ПросмотрWhat links here

Идеология

1. Обзор электрооборудования для различных отраслей машиностроения

Электрооборудование изделия машиностроения или приборостроения представляет собой низковольтные и силовые компоненты – различные реле, автоматические выключатели, контроллеры, пускатели, электродвигатели. Электрооборудование может разделяться на несколько подсистем, предназначенных для решения своих специфичных задач (системы управления, пожаротушения и т.п.).

Для стационарных изделий (станочного оборудования, подъемного, лифтового хозяйства, промышленных систем вентиляции, и т. п.) в основном используются покупные изделия электротехнической промышленности широкого применения, специализированных устройств не очень много. По большей части оборудование расположено в шкафах управления, пультах управления, силовые агрегаты расположены отдельно или встроены в непосредственно в само изделие (например, приводы станков).

Для станков, прессов актуальны задачи транспортировки. Это сказывается на условиях монтажа электрооборудования. Шкафы, пульты, отдельные части самого изделия транспортируются раздельно и, следовательно, должны быть предусмотрены разъемы в шкафах и на оборудовании, трассы.

Для лифтового хозяйства, систем вентиляции, и т. п. монтаж оборудования идет непосредственно на месте. Для такого оборудования характерны типовые решения, позволяющие заказывать шкафы управления в специализированных фирмах.
Для авиации, локомотивостроения, автомобилестроения, судостроения покупные изделия широкого применения применяются реже, используются специальные покупные или оригинальные устройства. Зачастую комплекты устройств поставляются для реализации специфичных задач (системы навигации, вооружения и т. п.). Обычно они представляют собой крупные блоки с разъемами. Электрооборудование расположено равномерно по изделию на переборках, в специальных встроенных шкафах, коробках.

Для авиации и транспортного машиностроения монтаж электрооборудования должен учитывать задачи надежности, герметичности и т. п. Монтаж электрооборудования идет непосредственно на изделии, причем большинство проводов и кабелей поступает на сборку в виде жгутов, изготавливаемых и тестируемых отдельно от изделия.

В судостроении монтаж электрооборудования определяется масштабом изделия, различными категориями помещений судна (с требованиями противопожарной безопасности, холодильники, жилые помещения и т. п.). Проектирование электрооборудования для больших судов осуществляется в нескольких проектных организациях, решающих свои задачи. Немаловажной задачей в судостроении является прокладка кабелей по судну, требующая больших затрат по поиску оптимальных конструкторских решений.

2. Задачи стандартов проектирования электрооборудования

Прежде всего отраслевые стандарты проектирования электрооборудования учитывают вышеизложенные особенности электрооборудования различных видов изделий.

Важной задачей стандартов является регламентирование этапов разработки электрооборудования. Стандарты конкретизируют не только процесс проектирования электрооборудования, но и процесс его монтажа, правил эксплуатации. (Зачастую САПР электрооборудования решает только задачи конструкторского подразделения, упуская не менее трудоемкие процессы разработки монтажной документации).

Для стационарных изделий играет существенную роль скорость проектирования. Как правило, подобный вид изделий единичен или мелкосериен. Зачастую заказчики таких изделий конкретизируют фирму – изготовителя электрооборудования для унификации, например, парка станочного оборудования. Все это требует быстрых темпов разработки проектной документации.

Недостатки быстрого проектирования компенсируются опытными монтажниками, которые осуществляют монтаж, имея в своем арсенале типовые решения для данного вида оборудования. Ошибка конструктора или монтажника для таких изделий исправима.
Необходимость в более серьезном качестве проекта для транспортного машиностроения и авиации требует более тщательных решений по монтажу, более высокого и качественного контроля конструкторских решений. Ошибка в проектной документации может привести к катастрофическим последствиям. Более детальная документация обеспечивает процесс монтажа, существенно снижая ошибки монтажника.

2.1. Принципиальные схемы

Для стационарных изделий (станочного оборудования, подъемного, лифтового хозяйства, промышленных систем вентиляции, и т. п.) принципиальные схемы обычно выполняются строчным способом. Электрические устройства отображаются на схеме разнесенным способом (отдельные элементы устройств размещают в разных частях/листах схемы). На принципиальных схемах формируются электрические связи (или потенциалы), которые могут соединять множество клемм электрических устройств. Как правило, на таких схемах практически отсутствуют монтажные соединители (клеммники, технологические разъемы, монтажные коробки).

Для авиационной промышленности, автомобилестроения построить принципиальную схему строчным способом сложно. На расположение электрических устройств на схеме влияет необходимость отображать большие блоки в виде таблиц контактов и указание экранировок электрических связей на этапе построения принципиальной схемы.
Для авиационной и судостроительной промышленности встречаются характерные особенности при проектировании принципиальных схем.

Схема содержит много сложных устройств и связей между ними, которые конструктор получает от субподрядчиков в документации системы электрооборудования. Конструктору удобнее заранее ввести таблицу соединений и затем отобразить устройства и их связи на схеме. Это гораздо более удобно, чем методично создавать связи на принципиальной схеме.

Необходимость конкретизации на этапе разработки схемы некоторых конструктивных решений приводят к использованию в принципиальной схеме и таких компонентов как шины. Иногда конкретизация конструктивных решений доходит до такой степени, что на принципиальной схеме начинают рисовать провода, а не электрические связи (так называемые полумонтажные схемы). Такие стандарты широко применяются при проектировании железнодорожного подвижного состава.

Во многих стандартах применяются специфичные требования к оформлению принципиальных схем. Так, для упрощения чтения, схемы дополняются перекрестными ссылками для поиска частей устройств по зонам листа. Указываются переходы электрических связей на другие листы схем. Иногда маркировка электрических устройств и связей осуществляется по расположению в схеме в порядке «сверху-вниз-слева-направо» или «слева-направо-сверху-вниз».

После разработки принципиальной схемы получают перечень элементов. Обычно его выполняют как универсальный документ, используемый для монтажа и заказа изделия одновременно. На некоторых предприятиях предпочитают формировать перечень элементов только для монтажа, когда устройства расположены в перечне строго по их обозначению, игнорируя группировку по типам изделий. Для заказа формируют материальную ведомость.

2.2. Схемы соединений/подключений

Монтаж электрооборудования проектируется в схеме соединений или подключений и на монтажном чертеже. Разработка монтажа предполагает определение мест расположения электрических устройств, определение трасс прокладки электрических связей, добавление в проект соединительных разъемов, клеммников и других соединительных элементов для развязки соединений в шкафах, определение марок проводов и кабелей, разработки жгутов.

На этапе разработки монтажа обеспечивается большинство требований к электрооборудованию. Именно на этом этапе проявляются наибольшие отличия технологий проектирования электрооборудования для разных видов изделий.

Результатом является получение схемы подключений или соединений, схемы внешних соединений, схемы подключений жгутов, таблицы соединений, таблицы внешних соединений, перечень соединительных элементов. Отличающиеся требования к монтажу электрооборудования для разных производств определяют формы и содержание этих документов. Так, для наиболее ответственных изделий требуется определение наконечников проводов, пайки, уточнения способа перехода экранов кабелей через технологические разъемы, и т. п. Соответственно добавление таких элементов в проект требует изменения формата документов.

2.3. Монтажные чертежи

Монтажные чертежи показывают расположение устройств и жгутов на оборудовании. Степень детализации монтажного чертежа зависит от требований производства. Для низковольтных шкафов, систем управления и автоматизации монтажные чертежи зачастую фактически вырождаются в упрощенные схемы расположения устройств, которые показываются габаритами с максимальным упрощением графики. Для шкафов с более плотным монтажом или с пультами управления на передней стенке актуальны задачи отработки монтажных зон устройств и контроля за взаимным пересечением их габаритов.

Электрооборудование в транспортном машиностроении прорисовывается более тщательно с использованием инструментов трехмерного проектирования и выпуском монтажных чертежей высокой детализации. Хотя и в этом случае степень детализации отрисовки отдельных элементов электрооборудования может быть занижена. Например, не всегда прорисовывают наконечники проводов.

Спецификация к чертежам выпускается в зависимости от степени детализации монтажного чертежа. Часто при проектировании сложных изделий спецификация электротехнических изделий объединяется с спецификацией всего изделия в целом.

2.4. Чертежи жгутов

Чертежи жгутов (плазы жгутов) показывают распайку соединителей и чертеж жгута. В основном жгуты разрабатываются для транспортного машиностроения.

Характерной особенностью чертежей жгутов является сложность разработки жгута, правильного просчета его размеров, особенно для новых изделий. Практикуется разработка чертежей жгутов по первому образцу выпускаемого изделия. Используются и специализированное программное обеспечение для проектирования 3d модели жгута с последующим выпуском проектной документации. Однако при сопровождении жгутов в производстве, или разработке модификации изделия, корректировку чертежей осуществлять удобнее не через 3d модель, а непосредственно по полученным ранее плазам жгута. Эта особенность характерна для выпуска небольших партий изделий, которые разрабатываются на базе основного изделия.

2.5. Поддержка электрооборудования в производстве.

В процессе производства изделия возникает необходимость в внесении изменений в проект электрооборудования, разработку его модификаций. Данная задача достаточно сложная даже в рамках организации «бумажного» документооборота. Подобные задачи наиболее востребованы в отраслях, производящих серийные или долгоживущие изделия.

2.6. «Разрывы» в процессах проектирования электрооборудования

Для некоторых производств существует задача выпуска проектной документации по документации, представленной другими организациями. Например, для судостроительной промышленности актуальна задача разводки кабелей по помещениям судна. Кабели часто определяются по данным, просто заявленным субподрядчиком, без готового проекта с его стороны.
Уже упоминалась необходимость ввода данных при поставках готовых систем электрооборудования. Это специфично, например, для авиации.

Таким образом приходится решать задачи подготовки документации электрооборудования не «с самого начала».

3. САПР электрооборудования ElectriCS Pro 7

Рассмотрим как вышеперечисленные требования к электрооборудованию можно решить в рамках САПР проектирования электрооборудования.

3.1. Объекты

В ElectriCS Pro был определен базовый набор объектов, с помощью которых осуществляется описание цифровой модели электрооборудования.
Все объекты электрооборудования:

Типизируются по служебному назначению.

Имеют буквенно-позиционное обозначение в пределах всего проекта.

Взаимосвязаны друг с другом в зависимости от назначения объекта.

3.2. Базовые объекты ElectriCS Pro

Системы электрооборудования – позволяют представить все электрооборудование в виде систем. Если нет необходимости разбивать электрооборудование по системам, то просто создают единственную систему.

Электрические устройства и их клеммы. К электрическим устройствам относятся все без исключения устройства, к которым могут подключаться электрические связи, в том числе и соединительные элементы (клеммники, разъемы и т.п.). Электрические устройства типизируются по служебному назначению.

Электрические связи (потенциалы). Это не «физический» а «логический» объект. Электрическая связь показывает, какие клеммы устройств соединены между собой, но не определяет порядок их соединения. Электрические связи на этапе разработки монтажа электрооборудования реализуются проводниками.

Группы устройств. Этот объект необходим при использовании электрических устройств, которые поставляются в виде отдельных частей, при работе с ответными частями разъемов и т.п. задач.

Шины. Шины это объект - гибрид электрического устройства и электрической связи. К шине могут подключаться другие электрические связи, и в свою очередь шина может соединять клеммы устройств. Надо заметить, что в разных стандартах проектирования шины могут существовать как логические (в принципиальных схемах) или как монтажные элементы (проектируются только в схемах соединений). ElectriCS Pro поддерживает обе разновидности шин.

Кабели логические. В некоторых отраслях промышленности имеется необходимость указывать в принципиальных схемах требований выполнения в кабеле электрических связей. По существу такие «кабели» не являются физическими кабелями, которые появятся только на схемах соединений. Однако их наличие позволяет автоматизировать создание «физических» кабелей. ElectriCS Pro поддерживает такие компоненты кабелей, как экранирующие оплетки, скрутки и вложенные кабельные структуры.

Оболочки. Это места установки электрических устройств и шин. Оболочками могут быть шкафы, пульты управления, переборки, коробки и т.п. изделия. Оболочки могут быть вложенными, например панели шкафов. Оболочки влияют на алгоритмы трассировки электрических связей (определение проводов, реализующих эти связи). Оболочки имеют описание монтажных переходов – мест, через которые проходят провода. В монтажном переходе можно смонтировать разъем или оформить его в виде изделия для пересечения проводами границы оболочки.

Проводники. Проводники реализуют электрические связи. К проводникам относятся провода, жилы кабелей, перемычки, шины. Для анализа соединений существует служебный проводник типа «прямая электрическая связь», которая устанавливается при прямом контакте клемм устройств (например, в разъемах).

Кабели физические. Обычно покупные изделия, которые реализуют несколько электрических связей в одной оболочке.

Жгуты. Конструктивно оформленный пучок проводов с несколькими концами, которые обычно заканчиваются разъемами. В состав жгута могут входить кабели, провода и некоторые виды электрических устройств (обычно соединители).

Сопутствующие изделия. Это изделия, которые можно «привязать» к перечисленным выше «физическим» объектам для решения различных задач. Например, наконечники проводов, кембрики, перевязки жгутов и т. п. являются сопутствующими изделиями или материалами.

Покупные изделия и материалы. Все объекты электрооборудования до определенной стадии проектирования могут оставаться «анонимными», т.е. конструктор не может на определенном этапе работы определиться с конкретным покупным изделием или материалом, которые должны реализовать функционал электрооборудования.

Все покупные изделия и материалы описываются собственными объектами в базе покупных изделий и материалов. После указания ссылки с «анонимного» объекта на покупное изделие, «анонимное» изделие получает все необходимые качества уже конкретного изделия. Например, «анонимное» электрическое устройство получит маркировку контактов в строгом соответствии с покупным изделием. Если в процессе проектирования возникнет какое либо несоответствие, то программа будет поддерживать несоответствующие свойства «анонимного» объекта до их исправления.

Мы рассмотрели только базовые объекты, необходимые для представления цифровой модели электрооборудования. Объем настоящей статьи не позволяет дать описание объектов использующихся для оформления схем, для описания покупных изделий, для поддержки проектной документации.

Все объекты, их отношения между собой, описываются в реляционной базе данных, фактически представляющей собой полную цифровую модель электрооборудования, содержащую подробные данные по составу и структуре электрооборудования и документы, подготовленные для печати.

3.3. Модули программного обеспечения

Основной идеей построения программных модулей ElectriCS Pro является наличие базового комплекта программного обеспечения, обеспечивающего общие задачи проектирования электрооборудования для всех отраслей промышленности, и модулей (плагинов), наборы которых различны для разных отраслей промышленности и в задачу которых входит реализация специфичного для отрасли функционала.

ElectriCS Pro 7 состоит из:

Ядро программы. Ядро программы само по себе не интересно конструктору - пользователю. Оно представляет собой оболочку для множества модулей (плагинов), обеспечивающую их связь с цифровой моделью электрооборудования. Ядро программы так же отвечает за некоторые специфичные функции, необходимые для всех задач проектирования электрооборудования. Например, оно поддерживает систему автоматизации обозначений объектов.

Навигатор. Набор модулей для работы с каждым объектом электрооборудования через табличный интерфейс. Навигатор позволяет контролировать процесс проектирования, осуществлять отдельные операции проектирования «вручную», получать промежуточные (неформальные) отчеты. Навигатор имеет инструментарий, позволяющий для каждой таблицы объектов загружать модули программы, работающие с конкретным выбранным объектом.

Система настройки параметров цифровой модели. Это несколько модулей, позволяющих настроить цифровую модель для реализации различных требований стандартов. Настройка системы обозначений, режимов работы графического редактора, атрибутов проектной документации (к примеру, для заполнения основной надписи чертежа) и т.п. Настройка параметров также имеет функционал для включения в интерфейс настройки параметров подгружаемых плагинов программы.

Система управления проектной документацией. Обеспечивает весь необходимый функционал для работы с проектной документацией. Загрузку листов схем в графический редактор для редактирования, создание сопроводительной документации. Одной из интересных возможностей является сохранение ревизий документов, что позволяет организовать поддержку электрооборудования изделия при его производстве.

Графический редактор. Графический редактор реализован в AutoCAD. Имеет полный функционал для разработки принципиальной схемы, схемы соединений/подключений. Графический редактор может работать как в режиме построения схемы используя данные цифровой модели, так и в режиме редактирования цифровой модели. Графический редактор имеет модуль «Менеджер», который является своего рода мини-Навигатором по цифровой модели электрооборудования. «Менеджер» оптимизирован для работы с схемами.

СУБД покупных изделий и материалов. Поддерживает описание покупных изделий и материалов, их поиск, выборку, передачу в цифровую модель данных. В базе покупных изделий присутствуют библиотека УГО, классификаторы единиц измерения и технических характеристик, библиотеки параметров проводов и материалов.

3.4. Дополнительные модули ElectriCS Pro 7

Дополнительные модули программы. Именно в них реализуется функционал ElectriCS Pro отвечающий за выполнение требований отраслевых стандартов и конкретных производств. Вышеперечисленные модули позволяют выполнить весь проект полностью, но автоматизировать разнообразные задачи проектирования можно только «дополнительными модулями». Именно в них лежит ключ к качеству проектов, к скорости выполнения специфичных операций, к получению разнообразных отчетов.

Комплект вышеперечисленных базовых модулей и набор «дополнительных» модулей, формирует комплект поставки ElectriCS Pro для конкретной отрасли машиностроения. Причем нет никаких ограничений на развитие функционала путем заказа специфичных модулей предприятиями для реализации своих задач.

Какие «дополнительные модули» поставляются для общего машиностроения (базовая поставка):

  • Все виды типовых отчетов: «Перечень элементов», таблица соединений (две формы), спецификация.
  • УГО «Таблица контактов» для построения на схемах таблиц контактов электрических устройств типа контроллеров.
  • Проверка ошибок конструктора с набором проверок оптимизированных для общих стандартов.
  • Утилита разрезки кабелей и проводов разъемами.
  • Пакет утилит для ускорения разработки базы данных покупных изделий (за отдельную плату).
  • Утилита табличного ввода соединений в виде электрических связей или в виде проводов и кабелей (за отдельную плату).
  • Утилита передачи данных по жгутам в систему проектирования жгутов Unigraphics (за отдельную плату).
  • Плагины свойств объектов.
  • Плагины списка сопутствующих объектов.
  • Плагин определения физических кабелей по кабелям «логическим».
  • Плагин для работы с перекрестными ссылками на принципиальных схемах.
  • Плагин определения проводов для жгутов по электрическим устройствам, входящим в состав жгутов.
  • Подбор ответных частей разъемов.
  • Назначение марок проводов (простой алгоритм).
  • Плагин трассировки проводов.
  • В разработке находятся плагины, реализующие функционал работы с наборными кеммниками, подбора наконечников проводов, автоматической перемаркировки устройств и электрических связей по их расположению в схеме, система трехмерного предварительного моделирования прокладки проводов и кабелей и т. д.

    Наиболее востребованными являются функционалы специфичные для конкретных отраслей промышленности, которые выполняют узкие задачи проектирования. Например, для авиационной промышленности требуется функционал разрезки проводов технологическими разъемами, который должен учитывать: вариант разрезки экранов кабелей (с перемычкой или нет, в обход разъема, с подбором паячной муфты), соотнести материалы и сечения клемм с подключаемыми проводами, возможность назначить перемычки и дублирующие проходы связей через разъем и т.д. Такой функционал может быть узок даже в рамках своей отрасли.

    ElectriCS Pro 7 является программой для проектирования низковольтного и силового электрооборудования для таких отраслей машиностроения как авиация, станкостроение, судостроение, железнодорожного подвижного состава, может решать задачи для энергетики.

    Расширяемость ElectriCS Pro 7 позволяет решать задачи конкретных производств путем заказа специфичного функционала.
    ElectriCS Pro предполагает работу над одним проектом всей рабочей группы.
    В настоящее время идут работы над стандартными комплектами поставки для авиации и локомотивостроения, разработки функционала, который мог бы быть востребован более широко разработчиками электрооборудования.