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)計過程中，主要利用計算機的CAD軟件來繪制相關(guān)圖紙，以平面三視圖作為主要形式，來查看一次導(dǎo)體、二次線纜、連鎖機構(gòu)等方面的設(shè)計是否合理，對設(shè)計人員工作能力、工作經(jīng)驗等都有著較高要求。如果成套電氣的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要將多個圖紙進行聯(lián)合比對，此時，就是最容易出現(xiàn)設(shè)計失誤的環(huán)節(jié)，往往要經(jīng)歷反復(fù)的修改、調(diào)整、試驗等，讓整體設(shè)計周期大大延長。隨著時代的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)成套電氣產(chǎn)品設(shè)計理念和方式已經(jīng)不再適用。為了更好地滿足市場需求，要對技術(shù)進行革新和升級，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)是以計算機圖形學(xué)、人工智能技術(shù)、仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的，在產(chǎn)品裝配中進行交互分析，將裝配過程和結(jié)果更直觀地展現(xiàn)出來。在先進技術(shù)的應(yīng)用下，從設(shè)計到產(chǎn)品的進程會更快，所耗費的時間也能夠大大減少。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)計全過程的虛擬裝配，從不同的角度展現(xiàn)出成套電氣產(chǎn)品的設(shè)計特點。因此，對虛擬裝配技術(shù)在成套電氣領(lǐng)域的運用進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)計效率較為低下，對設(shè)計人員專業(yè)能力的依賴程度很高，且如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會引起聯(lián)鎖反映。容易出現(xiàn)設(shè)計錯誤、裝配順序不當?shù)仁д`，造成人力、財力及時間的浪費。虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用，在很多方面都能夠代替人工進行設(shè)計，簡化了設(shè)計流程，對重難點的分析也會更為明確。在設(shè)計階段，虛擬裝配可模擬各零部件的安裝過程，對裝配流程是否合理、零件安裝是否準確等進行驗證，提升裝配效率。具體來說，虛擬裝配技術(shù)可分為以下幾類：（1）以成套電氣產(chǎn)品為中心。在電氣產(chǎn)品設(shè)計階段，要以實際用電需求為主，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。當前我國電力事業(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，裝配方案會更科學(xué)，所使用的工藝也會更合理。（3）以虛擬原型為中心。對成套電氣設(shè)備的外觀、功能等進行仿真，并將其和實物進行評價比較，在測試合格后可正式進行設(shè)計和生產(chǎn)。

2 成套電氣設(shè)計中虛擬裝配技術(shù)的運用分析

2.1 3D實體建模軟件Solid Works

Solid Works作為三維CAD系統(tǒng)，技術(shù)含量并不高，容易上手，且功能強大，成套電氣中的管線設(shè)計、電氣設(shè)計等都有涉及，可滿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)庫中查找相關(guān)度最高的模型，適當進行修改。（2）以輸入的信息順序為依據(jù)，建立虛擬實體、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Τ商纂姎猱a(chǎn)品的物理信息進行直接定義，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。多用于對單一零件建模的調(diào)整，也可修改定型裝配組件，只需要對關(guān)鍵特征的變量進行調(diào)整即可，這些關(guān)聯(lián)量會隨著系統(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)計對成套電氣的虛擬部件進行劃分，利用三維立體模型將其直觀地反映出來。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，可以適當增加物理變量約束，讓其能夠移動。（5）在Solid Works軟件中，對成套電氣模型的模擬情況進行修改完善，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)計輸入條件，選取高度契合的藍本，建立部件的虛擬實體和虛擬部件裝配體，完成初版虛擬模型，設(shè)定運動約束條件，模擬運動仿真，修改完善設(shè)計，設(shè)計完成。

2.2 基于數(shù)字化接線圖生成軟件Super WORKS

Super WORKS可讓設(shè)計師對電氣原理圖進行繪制，并根據(jù)實際情況進行適當調(diào)整及修改，隨后利用該軟件生成接線表、開關(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)計和模型生成提供強有力的技術(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)庫查找已設(shè)計的圖紙，可隨時進行參數(shù)的調(diào)整、修改、端子識別等，根據(jù)設(shè)計的重難點，自動生成需要補充的信息。在利用該軟件進行虛擬裝配的過程中，還要明確各電氣元件的安裝位置、不同設(shè)備的型號參數(shù)、電纜安裝的起點和終點等，以統(tǒng)籌的角度對其進行修改和完善，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)信息及時反饋給設(shè)計人員，在數(shù)控代碼的輔助下，導(dǎo)線能夠自動進行制造。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）準確把握虛擬模型中成套電氣設(shè)備的特點，以Super WORKS提供的圖紙信息作為重要參考依據(jù)，對每個設(shè)計面進行命名。（3）隨后利用D-Hub版的Super WORKS，在數(shù)據(jù)庫中查找所需要使用的電氣元件，自動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)計要求，對成套電氣設(shè)備的線路設(shè)計、路徑等進行合理安排，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

（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)計完成后，不管是修改還是裝配過程的信息，都要通過虛擬裝配系統(tǒng)進行反饋。兩者之間在信息交流方面有一定障礙，因此，在未來發(fā)展中，要加強CAD和虛擬裝配系統(tǒng)之間的結(jié)合，實現(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。當前我國科學(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)時代發(fā)展趨勢，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)計并非一個人或一個部門完成的，而是需要設(shè)計團隊的共同參與。主要是因為人們對用電需求量的不斷增加，讓電氣設(shè)備的設(shè)計也更為復(fù)雜；無論是設(shè)計還是一線的生產(chǎn)人員，都可直接參與虛擬裝配設(shè)計，推動其協(xié)同化發(fā)展。（4）提升建模的合理性。Solid Works、Super WORKS、Super Harness等都是功能比較強大的建模軟件，即便能夠利用三維立體模型從多個方面來展現(xiàn)成套電氣的設(shè)計流程，但是和實際情況仍然有較大差距。例如，溫度、零件行為誤差等就會影響裝配精度，如果建模階段出現(xiàn)問題，就會讓虛擬裝配達不到預(yù)先設(shè)計的要求。

4 結(jié)語

總而言之，當前我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，虛擬裝配技術(shù)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的。在對成套電氣設(shè)備的設(shè)計階段，要應(yīng)用到多個不同的軟件，充分考慮設(shè)計環(huán)節(jié)存在的問題，并制定針對性的解決對策，要突出可視化、交互式的特點。隨著相關(guān)技術(shù)在實踐中的不斷優(yōu)化和革新，虛擬裝配技術(shù)未來會朝著智能化、集成化、協(xié)同化的方向發(fā)展，信息交流會更高效，縮短成套電氣設(shè)備的設(shè)計與制造周期，推動我國整體經(jīng)濟發(fā)展。