精简运动控制系统,提高能源利用效率

　　生产制造商总是在寻求提高能源效率方法，因为它可以有效的改善他们的盈亏线。在这方面投入精力并获得成功的生产制造商，很少有孤军奋战的。他们从机械和设备的建造者、原始设备制造商等合作伙伴那里获得帮助。无论是开发一个简单亦或是复杂的机械，优化的设计对于制造商都非常关键：不仅仅能更高效的运行，更快的适应市场的变化，还能整合上下游的运营。通过借力机电一体化设计工具和可扩展、合理精简的自动化解决方案，原始设备制造商能够开发出他们的客户所需要的可持续的、能源利用效率较高的系统。

　　利用机电一体化设计工具

　　机电一体化是一种多学科的设计方法，依赖于运动设计软件和产品的协同应用。利用这种方法，机械、电气和控制工程师可以很容易的通过虚拟建模来分析、仿真、优化和选择运动控制系统。

　　这些数字仿真帮助工程师在设计阶段的早期就能够发现问题。而且，工程师能够在熟悉的环境下输入设计信息，理解他们的设计决定是如何影响整个系统的，这就使得他们能够快速地评估各种设计替代方案，并选择其中最合适的方案。

　　例如，看看车库门生产制造商最近的处境。电气工程师通过仿真运动应用，发现其驱动正运行在90%附近。他自然会想到：“哇，我正在使用几乎所有的力矩。我选择的马达是正确的型号。”然而，机械工程师往往会选择过大的齿轮箱，带动皮带轮将旋转转变为线性功率。

　　当工程师利用机电一体化设计工具，对实际应用重新进行仿真，分析运动并从头开始创建应用的时候，他们往往需要去问自己：“如果仅仅移动车库门，需要多少能源?”提炼出那些我们认为要实现该目标所需要的所有步骤，也就是说他们不需要测量如果运行一个低效的齿轮箱到底需要多少能源。软件建议使用低额定功率的线性驱动马达。由于马达的额定功率转换为更大的驱动力，因此减小了马达的尺寸，从而消除了由于一系列的超大和不必要的部件所造成的能源损失。从总体上来讲，应用的能源消耗量降低了一半。

　　机电一体化设计软件可以让工程师执行虚拟的设计审查，识别优化效率、性能以及尺寸机会，从而帮助原始设备制造商获得机电一体化设计方法的所有收益。

　　然而在过去，为了选择适当规模的系统部件所进行的分析，需要大量的时间，因此实际上证明，这是不可行的。但是现在，为了设计和建造一个更高效、性价比更高的机械所需要的信息触手可及。而且，原始设备制造商能够在虚拟的环境中找到性能限值，因此新的设计程序正在改变机械制造的前景。

　　程序将性能以及在设计、开发和交货运输阶段所发生的全部费用都考虑进去，甚至在调试阶段开始之前，这样就可以为设计和一些持续性问题提供一种更快速、更高效的解决方案。

　　评估取舍

　　机电一体化设计程序也许能够和三维机械CAD软件配合，来对一些必须取舍的场合进行评估，比如：材料、尺寸和部件的性能以及可用的运动系统之间。这有助于原始设备制造商将机械建造的更小、更高效。

　　在过去，机械设备的尺寸是否合适，只有在机械制造完成后才能验证。考虑替代方案所需要的时间不允许对其进行优化，因此机械经常被建造的过大。虚拟设计功能使机械制造商能够在开始生产机械设备之前，在虚拟环境下分析机械解决方案。这加快了开发的进度，允许对设计方案进行优化。

　　比如，机电一体化设计软件能够分析机械运行一年所需消耗的能源成本——确定能源效率更高的产品能够节省多少钱。软件可以计算某运动轨迹下负载的重量：负载运行的距离有多远，速度有多快。当用户输入每千瓦时的费用以及一年内机械的运行时间时，就可以计算出每个轴的能源消耗。

　　选择一个旋转马达，每千瓦时能源的费用为11美分，每年运行50周，每周工作5天，每天工作8小时。该旋转马达的运行费用为315美元/每年每轴。如果将旋转马达切换为线性马达，则其费用减低为200美元/每年每轴——这对于有成百上千个轴的机械来讲，是一大笔节约。

　　可扩展性

　　由于过度设计和设计不足都会增加不必要的成本，因此机电一体化设计软件，还可通过对设备进行适当的规模控制，帮助工程师节约时间和金钱。利用可扩展、规模控制适当的系统，能够帮助原始设备制造商以一种经济、高效的设计方式来满足最终用户不同的需求。

　　设计中的可扩展性，主要是提供一种可以在各种机械上——无论是复杂的还是简单的——运行的平台，从而满足广泛的应用需求。可扩展性能够降低业主的总体成本，因为它使原始设备制造商能够在广泛的机械上使用单一设计环境。它们还能复用代码和人机界面面板， 以及在不同系统间使用最优实践。这可以节约设计、开发、调试以及售后的维护时间。

　　比如，Janda公司，一家专注于生产电阻焊机的原始设备制造商，由于实施了可扩展的控制方案，获得了诸多的好处。该公司通过实施可扩展的自动化解决方案，将设计时间降低了25%，调试时间降低了25%，安装时间降低了30%，将公差从八分之一英寸降低到万分之一英寸，将控制面板的尺寸降低了50%，整体的维护时间也减少了。

　　通过实施可扩展的控制方案，获得了更高的效率和稳定性，Janda公司能够满足每一个最终用户的控制要求。最终用户也从降低浪费、能源消耗和维护成本的降低中获益。最终用户也能通过扩展设备来满足日益增长的需求，而不需要重新培训员工，也不需要重新对设备进行编程。