电气箱柜虚拟布局技术研究

2019-08-20 - 作者简介：郭晓杰（1983—），女，工程师，硕士学位，研究方向为电气自动化。

郭晓杰1石秀娟1郝勇1李雪刚2 （1.一汽模具制造有限公司，长春 130013；2.中国第一汽车集团有限公司产品策划及项目管理部，长春130013）

EPLAN Pro Panel，结合自摘要：为实现电气箱柜的精准化、智能化装配，利用电气设计软件

3D主开发的电气设计标准，对箱柜内电气设备进行数字化虚拟布局，真实地模拟了电气箱柜内设备的安装布局，确保了设备之间安装逻辑的正确性和设备选型的准确性，实现精准采购。虚拟布线，自动计算导线长度，实现箱柜内设备布线路径最优化，节约生产成本。数控加工生产数据自动生成，实现数控加工高效自动化。电气箱柜虚拟布局技术有效地解决了设备之间干涉、错误接线或漏接线、开孔数据不合理等问题，在设计前期有效解决安装问题。

关键词：电气箱柜虚拟布局虚拟布线

中图分类号：U468.22 文献标识码：B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20190175

1 前言

电气箱柜在传统的布局设计模式下，电气设备在安装布局时经常存在设备之间干涉，错误接线或漏接线，开孔数据不合理等问题，在智能设计、智能制造的发展环境下，已不能满足现汽车自动化生产装备的需求。

基于上述原因，急需开展数字化虚拟箱柜设计技术的开发与应用，促进电气设备安装问题在设计前期得到有效解决，以此提高设计质量与设计效率。

为实现电气箱柜虚拟布局，从宏部件创建、虚拟布局、虚拟布线、数控加工生产数据等方面阐述电气箱柜虚拟布局技术的开发过程。

2 3D宏部件创建

3D宏是虚拟箱柜布局的核心元素。为了能够

实现更好的布局，需要在安装布局之前完成3D宏部件的创建，设备的采购、原理图绘制、生产加工

等信息都集成在部件之中。3D宏部件创建需要首

先创建宏项目，导入STP格式文件，导入文件后合并逻辑组件，并为逻辑组件指定功能定义，然后定

义设备安装点、安装面等信息，最后生成宏文

件并在部件库中进行关联。3D

宏部件创建流程如

1图所示。

2.1 导入3D图形

3D 3D在设备宏建立之前，需要导入设备的模

型，并为模型定义相应的设备逻辑。这样，设备布局、接线和数控加工生产的信息都集成在部件定义之中。在设备安装布局时，其安装尺寸、接线位置、钻孔等信息将随着设备一起导入，从而为生产文档自动生成、自动布线、数控加工等生产工作做好准备。创建新项目，将项目类型设置为“宏项目”。

3D CAD

导入图形数据，导入的格式为国际通用的

STEP 3D

格式显示图形数据，如果需要较好的效果，将细节清晰度设置高一些；如果系统资源紧

张，将设置调低一些。在导入图形时将自动新

STEP

建布局空间，其包含已导入的文件的名称。在导入后需要继续编辑图形数据并定义设备功能逻辑。

2.2 设定部件信息

STP

导入文件后，如果布局空间下有多个逻辑组件，需要将逻辑组件进行合并，否则在安装布局时会报错。合并逻辑组件后定义组件的功能，导

入模型默认的功能定义为部件放置，需要根据设备属性重新定义其功能、放置区域、安装点、安

装面、基准点、基点等数据信息，如图所示。a.放置区域为逻辑组件上平面的定义，在此平

3D面上自行放置和对齐对象，仅可在一个宏项目中定义、显示和编辑放置区域。

b.安装点为点的定义，此点可作为捕捉点

实现在对象上其它元件的固定。

c.安装面为平面的定义，在此平面上可放置元件，由自动激活找到此平面或可有目标地激活。

d.基准点为点的定义，在此点上导入在光标上

3D 3D 3D放置时的对象，可在放置到其它对象的捕捉点上时固定此点。

e.基点为点的定义，这些点上的附件可自动被放置在箱柜内固定定义的回路中。

2.3 生成3D宏

设置宏名称、描述、存储位置和宏版本，如图

所示。利用宏生成命令创建宏，在部件库中关

联所创建的宏文件。

2.4 定义连接点排列样式

定义连接点排列样式，在大多数情况下，虚拟布局中的设备从部件上连接点排列样式的定义中获得有关部件放置上现有连接点的信息。通过定义连接点排列样式，可以为虚拟布线提供更精确

4的连接点位置、方向等信息，如图所示。所定义的连接点代号和插头名称一定要与原理图中的连接点代号和插头名称保持一致，否则无法自动生成布线。定义连接点排列样式后需要在部件库中进行关联设置。

2.5 定义钻孔排列样式

定义钻孔排列样式，在简化设计模式下，设计零部件的钻孔排列数据，包括钻孔类型、开孔位置、开孔尺寸等数据信息，然后在设备部件中定义

5所示。3D钻孔排列样式，如图宏部件安装布局以后，部件的钻孔信息将自动生成。

3 虚拟布局

布局空间能够实现宏部件的主体显示和编3D

辑功能，用于以视图显示和放置设备，借助技术元件（如电缆槽、安装导轨、或安装板）可以在布局空间中以最简单、高效的方式进行复杂的虚拟布局。

3.1 虚拟布局设计

进行虚拟布局时，制造商规定的安装方式以及安装间隙被考虑其中，每一个元件的安装位置

X/Y/Z

都可实现三坐标精准定位，放置元件的同时可时时进行干涉检查，对于组合类元件可实现一键式智能化安装，避免设计过程中设备选型错误或者漏选，真正实现精准装配，极大提高设计质量。通过动态干涉检查、安装条件自动检测等方

3D 6

式保证专业的箱柜虚拟布局输出，如图所示。

3.2 干涉检查

电气原理图中的设备和布局空间中的设备一一对应，可以实现电气原理图设备和布局空间设备之间的相互跳转。通过数据同步，可以实现原理图和布局空间数据的一致性。通过导航器的筛选功能，可以保证设备不会多放也不会漏放，实现精准的电气箱柜虚拟布局设计。

干涉检查用于检查部件在放置和编辑过程中是否层叠或渗透。在放置、移动、复制、旋转或延长组件时，始终进行干涉检查，形成的干涉区域将

7通过相关组件的颜色显示，如图所示。

3.3 安装间隙

安装间隙，通过在部件管理中定义设备安装间隙的宽度、高度和深度，此安装间隙确保可以遵守横向平铺或相互叠加放置的部件所允许的热负荷。放置过程中，通过对安装间隙半透明的显示8），可以找到设备散热理想的位置用于设备放（图置。在放置选项中可以结合组件边缘（默认）或安装间隙设置一个待放置部件的基准点。

4 虚拟布线

根据虚拟布局和电气原理图之中的连接信息，就可以完成整个虚拟布线过程，并自动计算获得导线长度信息。通过线缆的预生产方式将大大提高制造和装配效率，节省装配时间。

虚拟布线之前需要设置布线路径，布线路径分为自动布线路径和手动插入的布线路径，沿布线路径设置线缆连接。自动布线路径是基于已放置的线槽、布线范围和过线切口等。手动布线路径不受线槽等的约束。传统的平面安装板布线可以通过放置线槽等布线路径实现虚拟布线，而吕策型安装板布线不同于普通的平面安装板布线，吕策型安装板是模块化、立体式安装背板，架空式

背板布线。为解决吕策安装板的架空式背板布线，需要将吕策安装板设置为虚拟安装板，然后在

9虚拟安装板上设置空中布线路径，如图所示，这样才能建立起吕策安装板与安装框架型材的正确逻辑关系，实现吕策型安装板的自动、精准布线。

可在布局空间内显示部件放置上的连接点，这样便于估算连接点的位置及其连接点方向是否适合于现有的布线路径和线槽，否则，必须修改连接点方向或布线路径的走向。待布线的连接将在

布局空间内以其连接颜色和外径显示，如图所示。布线确定的接线的长度、线缆的颜色和截面积、线缆端部处理等数据信息，可输出至线缆裁剪机，实现线缆的自动裁剪，提高装配效率。

虚拟布线以后，所有连接经过的路径将会确定。通过对比导线的截面积和线槽的截面积，可以计算出实时的布线路径槽满率。槽满率通过可以设定的颜色组合来标识布线路径目前承受的负

荷状态，如图所示。密实度极限和警告极限可根据项目设置进行调整，有效地避免槽内过满、过热等设计以及安全隐患。

5 数控加工生产数据

机械加工所需的各种信息，如安装板，或门的加工数据，可以根据安装布局手动创建生产文档，也可以将加工数据直接导出供数控加工设备采用。数控加工接口模块将钻孔、切口和锁定区域的坐标和尺寸以及安装板、门或侧面加工的其它生产数据直接传输至自动钻床和自动铣床。针对用户自定义轮廓线的数控加工制作，可以生成与所使用机器相匹配的轮廓线数据集。在完成虚拟布局以后，如果在部件之中已经定义了设备的钻孔排列样式，则数控加工生产数据将随着安装布局一同生成。

5.1 模型视图

3D 2D

模型视图是虚拟布局的标准化的视图。根据细节清晰度，用于表示整个设备、放置部件的安装面或某个组件。可自动或手动在模型视图中绘制电气箱柜生产的附加信息，如尺寸标注、文本等。通过和箱柜设备清单配合，可以将模型视图中的设备细节信息以自动表格的方式展现出

12），并且可以根据实际需要定制模型视图

来（图的信息。模型视图绘制的安装文档具有自动更新的功能，当布局空间中的设备布局发生改变时，其可以实现自动更新，还可以将模型视图做成模板，实现整个项目安装文档一键生成。

5.2 生产设备接口

EPLAN Pro Panel DXF

提供标准数据，用于常规机床加工设备，输出不同制造商数控加工设备的制造数据并传递给服务商，直接将数据传送到加工设备，缩短生产周期，提高加工质量。此外，它也可通过接口将生产工艺数据直接Steinhauer Kiesling

传递到和加工中心。

6 结论

电气箱柜虚拟布局技术的技术优势如下。a.3d

虚拟化箱柜设计真实的模拟了电气箱柜内设备的安装布局，确保了设备之间安装逻辑的正确性和设备选型的准确性，实现精准采购。