SolidWorks电器行业设计解决方案

作者：上海实威软件科技股份有限公司 韩勇

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... “电”一个与我们生活息息相关，再密切不过的事物，从一开始人们对它的恐惧，到现在的息息相关密不可分。早在公元前585年，古希腊哲学家塞利斯，已经发现了摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体。我国在东汉时期的王充在《论衡》一书中提到“顿牟掇芥”等问题。从恐惧到逐渐认识，再到加以利用，经历了一个漫长的过程，“电”因此也改变了人类的命运。1660年，马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机，再到1821年英国物理学家法拉第发明了世界上第一台真正意义上的电动机。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先，开启了人类利用电能的新纪元。1879年爱迪生发明了世界上第一只实用的白炽灯泡，从此将光明带进人们的生活世界。 电的发明和利用使得人类社会进入到了一个崭新的世界，促进了人类制造技术的发展，而以制造业为基础的工业文明，将人类文明社会推向了一个新时代。伴随着人类文明的不断前行，人们始终没有停止对这种能源的开发与利用，应之而生的电器技术也为人们更好地加以利用这种能源提供了巨大的帮助，而同样不断发展的客观要求，也对我们的电器人提出了更多的要求与挑战，使得我们的设计需要更趋于人性化，产品由传统型向组合化、智能化、高灵敏度和高可靠性方向发展。 电器的设计工作过程往往比较复杂， 中间涉及电、磁、机械、材料、结构和安全性等方面的技术，因此在设计过程 当中需要做大量的分析、验证和结构处理等工作，产品经过反复电气特性与机械特性的验证、测试之后，才可以成为一款满足性能需要，可靠性达标的产品。因此，创新性的设计出合理的高性价比、高安全性的产品都成为摆在电器企业面前的一个挑战。 近几年来，我国的电器设计制造水平不断提高，电器的开发研制工作从传统的设计过程逐步向智能化技术方向发展，电器的技术理论和电器产品结构正处于不断的完善与全面提高的阶段，设计过程中大量引用计算机辅助设计技术，使产品开发设计速度大大提高，产品开发周期不断缩短，为我国电器行业的产品设计注入了强力剂。CAD/CAE/CAM技术的不断发展， 使得电器设计由传统的二维时代逐步向三维的设计阶段跨越，对应的优势也一步步凸显出来。由于电器产品的结构比较复杂，涉及的零部件比较多，部件之间的相互结构位置关系要求比较严格，空间布局复杂，因此在传统的二维设计环境里很难将产品的结构关系清楚表达出来，因此在装配制造过程当中经常会在最终组装产品时，出现配合关系错误，零组件之间出现互相干涉等等问题，公司往往需要经过多次修改变更才可以成型最终的产品。当设计者改为在三维的空间环境里进行实体的数据模型设计时，设计者可以非常清楚直 观地看到自己的设计思路，并在设计过程当中发现可能的设计问题，将错误在设计阶段就回避掉。借助于计算辅助分析加工制造等智能化集成系统，可以快速的进行结构设计、实体造型、特性分析、加工模型和成型可形性分析等工作，避免传统手工计算方式需要花费大量时间与人力的问题。计算机专家辅助分析模块，可以方便地根据电器的性能要求，来确定合理的结构形式，合理的安排激磁系统、反力系统，选择合理的触桥类型、灭弧装置等。为设计工程师提供有限的设计分析数据，为设计一款性能达标、高可靠性的产品提供技术保证。 SolidWorks产品作为一款出色的计算 机辅助设计、分析、制造系统，正在被越来越多的电器行业客户所应用，帮助越来越多的电器设计企业来提高产品设计的安全性，缩短设计周期，大大提高了设计效率，使企业更好得赢得市场。 SolidWorks作为视窗环境下发展而来 的3D实体模型设计分析系统，为达索旗下的子公司，专门负责研发与营销视窗形机械设计软件及分析系统。SolidWorks设计软件采用参变数相结合的设计方式，并以特征化的思想来进行结构模型的设计，结合至上而下及至下而上的灵活装配体设计思路，使设计者可以更加得心应手来将自己的设计意图表达于实际的设计模型数据上面。 对于电器元器件产品的设计，比如断路、接触器、继电器等产品，产品其整体结构复杂，其中涉及到的零部件产品也比较多，因此在设计过程当中需要花去大量的时间来进行结构的布局，零组件的设计。SolidWorks设计软件由于继承了视窗系统的使用特点，设计工程师可以在Windows的操作环境下灵活进行产品设计。SolidWorks所发展的突破性的智慧特征技术(SWIFT)帮助设计人员快速成为合格的3D设计工程师，另外软件特有的Instant3D动态修改技术，使工程师可以对多重关联特征进行整体性变更。 产品结构在设计的时候我们经常会碰到的一个问题是，如何定义产品构件的设计尺寸公差，如何定义一个合适的装配尺寸带?众所周知，我们在设计产品时往往是以理论值来进行模型或是图样数据的绘制，但工艺制造偏差是我们在制造时不得不去考虑的关键性问题。SolidWorks 在SWIFT系统当中提供了一个尺寸专家工具(DimXpert)及TolAnalyst公差分析工具，借助这两个工具我们可以用来研究公差各组合方法对于组合件两个特征之间的尺寸堆栈的影响，各项研究的结果是一个最小和最大的公差堆栈，一个最小和最大的平方根总和(RSS)公差堆栈以及一份有影响的特征和公差的清单。就使得我们在产品的设计前期定义合理的尺寸公差范围，使在满足性能，装配要求的前提下，合理调整公差范围，降低工艺制造难度，增加装配精度，以避免产生过高的产品不合格率。 我们知道在此类型的产品系列当中，有相当一部分的零件可以将其归属到标准件的行列，或是说可以根据企业产品类型的不同将其定义为通用件产品，因此我们希望可以在不同的产品类型或是系列 化当中方便进行这部分数据资料的调用、重用，以节省工程师的设计时间，缩短周期。SolidWorks软件系统本身提供了一个非常宠大的标准零部件库，企业在设计过程当中可以根据不同的产品类型要求对标准件进行选择，以适应不同的产品标准， 这样可以帮助设计工程师省去大量的绘制标准元器件的时间，有效提升设计效率。对于类似的通用件管理部分很多的电器设计企业或多或少的还会面临另外一个问题，“如何有效的重复利用公司现在产品系列上的通用件，减少设计制造重复性部件，并且同时也可以避免设计零件非标或内部零件的多样化，进而导致公司在采购或是制造上的成本增加”。通过以往企业实施的经验角度来看，公司可以借助于SolidWorks所提供的项目协同设计管理平台PDMEnterprise来有效的进行项目标准件的管理，这样公司每个产品系列的零部件都可以方便通过项目管理的方式检入的数据库当中，工程师在设计之时如有碰到类似的部件需要，可以通过数据库的检索功能到已经有企业库中进行查找是否有符合功能、尺寸、材料要求的已有件，我们知道任何一个零部件数据都会有自身的属性信息，比如其材质、有效高度、额定电流、镀层厚度和镀层材质等，这些信息都可以作为我们的综合查询条件，一次性定义多个查询信息，全部符合要求的部件都 会在库检索完成后自动罗列出来，如果有类似件则可以直接调用，如果没有则再在一定的基础上进行开发设计。这样既加快了设计效率，也避免了企业内部零件过多样化带来的系列问题，利用现有资源实现尽量少的内部多样化，而达到外部多样化的产品组合。 对于成套设备的电器设计厂商而言，除了面临一些元器件的厂商所碰到的问题外，在整个设备的机柜设计方面也需要有良好的工具来处理电器柜室模块化的设计及机柜室复杂钣金的设计。整个柜体 基本全部由钣金的形式进行折弯成型，之后再组装完成，因此需要保证精确的成型尺寸。钣金设计是机械设计的一个难点，其需要根据不同的钣金材料，不同的成型厚度、角度等准确计算板料的下料、折弯线、折弯扣除等参数。在使用传统的二维设计系统时，这部分的数据都需要大量的经验积累来确定相关的参数值，经常会因为计算不准确而导致错误。所以我们在做钣金设计时，需要考虑多方面的问题：钣金结构的设计能不能展开;是否可以经过合理的折弯工艺成型产品;如何找出最优化的下料方案等。SolidWorks三维设计系统的钣金设计模组，工程师直接在三维的环境下进行最终机柜的尺寸外形设计，当工程师完成设计时，所得到的数据就是完整的产品，然后根据相应的设置，进行板料的展开计算，系统会根据相应的钣金系数，自动找出折弯线、下料尺寸等参数。通过钣金的折弯表格，可以将公司常用到的板材型号或是折弯特征信息录入到其中，无论是否有经验的工程师在进行设计时，都可以调用到其经验数据，提高设计的准确率及设计效率。 当我们从二维设计的时代跨越到三维阶段的时候，最直接的变化就是大家的设计模式发生了变化，由平面线条的设计数据转变成了直观的实体模型数据，当然我们跨越这一步的目的还不仅仅只是为了方便直观地查看设计数据而已，更深一层的意义在于我们可以利用现在不断发展的计算机辅助技术进行设计合理性、可行性的分析验证，我们希望可以在设计阶段就去发现潜在的设计问题，而不是等到打样产品的时候再去发现设计问题，这样就避免了很大程度上的时间浪费、人力浪费、公司成本的浪费。计算机设计系统具有相应的专家模块CAE分析系统，CAE技术包括应力强度相关分析、运动机构分析、气动或流场分析、电路设计和磁场分析等。可以很方便根据性能要求确定电器的结构形式，合理安排激磁系统，选择合理的触桥类型、灭弧装置等，在设计阶段就给出工程设计人员良好的解决方案，而避免将问题带到下面的设计环节。 SolidWorks Simulation作为SolidWorks公司的分析产品线，可以与SolidWorks产品作无缝的整合，用户可以直接通过他们的SolidWorks界面执行设计分析、仿真和优化，让设计人员专注于产品创新，而不是学习模拟和分析工具本身。SolidWorks Simulation提供了简单准确的设计分析， 它通过为设计人员提供捕捉错误的安全网，设计人员能够放手创新。在专业版 SolidWorks Simulation当中可以帮助那些熟悉设计验证概念的工程师对零件和装配体进行虚拟测试和分析。如果工程师们需要使用更具体的设计分析功能，则可以使用SolidWorks Simulation高级版对几乎任何零件或装配体在任何载荷条件下的物理特性进行预测。COSMOSEMS是一款电磁分析系统，它允许电气和电子产品设计人员仿真零部件在低频电磁电流场中的效果。COSMOSEMS与SolidWorks完全集成，可以仿真传导和电容性系统中的低频电流和电场，并且可以仿真电流或永磁体所产生的磁场。它包含一整套全面的工具，可用于静态、瞬态和谐波低频电磁研究，从而允许进行静电、静磁、电磁、电路和电流传导的仿真。在设计何种电气产品，您都可以在产品开发周期使用COSMOSEMS，以帮助您在更短的时间内开发出更好的产品。 日益发展的计算机辅助设计技术可以更加快捷高效地帮助我们的工程师实现产品数据的三维造型、结构排布、组装，进而自动产生工程图样等工作，但是，一款电器产品要想满足预期的技术条件、达到预期的电气、机械性能，还是必须经过反复试验才可以达到最终的设计要求，而计算机模拟与仿真技术的应用可以在样机制作前，精确掌握产品的性能，减少重复打样制作次数，降低测试费用，加快产品开发周期。我们希望可以通过智能化计算机辅助设计技术的应用，将我们传统的电器 行业设计水平推上一个新的台阶，最大程度提升民族企业产品的竞争力，为我们的电器产品更好参与国际市场竞争，提供推动力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/15/2010)