李先亮,侯 涛,张亚斌,李秋玲,李竹可
(中车永济电机有限公司,陕西 西安 710016)
随着中国制造2025的持续推进,各种高端智能装备装置不断涌现,其核心电气系统也日益复杂。设计生产制造型企业需要强大的设计工具完成各种大型产品的电气设计,标准化、系统化的电气模型库就显得尤为重要。
E3.Series是日本图研公司开发的专门用于电子电气绘图系统的工具,解决了现代电气系统日益复杂化、集成化,而导致的设计效率低下,设计成本高的问题。E3整合了电气布线设计、电子工程设计、线缆制作设计、机柜设计、流体气体系统设计等模块群。E3使用标准符号定义元件,以元件作为最小设计要素,设计人员通过使用数据库中的符号库和元件库进行原理图设计,生成端子布局,连接器布局,BOM表,线缆连接表等,用于指导制造部门生产制造,提高了产品设计、制造效率。
基于E3的电气模型库建设,主要包括符号库、元件库、线缆库的创建。根据模型使用情况的不同,分别按照不同的模型建模标准进行创建。为统一电气元件的建模标准、建模规则,需要制定统一的电气模型建模规范,对建模的建模原则、命名规则、计量单位、物料属性、模型颜色、线径尺寸电气引脚等参数进行规范定义。通过标准化的建模方式完成的模型库,可以使设计人员在进行电气设计时精确、便捷、正确使用各类型器件,减少设计失误,提高设计效率。
在E3中,符号是一个未指定给实际元器件的基本电路元件。能在设备中组合使用,可以添加用户指定的文字内容。在设备中使用某元件的时候,元件内的符号的各种属性也同时赋予设备(如针脚等)。符号是可以配置给元件的基本电路元素,众多不同的元件可共享相同符号。所有器件均由符号构成,因此每类器件均需建立符号库。
符号库是标准库,相同电气功能的器件可共用同一符号,符号库不受实际器件外形结构等因素影响,符号库的建模要精准的表示器件的电气功能,建模图形结构信息参考国际、国家、行业标准。建模图形结构总体大小适中。符号建模时,要建立节点信息,节点数量根据电气功能建立,保持与实际器件引脚信息对应。建立电气节点,节点引线方向指向符号外部,完成节点赋予后,对所有的节点进行顺序定义,并对每一个节点建立接头号码。与此同时,建立符号模型时,需填加必要的文本信息,如图1所示,文本信息包含:设备特征符号、元件编码、位置,便于后期对符号进行统一分类、管理。
图1 某型电阻符号建模示意图
在E3中,元件是指由符号构成,定义了各种接口信息、部件信息的电路器件。作为部件可以在电气回路中使用的元素。元件可以由单个或多个符号组成,在使用元件时,这些符号同时被读取,并且具有相同的设备名称。可以对元件添加如元件编码、描述等信息。因此,所有器件均需建立元件模型。
元件模型由符号模型结构决定,由于元件库是标准库,因此相同电气功能的器件可共用同一元件结构,采用不同命名加以区分,元件库不受实际器件外形结构等因素影响。元件库的建模要精准的表示器件的电气功能。元件建模时,根据不同元件的电气要求,选择不同的类型,如普通电气元件选择标准设备,单芯线选择电线组,多芯线选择电缆,端子选择连接器等。元件建模时,还需填写名称、版本、设备字母编码、商品编码、分类、物料描述信息等。元件属性定义中,每个管脚要定义为匹配通用端子连接器,每个管脚必须进行针脚分配定义,管脚名称不允许重复,元件可根据实际电气要求对存在信号等价的管脚进行信号等价定义,示例如图2、图3所示。
图2 某型电流传感器元件模型
图3 元件针脚分配示意图
线缆分为单芯线和多芯线,不同类型的线缆采用不同的方法进行建模。单芯线缆建模元件类型选择电线组,多芯线缆建模元件选择电缆。单芯线缆、多芯线缆建模元件基本设置填写名称、版本、商品编号、分类、描述、最小折弯半径、直径,线径、外径、颜色等信息,如图4所示。颜色填写软件库颜色标准代码,软件库颜色标准代码见表1。与此同时,多芯线缆建模时还需要填写芯线号码,芯线号码对应实物内含线芯数量。
图4 某型三芯线缆建模示意图
表1 软件库颜色代码明细表
基于E3.Series的电气模型库,使得产品设计人员能够便捷的使用各种既有成熟元件信息、线缆信息、端子信息完成特定功能的电气原理图设计。与此同时,由于设计人员采用统一的电气模型库,可以保证所有设计者操作的是同一套产品数据,一旦产品设计出现更改修正现象,可以保证数据传递的一致性,促进设计沟通,保证整个项目能够协同、快速、准确的完成。
以某款牵引变流器为例,其四象限整流模块通过TCU进行信号控制,TCU通过线缆给四象限整流模块低压控制板提供电源,同时,TCU通过各种线缆接收模块各种动作电气反馈,产品设计人员在进行该组件电气原理图设计时,直接调用电气模型库中的四象限整流模块、TCU模块,根据原理需求,选取TCU上特定功能触点,根据信号、功率需求选取模型库中相应规格线缆,准确实现在E3.Series中的四象限整流模块低压控制原理图设计(如后文图5所示)。完成原理图设计后,自动生成线缆布局图,导入三维结构设计,实现产品线束的自动生成。
图5 四象限整流模块低压控制原理图
本文从电气模型建模规则制定、建模标准设计、建模方法制定等各个方面详细论述了基于E3.Series的电气模型库建设方案。对具有特定功能的电气元件、线缆等进行参数化建模,制定统一的建模规则、命名体系,并以某型产品进行了实际应用验证,取得了良好的应用效果。