杨历勇

（上海大华电器设备有限公司，上海 201800）

在传统成套电气产品设计过程中，主要利用计算机的CAD软件来绘制相关图纸，以平面三视图作为主要形式，来查看一次导体、二次线缆、连锁机构等方面的设计是否合理，对设计人员工作能力、工作经验等都有着较高要求。如果成套电气的结构较为复杂，要将多个图纸进行联合比对，此时，就是最容易出现设计失误的环节，往往要经历反复的修改、调整、试验等，让整体设计周期大大延长。随着时代的不断发展，传统成套电气产品设计理念和方式已经不再适用。为了更好地满足市场需求，要对技术进行革新和升级，虚拟装配技术在成套电气转给企业中也得到了广泛应用。虚拟装配技术是以计算机图形学、人工智能技术、仿真技术为基础的，在产品装配中进行交互分析，将装配过程和结果更直观地展现出来。在先进技术的应用下，从设计到产品的进程会更快，所耗费的时间也能够大大减少。目前，Solid Works、Super Works等建模软件的应用较为普遍，能够实现设计全过程的虚拟装配，从不同的角度展现出成套电气产品的设计特点。因此，对虚拟装配技术在成套电气领域的运用进行分析具有重要意义。

1 虚拟装配技术

传统成套电气设备的设计效率较为低下，对设计人员专业能力的依赖程度很高，且如果某一环节出现问题，就会引起联锁反映。容易出现设计错误、装配顺序不当等失误，造成人力、财力及时间的浪费。虚拟装配技术的应用，在很多方面都能够代替人工进行设计，简化了设计流程，对重难点的分析也会更为明确。在设计阶段，虚拟装配可模拟各零部件的安装过程，对装配流程是否合理、零件安装是否准确等进行验证，提升装配效率。具体来说，虚拟装配技术可分为以下几类：（1）以成套电气产品为中心。在电气产品设计阶段，要以实际用电需求为主，优化设备结构，确保其性能完好。（2）以工艺规划为中心。当前我国电力事业发展迅速，电力工程建设工艺、产品的设计工艺等都发生了较大改变。在虚拟装配技术的应用下，装配方案会更科学，所使用的工艺也会更合理。（3）以虚拟原型为中心。对成套电气设备的外观、功能等进行仿真，并将其和实物进行评价比较，在测试合格后可正式进行设计和生产。

2 成套电气设计中虚拟装配技术的运用分析

2.1 3D实体建模软件Solid Works

Solid Works作为三维CAD系统，技术含量并不高，容易上手，且功能强大，成套电气中的管线设计、电气设计等都有涉及，可满足绝大部分情况下的工作需求。具体应用流程如下。

（1）以设计要求作为主要依据，在系统中输入相关参数，从Solid Works数据库中查找相关度最高的模型，适当进行修改。（2）以输入的信息顺序为依据，建立虚拟实体、虚拟部件装配体等，可利用以下几种方式建模。一是直接建模。可对成套电气产品的物理信息进行直接定义，例如，钣金的胎具折弯钣金、设备的凸起、凹坑、轮廓等。二是参数化预置建模。多用于对单一零件建模的调整，也可修改定型装配组件，只需要对关键特征的变量进行调整即可，这些关联量会随着系统中的方程式关系的改变而发生变化。（3）按照不同的层次、区域和模型设计对成套电气的虚拟部件进行划分，利用三维立体模型将其直观地反映出来。这一阶段的虚拟模型已经具备了基本的物理属性。（4）在得到了虚拟模型的基础上，可以适当增加物理变量约束，让其能够移动。（5）在Solid Works软件中，对成套电气模型的模拟情况进行修改完善，重复以上步骤，直到设备不出现异常情况。具体的虚拟装配流程如下：确定设计输入条件，选取高度契合的蓝本，建立部件的虚拟实体和虚拟部件装配体，完成初版虚拟模型，设定运动约束条件，模拟运动仿真，修改完善设计，设计完成。

2.2 基于数字化接线图生成软件Super WORKS

Super WORKS可让设计师对电气原理图进行绘制，并根据实际情况进行适当调整及修改，随后利用该软件生成接线表、开关量表、电缆表等。Super WORKS的主流版本为D-Hub版，可连接互联网，为成套电气设备的设计和模型生成提供强有力的技术支持。Super WORKS软件具有生成新图纸的功能，也能够从其数据库查找已设计的图纸，可随时进行参数的调整、修改、端子识别等，根据设计的重难点，自动生成需要补充的信息。在利用该软件进行虚拟装配的过程中，还要明确各电气元件的安装位置、不同设备的型号参数、电缆安装的起点和终点等，以统筹的角度对其进行修改和完善，形成科学的、可行的电气图纸。

2.3 二次线3D自动方针软件Super Harness

Super Harness作为一种CAD/CAM软件系统，能够对成套电气设备的导线布置情况进行三维模拟，查看其是否布置合理，如果发现存在异常，可将相关信息及时反馈给设计人员，在数控代码的辅助下，导线能够自动进行制造。该软件的主要应用流程如下：（1）将Solid Works中的模型导入其中。（2）准确把握虚拟模型中成套电气设备的特点，以Super WORKS提供的图纸信息作为重要参考依据，对每个设计面进行命名。（3）随后利用D-Hub版的Super WORKS，在数据库中查找所需要使用的电气元件，自动捕捉模型面特征上的孔位。（4）在所有布局完成后，有关人员可根据设计要求，对成套电气设备的线路设计、路径等进行合理安排，形成二次线束的虚拟装配。

3 虚拟装配技术的发展趋势

（1）CAD系统与虚拟装配系统的集成化。目前不少成套电气设备的虚拟装配都要以CAD系统为技术支持，在设计完成后，不管是修改还是装配过程的信息，都要通过虚拟装配系统进行反馈。两者之间在信息交流方面有一定障碍，因此，在未来发展中，要加强CAD和虚拟装配系统之间的结合，实现信息的高效传输和共享。（2）成套电气设备虚拟装配系统的智能化。当前我国科学技术发展迅速，很多行业和领域也都正朝着智能化、信息化的方向发展。成套电气领域也要顺应时代发展趋势，多采用智能优化算法，将现代技术作为其取得发展突破的重要依据。（3）网络的协同化。成套电气设备、线路的设计并非一个人或一个部门完成的，而是需要设计团队的共同参与。主要是因为人们对用电需求量的不断增加，让电气设备的设计也更为复杂；无论是设计还是一线的生产人员，都可直接参与虚拟装配设计，推动其协同化发展。（4）提升建模的合理性。Solid Works、Super WORKS、Super Harness等都是功能比较强大的建模软件，即便能够利用三维立体模型从多个方面来展现成套电气的设计流程，但是和实际情况仍然有较大差距。例如，温度、零件行为误差等就会影响装配精度，如果建模阶段出现问题，就会让虚拟装配达不到预先设计的要求。

4 结语

总而言之，当前我国科学技术发展迅速，虚拟装配技术是以计算机技术为基础的。在对成套电气设备的设计阶段，要应用到多个不同的软件，充分考虑设计环节存在的问题，并制定针对性的解决对策，要突出可视化、交互式的特点。随着相关技术在实践中的不断优化和革新，虚拟装配技术未来会朝着智能化、集成化、协同化的方向发展，信息交流会更高效，缩短成套电气设备的设计与制造周期，推动我国整体经济发展。