一、前言
2018年，Trace Software推出了《電氣CAD軟件選型指南》白皮書，分析了當前國外電氣軟件的發展方向和三大發展趨勢，為電氣CAD軟件選型公司提供參考。
機電協同佈線設計必然離不開電氣原理設計，傳統的設計方式將電氣與工藝設計分離，對適應當前智能製造大背景下帶來的智能產線升級，智能裝備設計及製造造成瓶頸，大多數行業龍頭企業都在尋求機與電的有效融合，數據互通，在此大背景下，如何電氣數據與結構數據融合，既數據可重複使用，成為裝備製造企業在信息化建設最後一公里的關鍵點。
本文講解在應用成熟電氣CAD數字化設計軟件的基礎上，基於Creo三維平臺的佈線及工藝文件輸出應用案例。
二、機電協同設計的前提條件
從事設計的工作者都很清楚，參數化設計在電氣設計中發揮著重要作用，傳統的CAD圖形化設計已經不能滿足新一代工程項目的複雜設計要求。因此，電氣參數化設計是完成機電協同設計的前提條件。
我們知道，電氣佈線要求有電氣原理的支撐，在電氣原理設計環節實現完整的參數化設計是實現數字化佈線設計及電氣數據管控的基礎和必要條件。目前較成熟的電氣參數化設計軟件有eplan和elecworks，兩者都是基於數據庫的對象式設計，本章重點介紹elecworks的參數化設計方式，及與Creo協同完成機電佈線的應用案例。
前期通過elecworks完成電氣原理圖創建的大致步驟如下：
創建項目，根據應用標準選擇項目模板。
elecworks支持GB,IEC,ANSI,JIS四種設計標準，選用不同的標準模板，軟件會自動調用各國標準中所定義的設計規範，並自動應用到項目的各個設計環節，例如字體，編號樣式，符號標準，選型標準，圖框標準等。
2.創建原理圖模板，使用參數化工具高效完成電線，電纜，電氣元件，端子等原理圖設計，如有PLC相關設計，還可以使用PLC參數化管理工具完成PLC接線圖的設計。
通過軟件自帶的圖庫及選型庫，設計者可使用拖拽的方式完成圖形內容搭建，對於一些特殊期間，例如伺服變頻設備，軟件通常採用black box(黑盒)設計，只需在圖紙中繪製一個矩形，軟件會賦予它電氣連接點參數，選型參數，它立即成為一個參數化電氣設備。
3.生成BOM清單，完成參數化的原理設計後，電氣元件及線纜連接信息完全保存在數據庫中，通過elecworks內置BOM導出工具，可自定義提取所有報表數據，例如電纜清單，接線表，物料清單，端子報表等。
對於報表的編輯工作，也不像其他軟件，需要利用編程語言單獨開發固定的模板。elecworks則開放了界面式報表編輯器，將數百種變量變為可視化參數，用戶只需要在模板的合適位置添加所需變量，並可以在可視化窗口中調整報表的排序規則，數據分類規則等，定製化的報表配置可在幾分鐘內完成。
本案例中導出的為電線接線表清單，包含了電線的物料標準，從到端的工藝接頭，兩端設備詳細連接點信息，線號表，長度等內容。
4.面板佈局圖，基於elecworks參數化的物料庫，可自動提取與真實物料選型1:1尺寸的外形圖，由設計者完成面板佈局。
參數化的優勢是通過動態尺寸數據的驅動，外形圖在佈局時自動匹配，不再需要人為錄入尺寸，此設計方式節約了大量的人工選型及繪製面板佈局時間。
三、單獨應用Creo的佈線
在參數化電氣CAD軟件沒有實現機電協同應用之前，通常專業的三維CAD軟件也會提供一些Cabling（佈線）模塊，例如 UG的Cabling，Creo的Piping and Cabling，SolidWorks的Routing等。
這裡我們不妨先來了解一下基於三維CAD軟件自身提供的佈線模塊的工作原理，有助於與後面章節機電協同設計形成一個鮮明的對比，我們拿Creo佈線模塊舉例。
Creo佈線簡單來講分為幾個步驟：
1.3D佈線前的準備，主要是對三維模型預處理，通過簡化模型，調整模型樹機構，建立座標系，參考軸等工作； 再就是需要處理端子出線方向。
2.準備接線數據中性文件，.nwf, .xls, .xml等格式文件，此準備過程需要通過電氣CAD進行導出，或者需人工錄入，錄入過程需要對電氣原理圖有比較深入的理解，結合實際設備的端子接頭編制中性文件，以備導入所需。
圖6.待導入的中性文件
3.導入.nwf中性文件，一一對應文件表中各數據與3D模型的關聯關係，此過程需要人工比對，需要對電氣原理圖和3D模型有非常清楚的認識。
4.創建佈線網絡，明確走線的公共路徑，比如建立一條從A到B的高速公路，需要通過草圖繪製一些基準面或基準線，為了是路徑達到更美觀的效果。
5.開始自動佈線，佈線的結果和過程取決於接線表的準確度以及模型與電氣參數的一致性。
6.生成各類工藝報表，線纜長度報表，3D線纜展平圖等。
圖7.線纜長度表
圖8.3D線纜展平圖
以上過程，我們不難發現，對於設計者的要求很高，需要設計者能夠識別原理圖數據，輸出為Creo可導入格式，同時要求設計者瞭解三維裝配中的零件結構並能進行電氣元件參數的定義工作，如果裝配體中涉及的電線電纜數量增多，此工作量會呈幾何倍數增加，設計者需要在大量的線纜中甄別器件連接點，並能夠準確在三維裝配中篩選出有用的電氣模型，經過一些企業的走訪，要實現設計指導生產並非易事，隨著設計週期和生產週期的壓力，大部分企業並不能在生產開始前按照上述步驟完成具有生產指導意義的3D佈線工作。
四、藉助elecworks for Creo的佈線
2005年，elecworks業內最早的推出了基於三維CAD軟件無縫集成的佈線模塊，何謂無縫集成？它的工作方式完全顛覆了我們傳統思維模式，甚至有些設計者親眼見證這種集成方式之後，大呼沒有想到可以這樣集成。
其實，最早與elecworks合作的當屬SolidWorks，很多SolidWorks用戶目前也都瞭解這一集成功能，但是由於Creo之前並沒有可與之競爭的集成方案，因此Creo用戶大部分不瞭解這種集成模式。
首先，elecworks for Creo是完全嵌入在Creo菜單中的外掛插件，通過此插件，可以連通三維模型與elecworks電氣原理數據，簡單理解的話，就是省去了任何中間格式文件的轉換過程。
採用elecworks for Creo佈線過程大致如下：
1．使用elecworks 2D軟件完成電氣原理圖設計。既本文章節二中提到的前提條件，這個步驟非常重要，它是數據生成的主要來源，當然，elecworks也可以不繪製原理圖，利用“excel自動化”功能，通過選配式設計直接指導三維佈線，本文不再詳細描述此方法。
2．進入Creo界面，elecworks菜單，可通過“工程管理”菜單直接進入上述的電氣項目。
前面提到elecworks基於數據庫的設計方式，可通過Creo插件直接讀取到電氣項目數據，並且可以在Creo環境下直接預覽電氣圖紙。打開工程瀏覽器中的Creo格式文件，通過此方式進入，其實已經建立了電氣數據與Creo裝配體的關聯。
3．三維模型與電氣零件的關聯。
a)對於還沒有三維電氣模型的裝配體，通過elecworks自帶的模型庫，可以直接點擊“插入零件”菜單，選擇本項目中需要插入模型的電氣零件名稱，elecworks自動調出此設備零件模型，用戶只需在Creo中放置具體位置即可。
b)對於已有三維電氣模型的裝配體，用戶只需先選中要定義電氣屬性的模型，再點擊elecworks菜單中的“關聯”菜單，選擇要關聯的電氣零件名稱，就能瞬間完成電氣數據與三維模型的關聯。
4．佈線網絡的設置。
對於需要線槽的路徑，用戶可直接調用elecworks提供的標準線槽，放置在裝配體的合適位置即可，無需另外建立座標系和佈線網絡。
對於類似櫃門，或者複雜走線空間的環境，用戶可通過“纜”功能，創建虛擬佈線網絡專用通道，結合Creo的基本功能應用，建立佈線路徑座標系，既上文中提到的線路走線的公共路徑。
5.自動佈線。點擊elecworks菜單中的“自動佈線”菜單，可快速自動完成網絡佈線，且可直接切換為實體佈線，既可以根據電氣原理中的線纜屬性，截面積大小自動生成具有真實指導意義的實體佈線，用戶也可以對個別線路進行手動調整。
6.工藝文件輸出。佈線結束後，返回到elecworks 2D界面，可在接線表中一鍵式更新線纜長度。
7.此外，elecworks接口不僅模擬電線佈線，更可以實現快速電纜佈線，並且能真實反映電纜各芯剝皮段的接線方式及長度；對有些需要完成線束設計的企業，通過elecworks線束設計模塊，能夠根據定義自動生成電纜束設計，此內容本文不再詳細描述，實例效果如下圖。
通過以上步驟，就完成利用elecworks for Creo的快速佈線，我們不難發現，佈線的所有操作環境都在原有的Creo環境下，用戶無需學習任何額外的三維軟件，還可以直接利用Creo已裝配的模型，在資源的重複利用，實現的可行性方面都具有真實意義。
五、結語
elecworks for Creo的優勢就是，真實協同設計環境的搭建，及應用的便捷性。對比Creo手動佈線，它節省了中性文件的準備時間，不需要進行文件或模型的導入或導出，這樣，從根本上解決了設計者既需要充分了解電氣原理，又必須有足夠經驗面對複雜三維模型，對於處理大裝配體，複雜佈線網絡的實現提供的可能性。
對比Creo手工佈線和elecworks自動佈線，我們不難發現，用戶無法成熟應用的原因也在於應對用戶臨時提出的需求變更，手動導入，關聯，和佈線已經耗費了大量時間，面臨原理設計變更時，此過程幾乎不可能再複製。
另外，此方式對於工程師的個人能力要求則大大降低，電氣工程師無需掌握詳盡的三維軟件技巧，無需掌握建模知識，只需規劃合理的佈線路徑就能實現數字化佈線。
第三，通過引入elecworks網絡版，elecworks 2D 與Creo可以實現遠距離協同設計，分別由電氣設計和機械或工藝團隊在各自的工作段完成設計。
當然，協同設計的概念遠遠不至於電氣原理驅動三維佈線，也不至於電氣設計與機械設計遠程共享數據，協同設計還可能涉及到PLM的項目管理，ERP的物料協同，甚至是大項目對於電氣設計團隊的協作設計要求，本文只是通過elecworks for Creo的集成，引入到機電無縫集成的工作方式，隨著企業信息化平臺的不斷完善，我們相信，機電協同設計還會有更加完善的內容加入。
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