基于 EPLAN Harness proD的電氣柜布線工藝設(shè)計(jì)研究
趙寧 文禮強(qiáng) 劉瓊
趙寧 北京科銳配電自動(dòng)化股份有限公司,北京,100193
易盼軟件(上海)有限公司,上海,201612
1 背景
電氣柜內(nèi)的布線方式主要分為兩類(lèi),一是按線槽布線,導(dǎo)線隨意放置在槽內(nèi),不綁扎或保
護(hù);二是無(wú)線槽布線,使用扎帶或者纏繞帶對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行綁扎、固定,如圖 1-1 所示。
圖 1-1 電氣柜內(nèi)布線方式
傳統(tǒng)的柜內(nèi)布線工藝,一般需要電氣設(shè)備安裝到位后才能開(kāi)展。車(chē)間工人一邊看圖,一邊
開(kāi)展規(guī)劃布線路徑、手工制線,一邊完成接線工作,如圖 1-2 所示。而接線工作中導(dǎo)線制備流
程落后、設(shè)備自動(dòng)化程度低、布線接線串行工作、對(duì)接線工人水平依賴(lài)程度高等因素,是導(dǎo)致
電氣柜生產(chǎn)材料大量浪費(fèi)、接線工作效率不高、布線工藝水平不標(biāo)準(zhǔn)的主要原因。
圖 1-2 傳統(tǒng)柜內(nèi)布線工藝
為了解決電氣柜內(nèi)布線工藝的設(shè)計(jì)問(wèn)題,提高電氣柜生產(chǎn)產(chǎn)能及工藝質(zhì)量水平,諸多企業(yè)
開(kāi)始在數(shù)字化樣機(jī)環(huán)境下,開(kāi)展布線工藝的設(shè)計(jì),并購(gòu)置相應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備,打通設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的
數(shù)據(jù)流。
隨著電氣/機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展,目前市面上已有大量針對(duì)布線設(shè)計(jì)的軟件,例如:EPLAN
公司的 Pro Panel 和 Harness proD、PTC 公司的 Pro/Cabling、Siemens 公司的 UG/Wiring 等。本
文以 EPLAN Harness proD 軟件為例,講述如何利用 HPD 進(jìn)行柜內(nèi)線束布線工藝的數(shù)字化設(shè)
計(jì),提高生產(chǎn)的自動(dòng)化。
2 EPLAN Harness proD 的 的 布線 設(shè)計(jì)
2.1 EPLAN Harness proD 簡(jiǎn)介
EPLAN Harness proD(以下簡(jiǎn)稱(chēng) HPD)是一種獨(dú)特、獨(dú)立的易用解決方案,可以高效且快
速地創(chuàng)建三維線束、釘板圖、電纜圖紙和報(bào)表。HPD 使線束設(shè)計(jì)不受機(jī)械原型可用性的影響。
可直接使用 3D MCAD 模型將顯著降低開(kāi)發(fā)成本,同時(shí)通過(guò)縮短開(kāi)發(fā)周期而節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。
作為一款電氣布線工藝設(shè)計(jì)軟件,HPD 提供了大量的方便、實(shí)用的工藝設(shè)計(jì)功能,如:布
線路徑快速設(shè)計(jì)、自動(dòng)附加接線端子、干涉檢查、彎曲半徑檢查、復(fù)雜實(shí)體復(fù)用、用于導(dǎo)線\
電纜預(yù)制的釘板圖\電纜圖等,并提供了與自動(dòng)化下線機(jī),如 Komax、CADCable 等機(jī)器接口。
2.2 HPD 布線設(shè)計(jì)流程
HPD 相對(duì)于其他布線設(shè)計(jì)軟件,其最大的特點(diǎn)之一,是操作簡(jiǎn)單,易上手。從零開(kāi)始,到
完整完成單個(gè)柜內(nèi)的布線設(shè)計(jì),只需要七步,如所 2-1 所示。
圖 2-1 HPD 布線設(shè)計(jì)流程
而當(dāng)企業(yè)的部件庫(kù)里部件數(shù)量達(dá)到一定程度,并且開(kāi)展了一定標(biāo)準(zhǔn)化工作后,便可通過(guò)變
量、電氣選項(xiàng)以及復(fù)雜實(shí)體復(fù)用等功能,使柜內(nèi)布線的設(shè)計(jì)時(shí)間產(chǎn)品交付周期更短。
2.2.1 部件庫(kù)準(zhǔn)備
同其他三維布線軟件相似,在開(kāi)始布線設(shè)計(jì)前,通常是需要準(zhǔn)備相應(yīng)的部件數(shù)據(jù),如連接
物、端子、導(dǎo)線\電纜、接線端子以及部件\部件組等。但相比其他軟件,HPD 提供了“快速原
型”功能,用來(lái)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)快速開(kāi)發(fā)完整或部分模型的方法。快速原型注重于功能,
旨在以相對(duì)直接、簡(jiǎn)單和快速的過(guò)程降低開(kāi)發(fā)和制造所需模型的過(guò)程復(fù)雜性。
2.2.2 入 導(dǎo)入 3D 柜體& 放置連接物
HPD 支持直接導(dǎo)入多款主流 M-CAD 源文件數(shù)據(jù),如 SW、Creo、CATIA 等,也支持導(dǎo)入常
用的中間格式的文件,如 STEP、IGES 等。三維模型導(dǎo)入后,如圖 2-2 所示,作為一個(gè)整體部
件,存在于 HPD 中,且可以對(duì)各零部件進(jìn)行顏色、透明度、顯示/隱藏等調(diào)試。
電氣柜體導(dǎo)入 HPD 后,便可在柜體上進(jìn)行電氣器件的安裝布局。放置器件時(shí),可使用
HPD 提供的點(diǎn)、線、面配合、句柄\安裝點(diǎn)捕捉、坐標(biāo)系對(duì)齊、移動(dòng)\旋轉(zhuǎn)等功能,實(shí)現(xiàn)器件的
快速精準(zhǔn)放置,完成整個(gè)柜內(nèi)器件的布局,如圖 2-2 所示。
圖 2-2 電氣柜布局
2.2.3 規(guī)劃路徑
完成電氣器件的安裝布局后,就可以為導(dǎo)線的布線,設(shè)計(jì)和規(guī)劃路徑,即 HPD 的術(shù)語(yǔ):
束。在 HPD 中,路徑的規(guī)劃可通過(guò)“點(diǎn)擊并指向”的方法,快速創(chuàng)建,然后通過(guò)添加和調(diào)整
(移動(dòng))控制點(diǎn),來(lái)完成路徑的調(diào)整。
針對(duì)電氣柜的路徑創(chuàng)建,建議先創(chuàng)建一個(gè)總的路徑,該路徑包含了導(dǎo)線布線的所有可能。
在進(jìn)行導(dǎo)線布線設(shè)計(jì)時(shí),可先復(fù)用總路徑,在完成相應(yīng)導(dǎo)線布線后,刪除多余未使用的路徑。
如此一來(lái),可大大提高布線設(shè)計(jì)的總體效率。
圖 2-3 布線路徑規(guī)劃
2.2.4 布線 設(shè)計(jì)
在完成器件布局和路徑規(guī)劃后,便可對(duì)器件間的接線,進(jìn)行布線工藝的設(shè)計(jì)。該環(huán)節(jié)是體
現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)關(guān)聯(lián)的重要環(huán)節(jié),主要分四步進(jìn)行:
1). 導(dǎo)線分組并導(dǎo)入連接關(guān)系。
電氣柜內(nèi)的導(dǎo)線數(shù)量,尤其是低壓控制柜,一般都是成千上百的存在。面對(duì)如此多的接線
關(guān)系,不宜全部同時(shí)導(dǎo)入到 HPD 中進(jìn)行布線設(shè)計(jì),因此需要提前將接線關(guān)系,分成不同組,
然后導(dǎo)入到不同的 HPD 工作區(qū)中,形成不同的線束。
HPD 對(duì)于接線關(guān)系表信息,有特定要求,如圖 2-4 所示,需要提供導(dǎo)線的型號(hào)、導(dǎo)線兩端
器件名稱(chēng)(在 HPD 里的顯示名稱(chēng) REFDES,而不是庫(kù)里的部件名稱(chēng))及其管腳名稱(chēng)即可。接線
關(guān)系導(dǎo)入時(shí),HPD 也提供了導(dǎo)入模板,提高導(dǎo)線導(dǎo)入的效率。
圖 2-4 接線關(guān)系導(dǎo)入模板與導(dǎo)入效果
2). 自動(dòng)/半自動(dòng)/手動(dòng)布線
針對(duì)不同導(dǎo)線組,可以在 HPD 中不同的工作區(qū)來(lái)進(jìn)行布線設(shè)計(jì)。對(duì)于布線,HPD 提供了
自動(dòng)(按最短路徑和就近出線點(diǎn))、半自動(dòng)(指定布線路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn))以及手動(dòng)(提定導(dǎo)
線經(jīng)過(guò)哪些布線路徑)布線功能。完成布線的效果如圖 2-5 所示。
圖 2-5 HPD 布線效果
3). 自動(dòng)附加零件
接線端子,即俗稱(chēng)的線鼻子(DT),常用于導(dǎo)線末端連接和續(xù)接,能讓導(dǎo)線和電氣器件連接
更牢固、更安全,是電力設(shè)備、電器連接常用的材料。一般導(dǎo)線與電氣器件連接時(shí),按照國(guó)家
接線規(guī)范要求,導(dǎo)線末端連接均需使用對(duì)應(yīng)的接線端子,再與電氣器件管腳連接,使產(chǎn)品外觀
規(guī)格良好,導(dǎo)電性能更好和安全。
電氣柜內(nèi)導(dǎo)線兩端的接線端子,一般需要根據(jù)器件接線點(diǎn)類(lèi)型要求和導(dǎo)線截面積的不同,
選擇不同接線端子,一般企業(yè)均有相應(yīng)的工藝文件,來(lái)規(guī)范接線端子的選型和使用。而這些工
藝要求,可以直接體現(xiàn)在部件庫(kù)里,即為器件,指定適用的接線端子類(lèi)型,如圖 2-6 所示。
圖 2-6 為器件指定接線端子
HPD 提供了的自動(dòng)附加零件功能,能自動(dòng)根據(jù)導(dǎo)線的截面積和器件適用的接線端子類(lèi)型,
自動(dòng)為導(dǎo)線兩端,加載對(duì)應(yīng)的接線端子,如圖 2-7 所示。自動(dòng)附加零件后,導(dǎo)線兩端的接線羰
子信息就可以直接輸出,為導(dǎo)線自動(dòng)制備,提供數(shù)據(jù)。
圖 2-7 自動(dòng)附加接線端子
4). 創(chuàng)建線束
線束,是將各電氣設(shè)備所用的不同規(guī)格、不同顏色的電線通過(guò)合理的安排,將其合為一
體,并將電線捆扎成束,其目的是為了便于安裝、維修,這樣既完整,又可靠。借助線束概
念,將完成布線和添加上接線端子的成組導(dǎo)線,設(shè)計(jì)為不同的線束,如圖 2-8 所示,為釘板圖
制造輸出,和導(dǎo)線預(yù)制,提供原始數(shù)據(jù)。
HPD 提供的“自動(dòng)傳導(dǎo)線束隸屬關(guān)系”,只需要將單一對(duì)象,如導(dǎo)線、連接物等,分配給
某一線束,相關(guān)聯(lián)的對(duì)象則會(huì)自動(dòng)分配到該線束內(nèi),大大提高了將線束對(duì)象分配給相應(yīng)線束效
率。
圖 2-8 HPD 中的不同線束
2.2.5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證
完成柜內(nèi)導(dǎo)線的布線設(shè)計(jì)和線束分配后,就需要為線束設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查。HPD 提供了
27 種設(shè)計(jì)檢查規(guī)則,如圖 2-9 所示。通常而言,電氣柜內(nèi)線束設(shè)計(jì)主要檢查以下幾個(gè)方面內(nèi)容
即可(不同企業(yè),對(duì)工藝要求不同,可根據(jù)實(shí)際需求,進(jìn)行檢查項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)定):
1). 彎曲半徑檢查:檢查布線工藝設(shè)計(jì)時(shí),布線路徑的彎曲半徑,是否小于導(dǎo)線設(shè)置的最
小半徑。
2). 干涉檢查:檢查布線路徑,是否與機(jī)械部件產(chǎn)生干涉。
3). 缺少附加零件:檢查是否為導(dǎo)線,自動(dòng)附加了接線端子。
4). 直徑檢查:檢查特定路徑中,導(dǎo)線布線外徑超過(guò)了該路徑的設(shè)定值。
5). 過(guò)時(shí)部件/部件版本檢查:檢查 HPD 工作區(qū)中使用的部件,與部件庫(kù)中部件的狀態(tài)是否
一致,保證部件使用的正確性。
圖 2-9 HPD 提供的檢查規(guī)則
2.2.6 制造輸出
在保證設(shè)計(jì)檢查沒(méi)有問(wèn)題的情況下,就可以利用 HPD,自動(dòng)生成線束的導(dǎo)線下線表和釘板
圖,用于導(dǎo)線預(yù)制或自動(dòng)下線和線束加工。
電氣柜內(nèi)線束的導(dǎo)線列表,如圖 2-10 所示,主要體現(xiàn)信息:線束名稱(chēng)、導(dǎo)線型號(hào)(部件
名稱(chēng))、導(dǎo)線長(zhǎng)度、From(即導(dǎo)線一端的設(shè)備的標(biāo)識(shí)及其管腳名)、接線端子自、剝線長(zhǎng)度自
(有接線端子時(shí),即為接線端子要求的,導(dǎo)線的剝線長(zhǎng)度,沒(méi)有接線端子時(shí),即為器件管腳直
接接導(dǎo)線時(shí),要求的,導(dǎo)線的剝線長(zhǎng)度)、至(即導(dǎo)線另一端設(shè)備的標(biāo)識(shí)及其管腳名)、剝線
長(zhǎng)度至。
圖 2-10 導(dǎo)線列表
HPD 支持將導(dǎo)列表信息,導(dǎo)出 Excel 表,便于自動(dòng)下線設(shè)備,直接導(dǎo)入使用。
釘板圖是根據(jù)電氣原理圖、線束三維布置等相關(guān)信息完成的線束 1:1 平面圖紙。對(duì)于電氣
柜內(nèi)線束的釘板圖,導(dǎo)線端通常只需要體現(xiàn)導(dǎo)線端所接設(shè)備標(biāo)識(shí)以及管腳信息即可,如圖 2-11
所示。
圖 2-11 釘板圖中導(dǎo)線端信息
釘板圖的排版樣式,應(yīng)與三維布線的效果相似,如圖 2-12 所示,如轉(zhuǎn)折點(diǎn)、導(dǎo)線出線方
向等,如不能完全表達(dá)時(shí),因添加必要注釋。釘板圖主要用來(lái)指導(dǎo)線束物料采購(gòu)、生產(chǎn)以及維
修等。
圖 2-12 釘板圖排版與三維布線效果
至此,按照七步法,基本完成了在 HPD 中對(duì)電氣柜內(nèi)單一線束進(jìn)行布線工藝設(shè)計(jì)的工
作。最后,利用 HPD 特有的,復(fù)雜實(shí)體的導(dǎo)入導(dǎo)出功能,將多個(gè)線束,導(dǎo)入到同一空間,即
可完成整個(gè)柜內(nèi)線束的布線工藝設(shè)計(jì),如圖 2-13 所示。
圖 2-13 整柜線束效果
2.3 生產(chǎn)流程優(yōu)化
對(duì)于傳統(tǒng)電氣柜的布線工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和加工,大致流程如圖 2-14 所示:
圖 2-14 傳統(tǒng)布線工藝、生產(chǎn)和加工流程
柜內(nèi)布線工藝設(shè)計(jì),需要電氣設(shè)備安裝到位后才能開(kāi)展,且模式常為:車(chē)間工人一邊看
圖,一邊開(kāi)展規(guī)劃布線路徑、手工制線,一邊完成接線工作。而手工制線的過(guò)程,如圖 2-15
所示,也極為消耗時(shí)間和浪費(fèi)生產(chǎn)材料。
圖 2-15 手工制線流程
而基于 HPD 軟件下的電氣柜布線工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和加工流程,如圖 2-16 所示,將極大地
改善傳統(tǒng)電氣柜布線工藝流程下,串行工序、手工制線、生產(chǎn)材料浪費(fèi)等問(wèn)題。
圖 2-16 基于 HPD 的布線工藝、生產(chǎn)和加工流程
HPD 利用機(jī)械結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合電氣設(shè)計(jì)的接線信息,在數(shù)字化樣機(jī)的設(shè)計(jì)模式下,即可完
成柜內(nèi)布線的工藝設(shè)計(jì),包括設(shè)計(jì)檢查、質(zhì)量?jī)?yōu)化等。而自動(dòng)輸出的下線表,則為自動(dòng)設(shè)備完
成導(dǎo)線的自動(dòng)加工,提供數(shù)據(jù)支撐,大大提高了導(dǎo)線的制備效率并且減少了生產(chǎn)材料的浪費(fèi)
(如導(dǎo)線、接線端子等)。同時(shí),釘板圖為導(dǎo)線成線束制作,提供了制造參考。因此,器件安
裝與導(dǎo)線制備工作,便可同步開(kāi)展,且制成線束以后的導(dǎo)線,安裝更為方便和快速,大大減少
柜內(nèi)接線工作的時(shí)間,縮短產(chǎn)品交付時(shí)間。
3 總結(jié)
通過(guò)研究利用 EPLAN Harness proD 軟件,對(duì)電氣柜進(jìn)行布線工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程優(yōu)化發(fā)
現(xiàn),使用 EPLAN Harness proD 進(jìn)行布線工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要有:
1). 相比其他同類(lèi)布線設(shè)計(jì)軟件,其安裝和使用,不依賴(lài)于其他 E-CAD 或者 M-CAD 軟件,
可單獨(dú)使用。
2). 軟件操作方法簡(jiǎn)便,易上手,且設(shè)計(jì)流程邏輯清晰明了,無(wú)需要大量的學(xué)習(xí)便能熟練
掌握和使用。
3). 作為專(zhuān)業(yè)的布線工藝設(shè)計(jì)軟件,提供了大量針對(duì)工藝設(shè)計(jì)的功能,如自動(dòng)附件零件、
設(shè)計(jì)檢查、布線路徑快速設(shè)計(jì)、自動(dòng)傳導(dǎo)線束隸屬關(guān)系等。
4). 作為專(zhuān)業(yè)的布線工藝設(shè)計(jì)軟件,其提供的報(bào)表/釘板圖、生產(chǎn)接口等功能,可以很好地
改善傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工流程,為縮短生產(chǎn)周期、減少生產(chǎn)資料浪費(fèi),提供解決方
案。
5). 作為三維設(shè)計(jì)軟件,可以為企業(yè)打造數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)以及智能制造
綜合而言,EPLAN Harness proD,非常適合電氣柜內(nèi)的布線工藝設(shè)計(jì),以及,改善電氣柜
的生產(chǎn)和加工流程。
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