Многие специалисты каждый день сталкиваются с трудоемким и сложным процессом проектирования электрических систем, который на данный момент времени требует большого количества времени, сил и средств. Это связано с тем, что использование разрозненных САПР отрицательно сказывается на процессе разработки и качестве выпускаемой продукции. Множество предприятий до сих пор проектирует и реализует продукцию, не соответствующую современным цифровым стандартам. В этой статье мы расскажем о том, как можно совместить разработку, инженерию, строительство и производство в единой цифровой среде.

На текущий момент времени у большинства предприятий используется типичный процесс проектирования электрических схем, состоящий из трех этапов:

1. Разработка схемы;
2. Трехмерное проектирование;
3. Подготовка жгута к производству.

Эти процессы осуществляются, как правило, в разных программах и подобный разнос проекта вызывает ощутимые трудности. Например, при проектировании электрических схем чаще всего используют специализированные программы от компании Zuken, IGE-XAO и другие. Дальше, переходя к работе с трехмерным представлением электрической системы могут быть задействованы программы по типу CATIA V5. И заканчивается это все на этапе подготовки электрического кабеля к самому процессу производства. В этом случае используется разнообразный комплекс программного обеспечения для решения поставленной задачи.

Как вы можете заметить, все указанные шаги занимают большое количество времени, финансовых затрат и не дают гарантию на действительно качественный конечный продукт. Основная проблема подобного типичного процесса – это отсутствие полной интеграции, которая осуществляет передачу данных между всеми этапами проектирования.

Далее, мы объясним и покажем процесс сквозного проектирования на примере пошаговой работы во всех трех этапах.

Проектирование электрических схем

Проектирование электрических схем – это один из важнейших этапов работы. От него зависят: качество продукта, сроки и стоимость проектирования всей электрической системы в целом. Одним из основных документов проектной документации является принципиальная схема, на которой определяется основной состав электрического оборудования и взаимосвязей между ними. На основании принципиальной схемы создаются следующие схемы: монтажная схема, схема соединений и всей технологической документации.

В модуле Electrical Systems Design на платформе 3DExperience можно создавать или редактировать УГО (условные графические обозначения) для различных электрических компонентов, таких как оборудование или приборы, приборные соединители, кабельные соединители, различные типы проводов и т.д. Для мультидисциплинарного оборудования можно создавать разное отображение УГО.

На платформе возможно реализовывать различные методы проектирования электрических систем под различные бизнес-процессы предприятия. В качестве примера, будет описано создание электрических схем, начиная от структурной схемы и заканчивая схемой соединений.

В данном случае процесс создания электрических систем будет состоять из следующих шагов:

1. определение структурной схемы;
2. определение принципиальной схемы;
3. определение схемы соединений.

Необходимо соблюдать определённую структуру дерева построений. Иерархическая структура дерева создается с помощью логических компонентов (Logical Reference). В первом логическом компоненте размещается оборудование или приборы, во втором – компоненты для структурной схемы, в третьем — компоненты для принципиальной схемы, и в четвертой – компоненты для схемы соединений.



Первым шагом в проектировании электрических систем является определение структурной схемы, которая включает в себя оборудование и взаимосвязи между ними. Все эти данные располагаются в логическом компоненте с именем «Структурная схема».



Для отображения структурной схемы используется чертеж, который также располагается внутри этого логического компонента.



Следующий шаг – это создание принципиальной схемы. Для этого в дереве построения создается логический компонент с именем «Принципиальная схема».

Сначала на схеме отображается необходимое оборудование или приборы, а затем на них добавляются приборный соединитель с контактами. На оборудовании можно отобразить только использованные контакты приборного соединителя. После этого создаем поконтактную связь между различными типами оборудования или приборами. Созданная связь несет в себе только информацию об электрическом сигнале.





Следующий шаг – это создание схемы соединений. Для этого в дереве построений создается логический компонент с именем «Схема соединений». Сначала на схеме отображается оборудование или приборы, затем приборные соединители. Также, как и для принципиальной схемы, на схеме соединений можно отобразить только используемые контакты приборного соединителя. Затем вставляем на схему кабельные соединители. Как и для приборных соединителей, для кабельных соединителей также можно отобразить только использованные контакты. Затем создаем электрическую связь между кабельными и приборными соединителями. И завершающим шагом при создании схемы соединений является добавление проводов на схему.

Для обеспечения качества проектирования схем существуют специальные инструменты проверки. Один из инструментов проверяет схему на целостность, которой проверятся подключение приборов или оборудования между собой с помощью проводов.





Важно отметить, что на платформе 3DExperience можно создавать любые электрические схемы, начиная от структурных схем до схемы соединений, проводить анализ схемы, а также создания отчетов.

Передача данных со схемы в трехмерное пространство

После разработки электрической схемы, мы переходим к этапу трехмерного проектирования электрической системы. Оно включает в себя следующие этапы:

1. размещение оборудования или приборов в трёхмерном пространстве (передача данных из схемы в 3D);
2. размещение кабельных соединителей (передача данных из схемы в 3D);
3. размещение крепежных элементов для жгута (работа только в 3D);
4. создание трёхмерной геометрии жгута (работа только в 3D);
5. прокладка проводов по жгуту (передача данных из схемы в 3D).

Для сбора и передачи данных со схемы в трехмерное пространство используется функция Logical to Physical. Эта функция анализирует электрическую схему, автоматически собирает необходимую информацию и предоставляет ее конструктору в удобном виде. В диалоговом окне данные группируются по типам электрических компонентов (оборудование или приборы, соединители, провода и т.д.).



Первый этап – размещение оборудования или приборов в трехмерном пространстве. Для этого запускаем функцию Logical tp Physical, запускаем анализ схемы и выбираем только то оборудование или приборы, которые хотим передать в трехмерное пространство. Для того, чтобы передалось только оборудование, необходимо выбрать все другие элементы электрической системы в диалоговом окне Logical to Physical Synchronization Management, установить значение Rejected в столбце Status и нажать кнопку Synchronize.



После того, как оборудование было добавлено в трехмерное пространство, его необходимо разместить в нужных местах.



Следующий этап – это добавление кабельных соединителей в трехмерное пространство. Для этого также используется функция Logical to Physical. Она также анализирует всю схему в диалоговом окне в столбце Modification напротив оборудования указано «Unchanged», а напротив кабельных соединителей и проводов указано «New».



В диалоговом окне выбираем все провода, и также указываем статус «Reject».



После синхронизации все кабельные соединители автоматически будут размещены на нужном оборудовании или приборах. Такое поведение достигается за счет указания одинаковых имен на УГО и у трёхмерного представления электрического компонента и передачи необходимой информации со схемы.

Создание трехмерной геометрии жгута возможно двумя способами:

• Первый способ – размещение поддерживающих элементов, а затем создание трехмерной геометрии жгута.
• Второй способ – предварительное создание трехмерной геометрии жгута, определение оптимального расположения поддерживающих элементов, а затем пропускание электрического жгута через расставленные поддерживающие элементы.
• Третий способ – это комбинация двух первых способов.

Для создания электрического жгута первым способом выбираем кабельный соединитель или кожух соединителя, затем все необходимые поддерживающие элементы, а последним элементом обязательно выбираем кабельный соединитель или его кожух. При создании электрического жгута можно создавать ответвление, которое начинается на жгуте, проходит через необходимые поддерживающие элементы, и заканчиваются на кабельном соединителе или на его кожухе.

При создании электрического жгута вторым способом необходимо выбрать кабельный соединитель или его кожух, дальше примерно указываем точки, через которые должен пройти электрический жгут, и последним выбираем кабельный соединитель. Далее размещаем все поддерживающие элементы для этого жгута, а специальная функция позволяет автоматически пропустить геометрию жгута через эти поддерживающие элементы.

При соединении оборудования с кабельным соединителем, при создании жгута с помощью кабельных соединителей и поддерживающих элементов, между всеми объектами создаются электрические и геометрические взаимосвязи. Перемещение любого элемента электрической системы в пространстве приводит к геометрическому перестроению всей системы целиком.

И последний этап – это передача информации о проводах со схемы в 3D. Для совершения этой операции также используется функция Logical to Physical. После анализа схемы, в диалоговом окне будет показано, что оборудование или приборы, кабельные соединители уже размещены на схеме, а провода еще нет. В процессе синхронизации проводов со схемы в 3D передается следующая информация – из какого контакта кабельного соединителя вышел провод и в какой контакт кабельного соединителя он пришел, а также характеристики каждого провода.



После синхронизации в 3D появляются прямые линии, показывающие откуда и куда идут провода.



Запуская функцию трассировки, мы указываем трехмерную геометрию жгута; провода будут проложены с учетом трехмерной геометрии жгута, диаметр электрического жгута будет обновлен в зависимости от количества проводов в каждом сегменте жгута.



Делаем вывод о том, что при разработке трехмерного представления жгута у вас будет доступен большой арсенал инструментов и функций. Удобный процесс разделения рабочих секторов проекта для осуществления комплексной работы, которая не будет нарушаться вносимыми правками другого специалиста.

Подготовка электрического жгута к производству

Когда мы справились с проектированием электрической схемы и созданием трехмерной геометрии, переходим к следующему этапу работы. Подготовка к производству.
На этом этапе проектирования, на базе трехмерной геометрии электрического жгута создается его плоское представление, которое состоит из следующих шагов:

1. Создание технологической сборки
2. Определение параметров развертки
3. Извлечение и дублирование трехмерной геометрии электрического жгута
4. Разворачивание электрического жгута на плоскость
5. Модифицирование развертки
6. Выпуск конструкторской документации

Перед созданием развертки электрического жгута необходимо создать технологическую сборку и определить параметры развертки. В качестве параметров задается плоскость, возможность передачи поддерживающих элементов и их ориентацию на плоскости развертки.



Далее необходимо извлечь и продублировать трехмерную геометрию электрического жгута из основной сборки в технологическую сборку. При выполнении этой операции определяются все элементы, которые связанны со жгутом (кабельные соединители, сборные кабельные соединители, кожухи соединителей, защитные элементы жгута), и переносятся в технологическую сборку.

В процессе выполнения извлечения и дублирования автоматически запускается анализ, который информирует инженера о проблемах при дублировании всех элементов электрического жгута. Если окружность полностью окрашена в зеленый цвет, то никаких проблем при дублировании геометрии не было обнаружено.



С помощью инструментов модифицируем развертку электрического жгута, чтобы она полностью поместилась на определенной площади. Доступны следующие возможности при модифицировании развертки:

1. Вращение сегмента относительно точки ответвления;
2. Изгиб сегмента жгута в определенной точке и с определённым радиусом изгиба;
3. Параллельное и перпендикулярное расположение одного сегмента жгута относительного другого.

Теперь переходим к выпуску конструкторской документации. На основании развертки электрического жгута создается чертеж. Создание полностью происходит в автоматическом режиме. Расстановка аннотаций на чертеже, создание таблицы соединений происходит автоматически.



Если оборудование было перемещено в пространстве, соответственно длина сегмента жгута может увеличиться или уменьшиться и все эти изменения также будут внесены на развертку и на чертеж.



И тем самым, мы можем отметить, что платформа подготавливает все необходимые файлы и рабочие документы для создания продукта. Платформа предоставляет полный автоматический процесс подготовки чертежей и схем, проверяет на ошибки и делает контрольный анализ работоспособности схемы. Исключает малейшие неточности и ошибки за счет плавного процесса перехода от одного этапа к другому.

На платформе 3DEXPERIENCE от компании Dassault Systemes реализован сквозной процесс проектирования электрических систем, начиная от создания схем до подготовки производства за счет цифровой преемственности информации. Весь ход работы доступен к просмотру в реальном времени. Участники могут вносить правки и изменения, не мешая работе другого специалиста. И главной отличительной чертой платформы, мы отмечаем интеграцию.
Этот процесс позволяет работать в бесшовном режиме от начала проекта до его завершения, а данные между этапами автоматически синхронизируются.

Автор: Семен Лях, технический специалист Dassault Systemes. semen.lyakh@3ds.com