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，設備制造行業(yè)對電氣和機械設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、機電一體化設計的難點

　　目前，在國內(nèi)市場中能夠完成電氣設計的產(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。在機械設計領域，設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)機電一體化設計的少之又少。

　　所謂機電一體化設計，就是將電氣設計所產(chǎn)生的電氣數(shù)據(jù)(例如斷路器設備參數(shù)及數(shù)量等信息)與機械設計軟件無縫對接，使得設備數(shù)據(jù)在電氣設計和機械設計兩種不同的環(huán)境中自由流通。

　　要實現(xiàn)這個目標，需要有幾個必要條件：

　　1、 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，因為軟件需要通過數(shù)據(jù)庫存儲大量的設備、符號、電線等數(shù)據(jù)。例如，對于設備來說，需要存儲設備在圖紙中所使用的符號名稱，以及設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。

　　2、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體化的進一步開發(fā)提供了良好的途徑。但是，電氣設計軟件的開發(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。

　　3、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不同的設計部門自由流通。

　　三、電氣設計軟件elecworks的集成能力

　　法國 Trace Software International 公司開發(fā)的電氣設計軟件 elecworks 是目前市面上唯一能夠提供機電一體化設計方式的智能產(chǎn)品。早在2009年起，Trace Software International 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在本身的電氣設計領域，也體現(xiàn)了卓越的性能。

　　1、使用Top-Down的方式完成電氣設計

　　傳統(tǒng)的設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。但是真正要提高設計效率、縮短設計周期，僅僅提速畫圖是遠遠不夠的。電氣設計需要對設計內(nèi)容做宏觀規(guī)劃，定義系統(tǒng)框架。完成宏觀設計后，使用微觀的原理圖設計，詳細的定義出設備的連接信息。

　　elecworks將設計的方式與機械設計的方式相對應，采用Top-Down的設計模式，優(yōu)先通過布線方框圖對整個系統(tǒng)做框架劃分，區(qū)分出設備的位置關系(空間)和系統(tǒng)關系(功能)。由此，每個設備都賦予了特定的兩個屬性。根據(jù)IEC 61346標準定義，使用 + 表示位置關系，使用 = 表示功能關系。

　　這樣的設計方式是與3D設計軟件的設計模式相同的——這奠定了機電一體化設計的工作模式基礎。

　　(圖 1)

　　2、樹狀數(shù)據(jù)結構

　　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備型號。對應的，每個設備型號數(shù)據(jù)都可以映射到設備的物理尺寸(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)所設計的原理而做的初步設備布局規(guī)劃——這為后期與3D軟件的集成提供了設備參數(shù)參考。

　　(圖 2)

　　3、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——這是在3D中實現(xiàn)自動布線的數(shù)據(jù)前提。

　　(圖 3)

　　四、基于PTC Creo的3D布局和布線

　　經(jīng)過Trace software international公司與美國參數(shù)技術公司(PTC公司)經(jīng)過深入合作，由Trace software international 公司開發(fā)了elecworks 與Creo的無縫集成接口。在elecworks中所增加或減少的設備數(shù)據(jù)，可以在Creo中同步更新。

　　1、電氣和機械設計的協(xié)同設計

　　無論是同一個局域網(wǎng)中互相連接的兩個電腦分別開始電氣設計和機械設計，還是同一臺電腦中分別打開elecworks和Creo兩款軟件，使用elecworks的3D模塊就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連接。

　　(圖 4)

　　完成數(shù)據(jù)連接后，通過Creo的強大3D能力，就可以開始將elecworks的2D原理平面設計轉成立體的3D空間實體設計了。

　　2、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中通過設備導航器，直接雙擊設備名稱就可以調(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的區(qū)別在于，關聯(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系體現(xiàn)在3D軟件中。

　　(圖 5)

　　從圖上可以看出，不僅僅是設備之間的接線關系能夠體現(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。

　　3、統(tǒng)計線長數(shù)據(jù)

　　能夠完成自動布線，只是幫助機械設計人員快速的完成了結構設計和線纜設計。真正能夠對生產(chǎn)工藝提供技術參數(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。

　　(圖 6)

　　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PTC Creo結合，真正的完成了機械設計和電氣設計的融合。對于企業(yè)來說，電氣設計是將邏輯原理展現(xiàn)在圖紙上，機械設計時將邏輯設計內(nèi)容通過立體的模型展現(xiàn)出來。兩者的結合，將會使得數(shù)據(jù)在整個設計環(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。

　　(圖 7)

　　1、Elecworks專注于電氣設計，完成平面的2D原理圖。

　　2、Elecworks將電氣數(shù)據(jù)傳遞給Creo，在Creo中完成結構布局。

　　3、Elecworks將電氣接線數(shù)據(jù)傳遞給Creo，在Creo中完成空間布線。

　　4、Creo中在完成布線后，統(tǒng)計線長數(shù)據(jù)。

　　5、Creo將線長數(shù)據(jù)反向傳遞給elecworks，在elecworks中生成電線報表。

　　6、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)形設計。

　　六、結語

　　這樣的機電一體化平臺，可以讓企業(yè)中原本溝通較少的電氣部門和機械部門之間的設計緊密相連，將設計的人為溝通轉變成通過電腦處理的內(nèi)部數(shù)據(jù)交流。由此，不僅解決了企業(yè)中的電氣設計和機械設計的專業(yè)性問題，也增加了兩個不同領域設計的協(xié)同設計能力，讓設備數(shù)據(jù)在設計階段自由流通在同一個平臺上。這樣的方式，提高了整體的設計效率，也增加了設計部門之間的緊密度，將設計的錯誤率降到最低。

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