利用数字化样机解决方案开发

通过在开发流程早期开展验证、仿真和确认工作，制造商能够避免与解决后续集成问题有关的成本和 延误。然而，为了实现这些优势，制造商必须整合广泛多样的设计和工程设计信息，以便进行审阅。这项 工作的目标是使较大型团队的工作与单独的设计审阅同步，从而一次性获取所有相关信息。这仅仅是数 字化样机解决方案的优势之一。
.au/articles/Mechatronics-for-machine-builders-design-challenges-and-solutions_z71096.htm
12 Aberdeen Group, “System Design: New Product Development for Mechatronics,” January 2008.
机电方法带来的挑战
在致力于优化机电产品开发流程的同时，制造商通常面临着以下主要挑战：
挑战 很难发现和招募经验丰富的系统工程师/缺少跨领域知识 及早确定系统层问题 确保最终系统能够满足所有设计需求 在缺少物理样机的情况下，很难对系统产品性能进行预测/建模 很难为所有从事机电产品开发的团队部署一种集成的产品开发解决方案。 无法了解设计变更对各个环节的影响12
资料来源： Aberdeen Group
答复 50% 45% 40% 32% 28% 18%
5 Bolton, William, “Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical and Electrical Engineering,” Third Edition. Saddle River, New Jersey, Prentice Hall, 2004.
针对这种创新的呼声，制造商一直在不断加大电子技术在业务中的应用。研究显示，目前 92% 的制造商在 产品中加入了电子元件。3
汽车行业就是一个很好的例证。在过去八年里，电子系统的成本在汽车总成本中的比例以平均每年 8.3% 的速度增长，而机械系统的成本比例却以平均每年 3.2% 的速度下降。4 这种趋势普遍存在于所有行业中。
数字化样机解决方案如何实现一流的制造流程 最近的研究显示，使用数字化样机解决方案的一流制造商通过以下优势将其它制造商甩在身后：
概要
需要一种新的方法 在如今竞争激烈的全球市场中，制造商面临巨大压力，他们需要不断开发创新产品。最近的一项针对 CEO 的调查显示，三分之二的高管认为创新对公司的未来至关重要。1 他们的顾虑是可以理解的；根据一个预 测，在 2005 年能够带来近 70% 收入的产品预计将在 2010 年之前被市场淘汰。2
如果制造商希望获得机电产品设计的所有优势，他们就必须找到一种能够帮助各个设计团队进行无缝 协作和沟通的解决方案，这种解决方案还必须能够在早期帮助他们识别系统层问题，验证所有设计需 求是否得到满足，并预测最终产品的性能。
机电解决方案的主要组成部分
理论上，机电解决方案应该支持以下最佳实践：
1. 多领域设计和工程设计 2. 管理沟通和工作流程 3. 高效的早期验证
提高了 50% • 将材料和劳动成本降低了 15% 至 20% • 将工程图制作效率提高了一倍
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高效的早期验证 毋庸置疑，在为工装模具和产品批量生产进行投资之前，先解决集成问题是明智之举。领先制造商会在 产品开发流程早期将注意力集中在解决集成问题上，并将这种注意力维持到验证和测试环节。
管理沟通和工作流程 在对分散的工程设计团队进行协调和同步的过程中，制造商可以利用多种整合信息的方法。通常，大部分 公司更愿意利用客户数据库程序生成 BOM 表。然而，这种方法不仅需要专门的维护和支持，而且需要 手动进行设计信息同步，这就使包含数千个零部件的结构变得非常复杂而且更易出现错误。
一流的制造商能够在产品设计流程中充分利用特定领域的结构。在所有团队之间使用一个大型的数据 库非常低效，相反，公司可以通过使用单独的特定领域数据库来提高效率，支持各个团队在本地管理 各自的工作组级数据和工作流。
9 Bolton.
10 Aberdeen Group, “System Design: New Product Development for Mechatronics,” January 2008.
11 Mathur, Nipun, “Mechatronics for machine builders – design challenges and solutions,” August 21, 2007.
然而，如果制造商管理不当，即使是这种有针对性的方法也会出现问题。因此，制造商必须在为各个 工程设计团队提供自主权和确保他们创建的数据能够轻松集成之间进行平衡。
数字化样机解决方案成功案例 博世力士乐加拿大公司 “Autodesk Inventor 支持博世力士乐公司在 无需高成本样机的情况下直接从设计阶段 进入生产阶段。” —博世力士乐加拿大公司液压业务部工程 设计经理兼首席工程技术师（CET） Jim Lambert
• 添加更多特性和功能。 • 降低产品的尺寸、重量和成本。 • 提高整体效率。 • 利用自适应控制和诊断方法提高可靠性，降低维护成本。 • 通过对内置固件进行重新编程以定制或更新产品。
此外，基于机电技术的方法能够转移风险，解决常见的设计挑战，例如，缓慢的分段的机械设计流程； 机械设计师和客户之间的低效沟通；以及高风险的物理设备测试。11
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能否发现所有环节中的设计冲突很大程度上取决于员工的知识基础，而且，制造商将跨领域知识的欠 缺列为其面临的首要挑战。尽管部分原因可以归咎于招聘环节，但事实上，很少有制造商拥有能将产 品中所有元件的设计数据集成在一起的设计工具。因此，他们的团队无法了解设计变更对各个环节的 影响。
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利用数字化样机解决方案开发 机电产品
Keith Perrin 撰写
目录 概述............................................................1 概要............................................................1 机电方法带来的挑战............................ 2 机电解决方案的主要组成部分.......... 3 利用数字化样机解决方案优化机电产 品开发流程..............................................4 Autodesk 数字化样机解决方案......... 5 了解更多信息. ........................................ 6
• 高效的早期验证。如果制造商想要开发成本更低、更加可靠灵活的系统，他们就必须跨越传统的 领域边界，在设计流程的早期阶段对机械工程设计、电气工程设计、电子和控制工程设计进行验证。9 一流的制造商以数字方式验证系统性能的可能性是其它制造商的 7.3 倍。10
机械电子解决方案的优势 利用一流机电解决方案的制造商能够获得显著的优势。一流的制造商在实现开发成本、产品收益和 产品质量目标，以及确保产品上市进度方面拥有更强的能力。这类制造商还能够：
Performance,” 2006.源自AUTODESK® 白皮书
在致力于满足市场需求的同时，制造商还必须应对在集成系统中同步机械零件、电子元件和软件的复杂 挑战。在这一过程中，他们必须高效地在不同领域的工程设计团队之间进行协调。基于机电技术的方法 能够为他们提供帮助。
高效的机电产品开发涉及三个关键领域的工程设计工作：
6 Aberdeen Group, “System Design: New Product Development for Mechatronics,” January 2008.
7 Bolton.
8 Aberdeen Group, “System Design: New Product Development for Mechatronics,” January 2008.
益处 借助 Autodesk 数字化样机解决方案，博 世力士乐加拿大公司： • 从二维设计环境过渡到了三维设计环境 • 获得了一个为期五年的圣劳伦斯航道船
闸修缮项目 • 将月平均质量不达标率降低了 46% • 将工程图错误减少了 25% • 将工程图精度提高了 7% • 节省了超过 50% 的设计时间 • 进行变更的速度比身处二维设计环境时
• 多领域设计和工程设计。机电解决方案涉及控制系统、电气系统和机械系统的集成。机电系统不只是 电气和机械系统的集成，也不只是一个控制系统，而是这些系统的完整集成。5 一流制造商在系统中 加入设计需求的可能性是其它制造商的 3.2 倍。6
• 管理沟通和工作流程。系统的集成应能促进负责创建单个子系统的各个特定领域团队之间的协作。 通常，单个子系统之间复杂的关系要求高效的沟通和明确的权限。7 一流制造商在不同领域工程设计 团队之间沟通变更的可能性是其它制造商的 2.8 倍。8
利用数字化样机解决方案优化机电产品开发流程
制造商能够通过使其团队处理同一个数字模型来节省时间和资金，无需整合来自不连续工程设计系统 的信息。目前，许多一流的制造商都在通过创建数字样机优化传统物理样机的制造流程。通过跟踪和 比较物理和数字样机的测试结果，这些公司正在加深对产品和产品运行环境的理解，这使得产品的整体 质量得到提高。
对于其它正在努力提高机电设计流程效率的制造商而言，该方法不失为一种值得采用的最佳实践。从实 用角度讲，这要求制造商采用一种专业的工程设计工具，从而支持单个团队最大限度地提高工作效率， 并轻松共享信息。然而，只为这些系统创建模型是不够的。系统级性能通常是一种能够满足不同子系统 工程设计和设计需求的功能。因此，需要通过一个严谨的流程来将系统划分为多个核心组件。 因此， 建立明确高效的变更沟通流程，并整合有助于各团队之间实现高效变更沟通的协作和系统工程设计 工具至关重要。