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当前，数字化设计、制造及仿真等技术已经在航空航天领域得到广泛应用，并取得巨大效益。然而，随着型号研制进入多任务、多型号并举的新阶段，传统的型号研制流程，已经无法满足新形势对型号研制的快速、经济和高效要求。以并行工程为指导思想，以虚拟样机为核心，开展多学科、多专业集成产品研发，已经成为型号研制的必然要求。其中，对机电协同的需求显得更加迫切和重要，对机电协同的研究也成为当前行业的热点和难点。本文基于Windchill系统，对机电协同模式进行探讨。
一、机电协同设计环境
机电协同并不是简单的让机械设计师和电气设计师在一起设计，它需要在统一的设计协同环境下，基于统一的数据模型和统一的研制流程，实现数据和过程两个层次的协同。
Windchill是美国参数技术有限公司（PTC）生产的一套产品生命周期管理系统Product Lifecycle Management（PLM）。Windchill以Web为基础，提供较强的产品数据管理、工作流管理、生命周期管理、配置管理、工艺管理、与各类CAD（如Creo、Mentor）软件集成管理、产品可视化协同和企业信息集成工具，使企业能快速访问庞大的产品资料库，同时可使不同的设计人员、供应商和制造人员等快捷高效的实现产品数据协同开发和单一数据管理。
图1所示为基于Windchill系统，并利用Workgroup Manager（简称WGM）系统集成接口，实现与MCAD设计工具Creo2.0、电气设计工具Mentor2007及模型浏览工具Creo View2.0的集成，一次构建机电协同设计环境。
二、机电协同设计流程
航天产品研发是一个机电协同设计，不断迭代完善的过程。分系统设计工程师按照分系统设计任务书的要求，确定结构设计参数和电气设计参数。结构设计工程师基于结构设计任务进行产品结构设计，电气设计工程师获得分系统总体给的设计任务和设计参数进行PCB版设计。机电设计工程师在产品设计过程中需要不断交换设计更改意见，相互协作以满足分系统设计的要求。
机电协同设计过程总体描述（图2）有以下几项。
（1）
由总体设计师使用Creo生成PCB轮廓CAD文档，确定PCB板子大小、元器件布置位置/高度、孔位、禁止布置区和通过区等，并生成IDX中性文件作为PCB轮廓CAD文档的附件检入到Windchill系统。
（2）
电气设计师从Windchill系统获取结构定义PCB的IDX中性文件，在Mentor中进行PCB详细设计，完成设计后通过WGM检入时保存到Windchill系统。
（3）
结构设计师从Windchill系统中获取电气设计师更新的IDX中性文件，在Creo环境下用Creo View ECAD Validate打开。结构设计工程师导入印制板的IDF文件时，系统自动在元器件库中，调用印制板IDF文件中各元器件对应的三维模型，形成印制板的三维装配。结构设计工程师在整机装配中，实现带有印制板三维模型的整机干涉检查、物性计算、分析仿真和BOM统计等。
在机电设计过程中，结构设计和电气设计存在着大量的
更改，机电协同可实现ECAD和MCAD数据的双向同步和更新。
（1）当电气设计师更改了印制板的设计，并将最新更改内容再次导出传递给结构设计师时，结构设计师导入最新的更改内容，在模型上查询显示更改内容（图3、图4），结构设计师根据设计需要接受或拒绝电气设计更改，当接受电气设计更改，在三维模型中印制板的相关数据会自动发生变化。
（2）当结构设计师进行了设计变更，并将变更内容发布给电气设计师。电气设计师通过Creo View ECAD Validate查询到变更内容，并用Creo View ECAD浏览检查变更对象、变更形状及其变更位置，以便进行变更影响分析，在ECAD环境下进行相应的变更（图5、图6）。
三、机电协同数据管理
1.数据组织
数据管理是机电协同的基础。为了便于对产品数据技术状态控制，Windchill系统中机电协同数据以产品结构为核心进行组织，如图7所示。
产品结构树的形成过程是一个自顶向下分解，自底向上生成，逐步完备的一个过程。
由总体设计师完成产品结构树顶层规划。由结构设计
师将Pro/ENGINEER装配模型通过Pro/ENGINEER检入时自动创建多层产品结构。由电气设计师将Mentor板级原理图、PCB图模型检入时创建板级装配结构。机电协同数据形成过程如图8所示。
对于单机层级的产品节点由结构设计师和电气设计师共同维护，其产品结构主要由Pro/ENGINEER三维模型表达，单机层级原理图检入时不生成和更新BOM，由电气设计师手工关联到单机Part上；PCB板级部件既关联电子数模，也关联结构设计数模。电气设计师检入电子设计数据时，自动创建出了电路板装配Part，结构模型在检入时自动关联到编号一致的Part上。
2.数据审批
机电协同数据统一使用批量数据集对象，执行“设计数据审批流程”。审批流程如图9所示。
图9 机电协同数据审批流程
（1）结构设计师负责将整机以及产品结构、结构设计模型等自己负责设计的图纸模型打包后提交审签。
（2）电气设计师在执行审签时，只需要将自己设计的原理图、接线图、电缆零部件等电子相关的图纸模型和零部件打包后提交审签。
（3）
设计应该是一个结构、电子相互协作的过程，在将模型与产品结构提交审签前，结构设计师需要与电子协商确认，确保产品结构已经完整，设计文件均已关联。
（4）
系统允许在结构设计师将产品结构提交审签发布后，电气设计师仍然可以将电子相关的图纸模型进行签审。
3.数据更改
机电协同数据的更改有四种情况。
（1）
电子设计更改，不影响结构：如整机原理图调整，电气设计师创建更改单，更改活动中需要添加原理图及原理图关联的Part，不影响其它数据。
（2）
结构设计更改，不影响电子：结构设计师出更改单，更改活动中需要添加Part和模型，不影响其它数据。
（3）
电子设计更改，影响结构：电气设计师负责修订电子数据，同时通知结构设计师，结构设计师负责修订Part及三维模型。结构和电子分别出更改单，并对设计数据进行升版，分别关联各自的数据。
（4）
结构设计更改，影响电子：结构设计师负责修订Part和模型，同时通知电气设计师，结构和电子分别出更改单，结构设计师修订Part和模型，电气设计师需要将电子数据修订并手工关联到新版Part上。
四、结语
基于Windchill协同设计平台，利用该MCAD设计工具和ECAD设计工具，构建机电协同设计环境，实现机电设计过程的协同和机电数据的协同管理，有利于缩短产品研制的周期，有利于保证机电数据的一致性和关联性，从而保证产品设计的质量，提升产品研发的协同和创新能力。
一、机电协同设计环境
机电协同并不是简单的让机械设计师和电气设计师在一起设计，它需要在统一的设计协同环境下，基于统一的数据模型和统一的研制流程，实现数据和过程两个层次的协同。
Windchill是美国参数技术有限公司（PTC）生产的一套产品生命周期管理系统Product Lifecycle Management（PLM）。Windchill以Web为基础，提供较强的产品数据管理、工作流管理、生命周期管理、配置管理、工艺管理、与各类CAD（如Creo、Mentor）软件集成管理、产品可视化协同和企业信息集成工具，使企业能快速访问庞大的产品资料库，同时可使不同的设计人员、供应商和制造人员等快捷高效的实现产品数据协同开发和单一数据管理。
图1所示为基于Windchill系统，并利用Workgroup Manager（简称WGM）系统集成接口，实现与MCAD设计工具Creo2.0、电气设计工具Mentor2007及模型浏览工具Creo View2.0的集成，一次构建机电协同设计环境。
二、机电协同设计流程
航天产品研发是一个机电协同设计，不断迭代完善的过程。分系统设计工程师按照分系统设计任务书的要求，确定结构设计参数和电气设计参数。结构设计工程师基于结构设计任务进行产品结构设计，电气设计工程师获得分系统总体给的设计任务和设计参数进行PCB版设计。机电设计工程师在产品设计过程中需要不断交换设计更改意见，相互协作以满足分系统设计的要求。
机电协同设计过程总体描述（图2）有以下几项。
（1）
由总体设计师使用Creo生成PCB轮廓CAD文档，确定PCB板子大小、元器件布置位置/高度、孔位、禁止布置区和通过区等，并生成IDX中性文件作为PCB轮廓CAD文档的附件检入到Windchill系统。
（2）
电气设计师从Windchill系统获取结构定义PCB的IDX中性文件，在Mentor中进行PCB详细设计，完成设计后通过WGM检入时保存到Windchill系统。
（3）
结构设计师从Windchill系统中获取电气设计师更新的IDX中性文件，在Creo环境下用Creo View ECAD Validate打开。结构设计工程师导入印制板的IDF文件时，系统自动在元器件库中，调用印制板IDF文件中各元器件对应的三维模型，形成印制板的三维装配。结构设计工程师在整机装配中，实现带有印制板三维模型的整机干涉检查、物性计算、分析仿真和BOM统计等。
在机电设计过程中，结构设计和电气设计存在着大量的
更改，机电协同可实现ECAD和MCAD数据的双向同步和更新。
（1）当电气设计师更改了印制板的设计，并将最新更改内容再次导出传递给结构设计师时，结构设计师导入最新的更改内容，在模型上查询显示更改内容（图3、图4），结构设计师根据设计需要接受或拒绝电气设计更改，当接受电气设计更改，在三维模型中印制板的相关数据会自动发生变化。
（2）当结构设计师进行了设计变更，并将变更内容发布给电气设计师。电气设计师通过Creo View ECAD Validate查询到变更内容，并用Creo View ECAD浏览检查变更对象、变更形状及其变更位置，以便进行变更影响分析，在ECAD环境下进行相应的变更（图5、图6）。
三、机电协同数据管理
1.数据组织
数据管理是机电协同的基础。为了便于对产品数据技术状态控制，Windchill系统中机电协同数据以产品结构为核心进行组织，如图7所示。
产品结构树的形成过程是一个自顶向下分解，自底向上生成，逐步完备的一个过程。
由总体设计师完成产品结构树顶层规划。由结构设计
师将Pro/ENGINEER装配模型通过Pro/ENGINEER检入时自动创建多层产品结构。由电气设计师将Mentor板级原理图、PCB图模型检入时创建板级装配结构。机电协同数据形成过程如图8所示。
对于单机层级的产品节点由结构设计师和电气设计师共同维护，其产品结构主要由Pro/ENGINEER三维模型表达，单机层级原理图检入时不生成和更新BOM，由电气设计师手工关联到单机Part上；PCB板级部件既关联电子数模，也关联结构设计数模。电气设计师检入电子设计数据时，自动创建出了电路板装配Part，结构模型在检入时自动关联到编号一致的Part上。
2.数据审批
机电协同数据统一使用批量数据集对象，执行“设计数据审批流程”。审批流程如图9所示。
图9 机电协同数据审批流程
（1）结构设计师负责将整机以及产品结构、结构设计模型等自己负责设计的图纸模型打包后提交审签。
（2）电气设计师在执行审签时，只需要将自己设计的原理图、接线图、电缆零部件等电子相关的图纸模型和零部件打包后提交审签。
（3）
设计应该是一个结构、电子相互协作的过程，在将模型与产品结构提交审签前，结构设计师需要与电子协商确认，确保产品结构已经完整，设计文件均已关联。
（4）
系统允许在结构设计师将产品结构提交审签发布后，电气设计师仍然可以将电子相关的图纸模型进行签审。
3.数据更改
机电协同数据的更改有四种情况。
（1）
电子设计更改，不影响结构：如整机原理图调整，电气设计师创建更改单，更改活动中需要添加原理图及原理图关联的Part，不影响其它数据。
（2）
结构设计更改，不影响电子：结构设计师出更改单，更改活动中需要添加Part和模型，不影响其它数据。
（3）
电子设计更改，影响结构：电气设计师负责修订电子数据，同时通知结构设计师，结构设计师负责修订Part及三维模型。结构和电子分别出更改单，并对设计数据进行升版，分别关联各自的数据。
（4）
结构设计更改，影响电子：结构设计师负责修订Part和模型，同时通知电气设计师，结构和电子分别出更改单，结构设计师修订Part和模型，电气设计师需要将电子数据修订并手工关联到新版Part上。
四、结语
基于Windchill协同设计平台，利用该MCAD设计工具和ECAD设计工具，构建机电协同设计环境，实现机电设计过程的协同和机电数据的协同管理，有利于缩短产品研制的周期，有利于保证机电数据的一致性和关联性，从而保证产品设计的质量，提升产品研发的协同和创新能力。