基于E3.Series的電氣模型庫建設(shè)及應(yīng)用

李先亮，侯 濤，張亞斌，李秋玲，李竹可

（中車永濟電機有限公司，陜西 西安 710016）

引言

隨著中國制造2025的持續(xù)推進(jìn)，各種高端智能裝備裝置不斷涌現(xiàn)，其核心電氣系統(tǒng)也日益復(fù)雜。設(shè)計生產(chǎn)制造型企業(yè)需要強大的設(shè)計工具完成各種大型產(chǎn)品的電氣設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的電氣模型庫就顯得尤為重要。

1 E3.series簡介

E3.Series是日本圖研公司開發(fā)的專門用于電子電氣繪圖系統(tǒng)的工具，解決了現(xiàn)代電氣系統(tǒng)日益復(fù)雜化、集成化，而導(dǎo)致的設(shè)計效率低下，設(shè)計成本高的問題。E3整合了電氣布線設(shè)計、電子工程設(shè)計、線纜制作設(shè)計、機柜設(shè)計、流體氣體系統(tǒng)設(shè)計等模塊群。E3使用標(biāo)準(zhǔn)符號定義元件，以元件作為最小設(shè)計要素，設(shè)計人員通過使用數(shù)據(jù)庫中的符號庫和元件庫進(jìn)行原理圖設(shè)計,生成端子布局，連接器布局，BOM表，線纜連接表等，用于指導(dǎo)制造部門生產(chǎn)制造，提高了產(chǎn)品設(shè)計、制造效率。

2 模型庫建設(shè)

基于E3的電氣模型庫建設(shè)，主要包括符號庫、元件庫、線纜庫的創(chuàng)建。根據(jù)模型使用情況的不同，分別按照不同的模型建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行創(chuàng)建。為統(tǒng)一電氣元件的建模標(biāo)準(zhǔn)、建模規(guī)則，需要制定統(tǒng)一的電氣模型建模規(guī)范，對建模的建模原則、命名規(guī)則、計量單位、物料屬性、模型顏色、線徑尺寸電氣引腳等參數(shù)進(jìn)行規(guī)范定義。通過標(biāo)準(zhǔn)化的建模方式完成的模型庫，可以使設(shè)計人員在進(jìn)行電氣設(shè)計時精確、便捷、正確使用各類型器件，減少設(shè)計失誤，提高設(shè)計效率。

2.1 符號庫的建設(shè)

在E3中，符號是一個未指定給實際元器件的基本電路元件。能在設(shè)備中組合使用，可以添加用戶指定的文字內(nèi)容。在設(shè)備中使用某元件的時候，元件內(nèi)的符號的各種屬性也同時賦予設(shè)備（如針腳等）。符號是可以配置給元件的基本電路元素，眾多不同的元件可共享相同符號。所有器件均由符號構(gòu)成，因此每類器件均需建立符號庫。

符號庫是標(biāo)準(zhǔn)庫，相同電氣功能的器件可共用同一符號，符號庫不受實際器件外形結(jié)構(gòu)等因素影響，符號庫的建模要精準(zhǔn)的表示器件的電氣功能，建模圖形結(jié)構(gòu)信息參考國際、國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。建模圖形結(jié)構(gòu)總體大小適中。符號建模時，要建立節(jié)點信息，節(jié)點數(shù)量根據(jù)電氣功能建立，保持與實際器件引腳信息對應(yīng)。建立電氣節(jié)點，節(jié)點引線方向指向符號外部，完成節(jié)點賦予后，對所有的節(jié)點進(jìn)行順序定義，并對每一個節(jié)點建立接頭號碼。與此同時，建立符號模型時，需填加必要的文本信息，如圖1所示，文本信息包含：設(shè)備特征符號、元件編碼、位置，便于后期對符號進(jìn)行統(tǒng)一分類、管理。

圖1 某型電阻符號建模示意圖

2.2 元件庫的建設(shè)

在E3中，元件是指由符號構(gòu)成，定義了各種接口信息、部件信息的電路器件。作為部件可以在電氣回路中使用的元素。元件可以由單個或多個符號組成，在使用元件時，這些符號同時被讀取，并且具有相同的設(shè)備名稱?？梢詫υ砑尤缭幋a、描述等信息。因此，所有器件均需建立元件模型。

元件模型由符號模型結(jié)構(gòu)決定，由于元件庫是標(biāo)準(zhǔn)庫，因此相同電氣功能的器件可共用同一元件結(jié)構(gòu)，采用不同命名加以區(qū)分，元件庫不受實際器件外形結(jié)構(gòu)等因素影響。元件庫的建模要精準(zhǔn)的表示器件的電氣功能。元件建模時，根據(jù)不同元件的電氣要求，選擇不同的類型，如普通電氣元件選擇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，單芯線選擇電線組，多芯線選擇電纜，端子選擇連接器等。元件建模時，還需填寫名稱、版本、設(shè)備字母編碼、商品編碼、分類、物料描述信息等。元件屬性定義中，每個管腳要定義為匹配通用端子連接器，每個管腳必須進(jìn)行針腳分配定義，管腳名稱不允許重復(fù)，元件可根據(jù)實際電氣要求對存在信號等價的管腳進(jìn)行信號等價定義，示例如圖2、圖3所示。

圖2 某型電流傳感器元件模型

圖3 元件針腳分配示意圖

2.3 線纜庫

線纜分為單芯線和多芯線，不同類型的線纜采用不同的方法進(jìn)行建模。單芯線纜建模元件類型選擇電線組，多芯線纜建模元件選擇電纜。單芯線纜、多芯線纜建模元件基本設(shè)置填寫名稱、版本、商品編號、分類、描述、最小折彎半徑、直徑，線徑、外徑、顏色等信息，如圖4所示。顏色填寫軟件庫顏色標(biāo)準(zhǔn)代碼，軟件庫顏色標(biāo)準(zhǔn)代碼見表1。與此同時，多芯線纜建模時還需要填寫芯線號碼，芯線號碼對應(yīng)實物內(nèi)含線芯數(shù)量。

圖4 某型三芯線纜建模示意圖

表1 軟件庫顏色代碼明細(xì)表

3 模型庫應(yīng)用

基于E3.Series的電氣模型庫，使得產(chǎn)品設(shè)計人員能夠便捷的使用各種既有成熟元件信息、線纜信息、端子信息完成特定功能的電氣原理圖設(shè)計。與此同時，由于設(shè)計人員采用統(tǒng)一的電氣模型庫，可以保證所有設(shè)計者操作的是同一套產(chǎn)品數(shù)據(jù)，一旦產(chǎn)品設(shè)計出現(xiàn)更改修正現(xiàn)象，可以保證數(shù)據(jù)傳遞的一致性，促進(jìn)設(shè)計溝通，保證整個項目能夠協(xié)同、快速、準(zhǔn)確的完成。

以某款牽引變流器為例，其四象限整流模塊通過TCU進(jìn)行信號控制，TCU通過線纜給四象限整流模塊低壓控制板提供電源，同時，TCU通過各種線纜接收模塊各種動作電氣反饋，產(chǎn)品設(shè)計人員在進(jìn)行該組件電氣原理圖設(shè)計時，直接調(diào)用電氣模型庫中的四象限整流模塊、TCU模塊，根據(jù)原理需求，選取TCU上特定功能觸點，根據(jù)信號、功率需求選取模型庫中相應(yīng)規(guī)格線纜，準(zhǔn)確實現(xiàn)在E3.Series中的四象限整流模塊低壓控制原理圖設(shè)計（如后文圖5所示）。完成原理圖設(shè)計后，自動生成線纜布局圖，導(dǎo)入三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)產(chǎn)品線束的自動生成。

圖5 四象限整流模塊低壓控制原理圖

4 結(jié)語

本文從電氣模型建模規(guī)則制定、建模標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、建模方法制定等各個方面詳細(xì)論述了基于E3.Series的電氣模型庫建設(shè)方案。對具有特定功能的電氣元件、線纜等進(jìn)行參數(shù)化建模，制定統(tǒng)一的建模規(guī)則、命名體系，并以某型產(chǎn)品進(jìn)行了實際應(yīng)用驗證，取得了良好的應(yīng)用效果。