虛擬裝配技術(shù)在成套電氣領(lǐng)域的運(yùn)用淺析

楊歷勇

（上海大華電器設(shè)備有限公司，上海 201800）

在傳統(tǒng)成套電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要利用計(jì)算機(jī)的CAD軟件來(lái)繪制相關(guān)圖紙，以平面三視圖作為主要形式，來(lái)查看一次導(dǎo)體、二次線纜、連鎖機(jī)構(gòu)等方面的設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)設(shè)計(jì)人員工作能力、工作經(jīng)驗(yàn)等都有著較高要求。如果成套電氣的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要將多個(gè)圖紙進(jìn)行聯(lián)合比對(duì)，此時(shí)，就是最容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤的環(huán)節(jié)，往往要經(jīng)歷反復(fù)的修改、調(diào)整、試驗(yàn)等，讓整體設(shè)計(jì)周期大大延長(zhǎng)。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)成套電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念和方式已經(jīng)不再適用。為了更好地滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，要對(duì)技術(shù)進(jìn)行革新和升級(jí)，虛擬裝配技術(shù)在成套電氣轉(zhuǎn)給企業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。虛擬裝配技術(shù)是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能技術(shù)、仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的，在產(chǎn)品裝配中進(jìn)行交互分析，將裝配過(guò)程和結(jié)果更直觀地展現(xiàn)出來(lái)。在先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用下，從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的進(jìn)程會(huì)更快，所耗費(fèi)的時(shí)間也能夠大大減少。目前，Solid Works、Super Works等建模軟件的應(yīng)用較為普遍，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)全過(guò)程的虛擬裝配，從不同的角度展現(xiàn)出成套電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。因此，對(duì)虛擬裝配技術(shù)在成套電氣領(lǐng)域的運(yùn)用進(jìn)行分析具有重要意義。

1 虛擬裝配技術(shù)

傳統(tǒng)成套電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)效率較為低下，對(duì)設(shè)計(jì)人員專(zhuān)業(yè)能力的依賴(lài)程度很高，且如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)引起聯(lián)鎖反映。容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、裝配順序不當(dāng)?shù)仁д`，造成人力、財(cái)力及時(shí)間的浪費(fèi)。虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用，在很多方面都能夠代替人工進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，對(duì)重難點(diǎn)的分析也會(huì)更為明確。在設(shè)計(jì)階段，虛擬裝配可模擬各零部件的安裝過(guò)程，對(duì)裝配流程是否合理、零件安裝是否準(zhǔn)確等進(jìn)行驗(yàn)證，提升裝配效率。具體來(lái)說(shuō)，虛擬裝配技術(shù)可分為以下幾類(lèi)：（1）以成套電氣產(chǎn)品為中心。在電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，要以實(shí)際用電需求為主，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，確保其性能完好。（2）以工藝規(guī)劃為中心。當(dāng)前我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展迅速，電力工程建設(shè)工藝、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工藝等都發(fā)生了較大改變。在虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用下，裝配方案會(huì)更科學(xué)，所使用的工藝也會(huì)更合理。（3）以虛擬原型為中心。對(duì)成套電氣設(shè)備的外觀、功能等進(jìn)行仿真，并將其和實(shí)物進(jìn)行評(píng)價(jià)比較，在測(cè)試合格后可正式進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

2 成套電氣設(shè)計(jì)中虛擬裝配技術(shù)的運(yùn)用分析

2.1 3D實(shí)體建模軟件Solid Works

Solid Works作為三維CAD系統(tǒng)，技術(shù)含量并不高，容易上手，且功能強(qiáng)大，成套電氣中的管線設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)等都有涉及，可滿(mǎn)足絕大部分情況下的工作需求。具體應(yīng)用流程如下。

（1）以設(shè)計(jì)要求作為主要依據(jù)，在系統(tǒng)中輸入相關(guān)參數(shù)，從Solid Works數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相關(guān)度最高的模型，適當(dāng)進(jìn)行修改。（2）以輸入的信息順序?yàn)橐罁?jù)，建立虛擬實(shí)體、虛擬部件裝配體等，可利用以下幾種方式建模。一是直接建模?？蓪?duì)成套電氣產(chǎn)品的物理信息進(jìn)行直接定義，例如，鈑金的胎具折彎鈑金、設(shè)備的凸起、凹坑、輪廓等。二是參數(shù)化預(yù)置建模。多用于對(duì)單一零件建模的調(diào)整，也可修改定型裝配組件，只需要對(duì)關(guān)鍵特征的變量進(jìn)行調(diào)整即可，這些關(guān)聯(lián)量會(huì)隨著系統(tǒng)中的方程式關(guān)系的改變而發(fā)生變化。（3）按照不同的層次、區(qū)域和模型設(shè)計(jì)對(duì)成套電氣的虛擬部件進(jìn)行劃分，利用三維立體模型將其直觀地反映出來(lái)。這一階段的虛擬模型已經(jīng)具備了基本的物理屬性。（4）在得到了虛擬模型的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)增加物理變量約束，讓其能夠移動(dòng)。（5）在Solid Works軟件中，對(duì)成套電氣模型的模擬情況進(jìn)行修改完善，重復(fù)以上步驟，直到設(shè)備不出現(xiàn)異常情況。具體的虛擬裝配流程如下：確定設(shè)計(jì)輸入條件，選取高度契合的藍(lán)本，建立部件的虛擬實(shí)體和虛擬部件裝配體，完成初版虛擬模型，設(shè)定運(yùn)動(dòng)約束條件，模擬運(yùn)動(dòng)仿真，修改完善設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成。

2.2 基于數(shù)字化接線圖生成軟件Super WORKS

Super WORKS可讓設(shè)計(jì)師對(duì)電氣原理圖進(jìn)行繪制，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整及修改，隨后利用該軟件生成接線表、開(kāi)關(guān)量表、電纜表等。Super WORKS的主流版本為D-Hub版，可連接互聯(lián)網(wǎng)，為成套電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和模型生成提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。Super WORKS軟件具有生成新圖紙的功能，也能夠從其數(shù)據(jù)庫(kù)查找已設(shè)計(jì)的圖紙，可隨時(shí)進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整、修改、端子識(shí)別等，根據(jù)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，自動(dòng)生成需要補(bǔ)充的信息。在利用該軟件進(jìn)行虛擬裝配的過(guò)程中，還要明確各電氣元件的安裝位置、不同設(shè)備的型號(hào)參數(shù)、電纜安裝的起點(diǎn)和終點(diǎn)等，以統(tǒng)籌的角度對(duì)其進(jìn)行修改和完善，形成科學(xué)的、可行的電氣圖紙。

2.3 二次線3D自動(dòng)方針軟件Super Harness

Super Harness作為一種CAD/CAM軟件系統(tǒng)，能夠?qū)Τ商纂姎庠O(shè)備的導(dǎo)線布置情況進(jìn)行三維模擬，查看其是否布置合理，如果發(fā)現(xiàn)存在異常，可將相關(guān)信息及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員，在數(shù)控代碼的輔助下，導(dǎo)線能夠自動(dòng)進(jìn)行制造。該軟件的主要應(yīng)用流程如下：（1）將Solid Works中的模型導(dǎo)入其中。（2）準(zhǔn)確把握虛擬模型中成套電氣設(shè)備的特點(diǎn)，以Super WORKS提供的圖紙信息作為重要參考依據(jù)，對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)面進(jìn)行命名。（3）隨后利用D-Hub版的Super WORKS，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找所需要使用的電氣元件，自動(dòng)捕捉模型面特征上的孔位。（4）在所有布局完成后，有關(guān)人員可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)成套電氣設(shè)備的線路設(shè)計(jì)、路徑等進(jìn)行合理安排，形成二次線束的虛擬裝配。

3 虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）CAD系統(tǒng)與虛擬裝配系統(tǒng)的集成化。目前不少成套電氣設(shè)備的虛擬裝配都要以CAD系統(tǒng)為技術(shù)支持，在設(shè)計(jì)完成后，不管是修改還是裝配過(guò)程的信息，都要通過(guò)虛擬裝配系統(tǒng)進(jìn)行反饋。兩者之間在信息交流方面有一定障礙，因此，在未來(lái)發(fā)展中，要加強(qiáng)CAD和虛擬裝配系統(tǒng)之間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸和共享。（2）成套電氣設(shè)備虛擬裝配系統(tǒng)的智能化。當(dāng)前我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，很多行業(yè)和領(lǐng)域也都正朝著智能化、信息化的方向發(fā)展。成套電氣領(lǐng)域也要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，多采用智能優(yōu)化算法，將現(xiàn)代技術(shù)作為其取得發(fā)展突破的重要依據(jù)。（3）網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同化。成套電氣設(shè)備、線路的設(shè)計(jì)并非一個(gè)人或一個(gè)部門(mén)完成的，而是需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的共同參與。主要是因?yàn)槿藗儗?duì)用電需求量的不斷增加，讓電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)也更為復(fù)雜；無(wú)論是設(shè)計(jì)還是一線的生產(chǎn)人員，都可直接參與虛擬裝配設(shè)計(jì)，推動(dòng)其協(xié)同化發(fā)展。（4）提升建模的合理性。Solid Works、Super WORKS、Super Harness等都是功能比較強(qiáng)大的建模軟件，即便能夠利用三維立體模型從多個(gè)方面來(lái)展現(xiàn)成套電氣的設(shè)計(jì)流程，但是和實(shí)際情況仍然有較大差距。例如，溫度、零件行為誤差等就會(huì)影響裝配精度，如果建模階段出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)讓虛擬裝配達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，當(dāng)前我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，虛擬裝配技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的。在對(duì)成套電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)階段，要應(yīng)用到多個(gè)不同的軟件，充分考慮設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，并制定針對(duì)性的解決對(duì)策，要突出可視化、交互式的特點(diǎn)。隨著相關(guān)技術(shù)在實(shí)踐中的不斷優(yōu)化和革新，虛擬裝配技術(shù)未來(lái)會(huì)朝著智能化、集成化、協(xié)同化的方向發(fā)展，信息交流會(huì)更高效，縮短成套電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造周期，推動(dòng)我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展。