基于PTC Creo的機電一體化設(shè)計方案

1、一、前言自1971年首次提出機電一體化這一概念以來，機電一體化經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展，其意義和實現(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”概念的提出及實踐，設(shè)備制造行業(yè)對電氣和機械設(shè)計軟件的融合也提出了適應新時代發(fā)展特性的革命性要求。二、機電一體化設(shè)計的難點目前，在國內(nèi)市場中能夠完成電氣設(shè)計的產(chǎn)品有很多，也不乏一些源自國內(nèi)基于AutoCAD二次開發(fā)的智能設(shè)計插件。這些工具可以高效而智能的完成電氣繪圖。在機械設(shè)計領(lǐng)域，設(shè)計軟件也是琳瑯滿目，所具備的能力也是參差不齊。但是，能夠真正實現(xiàn)機電一體化設(shè)計的少之又少。所謂機電一體化設(shè)計，就是將電氣設(shè)計所產(chǎn)生的電氣數(shù)據(jù)（例如斷路器設(shè)備

2、參數(shù)及數(shù)量等信息）與機械設(shè)計軟件無縫對接，使得設(shè)備數(shù)據(jù)在電氣設(shè)計和機械設(shè)計兩種不同的環(huán)境中自由流通。要實現(xiàn)這個目標，需要有幾個必要條件：數(shù)據(jù)庫支持。數(shù)據(jù)庫是存儲數(shù)據(jù)所必要的介質(zhì)，因為軟件需要通過數(shù)據(jù)庫存儲大量的設(shè)備、符號、電線等數(shù)據(jù)。例如，對于設(shè)備來說，需要存儲設(shè)備在圖紙中所使用的符號名稱，以及設(shè)備本身的長寬高等參數(shù)數(shù)據(jù)。只有有了數(shù)據(jù)庫，才有可能將數(shù)據(jù)傳遞給3D產(chǎn)品開始下一步的智能設(shè)計。然而，就這項要求，國內(nèi)很多基于AutoCAD二次開發(fā)的產(chǎn)品都將不能勝任。3D軟件的開發(fā)接口目前，越來越多的3D軟件具備了開放的API接口。例如PTC,SolidWorks,Pro-E等等。這樣開放的接口為機電一

3、體化的進一步開發(fā)提供了良好的途徑。但是，電氣設(shè)計軟件的開發(fā)需要通過這樣的API接口進入3D軟件，并形成數(shù)據(jù)互動，這項技術(shù)不僅僅是需要通過API來調(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發(fā)的途徑。數(shù)據(jù)傳輸途徑目前，大部分機械軟件與電氣軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接，都是通過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)。通過這樣的方式，即便是成功了完成數(shù)據(jù)對接，在設(shè)計修改時也會造成相當大的修改工作量（需要同時修改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械軟件完成對接，不能在企業(yè)內(nèi)部建立制造數(shù)據(jù)在電氣和機械這兩個

4、不同的設(shè)計部門自由流通。三、電氣軟件elecworks的集成能力法國TraceSoftwareInternational公司開發(fā)的電氣設(shè)計軟件elecworks是目前市面上唯一能夠提供機電一體化設(shè)計方式的智能產(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)提供無縫集成的能力。而elecworks在本身的電氣設(shè)計領(lǐng)域，也體現(xiàn)了卓越的性能。使用Top-Down的方式完成電氣設(shè)計傳統(tǒng)的設(shè)計工具將目標鎖定在縮短繪圖時間上，將一些繁雜的工作交給電腦處理。但是真正要提高設(shè)計效率、縮短設(shè)計周期，僅僅提速畫圖是遠遠

5、不夠的。電氣設(shè)計需要對設(shè)計內(nèi)容做宏觀規(guī)劃，定義系統(tǒng)框架。完成宏觀設(shè)計后，使用微觀的原理圖設(shè)計，詳細的定義出設(shè)備的連接信息。elecworks將設(shè)計的方式與機械設(shè)計的方式相對應，采用Top-Down的設(shè)計模式，優(yōu)先通過布線方框圖對整個系統(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，每個設(shè)備都賦予了特定的兩個屬性。根據(jù)IEC61346標準定義，使用+表示位置關(guān)系，使用=表示功能關(guān)系。這樣的設(shè)計方式是與3D設(shè)計軟件的設(shè)計模式相同的這奠定了機電一體化設(shè)計的工作模式基礎(chǔ)。+Q7FIf聲詢二血&羽14卡W4二図邑C11訓蟲.UcwtHEIMKEJ1AIir-VMGiarjs曾-*VH

6、樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在elecworks原理圖中增加的每一個符號，都可以為其分配不同的設(shè)備型號。對應的，每個設(shè)備型號數(shù)據(jù)都可以映射到設(shè)備的物理尺寸（長、寬、高）。這樣，elecworks通過這些數(shù)據(jù)可以完成2D的機柜布局圖。這樣的機柜布局，是電氣工程師根據(jù)所設(shè)計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。塚匚：？席;覚汕彳電grPmrttR字EMI:PinH工軽刊曲細W2?S!*3Rmti0SR-JtiLM；=iihfdfill屮I*士|凹母i常屮ir取知魚句變4爾知殺戶畑-爭4=|-Kni.*IIM1*-4=12爭J=i.*刊RW4*寸：陽45町咼百豪I-IW?*十1r

7、iiMii卜*EgT-Fid#-r-ivirTIW-古FI-VJr-FI-n卜口屮IJCi-FI-,IJl*-FI-Y11知檔啦1BEir_ETHM3hieWmMIMl切正蟲|下民衛(wèi)淚L町IFIMQWiFlH01詳細的接線數(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。不僅僅可以自動生成電線的線號，還可以批量定義電線的線型屬性，例如顏色、線徑、編號格式等等。在完成原理設(shè)計后，elecworks可以自動生成各種接線數(shù)據(jù)報表，例如電線接線表、電纜表、電纜芯接線表等。一一這是在3D中實現(xiàn)自動布線的數(shù)據(jù)前提。ISE卻”襯住嚇印I石爐引LWpWlg4Al!ILl1

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10、，通過Creo的強大3D能力，就可以開始將elecworks的2D原理平面設(shè)計轉(zhuǎn)成立體的3D空間實體設(shè)計了。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中通過設(shè)備導航器，直接雙擊設(shè)備名稱就可以調(diào)用出相應的3D模型。這個調(diào)用出來的模型與機械工程師自行添加出來的模型最本質(zhì)的區(qū)別在于，關(guān)聯(lián)的模型會具備elecworks的電氣屬性。這樣的屬性是后期自動布線的前提。在Creo中，定義好模型的電氣連接點信息，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。完成這樣的準備工作后，在Creo中直接運行布線命令，就可以通過Creo將elecworks中的電氣原理接線關(guān)

11、系體現(xiàn)在3D軟件中。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Creo從elecworks中獲取并體現(xiàn)出來。同樣的，線徑也是完美的體現(xiàn)出來。統(tǒng)計線長數(shù)據(jù)能夠完成自動布線，只是幫助機械設(shè)計人員快速的完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計和線纜設(shè)計。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自動統(tǒng)計。完成自動布線后，在elecworks中直接自動生成電線的報表。在報表中，自動統(tǒng)計出Creo所得到的1:1的真實線長。這樣的報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。五、機電一體化平臺通過以上內(nèi)容，可以看出elecworks與Creo結(jié)合，真正的完成了機械設(shè)

12、計和電氣設(shè)計的融合。對于企業(yè)來說，電氣設(shè)計是將邏輯原理展現(xiàn)在圖紙上，機械設(shè)計時將邏輯設(shè)計內(nèi)容通過立體的模型展現(xiàn)出來。兩者的結(jié)合，將會使得數(shù)據(jù)在整個設(shè)計環(huán)節(jié)實現(xiàn)自由流通。完成的機電一體化平臺是一個環(huán)形平臺。Elecworks專注于電氣設(shè)計，完成平面的2D原理圖。Elecworks將電氣數(shù)據(jù)傳遞給Creo，在Creo中完成結(jié)構(gòu)布局。Elecworks將電氣接線數(shù)據(jù)傳遞給Creo，在Creo中完成空間布線。Creo中在完成布線后，統(tǒng)計線長數(shù)據(jù)。Creo將線長數(shù)據(jù)反向傳遞給elecworks，在elecworks中生成電線報表。報表作為重要的內(nèi)容存儲在elecworks的項目中，完成電氣-機械-工藝數(shù)據(jù)的環(huán)形設(shè)計。六、結(jié)語這樣的機電一體化平臺，可