【基于PTCCreo的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)解決方案】自1971年首次提出機(jī)電一體化這一概念以來(lái)，機(jī)電一體化經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展，其意義和實(shí)現(xiàn)方式跟隨著科技的發(fā)展不斷更新，不斷豐富。特別是隨著“工業(yè)4.0”概念的提出及實(shí)踐，設(shè)備制造行業(yè)對(duì)電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的融合也提出了適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展特性的革命性要求。

一、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

目前，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中能夠完成電氣設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有很多，也不乏一些源自國(guó)內(nèi)基于AutoCAD二次開(kāi)發(fā)的智能設(shè)計(jì)插件。這些工具可以高效而智能的完成電氣繪圖。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)軟件也是琳瑯滿目，所具備的能力也是參差不齊。但是，能夠真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的少之又少。

所謂機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，就是將電氣設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的電氣數(shù)據(jù)(例如斷路器設(shè)備參數(shù)及數(shù)量等信息)與機(jī)械設(shè)計(jì)軟件無(wú)縫對(duì)接，使得設(shè)備數(shù)據(jù)在電氣設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩種不同的環(huán)境中自由流通。

要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要有幾個(gè)必要條件：

1、數(shù)據(jù)庫(kù)支持

數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所必要的介質(zhì)，因?yàn)檐浖枰ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)大量的設(shè)備、符號(hào)、電線等數(shù)據(jù)。例如，對(duì)于設(shè)備來(lái)說(shuō)，需要存儲(chǔ)設(shè)備在圖紙中所使用的符號(hào)名稱，以及設(shè)備本身的長(zhǎng)寬高等參數(shù)數(shù)據(jù)。只有有了數(shù)據(jù)庫(kù)，才有可能將數(shù)據(jù)傳遞給3D產(chǎn)品開(kāi)始下一步的智能設(shè)計(jì)。然而，就這項(xiàng)要求，國(guó)內(nèi)很多基于AutoCAD二次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品都將不能勝任。

2、3D軟件的開(kāi)發(fā)接口

目前，越來(lái)越多的3D軟件具備了開(kāi)放的API接口。例如PTC，SolidWorks，Pro-E等等。這樣開(kāi)放的接口為機(jī)電一體化的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供了良好的途徑。但是，電氣設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)需要通過(guò)這樣的API接口進(jìn)入3D軟件，并形成數(shù)據(jù)互動(dòng)，這項(xiàng)技術(shù)不僅僅是需要通過(guò)API來(lái)調(diào)用數(shù)據(jù)，更重要的是要向3D軟件中寫數(shù)據(jù)，這就要求兩款產(chǎn)品的研發(fā)人員具備更多的溝通和合作開(kāi)發(fā)的途徑。

3、數(shù)據(jù)傳輸途徑

目前，大部分機(jī)械軟件與電氣軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接，都是通過(guò)XML作為中間媒介，在XML中輸入2D數(shù)據(jù)和與其相關(guān)聯(lián)的3D數(shù)據(jù)。通過(guò)這樣的方式，即便是成功了完成數(shù)據(jù)對(duì)接，在設(shè)計(jì)修改時(shí)也會(huì)造成相當(dāng)大的修改工作量(需要同時(shí)修改2D，3D和XML文件)。

由于這些阻礙，很少企業(yè)能夠真正使用電氣軟件和機(jī)械軟件完成對(duì)接，不能在企業(yè)內(nèi)部建立制造數(shù)據(jù)在電氣和機(jī)械這兩個(gè)不同的設(shè)計(jì)部門自由流通。

二、電氣設(shè)計(jì)軟件elecworks的集成能力

法國(guó)TraceSoftwareInternational公司開(kāi)發(fā)的電氣設(shè)計(jì)軟件elecworks是目前市面上唯一能夠提供機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方式的智能產(chǎn)品。早在2009年起，TraceSoftwareInternational公司就宣布了旗下產(chǎn)品elecworks為SolidWorks產(chǎn)品數(shù)據(jù)提供無(wú)縫集成的能力。而elecworks在本身的電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域，也體現(xiàn)了卓越的性能。

1、使用Top-Down的方式完成電氣設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具將目標(biāo)鎖定在縮短繪圖時(shí)間上，將一些繁雜的工作交給電腦處理。但是真正要提高設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期，僅僅提速畫圖是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。電氣設(shè)計(jì)需要對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容做宏觀規(guī)劃，定義系統(tǒng)框架。完成宏觀設(shè)計(jì)后，使用微觀的原理圖設(shè)計(jì)，詳細(xì)的定義出設(shè)備的連接信息。

elecworks將設(shè)計(jì)的方式與機(jī)械設(shè)計(jì)的方式相對(duì)應(yīng)，采用Top-Down的設(shè)計(jì)模式，優(yōu)先通過(guò)布線方框圖對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做框架劃分，區(qū)分出設(shè)備的位置關(guān)系(空間)和系統(tǒng)關(guān)系(功能)。由此，每個(gè)設(shè)備都賦予了特定的兩個(gè)屬性。根據(jù)IEC61346標(biāo)準(zhǔn)定義，使用+表示位置關(guān)系，使用=表示功能關(guān)系。

這樣的設(shè)計(jì)方式是與3D設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)模式相同的——這奠定了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的工作模式基礎(chǔ)。

(圖1)

2、樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在elecworks原理圖中增加的每一個(gè)符號(hào)，都可以為其分配不同的設(shè)備型號(hào)。對(duì)應(yīng)的，每個(gè)設(shè)備型號(hào)數(shù)據(jù)都可以映射到設(shè)備的物理尺寸(長(zhǎng)、寬、高)。這樣，elecworks通過(guò)這些數(shù)據(jù)可以完成2D的機(jī)柜布局圖。

這樣的機(jī)柜布局，是電氣工程師根據(jù)所設(shè)計(jì)的原理而做的初步設(shè)備布局規(guī)劃——這為后期與3D軟件的集成提供了設(shè)備參數(shù)參考。

(圖2)

3、詳細(xì)的接線數(shù)據(jù)

在所有的電氣軟件中，elecworks在電線和電纜數(shù)據(jù)的處理上體現(xiàn)了其卓越的額特性。不僅僅可以自動(dòng)生成電線的線號(hào)，還可以批量定義電線的線型屬性，例如顏色、線徑、編號(hào)格式等等。

在完成原理設(shè)計(jì)后，elecworks可以自動(dòng)生成各種接線數(shù)據(jù)報(bào)表，例如電線接線表、電纜表、電纜芯接線表等——這是在3D中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)布線的數(shù)據(jù)前提。

(圖3)

三、基于PTCCreo的3D布局和布線

經(jīng)過(guò)Tracesoftwareinternational公司與美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司(PTC公司)經(jīng)過(guò)深入合作，由Tracesoftwareinternational公司開(kāi)發(fā)了elecworks與Creo的無(wú)縫集成接口。在elecworks中所增加或減少的設(shè)備數(shù)據(jù)，可以在Creo中同步更新。

1、電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)

無(wú)論是同一個(gè)局域網(wǎng)中互相連接的兩個(gè)電腦分別開(kāi)始電氣設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)，還是同一臺(tái)電腦中分別打開(kāi)elecworks和Creo兩款軟件，使用elecworks的3D模塊就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的連接。

(圖4)

完成數(shù)據(jù)連接后，通過(guò)Creo的強(qiáng)大3D能力，就可以開(kāi)始將elecworks的2D原理平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)成立體的3D空間實(shí)體設(shè)計(jì)了。

2、數(shù)據(jù)的3D空間布局與布線

從elecworks中獲取到電氣數(shù)據(jù)后，在Creo中通過(guò)設(shè)備導(dǎo)航器，直接雙擊設(shè)備名稱就可以調(diào)用出相應(yīng)的3D模型。這個(gè)調(diào)用出來(lái)的模型與機(jī)械工程師自行添加出來(lái)的模型最本質(zhì)的區(qū)別在于，關(guān)聯(lián)的模型會(huì)具備elecworks的電氣屬性。這樣的屬性是后期自動(dòng)布線的前提。

在Creo中，定義好模型的電氣連接點(diǎn)信息，使得模型具備讀取elecworks電氣設(shè)備工藝管腳數(shù)據(jù)的能力。

完成這樣的準(zhǔn)備工作后，在Creo中直接運(yùn)行布線命令，就可以通過(guò)Creo將elecworks中的電氣原理接線關(guān)系體現(xiàn)在3D軟件中。

(圖5)

從圖上可以看出，不僅僅是設(shè)備之間的接線關(guān)系能夠體現(xiàn)，電線所使用的顏色信息也能夠通過(guò)Creo從elecworks中獲取并體現(xiàn)出來(lái)。同樣的，線徑也是完美的體現(xiàn)出來(lái)。

3、統(tǒng)計(jì)線長(zhǎng)數(shù)據(jù)

能夠完成自動(dòng)布線，只是幫助機(jī)械設(shè)計(jì)人員快速的完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和線纜設(shè)計(jì)。真正能夠?qū)ιa(chǎn)工藝提供技術(shù)參數(shù)的，是完成布線后的線長(zhǎng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。

完成自動(dòng)布線后，在elecworks中直接自動(dòng)生成電線的報(bào)表。在報(bào)表中，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出Creo所得到的1:1的真實(shí)線長(zhǎng)。

(圖6)

這樣的報(bào)表直接提供給工藝部門后，可以直接用于裁線、布線和接線工作了。

四、機(jī)電一體化平臺(tái)

通過(guò)以上內(nèi)容，可以看出elecworks與PTCCreo結(jié)合，真正的完成了機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)的融合。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，電氣設(shè)計(jì)是將邏輯原理展現(xiàn)在圖紙上，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)將邏輯設(shè)計(jì)內(nèi)容通過(guò)立體的模型展現(xiàn)出來(lái)。兩者的結(jié)合，將會(huì)使得數(shù)據(jù)在整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自由流通。

完成的機(jī)電一體化平臺(tái)是一個(gè)環(huán)形平臺(tái)。

(圖7)

1、Elecworks專注于電氣設(shè)計(jì)，完成平面的2D原理圖。

2、Elecworks將電氣數(shù)據(jù)傳遞給Creo，在Creo中完成結(jié)構(gòu)布局。

3、Elecworks將電氣接線數(shù)據(jù)傳遞給Creo，在Creo中完成空間布線。

4、Creo中在完成布線后，統(tǒng)計(jì)線長(zhǎng)數(shù)據(jù)。

5、Creo將線長(zhǎng)數(shù)據(jù)反向傳遞給elecworks，在elecworks中生成電線報(bào)表。

6、報(bào)表作為重要的內(nèi)容存儲(chǔ)在elecworks的項(xiàng)目中，完成電氣-機(jī)械-工藝數(shù)據(jù)的環(huán)形設(shè)計(jì)。

五、結(jié)語(yǔ)

這樣的機(jī)電一體化平臺(tái)，可以讓企業(yè)中原本溝通較少的電氣部門和機(jī)械部門之間的設(shè)計(jì)緊密相連，將設(shè)計(jì)的人為溝通轉(zhuǎn)變成通過(guò)電腦處理的內(nèi)部數(shù)據(jù)交流。由此，不僅解決了企業(yè)中的電氣設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)的專業(yè)性問(wèn)題，也增加了兩個(gè)不同領(lǐng)域設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)能力，讓設(shè)備數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)階段自由流通在同一個(gè)平臺(tái)上。這樣的方式，提高了整體的設(shè)計(jì)效率，也增加了設(shè)計(jì)部門之間的緊密度，將設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤率降到最低。