虛擬裝配技術在成套電氣領域的運用淺析

楊歷勇

（上海大華電器設備有限公司，上海 201800）

在傳統成套電氣產品設計過程中，主要利用計算機的CAD軟件來繪制相關圖紙，以平面三視圖作為主要形式，來查看一次導體、二次線纜、連鎖機構等方面的設計是否合理，對設計人員工作能力、工作經驗等都有著較高要求。如果成套電氣的結構較為復雜，要將多個圖紙進行聯合比對，此時，就是最容易出現設計失誤的環節，往往要經歷反復的修改、調整、試驗等，讓整體設計周期大大延長。隨著時代的不斷發展，傳統成套電氣產品設計理念和方式已經不再適用。為了更好地滿足市場需求，要對技術進行革新和升級，虛擬裝配技術在成套電氣轉給企業中也得到了廣泛應用。虛擬裝配技術是以計算機圖形學、人工智能技術、仿真技術為基礎的，在產品裝配中進行交互分析，將裝配過程和結果更直觀地展現出來。在先進技術的應用下，從設計到產品的進程會更快，所耗費的時間也能夠大大減少。目前，Solid Works、Super Works等建模軟件的應用較為普遍，能夠實現設計全過程的虛擬裝配，從不同的角度展現出成套電氣產品的設計特點。因此，對虛擬裝配技術在成套電氣領域的運用進行分析具有重要意義。

1 虛擬裝配技術

傳統成套電氣設備的設計效率較為低下，對設計人員專業能力的依賴程度很高，且如果某一環節出現問題，就會引起聯鎖反映。容易出現設計錯誤、裝配順序不當等失誤，造成人力、財力及時間的浪費。虛擬裝配技術的應用，在很多方面都能夠代替人工進行設計，簡化了設計流程，對重難點的分析也會更為明確。在設計階段，虛擬裝配可模擬各零部件的安裝過程，對裝配流程是否合理、零件安裝是否準確等進行驗證，提升裝配效率。具體來說，虛擬裝配技術可分為以下幾類：（1）以成套電氣產品為中心。在電氣產品設計階段，要以實際用電需求為主，優化設備結構，確保其性能完好。（2）以工藝規劃為中心。當前我國電力事業發展迅速，電力工程建設工藝、產品的設計工藝等都發生了較大改變。在虛擬裝配技術的應用下，裝配方案會更科學，所使用的工藝也會更合理。（3）以虛擬原型為中心。對成套電氣設備的外觀、功能等進行仿真，并將其和實物進行評價比較，在測試合格后可正式進行設計和生產。

2 成套電氣設計中虛擬裝配技術的運用分析

2.1 3D實體建模軟件Solid Works

Solid Works作為三維CAD系統，技術含量并不高，容易上手，且功能強大，成套電氣中的管線設計、電氣設計等都有涉及，可滿足絕大部分情況下的工作需求。具體應用流程如下。

（1）以設計要求作為主要依據，在系統中輸入相關參數，從Solid Works數據庫中查找相關度最高的模型，適當進行修改。（2）以輸入的信息順序為依據，建立虛擬實體、虛擬部件裝配體等，可利用以下幾種方式建模。一是直接建模。可對成套電氣產品的物理信息進行直接定義，例如，鈑金的胎具折彎鈑金、設備的凸起、凹坑、輪廓等。二是參數化預置建模。多用于對單一零件建模的調整，也可修改定型裝配組件，只需要對關鍵特征的變量進行調整即可，這些關聯量會隨著系統中的方程式關系的改變而發生變化。（3）按照不同的層次、區域和模型設計對成套電氣的虛擬部件進行劃分，利用三維立體模型將其直觀地反映出來。這一階段的虛擬模型已經具備了基本的物理屬性。（4）在得到了虛擬模型的基礎上，可以適當增加物理變量約束，讓其能夠移動。（5）在Solid Works軟件中，對成套電氣模型的模擬情況進行修改完善，重復以上步驟，直到設備不出現異常情況。具體的虛擬裝配流程如下：確定設計輸入條件，選取高度契合的藍本，建立部件的虛擬實體和虛擬部件裝配體，完成初版虛擬模型，設定運動約束條件，模擬運動仿真，修改完善設計，設計完成。

2.2 基于數字化接線圖生成軟件Super WORKS

Super WORKS可讓設計師對電氣原理圖進行繪制，并根據實際情況進行適當調整及修改，隨后利用該軟件生成接線表、開關量表、電纜表等。Super WORKS的主流版本為D-Hub版，可連接互聯網，為成套電氣設備的設計和模型生成提供強有力的技術支持。Super WORKS軟件具有生成新圖紙的功能，也能夠從其數據庫查找已設計的圖紙，可隨時進行參數的調整、修改、端子識別等，根據設計的重難點，自動生成需要補充的信息。在利用該軟件進行虛擬裝配的過程中，還要明確各電氣元件的安裝位置、不同設備的型號參數、電纜安裝的起點和終點等，以統籌的角度對其進行修改和完善，形成科學的、可行的電氣圖紙。

2.3 二次線3D自動方針軟件Super Harness

Super Harness作為一種CAD/CAM軟件系統，能夠對成套電氣設備的導線布置情況進行三維模擬，查看其是否布置合理，如果發現存在異常，可將相關信息及時反饋給設計人員，在數控代碼的輔助下，導線能夠自動進行制造。該軟件的主要應用流程如下：（1）將Solid Works中的模型導入其中。（2）準確把握虛擬模型中成套電氣設備的特點，以Super WORKS提供的圖紙信息作為重要參考依據，對每個設計面進行命名。（3）隨后利用D-Hub版的Super WORKS，在數據庫中查找所需要使用的電氣元件，自動捕捉模型面特征上的孔位。（4）在所有布局完成后，有關人員可根據設計要求，對成套電氣設備的線路設計、路徑等進行合理安排，形成二次線束的虛擬裝配。

3 虛擬裝配技術的發展趨勢

（1）CAD系統與虛擬裝配系統的集成化。目前不少成套電氣設備的虛擬裝配都要以CAD系統為技術支持，在設計完成后，不管是修改還是裝配過程的信息，都要通過虛擬裝配系統進行反饋。兩者之間在信息交流方面有一定障礙，因此，在未來發展中，要加強CAD和虛擬裝配系統之間的結合，實現信息的高效傳輸和共享。（2）成套電氣設備虛擬裝配系統的智能化。當前我國科學技術發展迅速，很多行業和領域也都正朝著智能化、信息化的方向發展。成套電氣領域也要順應時代發展趨勢，多采用智能優化算法，將現代技術作為其取得發展突破的重要依據。（3）網絡的協同化。成套電氣設備、線路的設計并非一個人或一個部門完成的，而是需要設計團隊的共同參與。主要是因為人們對用電需求量的不斷增加，讓電氣設備的設計也更為復雜；無論是設計還是一線的生產人員，都可直接參與虛擬裝配設計，推動其協同化發展。（4）提升建模的合理性。Solid Works、Super WORKS、Super Harness等都是功能比較強大的建模軟件，即便能夠利用三維立體模型從多個方面來展現成套電氣的設計流程，但是和實際情況仍然有較大差距。例如，溫度、零件行為誤差等就會影響裝配精度，如果建模階段出現問題，就會讓虛擬裝配達不到預先設計的要求。

4 結語

總而言之，當前我國科學技術發展迅速，虛擬裝配技術是以計算機技術為基礎的。在對成套電氣設備的設計階段，要應用到多個不同的軟件，充分考慮設計環節存在的問題，并制定針對性的解決對策，要突出可視化、交互式的特點。隨著相關技術在實踐中的不斷優化和革新，虛擬裝配技術未來會朝著智能化、集成化、協同化的方向發展，信息交流會更高效，縮短成套電氣設備的設計與制造周期，推動我國整體經濟發展。