数字化赋能企业转型｜系统工程在机器人研制中的应用
在深入推进“十四五”规划和2035远景目标落地实践过程中，全面提升中国制造业发展质量和水平、发展新质生产力是我国实现制造业转型升级、实现智能制造的重要组成部分。作为智能制造的核心载体，工业机器人技术正以前所未有的速度持续发展和应用。
#Part.1什么是系统工程？
系统工程（MBSE，基于模型的系统工程）是为了很好地实现复杂产品的研制，从需求源头出发，对系统的功能、逻辑、结构、验证等进行分析研究的科学方法。它集成复杂产品研发所涉及的所有学科和专业团队，形成系统化的开发过程：从产品需求、到工程概念，再到产品研发和功能验证，考虑所有的业务和技术需求，确保研制出满足用户需求的高质量产品。
系统工程在机器人研制中的应用
系统工程应用到工业机器人研制的实践当中，将更好地应对未来复杂产品的开发、提升企业的研发能力和研制效率。贯穿机器人产品正向开发全流程，从项目立项、概念设计、详细设计，到产品验证、调试、量产等，建立产品开发需求工程模型、功能定义模型、产品架构模型、多专业协同设计数据模型和测试验证模型，形成可追溯的工业机器人正向研发体系。
01、需求工程
产品的正向研发源于用户的原始需求。需求工程旨在提供一套结构化的需求管理系统或平台，在此平台上，工程师将建立结构化、可追溯、可验证的产品需求规格，并在后续的产品研制过程中始终围绕或链接到最初的需求规格开展工作，而不再只是于电子表格中静态地记录需求。工业机器人产品典型/核心需求：
基于人机协作的安全标准的需求；
与性能要求相关的需求，例如载荷、到达范围和重复性；
特定于机器人操作的行业标准等；
通过这种方式，3DEXPERIENCE平台提供了一个结构化和动态的环境来管理机器人产品开发过程中的需求，支持从Word或Excel中提取并结构化需求信息，然后进行设计综合和系统验证，是一个以客户需求为导向的正向开发过程，以确保设计满足所有相关标准和性能指标。
02、功能定义
功能定义是机器人详细设计和开发过程中的起点，其目的是基于用户需求和应用场景来确定机器人应具备的特性和性能、能够执行哪些具体的任务和操作等，主要包括：
运动控制：机器人能够根据预设的路径或指令进行精确移动和定位。
操作能力：机器人能够抓取、搬运、装配或操作物体。
通信能力：能够与其他设备或系统进行数据交换，支持工业物联网（IIoT）。
协作性：在某些情况下，机器人需要能够与人类工人协同工作，即所谓的协作机器人（Cobots）。
多功能性：能够通过更换工具或附件来执行多种不同的任务。
功能定义是一个复杂过程，3DEXPERIENCE系统工程将支持用户拆解和分析需求，生成结构化的功能定义模型，并与结构化需求建立追溯和关联关系，将需求的描述语言转化为产品研发的工程语言，为后续的架构定义和产品详细设计制定标准。
03、架构定义
架构定义是实现功能指标、开展详细设计的基础，其主要任务是定义机器人的内部结构和组件，以及这些组件如何协同工作来实现功能定义中描述的任务。架构定义的范围主要包括：
机械结构：包括机器人的框架、关节、连杆和末端执行器等；
驱动系统：负责为机器人的各个关节提供动力，通常包括电机、液压或气动系统；
控制系统：是机器人的大脑，负责接收指令、控制运动和协调各个组件的工作；
传感器系统：集成了用于监测机器人状态和环境的各种传感器；
软件架构：包括操作系统、编程环境、控制算法、通信协议和用户界面等软件组件。
机器人系统架构定义有赖于各个专业的系统，如：CAMEO系统建模器支持定义整体架构、系统视图，在行为仿真模型中定义控制器模型，SysML序列图验证机器人操作序列，3DEXPERIENCE系统工程模块支持用户建立机器人产品的完整架构定义，并将各专业系统的架构模型进行关联，实现产品架构的统一设计和管理。
04、多专业详细设计和验证
基于机器人产品的架构定义，开展机器人的详细设计，包括：详细设计分工、机械设计、电子和电气设计、软件开发、系统集成、行为仿真模拟、原型制作和测试等。
3DEXPERIENCE系统工程支持建立从需求、功能、架构，到物理模型的全过程追溯，生成机器人详细设计的任务计划、物理模型，并实现各领域、各专业的协同设计，如结构、电气、控制等协同设计，并在设计阶段开展产品的行为和性能仿真验证，确保机器人系统的整体性能和功能满足既定的设计要求。
