关键词：NX；虚拟仿真；机电一体化；PLC

Abstract: With the advent of Industry 4.0，more and more digital means are applied to industrial production，in which virtual simulation debugging can forward-looking inspection of system design，improve design quality，shorten debugging cycle and save development costs. Based on mechatronics conceptual design module of NX software (MCD) and PLCSIM ADVANCE simulation software to build a virtual simulation debugging，intelligent sorting system through the mapping of the signal，the 3 d model of the intelligent sorting system will real-time display program is running as a result，so as to realize the control of PLC on MCD model of virtual simulation，in the process，the set of system to replace the complex hardware devices，thereby greatly saving the cost of the intelligent sorting system debugging，completed the function test and verify the reliability of the design.

Keywords: NX; Virtual simulation; Mechatronics; PLC

1  引言

机电一体化由多学科交叉组成，而概念设计表现为由简单到精细的过程，在机电一体化中融入概念设计可使设计更灵活^[1,2]，西门子MCD是一种前沿的机电一体化概念设计系统，支持机械、电气和自动化多学科联合设计与仿真，是“工业4.0”背景下的新兴产品。^[3]

随着工业水平和物流行业的发展，高效分拣和准确分拣是物流系统追求的目标，本系统是针对货物分拣设计的系统，通过主传送带端部的检测门获取物料信息，并通过机械手将所识别的不同的物料分拣到不同的子传送带，从而实现智能分拣，本系统可以极大的提高分拣的效率和准确度。

本文利用NX中的机电一体化概念设计平台（MCD）中的三维分拣系统模型与PLCSIM ADVANCE仿真软件相连接，通过TIA博途软件中的PLC程序控制从而实现软件在环的虚拟调试,以此来验证智能分拣系统的可靠性。虚拟仿真系统框架图如图1所示。

图1  虚拟仿真系统框架图

2  系统设计

2.1 设计目标

（1）利用NX进行三维设计，对智能分拣系统进行三维建模，所涉及的机电结构可以反映实际中分拣系统的基本功能和流程。

（2）通过TIA博途软件进行PLC程序的编程，通过程序控制从而实现分拣功能。

（3）构建软件在环，通过PLCSIM ADVANCE PLC仿真软件与NX机电一体化概念设计平台（MCD）相连接，从而实现闭环调试。

2.2 智能分拣系统功能实现

智能分拣系统通过收集主传送带上物料的信息并判断从而利用机械臂将不同的物料分拣到不同的子传送带上，最终实现智能分拣的功能，极大提高了分拣的效率和准确度同时实现了数字化的智能分拣，具体的功能流程图如图2所示。

                                                                 图2 分拣功能流程图

2.3 仿真系统组成

虚拟调试的系统组成如表1所示。

表1系统组成表

3  虚拟仿真流程

整个仿真流程由四部分组成如图3所示。分别是MCD模型的创建与物理定义，创建MCD信号执行器与传感器，外部信号的配置与连接，在环虚拟调试。

                                                                                        图3 仿真流程图

3.1  MCD模型的物理定义

刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不变的物体,在NX中打开模型后选择MCD（机电一体化概念设计）模块，定义模型中的刚体，定义之后在机电导航器里会显示所定义的刚体。然后再根据需要和实际情况定义所需的碰撞体和运动副，以此来完成模型的物理定义。机电导航器图如图4所示。

图4 机电导航器图

3.2  创建MCD信号与传感器

传感器负责收集模型中的信号然后通过信号的配置来向外部控制PLC输出信号，定义相关的距离、位置、碰撞传感器。同时设置相关的控制器，如速度、位置控制器和传输面，这些控制器接受外部控制PLC输入的信号，由PLC控制，从而控制模型的运动，使得模型按照PLC编程的参数运动。传感器与执行器图如图5所示。

图5 传感器与执行器图

3.3  外部信号的连接与配置

在MCD中通过信号配置器将输入信号和输出信号分别配置好。然后在打开PLC仿真软件PLCSIM advance 2.0启动虚拟PLC，然后进行外部信号的配置。这样就将MCD里的虚拟模型与控制设备PLC连接起来。由此可以通过PLC来控制MCD中的虚拟模型，从而进行相应的仿真。

3.4  软件在环虚拟调试控制

在完成外部信号配置和信号映射后，MCD与PLC已经建立联系，启动PLCSIM advance2.0，把PLC中的程序下载到PLCSIM advance中。在MCD中启动仿真，然后通过PLC中的设置开始与控制MCD，从而开始虚拟调试。虚拟调试如图6所示。

图7为分拣物料系统运行示意图，主要包括物料、主传送带、3条子传送带、检测门、抓取装置。

4  总结

本文通过MCD的信号配置可以与PLC进行连接，从而实现PLC对MCD虚拟模型的控制，从而实现了虚拟调试，通过测试该智能分拣系统运行良好设计合理，达到了设计目标。

在这种没有实物的虚拟调试中，可以较为全面地展现整个生产过程以及PLC的控制过程，可以提前发现PLC编程以及设计的相关问题从而提高了设计与生产的效率。节约了成本，具有一定的实用意义和参考价值。由于能够轻松的定义和验证机电产品的设计，并能够实现功能单元的模块化和重用，从而能够提高产品质量加快产品开发速度所以有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]熊雪平，戴春祥，史桂蓉.NX机电一体化概念设计系统的研究与应用[J].计量与测试技术，2016，43 (12) :9-11.

[2]A.Roennau，F.Sutter，G.Heppner，J.Oberlaender and R.Dillmann.Evaluation of Physics Engines for Robotic Simulations with a Special Focus on the Dynamics of Walking Robots.16th International Conference on Advanced Robotics.2013.

[3]王俊杰, 戴春祥, 秦荣康,等. 基于NX MCD的机电概念设计与虚拟验证协同的研究[J]. 制造业自动化, 2018,40(07),31-33.

[4]肖祖东, 柳和生, 李标,等. UG NX在机电产品概念设计中应用与研究[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2014,(07),27-30 DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.07.008.

第一作者简介：

杨祎宁,出生年月：1998年5月 性别：男 盐城工学院本科在读，班级：G机械171，研究方向：虚拟仿真