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1 对系统工程起着重要作用的功能建模
在开发过程的初始阶段，设计人员从完整机床系统的一个功能模型中受益多。一个功能模型源自应用一种系统工程方法，用该方法来表示建模系统里面的所有功能。就像可以根据总体系统需求分解出子系统一样，一个功能模型表示总体系统需求被分解成总系统的各个功能部件和单元。这样一个功能模型不仅为系统和子系统提供了一个概念视图，而且还定义了不同学科之间的数据管理接口，提供了一种准确方法把需求映射到特定系统功能。另外，这种模型还可以对客户需求数据进行追溯，直到设计部门，从而确保所有功能都可以追溯到系统总体需求和涉及到的各个工程学科。
2 早期系统验证缩短了开发生命周期
很显然，应该在早期解决总体机床需求与规格中驱动设计决策和部件选择的单元。由于能够在设计周期中很早的阶段评估替代设计，从而可以确定满足性能与成本目标的创新解决方案，同时简化整个开发过程。使用一个基于系统工程的机电一体化开发平台促进了早期验证过程。
随着机电一体化开发复杂性的不断增加，机床制造商需要组织一个恰当的协同平台，以便在开发过程早期阶段采用一种基于模型功能的设计方法。在总体设计过程中越早地验证功能，总体开发过程就会变得更快、更。
一个支持跨学科开发环境的协同开发平台可以减少设计变更。通过开发一个可以在设计过程早期捕捉所有工程学科接口的概念功能模型，可以避免后期变更，从而大幅减少开发时间和后续项目成本超支。总体而言，这样一个机电一体化开发环境可以解决上市时间和复杂性方面的主要问题。
3 三维可视化允许对完整系统设计进行虚拟验证
三维可视化工具提供了一项关键技术，实现了对跨学科系统的早期验证。这些工具以虚拟方式仿真并验证机床概念的物理概念、功能需求以及子系统相互作用行为。通过应用当今可供工业制造商使用的游戏引擎，三维可视化技术已经在基于物理场的仿真领域取得了重大进展。不仅如此，通过一个用于分析机床部件之间物理相互作用的基于物理场的仿真解决方案，系统设计工程师可以仿真和验证运动与力、一般机床动力学、运动学、致动器和伺服器的关系，并且检测其与工装和夹具之间的冲突和干涉。通过使用这些仿真工具，设计人员可以锁定特定部件对象，确定实际物理特性、行为以及实际运行参数（比如位置、速度和旋转）。
系统级仿真的目的不是详细分析和验证个别部件的特定特性（比如振动、热、频率响应或营利），而是仿真整个机床系统以及各个工程设计学科之间的相互作用行为。这种仿真的优点之一是，它能帮助机床系统设计人员建模并验证部件之间的相互作用以及在整个系统的行为。不仅如此，它还允许设计人员根据一个虚拟仿真机床模型更准确地设定发动机、致动器等部件。
通过使用一个跨学科开发平台，设计人员能够在进行任何物理原型制作或测试之前联合评估机械与电气部件设计。在一个早期系统级仿真环境中，各个工程学科可以在一个公共平台上共同使用一个模型，开发并提炼个别子系统需求。一经验证，就可以用与每个学科相关的工具来解决详细设计。
一般而言，机械设计人员将根据三维形状与部件以及运动学、齿轮、凸轮等机械属性创建设计。通过在一个协同仿真平台上工作，电气系统设计人员可以参与选择和定位传感器、致动器、伺服器等电气部件。另外，可以在仿真模型中加入自动化软件功能，用于验证自动化软件设计是否符合功能模型。自动化与控制工程师可以用机电一体化开发平台来设计机床的基本逻辑控制，并且对运动和运动学进行编程。在这个环境中开发的自动化软件可以定义基于时间的行为和基于事件的控制。
4 设计重用与模块性对机电一体化系统开发至关重要
工程设计重用已经成为任何设计项目的一个基本要素。为了优化和缩短设计周期过程，工程师能够访问和检索现有设计的设计部件和模块。设计重用与模块性是使设计效率大化的关键所在，对于跨学科机电一体化系统更是如此。
为了加快上市速度，机电一体化开发平台有重用机制和部件库。由于重用机制能够从部件设计（不仅包括机械设计而且还包括电气与自动化软件设计）中捕捉知识并且将其存储在一个虚拟对象库中，因此设计人员能够在其他机床项目中重用这些知识。不仅如此，他们还用嵌入智能功能来设计个别部件，提供与机床系统相关的部件特定功能的嵌入“知识”。捕捉和保留这些知识会大幅减少新项目的开发时间。不仅如此，由于现有设计是基于经过证明的概念和设计意图，因此重用还提高了设计质量。重要的是，由于设计工程师无须重复已经执行的设计任务，因此重用加快了开发过程的速度。
通过采用机电一体化开发平台和仿真技术，机床设计人员能够更有效地处理他们现在面临的开发问题。把功能建模用于概念设计，虚拟建模、仿真验证机床系统的能力，以及大幅改进后的重用方法，将为采用这些工具的机床制造商提供一定的市场竞争优势。
结束语
很显然，现在的机床制造商面临多重业务挑战，包括一个竞争激烈的市场、资本设备预算紧缩以及大幅缩短交付时间的客户需求。客户还要求更加智能的机床、更长的生命周期、简单易行的维护以及可靠性。所有这些都增加了管理一个由机械、电气和自动化软件设计单元组成的跨学科工程环境的设计过程的复杂性。不幸的是，在客户要求大幅缩短交付时间时，这一复杂性延长了设计与开发周期。
为了在保持竞争力和盈利能力的同时满足客户需求，机床制造商需要采用一个系统工程设计方法，改进其并行工程实践。一个基于系统工程的机床开发系统的基本单元包括功能建模功能，确保在涵盖机械、电气和自动化软件学科的机床设计过程中满足所有需求。另外，开发人员需要能够用三维虚拟方式建模、仿真和验证完整机床系统，确定系统满足所有功能和物理行为需求。
机床制造商要应对和处理上市时间缩短以及复杂性增加的双重挑战，就拥有缓解这些问题的工具、平台和过程。不仅如此，为了在一个要求苛刻、充满竞争的市场中不断创新，他们能够简化前期概念设计阶段，改善替代选择过程，使工程师能够集中精力改进产品，满足客户需求，而不是成天忙于管理项目延迟、成本超支和设计变更。