一、           前言

自1971年首次提出機電一體化這一概念以來，機電一體化經歷了四十多年的發展，其意義和實現方式跟隨著科技的發展不斷更新，不斷豐富。特別是隨著“工業4.0”概念的提出及實踐，設備制造行業對電氣和機械設計軟件的融合也提出了適應新時代發展特性的革命性要求。

二、           機電一體化設計的難點

目前，在國內市場中能夠完成電氣設計的產品有很多，也不乏一些源自國內基于AutoCAD二次開發的智能設計插件。這些工具可以高效而智能的完成電氣繪圖。在機械設計領域，設計軟件也是琳瑯滿目，所具備的能力也是參差不齊。但是，能夠真正實現機電一體化設計的少之又少。

所謂機電一體化設計，就是將電氣設計所產生的電氣數據（例如斷路器設備參數及數量等信息）與機械設計軟件無縫對接，使得設備數據在電氣設計和機械設計兩種不同的環境中自由流通。要實現這個目標，需要有幾個必要條件：

1.      數據庫支持。

數據庫是存儲數據所必要的介質，因為軟件需要通過數據庫存儲大量的設備、符號、電線等數據。例如，對于設備來說，需要存儲設備在圖紙中所使用的符號名稱，以及設備本身的長寬高等參數數據。只有有了數據庫，才有可能將數據傳遞給3D產品開始下一步的智能設計。

然而，就這項要求，國內很多基于AutoCAD二次開發的產品都將不能勝任。

2.      3D軟件的開發接口

目前，越來越多的3D軟件具備了開放的API接口。例如PTC，SolidWorks，Pro-E等等。這樣開放的接口為機電一體化的進一步開發提供了良好的途徑。但是，電氣設計軟件的開發需要通過這樣的API接口進入3D軟件，并形成數據互動，這項技術不僅僅是需要通過API來調用數據，更重要的是要向3D軟件中寫數據，這就要求兩款產品的研發人員具備更多的溝通和合作開發的途徑。

3.      數據傳輸途徑

目前，大部分機械軟件與電氣軟件實現數據對接，都是通過XML作為中間媒介，在XML中輸入2D數據和與其相關聯的3D數據。通過這樣的方式，即便是成功了完成數據對接，在設計修改時也會造成相當大的修改工作量（需要同時修改2D，3D和XML文件）。

由于這些阻礙，很少企業能夠真正使用電氣軟件和機械軟件完成對接，不能在企業內部建立制造數據在電氣和機械這兩個不同的設計部門自由流通。

三、           電氣軟件elecworks的集成能力

法國 Trace Software International 公司開發的電氣設計軟件 elecworks 是目前市面上唯一能夠提供機電一體化設計方式的智能產品。早在2009年起，Trace Software International 公司就宣布了旗下產品elecworks為SolidWorks產品數據提供無縫集成的能力。而elecworks在本身的電氣設計領域，也體現了卓越的性能。

1.       使用Top-Down的方式完成電氣設計

傳統的設計工具將目標鎖定在縮短繪圖時間上，將一些繁雜的工作交給電腦處理。但是真正要提高設計效率、縮短設計周期，僅僅提速畫圖是遠遠不夠的。電氣設計需要對設計內容做宏觀規劃，定義系統框架。完成宏觀設計后，使用微觀的原理圖設計，詳細的定義出設備的連接信息。

elecworks將設計的方式與機械設計的方式相對應，采用Top-Down的設計模式，優先通過布線方框圖對整個系統做框架劃分，區分出設備的位置關系（空間）和系統關系（功能）。由此，每個設備都賦予了特定的兩個屬性。根據IEC 61346標準定義，使用 + 表示位置關系，使用 = 表示功能關系。

這樣的設計方式是與3D設計軟件的設計模式相同的——這奠定了機電一體化設計的工作模式基礎。

2.       樹狀數據結構

在elecworks原理圖中增加的每一個符號，都可以為其分配不同的設備型號。對應的，每個設備型號數據都可以映射到設備的物理尺寸（長、寬、高）。這樣，elecworks通過這些數據可以完成2D的機柜布局圖。

這樣的機柜布局，是電氣工程師根據所設計的原理而做的初步設備布局規劃。——這為后期與3D軟件的集成提供了設備參數參考。

3.       詳細的接線數據

在所有的電氣軟件中，elecworks在電線和電纜數據的處理上體現了其卓越的額特性。不僅僅可以自動生成電線的線號，還可以批量定義電線的線型屬性，例如顏色、線徑、編號格式等等。

在完成原理設計后，elecworks可以自動生成各種接線數據報表，例如電線接線表、電纜表、電纜芯接線表等。——這是在3D中實現自動布線的數據前提。

四、           基于Creo的3D布局和布線

經過Trace software international公司與美國參數技術公司（PTC公司）經過深入合作，由Trace software international 公司開發了elecworks 與Creo的無縫集成接口。在elecworks中所增加或減少的設備數據，可以在Creo中同步更新。

1.         電氣和機械設計的協同設計

無論是同一個局域網中互相連接的兩個電腦分別開始電氣設計和機械設計，還是同一臺電腦中分別打開elecworks和Creo兩款軟件，使用elecworks的3D模塊就可以實現數據的連接。

完成數據連接后，通過Creo的強大3D能力，就可以開始將elecworks的2D原理平面設計轉成立體的3D空間實體設計了。

2.         數據的3D空間布局與布線

從elecworks中獲取到電氣數據后，在Creo中通過設備導航器，直接雙擊設備名稱就可以調用出相應的3D模型。這個調用出來的模型與機械工程師自行添加出來的模型最本質的區別在于，關聯的模型會具備elecworks的電氣屬性。這樣的屬性是后期自動布線的前提。

在Creo中，定義好模型的電氣連接點信息，使得模型具備讀取elecworks電氣設備工藝管腳數據的能力。

完成這樣的準備工作后，在Creo中直接運行布線命令，就可以通過Creo將elecworks中的電氣原理接線關系體現在3D軟件中。

從圖上可以看出，不僅僅是設備之間的接線關系能夠體現，電線所使用的顏色信息也能夠通過Creo從elecworks中獲取并體現出來。同樣的，線徑也是完美的體現出來。

3.         統計線長數據

能夠完成自動布線，只是幫助機械設計人員快速的完成了結構設計和線纜設計。真正能夠對生產工藝提供技術參數的，是完成布線后的線長自動統計。

完成自動布線后，在elecworks中直接自動生成電線的報表。在報表中，自動統計出Creo所得到的1:1的真實線長。

這樣的報表直接提供給工藝部門后，可以直接用于裁線、布線和接線工作了。

五、           機電一體化平臺

通過以上內容，可以看出elecworks與Creo結合，真正的完成了機械設計和電氣設計的融合。對于企業來說，電氣設計是將邏輯原理展現在圖紙上，機械設計時將邏輯設計內容通過立體的模型展現出來。兩者的結合，將會使得數據在整個設計環節實現自由流通。

完成的機電一體化平臺是一個環形平臺。

1.      Elecworks專注于電氣設計，完成平面的2D原理圖。

2.      Elecworks將電氣數據傳遞給Creo，在Creo中完成結構布局。

3.      Elecworks將電氣接線數據傳遞給Creo，在Creo中完成空間布線。

4.      Creo中在完成布線后，統計線長數據。

5.      Creo將線長數據反向傳遞給elecworks，在elecworks中生成電線報表。

6.      報表作為重要的內容存儲在elecworks的項目中，完成電氣-機械-工藝數據的環形設計。

六、      結語

這樣的機電一體化平臺，可以讓企業中原本溝通較少的電氣部門和機械部門之間的設計緊密相連，將設計的人為溝通轉變成通過電腦處理的內部數據交流。由此，不僅解決了企業中的電氣設計和機械設計的專業性問題，也增加了兩個不同領域設計的協同設計能力，讓設備數據在設計階段自由流通在同一個平臺上。這樣的方式，提高了整體的設計效率，也增加了設計部門之間的緊密度，將設計的錯誤率降到最低。

機電一體化的設計模式，正在成為一種趨勢。