電力二次設(shè)備配線工藝數(shù)字化研究

王廣彬，曹 齊，崔永艷，林 峰，俞 俊

（1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；2. 南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇 南京211106）

1 引言

在電力二次設(shè)備生產(chǎn)制造領(lǐng)域配線工藝環(huán)節(jié)，正面臨著業(yè)務(wù)量增加、作業(yè)工序分散、作業(yè)效率低、導(dǎo)線長度浪費(fèi)以及人工成本增加等一系列問題，配線工序已經(jīng)成為整個(gè)產(chǎn)品加工過程中的瓶頸，嚴(yán)重制約著產(chǎn)品的履約質(zhì)量。

針對(duì)以上問題，本文介紹了一種基于數(shù)字化的電力二次設(shè)備配線工藝設(shè)計(jì)方法和信息平臺(tái)，如圖1所示，對(duì)電氣設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)各器件、連線進(jìn)行模型抽取、參數(shù)化設(shè)置，輸出自動(dòng)化線束預(yù)制設(shè)備可直接使用的信息，保證了從電氣設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的數(shù)字語言統(tǒng)一、精準(zhǔn)連接。

圖1 配線工藝數(shù)字化設(shè)計(jì)方法

2 建立基礎(chǔ)參數(shù)庫

電力二次設(shè)備控制柜典型配置如圖2所示，主要包括屏柜、裝置、端子、空開、壓板、前立柱等部件，如圖3所示，各部件之間通過導(dǎo)線按照一定的規(guī)則確定的路徑完成連線。

圖2 電力二次設(shè)備控制柜實(shí)物圖

圖3 電力二次設(shè)備控制柜模型圖

2.1 建立屏柜基礎(chǔ)參數(shù)模型

本方法支持計(jì)算任意尺寸的電氣柜。首先建立屏柜尺寸字典庫及屏柜尺寸模板庫，如圖4所示，支持用戶隨時(shí)新增屏柜各項(xiàng)尺寸信息及創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)屏柜尺寸模板。在開始進(jìn)行配線設(shè)計(jì)時(shí)，用戶可以快速地從標(biāo)準(zhǔn)尺寸模板庫中進(jìn)行選擇，尺寸信息直接參與最終配線線徑的計(jì)算。

圖4 屏柜模板配置界面圖

2.2 建立物料編碼對(duì)應(yīng)模型

本方法支持用戶將導(dǎo)入的BOM表數(shù)據(jù)及自動(dòng)配線結(jié)果轉(zhuǎn)化為配線物料包進(jìn)行物料清算。將各種器件按照特性分成多種類型，如裝置、端子、端版和導(dǎo)線等，每一種類型的物料與物料編碼都存在特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，例如端子需要廠家信息及型號(hào)信息可以匹配到唯一物料編碼；裝置需要型號(hào)信息匹配到唯一物料編碼。用戶可以通過批導(dǎo)的方式，將器件與物料編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系批量導(dǎo)入到平臺(tái)中，如圖5所示。完成配線路徑自動(dòng)計(jì)算后，可以將器件及導(dǎo)線按照類型自動(dòng)匹配物料編碼，自動(dòng)生成導(dǎo)線物料包，大大減少了用戶在配線設(shè)計(jì)后的物料清單整理時(shí)間。

圖5 物料編碼對(duì)應(yīng)關(guān)系配置界面圖

2.3 建立器件參數(shù)模型

本方法將屏柜內(nèi)所有組成器件按照安裝方式及自身特性進(jìn)行了分類，分別為裝置、端子、空開、壓板、前立柱以及元器件；平臺(tái)對(duì)于每種類型的器件按照各自特性，內(nèi)置了型號(hào)庫及接線參照庫，如裝置型號(hào)庫、裝置接線參照庫、端子接線參照庫（如圖6所示）、端子型號(hào)庫（如圖7所示）等。部分器件接線參照數(shù)量較多，也支持用戶批量導(dǎo)入接線參照數(shù)據(jù)。在維建立型號(hào)及接線參照數(shù)據(jù)的同時(shí)，也支持進(jìn)行接線相關(guān)數(shù)據(jù)的維護(hù)，例如導(dǎo)線規(guī)格、接線方向等。

圖6 端子接線參照配置界面圖

圖7 端子型號(hào)配置界面圖

3 導(dǎo)入工程數(shù)據(jù)

3.1 導(dǎo)入物料清單

本方法支持將屏柜組成器件信息及接線關(guān)系導(dǎo)入，快速提取出電氣柜內(nèi)的所有配線器件及器件間的接線關(guān)系并進(jìn)行建模，如圖8所示。在導(dǎo)入過程中，根據(jù)器件名稱及型號(hào)，會(huì)自動(dòng)將器件進(jìn)行類型劃分。在導(dǎo)入組成器件信息后，支持用戶進(jìn)行器件類型的修改，也支持用戶新增和刪除屏柜組成器件。

圖8 屏柜器件接線關(guān)系表

3.2 CAD圖樣信息抽取

在確認(rèn)屏柜下配線器件無誤后，就可以開始圖樣的解析步驟，在前文中，已經(jīng)獲取到了屏柜內(nèi)的所有組成器件及其唯一代號(hào)，通過接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至CAD識(shí)圖軟件（圖9），軟件將組件代號(hào)與圖樣進(jìn)行比對(duì)，獲得到各組件的安裝位置及安裝順序。

圖9 圖樣識(shí)別界面圖

3.3 組件型號(hào)維護(hù)

對(duì)于裝置、元器件等多個(gè)接線點(diǎn)的組件來說，需要通過型號(hào)去獲取到接線距離，此處的接線距離指接線點(diǎn)進(jìn)入接線槽的長度。在屏柜內(nèi)的組件代號(hào)及安裝位置、安裝順序進(jìn)入系統(tǒng)后，便可以維護(hù)組件的型號(hào)數(shù)據(jù)及安裝高度數(shù)據(jù)，同類型較多的器件，平臺(tái)支持批量修改型號(hào)數(shù)據(jù)。對(duì)于導(dǎo)入的柜內(nèi)器件布局，如圖10所示，也可以進(jìn)行調(diào)整，包括安裝位置、安裝順序及安裝高度等。

圖10 端子布局界面圖

本步驟還需要進(jìn)行屏柜尺寸的選擇，確定屏柜的高度、寬度，以及影響到全局安裝的參數(shù)信息，如圖11所示，例如屏柜的開檔深度。

圖11 屏柜基本信息維護(hù)界面圖

4 生成最優(yōu)配線路徑

4.1 計(jì)算配線路徑及距離

當(dāng)屏柜信息、組成器件信息及布局信息錄入完全后，依據(jù)電氣屏柜內(nèi)基本布線規(guī)則及內(nèi)置路徑距離計(jì)算邏輯，如圖12所示，系統(tǒng)會(huì)給出所有接線關(guān)系的最優(yōu)接線路徑及路徑距離。

圖12 計(jì)算配線路徑及距離邏輯圖

路徑及距離自動(dòng)計(jì)算完成后，用戶可以按照標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出格式導(dǎo)出接線關(guān)系。該表格可以直接供下線機(jī)使用。

4.2 導(dǎo)出物料清單

完成了路徑及距離計(jì)算后可以生成屏柜下組成器件的信息及導(dǎo)線的信息，如圖13所示，其中器件可以通過物料編碼對(duì)應(yīng)關(guān)系直接轉(zhuǎn)換成物料編碼，導(dǎo)線方面需要分別計(jì)算導(dǎo)線距離及導(dǎo)線根數(shù)，再轉(zhuǎn)化成導(dǎo)線材料費(fèi)及導(dǎo)線人工費(fèi)，當(dāng)布線設(shè)計(jì)完成用戶即可進(jìn)行費(fèi)用清算，大大減少手工統(tǒng)計(jì)時(shí)間。

圖13 布線物料清單表

5 優(yōu)化配線工藝流程

傳統(tǒng)布線工藝需要設(shè)計(jì)人員通過三維軟件進(jìn)行圖樣二次加工，在三維空間內(nèi)手工進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)器件布局及器件連線，需要人員去手工整理屏柜器件及導(dǎo)線線長等相關(guān)物料和數(shù)量，才能形成布線的物料消耗清單，對(duì)操作人員技能要求高、操作時(shí)間長、易出錯(cuò)，難以滿足小批量、多品類產(chǎn)品快速交付需求。傳統(tǒng)布線工藝及物料清算過程如圖14所示。

圖14 傳統(tǒng)布線及物料清算過程

本方法首先將圖樣識(shí)別進(jìn)行了自動(dòng)化，快速準(zhǔn)確地對(duì)屏柜組件進(jìn)行了空間建模，固化布線最優(yōu)路徑計(jì)算邏輯，快速完成柜內(nèi)所有接線計(jì)算，操作簡單，上手快，需要人為干預(yù)的地方少，大大減少了布線工藝所需要的時(shí)間及過程中的出錯(cuò)可能性，如圖15所示，在設(shè)計(jì)完成后即可根據(jù)物料關(guān)系及導(dǎo)線轉(zhuǎn)換邏輯，一鍵生成可以直接用于清算的物料清單，為成本控制提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖15 優(yōu)化后布線及物料清算過程

6 結(jié)束語

相比其他同類工藝方法和軟件，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）二維建模簡單，容易上手，無需要大量學(xué)習(xí)便能掌握使用。

2）適用電力二次設(shè)備產(chǎn)品定制化、個(gè)性化應(yīng)用場(chǎng)景，解決了多品類、小批量、快交付的痛點(diǎn)。

3）不依賴特定CAD軟件，自開發(fā)通用CAD識(shí)別組件，可快速提取關(guān)鍵參數(shù)。

4）解決了生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備需要的接口數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的問題，使設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)輸出為生產(chǎn)環(huán)節(jié)直接使用的數(shù)據(jù)。

5）提供工藝設(shè)計(jì)邏輯固化、驗(yàn)證功能，設(shè)計(jì)完成自動(dòng)輸出成本計(jì)算報(bào)表，為改善傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)、減少生產(chǎn)資料浪費(fèi)提供了解決方案。