Мехатрониката при машинното проектиране

Роля на мехатрониката за оптимизиране процеса на конструиране на машини

За ролята и задачите на мехатрониката като мощен инструмент за комплексно развитие на механичните, електрическите и електронните системи на едно съвременно техническо изделие, през последните години се говори много. Съществува една област от техниката, в която мехатрониката се радва на особено внимание, тъй като оптимизира и усъвършенства процеса на конструиране и това е производството на машини. Тук, по мнението на специалисти, мехатрониката дава възможност за интегриране на най-добрите развойни практики и технологии с цел оптимизиране на процеса на конструиране на машини. Използването на мехатрониката на етапа на разработка на машините позволява значително да се съкрати необходимият период от време, както и да се изключи рискът от производството на изделие с технически характеристики, несъответстващи на проектните.

Традиционният развоен процес

Според широко използвания и днес подход, първоначално конструкторите проектират механичните елементи и възли на машината в CAD среда. Често след като CAD моделът на машината е готов, а понякога и щом е изработен физическият й прототип, в процеса се намесват специалистите по електрическата част, електроника и софтуер, които разработват електрозахранващата система и управлението. При този подход първоначалните тестове на машината се изпълняват върху физическия й модел. И ако в процеса на изпитанията се констатират определени проблеми и сериозно несъответствие със заложените проектни характеристики на машината, което налага реконструиране на определени елементи или възли, конструктивният процес значително се удължава. Конструкторите се връщат на проектния етап, започва се отново изработването на чертежи, оразмеряване, изчисления и изработване на прототипи. Излишно е да се казва, че в резултат на удължаването на процеса на конструиране на машината до пускането й в производство, компанията губи време и пари.

Именно на етапа на проектиране на машините все по-активно се намесва мехатрониката, която обединява развойните инструменти за механичната конструкция, електрозахранващата и управляващата система. Чрез използването на този подход става възможно създаването на

виртуален прототип
на машината

Този виртуален модел на разработваната машина изпреварва изработването на физически прототип, характерен за традиционния процес на конструиране. Именно благодарение на виртуалния прототип на машината, включващ както механичните елементи и възли, така и електрозахранването и управляващата система, тестовете могат да се извършат в софтуерна среда, преди изработването на физическия модел. Така, всички необходими промени в машината, се правят много по-бързо и ефективно. Виртуалният прототип представлява 3D CAD модел, функционирането на който би могъл да се симулира във всеки един аспект от работата на машината. От ключово значение за ефективно виртуално прототипиране е успешната интеграция на развойните софтуерни инструменти за механично, електрическо и електронно проектиране, както и на средства за симулация на управляващите алгоритми. Възможните симулации с 3D CAD прототипа обхващат всички необходими тестови процедури за изследване работата на машината при различни скорости и материали, дават възможност да се мониторира ефективността на управлението чрез задаване на различни режими на работа, да се проследи поведението й при аварийни ситуации и т.н.

Мехатрониката и маркетингът

Всеки производител на машини е наясно, че удовлетворяването на все по-високите клиентски изисквания е основна предпоставка за пазарно развитие. Затова възможностите, които предлага виртуалното прототипиране, купувачът да се убеди в качествата на поръчаната от него машина още на етапа на проектирането й е важно маркетингово предимство. Още повече, при високата конкуренция на европейските пазари, твърдят специалисти. Според производители на машини виртуалното прототипиране има важна заслуга за повишаване на сигурността и безопасността на работата им, тъй като симулирането на възможни аварийни ситуации разкрива възможности за избор на оптимална система за защита.