此时才能够做到设计内容与设计需求之间的融合，再次将其融入到机电一体化系统中，可以为机电一体化在不同领域中的交互作用奠定基础。其二，结合不同的问题，实现不同方案的个性化定制。如果牵涉到机械方面，电气方面，控制方面，计算机方面，就需要对于机电一体化方案进行个性化设计，此时的设计目标需要调整，设计方法也需要改善，并且处理好不同领域之间的关系，此时的系统能够满足个性化需求，使得系统得到更加理想的完善，给予设计人员的选择余地也更多。

3.3 机电一体化功能原型设计的开发模式分析

机电一体化设计方案往往是在设计分解和设计结合的过程中开展的，产品设计功能，产品结构设计，任何环节都需要考量到产品的需求指标，这是机电一体化原型开发的基本原则。在3D模型架构的帮助下，对于设计作品进行合理分解，接着再依照对应的设计目标，将其运用进去。

绝大多数的产品设计，都是在分解的基础上完成的，并且在设计方案的引导下，依照设计理念切实的进行归纳和完善，并且在对应接口方式的基础上实现设计交互操作，由此使得各个领域的设计能够展现出整合效益，这就是机电一体化虚拟原型设计的基本实现路径。

3.4 机电一体化虚拟原型设计环境的构建

在机电一体化虚拟原型设计的过程中，需要具备对应的设计环境，对此主要需要关注以下内容：其一，虚拟环境的构建，能够满足机电一体化产品设计特点的基础上，保证在多领域之间能够达到交互需求；其二，虚拟环境中达到各领域模型的构建，实现虚拟原型的构建。下面我们来详细探究一下机电一体化虚拟原型设计环境的构建：首先，机电一体化虚拟原型仿真设计环境设计目标的确定。在基本设计架构明确之后，在设计工具的帮助下，以机械设计工具为基础，集成控制领域设计为工具，以虚拟原型设计技术为支撑，保证设计架构的环境朝着集成化的方向发展。接着，在软件工具方面，可以选择SolidWorks软件系统和LabVIEW软件系统，充分利用上述软件系统的优势，保证实际设计工作效率和效益得到更加好的提升；第三步，就涉及到虚拟环境的集成化，依据基本设计的实现和工具软件，做好设计工作准备，依照集成环境基本工作特点和产品开发流程，实现机电一体化虚拟原型设计环境的优化和调整。

4 基于虚拟原型的机电一体化设计技术的发展趋势

随着虚拟原型技术在机电一体化系统中的融入，其技术理论慢慢得到验证，系统性能得到不断优化，整体的技术发展也开始朝着如下的几个方面发展和进步：其一，系统化，在此方面的设计技术，机电一体化产品特点，机电一体化产品设计需求，技术融入的思路，流程和关键技术得到不断的探索和应用，由此使得基于虚拟原型的机电一体化设计技术展现出系统化的特点来；其二，数字化，随着各种专业软件平台的应用，使得仿真设计环境得到营造，无论是单领域建模，还是多领域联合模型构建，都能够给予虚拟原型的机电一体化设计奠定良好的基础；其三，价值化，随着给予虚拟原型机电一体化仿真设计技术的完善，使得技术实现路径朝着多样化方向发展，产品设计需求在这样的情况下得到满足，基本功能的控制逻辑设计更加合理，运动规划编程也趋于科学，能够运用的领域也越来越多，此时基于虚拟原型的机电一体化设计技术的价值也会得到更加充分的展现。

结语

综上所述，基于虚拟原型的机电一体化设计技术的诞生，是机电一体化系统在综合运用多学科技术的具体表现，在虚拟设计环境的不断优化过程中，机电一体化系统的性能能够得到优化，产品设计工作可以在更加理想的条件下进行。由此可见基于虚拟原型的机电一体化设计技术的发展，对于各个领域的设计工作者而言，就是行业的福音。相信随着在此方面理论研究的深入，实践探索将不断进行下去，届时基于虚拟原型的机电一体化设计技术的价值会得到更加明显的展现，这一点是毋庸置疑的。

参考文献

[1]范向红.机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究[J].无线互联科技，2015（21）：115-11.

[2]杨雁冰.基于SolidWorks与LabVIEW虚拟原型的机电一体化设计[J].科技传播，2015（19）：150+174.