1、概述
在样机开发过程中，电机选型是样机设计阶段重要的环节之一。在传统的电机选型中，一般是根据机械传动结构和负载大小，计算出所选电机的扭矩和惯量，然后根据厂家提供的选型手册进行电机选型，但对于一些传动机构复杂，无法通过常规的计算得到电机扭矩和惯量，针对类似复杂的样机开发，电机的选型也就成了一个难题。
基于传统样机开发流程的弊端，西门子推出了基于机电概念设计NX MCD 和TIA等软件的虚拟调试综合解决方案。虚拟调试就是构建样机的数值化双胞胎，在基于虚拟物理模型的基础上，通过NX MCD 实现可视化的调试和验证工作。该虚拟调试综合解决方案很好地将机械设计、电气设计和自动化设计等开发过程并行进行，通过模拟和测试可以在设备开发阶段修改完善机械方案的可行性，在验证设备机构和软件控制逻辑的基础上，帮用户节约了试错资源，减少了设备开发周期。
同时，该NX MCD软件与西门子的选型软件SIZER也有高度的融合，在NX MCD虚拟调试过程中的速度和扭矩曲线可以直接导入到SIZER，SIZER可以根据导入的曲线进行最优电机的选型，很好地解决了在复杂样机开发过程中电机选型的难题。
本文将通过一个非标2D delta电机的选型实例，阐述如何通过NX MCD虚拟调试与SIZER的结合实现对电机选型的过程。
2、项目需求与介绍
如图1为该2D delta的正视图和运行轨迹，电机M1驱动连杆L1和L3运动，电机M2驱动L2和L4运动，L3末端与L5在中间处铰接。针对该机构，用户提出了机构末端点D按照图1右的轨迹，节拍为20次/分，负载20kg下，电机的选型问题。对于该类复杂的机械传动机构，通过一般计算方式得到电机的扭矩、惯量和转速是比较困难的。因此本文阐述通过NX MCD虚拟调试，结合西门子选型软件SIZER，给出合理的电机选型。
2D delta的正视图和运行轨迹示意图
3、 建立仿真模型与虚拟调试
在了解机械机构各部分之间的关系和运动需求后，即可根据实际的要求将3D模型导入到NX 软件中。在NX MCD开发环境中，建立虚拟调试的仿真模型。该仿真模型的建立主要包含以下几个步骤：
导入3D模型，NX MCD模型支持常见的三维建模软件设计的模型，如常见的SolidWorks, Pro_E等，.step, .stp, .IGS等格式
在NX环境中，逐一指定各个机械部分的材料，赋予真实的材料属性，否则仿真结果与实际偏差较大，NX MCD中的刚体默认是按钢的密度计算质量
进入 NX MCD 机电概念设计环境中，进行机电设计
建立刚体，根据机械机构各部分之间的关系，逐一建立刚体，赋予各部分元件具有物理属性
根据各个机构之间的运动关系，建立刚体之间的连接方式，常见的是固定副、滑动副、铰链副等运动方式，本案例中主要是固定副和铰链副，不存在其他运动连接方式。
定义电机轴的运动方式，即执行机构的运动方式，本文中连个电机轴均为位置控制方式。
在 NX MCD中定义信号接口，即M1和M2 的位置、速度、加速度、减速带等变量，作为虚拟调试的信号接口。
在TIA中建立运动机构模型，编写程序，启动S7-PLCSIM Advanced 2.0，作为虚拟控制器，运行模拟仿真程序。
在NX MCD中建立外部信号配置，并做好信号映射
开始虚拟调试，验证仿真程序和动作轨迹。
基于以上步骤，即完成了TIA与NX MCD的虚拟调试过程，通过运行程序，并设定运行时行为，得到如图2所示的仿真运行轨迹结果。
仿真与虚拟调试结果
4、电机选型
根据虚拟调试过程，可以通过NX MCD直接导出各轴的载荷曲线，在NX MCD中支持一次导入1个或多个轴的载荷曲线，如图3所示，是按照图1右的中轨迹，节拍为20次/分，负载20kg下需求将该实例中的M1电机的载荷曲线导出结果。
电机的载荷曲线
利用NX MCD中输出载荷曲线功能，可以导出各式为.mdix的文件。打开SIZER建立机械模型项目，选中从NX MCD 中导出.mdix文件，初步设定减速比20，导入的转速与扭矩曲线如图4所示，根据实际需要进行电机选型配置，SIZER选定1FK2308-4AB10-0MB0的伺服电机。
结论
经该实例验证，通过在NX MCD中建立虚拟调试模型，结合TIA编程与S7-PLCSIM Advanced 2.0仿真，模型可以在按照设定的负载、速度、轨迹、指定的程序动作中进行运动。同时可以将实际的运行载荷曲线导出，用选型软件SIZER可以很好地辅助复杂机械机构无法通过常规计算进行电机选型的难题。