引言：自2012年发布以来，采用elecworks技术的OEM产品 solidworks electrical，在机电一体化设计方面取得长足的发展。
面向未来的产品设计
传统机电设计手段将结构设计与电气设计分离, 在风机控制系统中,传统设计模式已经不能满足业务的需要。本文通过企业实际应用与实施, 实践了机电协同设计方式在电控行业的有效性与实用性。
一、引言
风电的控制系统是典型的机电一体化产品 。 机械结构与电气两个领域的设计工作衔接非常紧密, 完全分开已变得不可能, 两方之间需要有大量的沟通与协作 。 在机械结构设计时,很多时候需要考虑电气布线的空间、电气元器件的安装和维护操作空问等实际的问题; 与此同时, 在电气设计的时候, 也需要考虑机械结构的空间间题。
但是,这两个本该进行协同设计的环节,却因为设计专业领域的差别, 以及设计软件的不同, 长期处于分离的状态。 严重影响了设计效率和设计质量。目前,很多企业只能采用试装的方法, 来确定电气元件的布局以及相应的线路连接。 如果出现机械结构和电气结构打架的情况, 往往还要反过来修改机械结构设计, 产品研发周期很长, 工程师加班加点, 还是很难跟上客户的交货需求。 与此同时, 电气安装随意性强，质量不稳定,过分依赖人的参与,线缆浪费严重等问题也很难得到解决。
因此, 一个好的电气设计系统, 绝不仅仅是解决画电气原理图的间题, 而应该能够帮助企业建立起电气机械协同设计平台, 帮助企业提高设计质量。
二、 建立机电协同的设计模式
虽然东方电气自动控制公司在机械、电气每一领域有了成熟、专业的设计工具, 但双方之间的沟通仍需要手工传递大量的数据信息,更无从谈起设计信息的实时传递。这种使用非集成设计工具的传统设计流程, 为机械结构与电气之间沟通错误和信息传速纰漏创造了机会, 由此导致各种设计问题, 带来大量设计变更。 最终延长了企业的产品交付周期, 提高了企业的整体生产成本。
从2015年开始, 公司新能源部尝试使用 SolidWorks Electric进行机电一体化设计, 通过几个月的实施, 已成功完成了1.5MW直驱风机塔基柜和2.0MW风机变桨轴控柜的机电一体化设计。
如图所示(图 Solidworks Electrical设计样柜),与常规的柜体3D布局设计不同, 该设计不仅完成柜体内元件的3D布局, 还完成了柜内几百根电线及电缆的连接, 同时还可以输出电气原理图, 线缆连接清单(含线长)和元件清单。经过对部分线缆的实际测试, 软件布线计算的长度与实际布线长度保持较好的一致性。该软件实现了机和电信息的互联互通，当你在拒体中任意选中一个元件，即可便捷地查询出在原理图中的位置, 以及元件的线缆连接信息、型号和主要电气参数, 方便了故障的分析处理。在工程设计实践中，还发现它将设计人员与生产实际联系得更加紧密。在元件数据库的支持下, 设计原理图时, 你连的不再是两个简単的电气符号, 而是通过选型将两个“实在的元件”用“导线”连接起来,然后在电气3D环境下进行布局和布线, 最终形成与真实产品一致性较高的“数字样机” 。通过对“数字样机”的数据提取和应用, 可以方便生产单位尽早熟悉新产品, 并提前进行相关准备; 设计人员可以据此提前编制直观形象的产品技术文档, 提高设计的效率和质量; 也可以将其进一步处理成用户可以直观体验的展示数据。看到这些,让人想象未来的产品设计面貌。
相比于传统的2D产品设计, 3D设计提供了更加丰富的数据信息,能够更加直观形象地传递设计者的意图。传统设计中, 设计人员先是运用投影法将想象的产品进行转化, 并绘制成2D工程图,然后“图纸用户”再通过视图关系在头脑里重构出产品的形状。 这对设计者和“图纸用户”都提出了较为专业的要求, 然而基于3D的设计则大大降低了对”图形用户”的要求。看图时,不再需要你在头脑重构产品的3D模型,降低识图难度,如果再运用虚拟现实技术,你或许还可以感受到产品温度。
随着移动智能终端运储能力的增强和普及, 以及高速网络的应用,直观化、形象化的图形文本,动画有声文本的优势将更加明显。 你随时随地都可以在智能移动终端上触摸和体验你所感兴趣的产品。然而这些都依赖于对3D数据的深度开发与应用, 对于设计人员而言, 就是要在产品设计过程中,创造出3D的“数字样机”,而且是一个将产品的各类信息(材料、机械、电气和电子等)与之相链接,形成“有声有色”的生动“数字样机”,而不是传统图是图、表是表、文档是文档的产品信息“分离模式” 。不管是在2D还是在3D设计中都面临一个同样的问题, 那就是如何减少重复性劳动, 让设计者更专注于产品的创新和功能的优化,提升产品设计的效率和质量。据有关资料显示, Boeing 777客舱共有8个舱门,虽然每个舱门的结构都不一样,但是其98%的机械零件都是通用的。如果我们每个舱门都去从头设计一遍, 显然是不合理, 如果能将这些相同的功能部分模块化, 将相同零件标准化, 将相似部分参数化, 省去大量的重复性的工作,从而提高设计的效率。同时利用成熟的模块还能提高产品的可靠性和降低生产成本。如果我们的设计工具能够富有联想功能, 就像现在的汉字拼音输入法一样,那么产品设计就不再是当前计算机辅助设计( CAD) , 而是辅助创新。然而,这一切要依赖于智能化元件库的建设, 让模块化、 标准化和参数化的元件信息更加的丰富、 全面和智能。
对于产品设计者来讲除了构造产品外, 对产品性能的分析评估是必不可少的环节。当前运用3D数据进行力学仿真可以在设计时看见产品的运动形式, 动力学响应特征, 热或物质的输运模式,乃至未来的失效形式等。如果能将这些分析数据转化为我们可以感知和体验的数据形式, 那么设计分析就不再是计算机辅助分析(CAE) ,而是辅助认知。这样在仿真的过程中,你就不只是“看到”,而是能够“体验到”它的力和温度, “见证到”它的变化。这或许会让设计者把产品的功能做得更加合理优化,操作更加人性化,让生产单位能够据此优化制造工艺方法和流程, 提高生产效率和产品质量, 也会让客户对产品有更加深刻的直观体验和认知, 引导和触发其购买愿望。 这样的设计将会让设计者, 与产品的制造者、客户贴的更近。
三、结论
机电一体化的设计模式对于电控设计而言是必然的选择, 只有在设计过程中让结构与电气设计人员进行协同, 才能帮助企业提高效率,提升质量。
SolidWorks Electrical 采用 elecworks 技术，将2D电气设计与3D机械设计完美无缝集成，优化项目设计。
2012年8月1号, Dassault Systèmes SolidWorks 与Trace Software International签署重要合作协议。SolidWorks，作为3D解决方案的世界领先者，发布针对电气设计领域的新产品。elecworks™ 将作为SolidWorks品牌下名为SolidWorks Electrical产品面向SolidWorks用户进行销售，elecworks 在2010年获得Solidworks 黄金合作伙伴产品认证，是Trace Software International 公司研发的电气CAD设计软件。
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