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        基于EPLAN Harness proD軟件下的電氣柜布線工藝設計研究

        時間:2020-01-14 08:36來源:未知 作者:admin 點擊:
        本文從傳統電氣柜的布線工藝設計和生產現狀出發,講述如何利用 EPLAN Harness proD進行柜內布線工藝三維數字化設計,并闡述了基于 EPLAN Harness proD 軟件下,新的布線工藝設計和生產流程

        1  背景

        電氣柜內的布線方式主要分為兩類,一是按線槽布線,導線隨意放置在槽內,不綁扎或保

        護;二是無線槽布線,使用扎帶或者纏繞帶對導線進行綁扎、固定,如圖 1-1 所示。

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        圖 1-1 電氣柜內布線方式

        傳統的柜內布線工藝,一般需要電氣設備安裝到位后才能開展。車間工人一邊看圖,一邊

        開展規劃布線路徑、手工制線,一邊完成接線工作,如圖 1-2 所示。而接線工作中導線制備流

        程落后、設備自動化程度低、布線接線串行工作、對接線工人水平依賴程度高等因素,是導致

        電氣柜生產材料大量浪費、接線工作效率不高、布線工藝水平不標準的主要原因。

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        圖 1-2 傳統柜內布線工藝

        為了解決電氣柜內布線工藝的設計問題,提高電氣柜生產產能及工藝質量水平,諸多企業

        開始在數字化樣機環境下,開展布線工藝的設計,并購置相應自動化設備,打通設計與生產的

        數據流。

        隨著電氣/機械設計軟件的發展,目前市面上已有大量針對布線設計的軟件,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 進行柜內線束布線工藝的數字化設

        計,提高生產的自動化。

        2 EPLAN Harness proD 的 的 布線 設計

        2.1  EPLAN Harness proD  簡介

        EPLAN Harness proD(以下簡稱 HPD)是一種獨特、獨立的易用解決方案,可以高效且快

        速地創建三維線束、釘板圖、電纜圖紙和報表。HPD 使線束設計不受機械原型可用性的影響。

        可直接使用 3D MCAD 模型將顯著降低開發成本,同時通過縮短開發周期而節省時間和金錢。

        作為一款電氣布線工藝設計軟件,HPD 提供了大量的方便、實用的工藝設計功能,如:布

        線路徑快速設計、自動附加接線端子、干涉檢查、彎曲半徑檢查、復雜實體復用、用于導線\

        電纜預制的釘板圖\電纜圖等,并提供了與自動化下線機,如 Komax、CADCable 等機器接口。

        2.2  HPD  布線設計流程

        HPD 相對于其他布線設計軟件,其最大的特點之一,是操作簡單,易上手。從零開始,到

        完整完成單個柜內的布線設計,只需要七步,如所 2-1 所示。

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        圖 2-1 HPD 布線設計流程

        而當企業的部件庫里部件數量達到一定程度,并且開展了一定標準化工作后,便可通過變

        量、電氣選項以及復雜實體復用等功能,使柜內布線的設計時間產品交付周期更短。

        2.2.1  部件庫準備

        同其他三維布線軟件相似,在開始布線設計前,通常是需要準備相應的部件數據,如連接

        物、端子、導線\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,用來在盡可能短的時間內快速開發完整或部分模型的方法??焖僭妥⒅赜诠δ?,

        旨在以相對直接、簡單和快速的過程降低開發和制造所需模型的過程復雜性。

        2.2.2  入 導入 3D  柜體& 放置連接物

        HPD 支持直接導入多款主流 M-CAD 源文件數據,如 SW、Creo、CATIA 等,也支持導入常

        用的中間格式的文件,如 STEP、IGES 等。三維模型導入后,如圖 2-2 所示,作為一個整體部

        件,存在于 HPD 中,且可以對各零部件進行顏色、透明度、顯示/隱藏等調試。

        電氣柜體導入 HPD 后,便可在柜體上進行電氣器件的安裝布局。放置器件時,可使用

        HPD 提供的點、線、面配合、句柄\安裝點捕捉、坐標系對齊、移動\旋轉等功能,實現器件的

        快速精準放置,完成整個柜內器件的布局,如圖 2-2 所示。

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        圖 2-2 電氣柜布局

        2.2.3  規劃路徑

        完成電氣器件的安裝布局后,就可以為導線的布線,設計和規劃路徑,即 HPD 的術語:

        束。在 HPD 中,路徑的規劃可通過“點擊并指向”的方法,快速創建,然后通過添加和調整

        (移動)控制點,來完成路徑的調整。

        針對電氣柜的路徑創建,建議先創建一個總的路徑,該路徑包含了導線布線的所有可能。

        在進行導線布線設計時,可先復用總路徑,在完成相應導線布線后,刪除多余未使用的路徑。

        如此一來,可大大提高布線設計的總體效率。

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        圖 2-3 布線路徑規劃

        2.2.4  布線 設計

        在完成器件布局和路徑規劃后,便可對器件間的接線,進行布線工藝的設計。該環節是體

        現工藝設計與生產關聯的重要環節,主要分四步進行:

        1). 導線分組并導入連接關系。

        電氣柜內的導線數量,尤其是低壓控制柜,一般都是成千上百的存在。面對如此多的接線

        關系,不宜全部同時導入到 HPD 中進行布線設計,因此需要提前將接線關系,分成不同組,

        然后導入到不同的 HPD 工作區中,形成不同的線束。

        HPD 對于接線關系表信息,有特定要求,如圖 2-4 所示,需要提供導線的型號、導線兩端

        器件名稱(在 HPD 里的顯示名稱 REFDES,而不是庫里的部件名稱)及其管腳名稱即可。接線

        關系導入時,HPD 也提供了導入模板,提高導線導入的效率。

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        圖 2-4 接線關系導入模板與導入效果

        2). 自動/半自動/手動布線

        針對不同導線組,可以在 HPD 中不同的工作區來進行布線設計。對于布線,HPD 提供了

        自動(按最短路徑和就近出線點)、半自動(指定布線路徑的起點和終點)以及手動(提定導

        線經過哪些布線路徑)布線功能。完成布線的效果如圖 2-5 所示。

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        圖 2-5 HPD 布線效果

        3). 自動附加零件

        接線端子,即俗稱的線鼻子(DT),常用于導線末端連接和續接,能讓導線和電氣器件連接

        更牢固、更安全,是電力設備、電器連接常用的材料。一般導線與電氣器件連接時,按照國家

        接線規范要求,導線末端連接均需使用對應的接線端子,再與電氣器件管腳連接,使產品外觀

        規格良好,導電性能更好和安全。

        電氣柜內導線兩端的接線端子,一般需要根據器件接線點類型要求和導線截面積的不同,

        選擇不同接線端子,一般企業均有相應的工藝文件,來規范接線端子的選型和使用。而這些工

        藝要求,可以直接體現在部件庫里,即為器件,指定適用的接線端子類型,如圖 2-6 所示。

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        圖 2-6 為器件指定接線端子

        HPD 提供了的自動附加零件功能,能自動根據導線的截面積和器件適用的接線端子類型,

        自動為導線兩端,加載對應的接線端子,如圖 2-7 所示。自動附加零件后,導線兩端的接線羰

        子信息就可以直接輸出,為導線自動制備,提供數據。

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        圖 2-7 自動附加接線端子

        4). 創建線束

        線束,是將各電氣設備所用的不同規格、不同顏色的電線通過合理的安排,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線,設計為不同的線束,如圖 2-8 所示,為釘板圖

        制造輸出,和導線預制,提供原始數據。

        HPD 提供的“自動傳導線束隸屬關系”,只需要將單一對象,如導線、連接物等,分配給

        某一線束,相關聯的對象則會自動分配到該線束內,大大提高了將線束對象分配給相應線束效

        率。

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        圖 2-8 HPD 中的不同線束

        2.2.5  設計驗證

        完成柜內導線的布線設計和線束分配后,就需要為線束設計進行設計檢查。HPD 提供了

        27 種設計檢查規則,如圖 2-9 所示。通常而言,電氣柜內線束設計主要檢查以下幾個方面內容

        即可(不同企業,對工藝要求不同,可根據實際需求,進行檢查項內容的設定):

        1). 彎曲半徑檢查:檢查布線工藝設計時,布線路徑的彎曲半徑,是否小于導線設置的最

        小半徑。

        2). 干涉檢查:檢查布線路徑,是否與機械部件產生干涉。

        3). 缺少附加零件:檢查是否為導線,自動附加了接線端子。

        4). 直徑檢查:檢查特定路徑中,導線布線外徑超過了該路徑的設定值。

        5). 過時部件/部件版本檢查:檢查 HPD 工作區中使用的部件,與部件庫中部件的狀態是否

        一致,保證部件使用的正確性。

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        圖 2-9 HPD 提供的檢查規則

        2.2.6  制造輸出

        在保證設計檢查沒有問題的情況下,就可以利用 HPD,自動生成線束的導線下線表和釘板

        圖,用于導線預制或自動下線和線束加工。

        電氣柜內線束的導線列表,如圖 2-10 所示,主要體現信息:線束名稱、導線型號(部件

        名稱)、導線長度、From(即導線一端的設備的標識及其管腳名)、接線端子自、剝線長度自

        (有接線端子時,即為接線端子要求的,導線的剝線長度,沒有接線端子時,即為器件管腳直

        接接導線時,要求的,導線的剝線長度)、至(即導線另一端設備的標識及其管腳名)、剝線

        長度至。

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        圖 2-10 導線列表

        HPD 支持將導列表信息,導出 Excel 表,便于自動下線設備,直接導入使用。

        釘板圖是根據電氣原理圖、線束三維布置等相關信息完成的線束 1:1 平面圖紙。對于電氣

        柜內線束的釘板圖,導線端通常只需要體現導線端所接設備標識以及管腳信息即可,如圖 2-11

        所示。

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        圖 2-11 釘板圖中導線端信息

        釘板圖的排版樣式,應與三維布線的效果相似,如圖 2-12 所示,如轉折點、導線出線方

        向等,如不能完全表達時,因添加必要注釋。釘板圖主要用來指導線束物料采購、生產以及維

        修等。

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        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 中對電氣柜內單一線束進行布線工藝設計的工

        作。最后,利用 HPD 特有的,復雜實體的導入導出功能,將多個線束,導入到同一空間,即

        可完成整個柜內線束的布線工藝設計,如圖 2-13 所示。

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        圖 2-13 整柜線束效果

        2.3  生產流程優化

        對于傳統電氣柜的布線工藝設計、生產和加工,大致流程如圖 2-14 所示:

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        圖 2-14 傳統布線工藝、生產和加工流程

        柜內布線工藝設計,需要電氣設備安裝到位后才能開展,且模式常為:車間工人一邊看

        圖,一邊開展規劃布線路徑、手工制線,一邊完成接線工作。而手工制線的過程,如圖 2-15

        所示,也極為消耗時間和浪費生產材料。

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        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計、生產和加工流程,如圖 2-16 所示,將極大地

        改善傳統電氣柜布線工藝流程下,串行工序、手工制線、生產材料浪費等問題。

        image.png

        圖 2-16 基于 HPD 的布線工藝、生產和加工流程

        HPD 利用機械結構模型,結合電氣設計的接線信息,在數字化樣機的設計模式下,即可完

        成柜內布線的工藝設計,包括設計檢查、質量優化等。而自動輸出的下線表,則為自動設備完

        成導線的自動加工,提供數據支撐,大大提高了導線的制備效率并且減少了生產材料的浪費

        (如導線、接線端子等)。同時,釘板圖為導線成線束制作,提供了制造參考。因此,器件安

        裝與導線制備工作,便可同步開展,且制成線束以后的導線,安裝更為方便和快速,大大減少

        柜內接線工作的時間,縮短產品交付時間。

        3  總結

        通過研究利用 EPLAN Harness proD 軟件,對電氣柜進行布線工藝設計和生產流程優化發

        現,使用 EPLAN Harness proD 進行布線工藝設計的優點主要有:

        1). 相比其他同類布線設計軟件,其安裝和使用,不依賴于其他 E-CAD 或者 M-CAD 軟件,

        可單獨使用。

        2). 軟件操作方法簡便,易上手,且設計流程邏輯清晰明了,無需要大量的學習便能熟練

        掌握和使用。

        3). 作為專業的布線工藝設計軟件,提供了大量針對工藝設計的功能,如自動附件零件、

        設計檢查、布線路徑快速設計、自動傳導線束隸屬關系等。

        4). 作為專業的布線工藝設計軟件,其提供的報表/釘板圖、生產接口等功能,可以很好地

        改善傳統工藝設計和生產加工流程,為縮短生產周期、減少生產資料浪費,提供解決方

        案。

        5). 作為三維設計軟件,可以為企業打造數字化樣機設計、機電一體化設計以及智能制造

        綜合而言,EPLAN Harness proD,非常適合電氣柜內的布線工藝設計,以及,改善電氣柜

        的生產和加工流程。

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