机器中的编码：透视机电一体化对产品研发

　　当你搭乘朋友新买的Ford Fusion或者Mercury Milan汽车，如果他突然和他的爱车说话，请不要感到奇怪。他可能会说‘帮我用手机给Maria打一个电话’或者‘播放圆舞曲’。汽车会对他的要求作出响应，通过他的手机拨通Maria的电话，或者在他的iPod里面找到这首曲子通过车载扬声器播放。

　　Ford SYNC车用媒体通讯语音控制系统使上述看似科幻小说的情景变成现实，现在在福特的Ford、Lincoln、Mercury三个系列车型中都装有Ford SYNC。这项技术是由福特汽车公司和微软公司合作开发的，其具有MP3音乐播放，手机通讯，汽车控制（导航）等等功能，而且能够通过语音命令来进行控制，比如让其拨打指定联系人的电话，收听指定的音乐等等。此外在接收到短信时，还能够让其通过语音读出来。

　　你的朋友之所以能完成上述操控，是因为将汽车中软件驱动的机电设备和他的便携式数字设备连接在一起，有的时候是通过数据线连接，有的时候是通过蓝牙以无线的方式连接在一起。

　　SYNC是机电一体化的一个实例，根据在1991年国际自动化控制联合会议上发表的“智能机器科学”一文中所描述的定义，“机电一体化就是指将精密机械工程学、电子控制和系统思维结合在一起用于产品设计和生产流程”。对现在的汽车而言，很多先进的配置也满足这个定义，例如：汽车多媒体、自动导航系统、自动泊车等等。行业观察分析师期望这一趋势能提高供应链效率和客户服务水平，但在这条道路上，仍然面临一些IT相关的问题。

由于能集成来自 AutoCAD Electrical系统中的电路板和线路系统草图， Autodesk公司
的中型机械CAD软件 Autodesk Inventor能做为一些制造企业产品创新的中心系统。

　　新的数字三位一体

　　根据Patrick Milligan的观点，最近在汽车架构中增加的是一个无形组件，这是一系列运行于汽车的机电设备中的软件代码。他在福特汽车公司负责嵌入式软件开发工作。“也就是从独立的机械系统（比如防抱死制动系统）演变到自动导航系统，在自动导航系统中，制动系统和传动系统及其他组件共同工作，根据周边的交通状况控制车速。软件的价值就是将这些分布式的系统整合成一个完整的动态系统”。

　　在很多情况下，Ford Fusion汽车（或者其他新一代的机电一体化车车型）的生产和测试更多是软件集成测试。

　　“从软件数据管理的复杂性来讲，没有什么比我们在机械领域所经历的更复杂了”，Milligan说道，“唯一的应对方法就是建立一个健全的数字环境，在这里你能跟踪机械CAD数据、汽车变量以及相关联的需求，不仅要对每一个单独组件进行测试，而且还需要对组合在一起的整体进行测试”。

　　福特汽车公司主要在达索系统公司提供的CATIA平台上进行车身设计。电气系统和线路系统设计在Mentor Graphics公司提供的Capital Harness System系统中完成，该系统提供了一个同CATIA进行几何数据交换的途径。福特汽车公司采用了Siemens PLM Software公司提供的Teamcenter系统作为数据管理中心。

　　Siemens PLM Software公司媒体公关总监Jim Phelan认为：“既能对每个机电一体化组件进行单独管理，又能把整个电子控制单元作为一个单独的要素进行跟踪，这种能力帮助福特汽车公司节省了大量时间和成本”。

　　
Pro/ENGINEER软件的供应商 PTC公司最近在其软件产品中增加了
MCAD-ECAD Collaboration Extension模块。

　　更多的想象

　　正如福特公司的Milligan所想象的那样，理想情况下，机电一体化模拟应该“将CAD数据、电子数据和软件模块这些单独的组件集成在一起，建立一个集成的环境，然后进行动态模拟驾驶”。

　　这样一种综合的机电一体化环境与一些领先的航空制造企业所采用的功能全面的计算机辅助工程环境类似，航空制造企业通过它来验证机身设计。

　　“这就意味着在模拟驾驶中要评测扭转力、爬坡、偏航、横向动稳性、噪音、震动、摩擦和其他物理要素”， Milligan解释说道。在汽车行业，这样一种系统还只是一种假想，他说：“我还没有见过哪一家汽车厂商能做到这一点”。

　　Autodesk公司行业经理Ed Martin同意这个观点，他说：“业内还没有一家公司能为你提供从头至尾的完整机电一体化解决方案，每个公司只能提供其中一部分”。

Martin补充说道，：“从Autodesk公司的角度来说，Inventor是基础，用户通过Inventor进行3D机械设计、模拟仿真、分析，并同ECAD（电路板草图）集成在一个IDF（电路设计常用的一种文件格式）文件中。软件把IDF文件和来自AutoCAD Electrical的线路系统数据这两者集成在一起。在大型组装中，你可以用AutoCAD Electrical来集成ECAD组件，例如布线、路由和连接。然后你就可以用ProductStream来进行数据管理，它可以管理扩展的BOM（物料清单），这样你就可以将AutoCAD Electrical中的BOM融合到组装BOM中，然后将相关的软件代码和校准文件结合在一起”。

　　认识到机械工程师和电子工程紧密合作的重要性后，CAD软件供应商PTC公司在其软件中增加了MCAD-ECAD Collaboration Extension模块，使两者之间的设计数据交换更加便捷。

　　同样的，SolidWorks公司（一家中型CAD软件供应商）最近收购了Priware公司，SolidWorks公司的用户通过Priware公司的旗舰产品CircuitWorks可以将ECAD文件集成到SolidWorks 3D模型和2D绘图中。

　　SolidWorks公司期望这笔收购能使其CAD产品成为“一个开发高度复杂的机电一体化系统（例如消费电子和机器人技术）所必需的平台”。

　　在最近做的一项网上调查中，MBT发现在所有的产品召回中，大约20%是因为“机械设计和电子设计协调有问题”；11%是因为“硬件设计和软件设计协调有问题”。

　　这项调查还表明虽然有37%的受访者表示在“一个正式的、系统的设计流程中工作，这样能避免早期的不同领域之间的集成问题”，但还有超过半数的受访者仍然按照各自的领域汇报问题，这表明仍然需要很大程度上提高不同领域之间的沟通合作。

　　供应链越简单，客户越满意

　　在实现机电一体化的过程中，因为软件管理而增加的复杂性可能会被优化的供应链管理和更好的维护所抵消，Joe Barkai说道，他是位于马萨诸塞州Framingham的Manufacturing Insights公司的研究总监。他说：“组件生产的成本将变得更低，因为主要成本是软件成本，你不再组要建立和维护复杂的工厂来生产那些由钢铁构成的组件”。

　　正如Autodesk公司Martin所指出的，“在机电一体化的前提下，你可以通过改变软件设置就能提供不同特色的汽车，而不用生产不同的机电设备”。例如，他以发动机电脑为例，“供应商交给汽车制造商一台空白的电脑，一旦汽车制造商确定了发动机类型、传动装置类型和其他配件的类型，他就将符合这些类型的准则编码写入计算机控制器。通过这种方法，他们不需要在仓库中为不同类型的汽车产品维护不同类型的电脑控制器库存”。

　　车载软件不仅能为汽车提供个性化配置，而且能对汽车的运行状态进行诊断。“现在你可以确定什么时候这个机器的运转是不正常的”，Martin说道，“这样你就能把诊断提示和错误代码提供给相应的维修人员”。

　　事实上，车载软件的出现使发现并修理汽车故障变得非常简单，任何持有代码扫描或读取设备的人都能精确的找到问题。将代码扫描或读取设备插入插口，咨询代码参考（网上可以免费获取），这样你就可以明确问题所在。以Ford车型为例，P1051代表“刹车/制动开关信号找不到或者不正确”，P1309代表“点火监视侦测监控器不可用”，等等。

　　Martin说道，“采取机电一体化战略的制造企业可以像软件或者‘软件+硬件’那样销售更多的潜在产品升级服务”，这比要求客户将现有的整个产品全部更换成新产品要容易得多。　　

通过收购以前的金牌合作伙伴Priware公司, SolidWorks公司推出了SolidWorks版
的CircuitWorks产品. 通过这项合并，可望使得SolidWorks用户能将电子组件融
合到SolidWorks 组装中。

　　IBM的逻辑
　　现在微软公司已经通过参与福特公司SYNC的研发宣布进军机电一体化领域，另外一家软件业巨头IBM公司也准备加入这个行列。在今年四月份，IBM公司收购了Telelogic公司，包括其旗下的专为汽车行业提供Rhapsody产品。

　　Telelogic公司号称Rhapsody为“模型驱动的开发环境”。

　　Mark Lefebvre是IBM公司负责产品生命周期管理的管理者，他说：“我们的汽车行业客户拥有很多相互独立的团队负责汽车产品中很多子系统的设计、测试和产品开发等工作，这些子系统包括娱乐系统、车载电话、导航系统、GPS等。他们同样需求软件来支持这些产品的开发。Telelogic提供一系列工具将这些功能需求整合在一起，在开发出实际原型之前就能对此建模并进行测试。所以他能帮助研发人员在很早的阶段就完成机械部件、电子部件和软件组件之间的集成”。

　　未来冲击

　　在Telelogic出版的《机电一体化产品生命周期管理》一书中，Barkai预言：“到2010年，嵌入式软件组件将构成整个汽车价值的35%——40%，未来汽车系统相关的创新中，将有90%是电子部件创新和所嵌入的软件创新”。

　　位于波士顿的市场分析公司Aberdeen Group认为“雇佣具有经验的系统工程师”或者“缺乏跨领域的复合知识”是企业在追求机电一体化过程中所面临的最主要挑战。为应对这一挑战，很多汽车厂商加大了他们的招聘力度，在《大假期之后：美国汽车行业人力资源的未来》这篇报告中，作者引用美国一家汽车制造商的话，“直至2010年甚至以后，所雇佣的机械工程的数量将稳步上升，其中公司将大部分雇佣有经验的机电一体化工程师”。这篇报告是由汽车行业研究中心联合克莱斯勒、福特、通用汽车和其他主要汽车厂商联合发表的。

　　宝马汽车公司的iDrive 控制系统采用的就是Sun Microsystems公司的高端技术架构JAVA平台，他们描述现代的豪华汽车为“车轮上的网络”。在这个案例中，在汽车各子系统中完成更精密的沟通将成为一个IT挑战。

　　作者信息Kenneth Wong是一名自由撰稿人，他发表了大量有关数字视频、电脑游戏和CAD行业的文章，研究技术的创新性应用和其带来的影响。 他的email: Kennethwongsf@earthlink.net.

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