三維技術(shù)在電力電子設(shè)備的研發(fā)中的應(yīng)用

周史冉　梁志炎　趙晚昭

摘 要：本文主要介紹三維技術(shù)運(yùn)用于電力電子設(shè)備研發(fā)過程的基本步驟及要求，利用其建立虛擬工作平臺，縮短了研發(fā)周期，還可以在實(shí)際的加工生產(chǎn)前，對電力電子設(shè)備各方面信息有更全面的了解，從而使研發(fā)的質(zhì)量得到有效提升。

關(guān)鍵詞：三維技術(shù) 電力電子設(shè)備 研發(fā)應(yīng)用

中圖分類號：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0122-02

在當(dāng)前對電力電子設(shè)備的開發(fā)生產(chǎn)中，通過對三維技術(shù)的有效應(yīng)用，不僅能夠大幅度提升生產(chǎn)制造的效率，而且能夠通過三維技術(shù)構(gòu)建實(shí)體模型，且該模型與最終生產(chǎn)制造完成的電力電子設(shè)備有較高的還原度。由此在電力電子設(shè)備研發(fā)中，應(yīng)用三維技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和完善，對提升研發(fā)的整體質(zhì)量和效率起到了不可或缺的重要作用。

1 三維設(shè)計(jì)在電力電子行業(yè)中的分析和應(yīng)用

目前在三維建模行業(yè)中，著名的三維建模軟件有Auto CAD、3Dmax、vr虛擬現(xiàn)實(shí)、Solid Works等，Solid Works在實(shí)體建模方面表面出較好的性能，將其應(yīng)用到電力電子設(shè)備的研究中，其能夠通過對電力電子設(shè)備的特征分析，然后逐一完成各內(nèi)部零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在軟件平臺中進(jìn)行智能化裝配，自動(dòng)進(jìn)行零件之間的干涉檢查和有限元分析等。從其在實(shí)際中的應(yīng)用情況來看，該三維技術(shù)不僅在操作上較為簡單，方便人們對其學(xué)習(xí)和使用，而且有著較高的智能化程度，能夠?qū)⒏嗟脑O(shè)計(jì)信息進(jìn)行參數(shù)化處理，為研發(fā)設(shè)計(jì)帶來實(shí)質(zhì)性的幫助。此外Solid Works等三維軟件與基本的Auto CAD表現(xiàn)出較高的兼容性，這也為許多設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工作開展帶來便利，能夠讓設(shè)計(jì)人員花費(fèi)更多的精力在電力電子設(shè)備研發(fā)工作上。

2 三維設(shè)計(jì)平臺的建立

三維設(shè)計(jì)平臺主要指的是完成基本模型建立后的計(jì)算機(jī)三維軟件，通過該平臺能夠完成電力電子設(shè)備各零件的繪制，并在平臺中對零件進(jìn)行組裝。而三維設(shè)計(jì)平臺的建立實(shí)質(zhì)上就是對三維設(shè)計(jì)中相關(guān)模型的虛擬設(shè)計(jì)制作，組裝組合整體構(gòu)建等等。

（1）三維設(shè)計(jì)平臺構(gòu)建的要素。在利用三維設(shè)計(jì)軟件研發(fā)電力電子設(shè)備的過程中，對于其中只能夠通過購買，而不能自行制作的元器件，將之稱為剛性器件，而這也因此成為電力電子三維設(shè)計(jì)平臺的關(guān)鍵要素。

（2）根據(jù)圖紙采集剛性器件。結(jié)合電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)的原理圖，對其中需要的剛性器件種類做出確定，然后將這些剛性器件采集出來。

在對電子產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，主要通過三維設(shè)計(jì)技術(shù)來完成對其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制作，并以此來進(jìn)行元器件安裝。在具體操作中，首先需要對電力電子設(shè)備的運(yùn)行原理圖進(jìn)行仔細(xì)分析，將其中的標(biāo)準(zhǔn)電氣元件進(jìn)行細(xì)分，然后利用這些元件構(gòu)建出設(shè)計(jì)工作開展需要的三維設(shè)計(jì)平臺。當(dāng)三維設(shè)計(jì)平臺構(gòu)建完成后，通常只能夠?qū)ζ湟苿?dòng)，而不能夠再隨意的對之進(jìn)行更改。

通過三維軟件（3dsmax、Solid Works等）設(shè)計(jì)，對于上面步驟中分解出的剛性元件主要需根據(jù)其具體尺寸來進(jìn)行三維模型繪制，然后將之用實(shí)際的元器件名稱來進(jìn)行存儲。在對零件三維模型繪制的過程中，需要先繪制草圖，然后完成零件的平面圖形繪制，最后基于該草圖進(jìn)行拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)等操作處理，構(gòu)成想要的三維模型。在此繪制過程中需對繪制的比例引起重視，通常都需嚴(yán)格按照1：1的比例進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入，由此能夠構(gòu)建出一個(gè)相對精確的電力電子三維虛擬設(shè)計(jì)平臺。

3 虛擬工作平臺的研發(fā)進(jìn)程

3.1 制定研發(fā)原則

為有效實(shí)現(xiàn)整機(jī)或單元虛擬工作平臺的研發(fā)，在實(shí)際應(yīng)用三維技術(shù)進(jìn)行研發(fā)的過程中，還需要遵循相應(yīng)平臺的特點(diǎn)，制定出與之對應(yīng)的研發(fā)原則，這樣才能有效保證其研發(fā)效率。（1）在應(yīng)用三維技術(shù)設(shè)計(jì)元件結(jié)構(gòu)時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中需要完成對結(jié)構(gòu)元件的組裝定位，盡量減少需要后期人工完成安裝的部件數(shù)量，有效保證配合精度。（2）重點(diǎn)考慮設(shè)備加工精度，提升設(shè)備元件的合理性。（3）分別設(shè)置強(qiáng)弱電系統(tǒng)，避免強(qiáng)弱電并排布線等相關(guān)電力問題。（4）元件在空間布置上應(yīng)滿足EMC設(shè)計(jì)國家標(biāo)準(zhǔn)。（5）在保證技術(shù)參數(shù)以及在科學(xué)合理的前提下，應(yīng)盡可能縮小設(shè)計(jì)體積。

3.2 三維技術(shù)在電力電子設(shè)備研發(fā)中的實(shí)際應(yīng)用

在應(yīng)用三維技術(shù)進(jìn)行電力電子設(shè)備的研發(fā)時(shí)，首先需進(jìn)行實(shí)體建模，然后設(shè)計(jì)電力電子設(shè)備的單體零件，并對之形成的各個(gè)部件進(jìn)行組裝，最后在軟件中組裝出三維的裝配體。該應(yīng)用過程實(shí)質(zhì)上就是對電力電子設(shè)備進(jìn)行單體的切除，然后將各個(gè)單體進(jìn)行疊加組裝的過程。從具體應(yīng)用來看，主要按照如下的步驟來進(jìn)行：第一，開啟三維設(shè)計(jì)軟件，并進(jìn)入到設(shè)計(jì)模式中。第二，對電力電子各部件的特征進(jìn)行分析，并確定各具體參數(shù)信息，然后按照相應(yīng)的特征對之開始創(chuàng)建繪制。第三，繪制電力電子各個(gè)零件的特征草圖，并對其參數(shù)信息做具體調(diào)整。第四，對基本參數(shù)信息調(diào)整后的電力電子零件進(jìn)行凸臺特征和切除特征等操作。第五，完成所有特征處理后的電力電子零件，應(yīng)分別進(jìn)行零件模型存儲。第六，調(diào)取完成制作的電力電子零件模型，并對其進(jìn)行合理的組裝組合。第七，完成全部的設(shè)備組裝以后，進(jìn)行虛擬三維的檢查和調(diào)試。

對電力電子設(shè)備進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的過程，實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)生產(chǎn)實(shí)踐的過程，而其中各個(gè)零件的設(shè)計(jì)是電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)工作中最為重要的部分，同時(shí)也是最為基礎(chǔ)的部分。而三維設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的特征處理，是一個(gè)對零件單體到完整電子電力設(shè)備不斷優(yōu)化完善的過程，有助于最后電力電子設(shè)備的順利裝配，以及最終大型設(shè)備完成。對當(dāng)前三維設(shè)計(jì)的理念展開分析，其主要包括兩種形式：其一，自上而下的設(shè)計(jì)理念。這種設(shè)計(jì)理念主要從電力電子設(shè)備的整體出發(fā)，在確定某個(gè)零件的尺寸和特征之后，根據(jù)相應(yīng)的裝配工藝，以該零件為基準(zhǔn)然后開始另一個(gè)零件的設(shè)計(jì)，以此來完成電力電子設(shè)備中所有零件的設(shè)計(jì)，最后組裝成實(shí)際所需的電力電子設(shè)備。其二，自下而上的設(shè)計(jì)理念。該理念主要要求設(shè)計(jì)人員按照各零件的功能需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后將所有零件按照裝配關(guān)系組裝成產(chǎn)品。雖然從理念上存在不同，但在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，兩種理念常相互配合應(yīng)用，且對實(shí)際設(shè)計(jì)效果的提升有較多的幫助。

在設(shè)計(jì)電力電子設(shè)備的相關(guān)零件時(shí)，應(yīng)當(dāng)對其中的繪畫基準(zhǔn)面做出確定，然后利用三維軟件來進(jìn)行特征草圖的繪制，使設(shè)計(jì)出來的零件能夠在功能上滿足實(shí)際需求。零件設(shè)計(jì)是產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在完成零件設(shè)計(jì)后，就可以開始對產(chǎn)品的零部件進(jìn)行裝配，并且按照所需要的視角來完成三維圖紙的繪制。在實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，為有效提升設(shè)計(jì)的效果，還需對其中的技巧進(jìn)行靈活的把握，從具體來看，主要可以進(jìn)行如下的操作：（1）對工作模板做對應(yīng)的設(shè)置，以保證設(shè)計(jì)零件能夠滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)；（2）設(shè)定自身熟悉的快捷鍵操作模式，三維設(shè)計(jì)在電力電子設(shè)備中的應(yīng)用，通常是一個(gè)較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，合理應(yīng)用快捷鍵能夠提升設(shè)計(jì)的效率；（3）采用延緩配合法。在裝配過程中，常常會遇到許多配合上的問題，此時(shí)采用延緩配合法能夠有效提升裝配的速率，使電力電子設(shè)備裝配設(shè)計(jì)具有更高的效率。

4 結(jié)語

三維設(shè)計(jì)技術(shù)在現(xiàn)代各領(lǐng)域的設(shè)計(jì)中已越來越被廣泛的采用，而要真正掌握此項(xiàng)設(shè)計(jì)方法，還需要研發(fā)人員全面的了解設(shè)計(jì)對象及三維設(shè)計(jì)軟件的功能，在實(shí)際設(shè)計(jì)中不斷的體會、應(yīng)用和總結(jié)。

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