Эффективный инструмент для проектирования электрокабельной разводки, или «Три в одном»

Радислав Бирбраер, Олег Гаршин, Юрий Космачев, Вячеслав Столповский

Pro/Diagram

Pro/Cabling

Pro/HARNESS-MFG

Pro/ENGINEER — лидер на рынке систем автоматизированного проектирования

Компания SOLVER

Современные системы автоматизированного проектирования для машиностроения должны обеспечивать комплексное решение задач по разработке новых изделий, включая трехмерное моделирование деталей, узлов, механизмов и конструкций, инженерный анализ, организацию и управление процессами проектной работы. Программный комплекс Pro/ENGINEER по праву занимает лидирующее место среди лучших систем проектирования, помогая промышленным предприятиям разрабатывать высококачественную и конкурентоспособную продукцию и выпускать ее на рынок с опережением конкурентов.

Как и большинство современных САПР высокого уровня, программный комплекс Pro/ENGINEER состоит из основного модуля — Pro/ENGINEER Foundation — и ряда дополнительных модулей для решения специфических задач проектирования. В этой статье мы хотим ознакомить вас с возможностями специализированного программного модуля Cabling Design Option для проектирования электрических схем, трехмерных моделей электрокабельных разводок и генерации рабочей документации. Этот модуль будет полезен (а при полном освоении его возможностей — незаменим) для разработчиков электрооборудования в таких отраслях, как точное приборостроение, автомобильная и авиационно-космическая промышленность, производство товаров народного потребления и т.д.

Преимущества модуля Cabling Design Option перед аналогичными программными инструментами других производителей заключаются в том, что сразу три задачи — разработка схем, трехмерных моделей и подготовка к выпуску документации — выполняются с помощью одного программного средства. Поскольку этот модуль разработан той же компанией, что и комплекс Pro/ENGINEER, и работает в тандеме с ним, это позволяет исключить появление ошибок в процессе моделирования при переходе от одной системы к другой. Кроме того, принцип параметрического представления данных обеспечивает возможность внесения изменений в модели на всех этапах проектирования и проведения этих изменений — как от схемы к изделию, так и наоборот.

В соответствии с решаемыми задачами Cabling Design Option состоит из трех составляющих его программных приложений: Pro/Diagram, Pro/Cabling и Pro/HARNESS-MFG. Расскажем о каждом из них подробнее.

Pro/Diagram

С помощью данного приложения разработчик может проектировать электрические схемы практически любой сложности, содержащие большое количество компонентов, соединений и специальных условных обозначений. Уже на этом этапе закладываются все необходимые характеристики используемых в изделии проводников и кабелей: толщина, минимальный радиус изгиба, количество, цвет проводников в кабеле и т.д. (рис. 1).

Каждому компоненту, кроме специфических параметров (тип, идентификационное обозначение, количество контактов и т.п.), присваивается наименование его трехмерной модели, а всем контактам — наименование. При необходимости можно задать и величину сигнала.

Прорисовывать каждое условное обозначение элементов схемы нет необходимости — можно использовать готовые параметризованные элементы либо элементы из созданной самим разработчиком базы (рис. 2), что существенно увеличивает производительность работы. Предусмотрена и возможность импорта элементов, например в форматах *.DWG и *.DXF.

Для увеличения производительности можно объединять элементы в группы, создавая составные элементы схем. При использовании параметризованных элементов достаточно указать количество контактов, и их условные обозначения сгенерируются на схеме автоматически. Параметризованные элементы схем можно делить на части и размещать на нескольких листах схемы. При этом вся группа таких частей будет соответствовать одному элементу и ассоциативно связываться с одной моделью. Использование представлений элементов целесообразно при проектировании схем электрических соединений, которые состоят из компонентов с большим количеством контактов, а вид элементов для этих схем не регламентирован и может быть заменен табличной формой представления.

Соединение элементов схемы одножильными проводниками может выполняться несколькими способами. При соединении двух контактов на разных элементах вручную следует выбрать тип проводника и указать первый контакт, а также точки изломов и соединить полученную линию со вторым контактом. Конфигурация проводника может быть изменена в любое время, могут быть добавлены новые точки перегибов или удалены лишние. Кроме того, проводник можно переопределить, то есть соединить им другие контакты. Можно поменять тип созданного проводника на всех этапах проектирования схемы. Для автоматического соединения проводниками двух компонентов схемы достаточно указать эти элементы и выбрать тип проводника.

При соединении компонентов кабелями (многожильными проводниками) принципы остаются прежними, но добавляется еще один вариант: кабель создается по уже имеющимся одножильным проводникам. Для этого выбирается тип кабеля и проводники, которые в него будут входить, затем каждому проводнику присваивается номер жилы кабеля, вследствие чего свойства одножильных проводников приобретают свойства жил кабеля. Чтобы нанести на схеме условное обозначение кабеля, нужно только выбрать любую его жилу и указать конкретное место расположения.

При создании электрических схем с большим количеством проводников проводники на определенных участках часто изображают в виде одной линии, что позволяет не загромождать схему и способствует ее лучшему восприятию. Для этого в Pro/Diagram есть команда Highway ( «Объединить в магистральную шину»), позволяющая объединять на схеме проводники (и кабели в том числе) в одну шину (рис. 3), что никак не отражается на их пространственном расположении в трехмерной модели. Шина также может редактироваться посредством добавления в нее проводников либо, наоборот, исключением проводников из ее состава.

Нередко на схемах приходится выполнять соединения непосредственно между проводниками, например для создания отводов. С помощью команды Splice («Сделать отвод»; рис. 4) можно выполнить соединения двумя способами: с разбиением на две части исходного проводника, от которого выполняется ответвление, или без разбиения.

Схемы с большим количеством электрических элементов, как правило, размещают на нескольких листах; при этом проводники между элементами схемы, расположенными на разных листах, должны изображаться с разрывами. В местах разрывов, как правило, указывается информация о том, куда следует данный проводник. Pro/Diagram позволяет настраивать в необходимом формате вид информации в местах разрывов (рис. 5). При переносе с листа на лист компонента, к которому уже подсоединены проводники, схемы автоматически разрываются без потери связи между компонентами. И наоборот, если две части схемы, расположенные на разных листах, но связанные проводниками, перенести на один лист, то разрывы в проводниках можно легко убрать. Разрывы в проводниках можно сделать и при расположении компонентов на одном листе, например для исключения загромождения чертежа ненужными линиями и в целях улучшения читаемости. Листы схемы можно оформлять в различных форматах, причем формат любого листа можно менять на всех этапах работы над схемой.

Pro/Diagram предлагает широкий выбор возможностей для оптимального визуального представления разрабатываемых схем, например:

• схему можно отмасштабировать (целиком или частично) без нарушения логических связей;

• отдельные части схемы можно перемещать как в пределах листа, так и на другие листы;

• компоненты схемы можно поворачивать под углом;

• проводникам можно задавать нужную толщину, цвет и тип линий;

• любой компонент на схеме может быть найден с помощью команды поиска.

Разработчикам электрических схем также предоставляются широкие возможности по созданию и применению таблиц. Таблицы соединений и другая необходимая табличная информация генерируются в автоматическом режиме с использованием системных переменных и фильтров (рис. 6). Создав таблицу нужного формата данных, ее можно применять при проектировании новых схем с помощью команды вставки готовой таблицы.

Заканчивая описание возможностей Pro/Diagram, подведем итоги. Электрическая схема, разработанная в этом приложении, представляет собой не просто плоскую картинку, выполненную с соблюдением всех необходимых правил и стандартов, а отображает логические связи между компонентами изделия. Эта схема содержит все необходимые данные для создания трехмерной модели кабельной разводки.

Pro/Cabling

Данное приложение предназначено для проектирования трехмерной модели кабельной разводки на основе электрической схемы, разработанной в Pro/Diagram. Кроме того, в качестве исходных данных в приложении могут применяться (через формат *.XML) электрические схемы, разработанные в Pro/Routed System Designer, предназначенном специально для разработки двумерных электрических схем, блок-схем, диаграмм и т.п. Это программное обеспечение может использоваться как с Pro/ENGINEER Foundation, так и отдельно. Разработчику достаточно выбрать нужную схему, и вся информация, подготовленная в ней, станет доступной для проектирования трехмерной кабельной разводки в составе изделия. Связь между моделями в этих приложениях осуществляется в обоих направлениях. Так, например, после создания трехмерной разводки кабеля в составе проектируемого изделия информация о характеристиках проводников может быть считана из электрической схемы. Контролировать соответствие между схемой и трехмерной разводкой разработчик может на любом этапе проектирования (рис. 7).

Необходимо сказать о некоторых требованиях к трехмерным моделям компонентов, используемым в модуле Pro/Cabling. Все компоненты, разработанные в Pro/ENGINEER Foundation или импортированные в него из других систем CAD (а это могут быть как детали, так и сборки), должны иметь специальные системы координат (или порты), имитирующие электрические контакты. Отличительной особенностью этих систем координат является то, что направление оси Z соответствует направлению подсоединения проводника, а его название — назначенному для него контакту на схеме (рис. 8).

Когда в состав сборки, для которой нужно разработать кабельную разводку, входит большое количество элементов, следует определенным образом подготовить ее модель для более эффективной работы в Pro/Cabling. Для этого необходимо создать специальную сборку с помощью команды Create Skeleton («Создать каркасную модель») и скопировать туда всю необходимую информацию. Затем в эту сборку добавляются электрические компоненты, разъемы, штекеры и т.д. (рис. 9). Размер новой сборки становится гораздо меньше, поскольку в ее состав входят только необходимые для разводки элементы, а это позволяет значительно ускорить процессы проектирования. Между исходной и вновь созданной сборками сохраняется параметрическая связь, а все изменения, внесенные в первоначальную сборку, будут отслежены в ее новом варианте.

В начале работы с Pro/Cabling создают элемент Harness (Жгут) , содержащий всю разводку. Таких элементов может быть несколько, например если разводка имеет блочный характер. Внутри каждого жгута проводники могут быть собраны в логически связанные группы: силовые кабели, кабели системы управления, кабели системы измерения и т.д. Преимущества создания блоков и групп разработчик сможет по достоинству оценить на этапе подготовки к выпуску конструкторской документации (об этом мы расскажем при рассмотрении модуля Pro/HARNESS-MFG).

После создания жгутов посредством команды Logical Ref осуществляется логическая связь между сборкой и файлом схемы. Программа автоматически сопо­ставляет модели сборки с компонентами схемы. Если нескольким компонентам схемы соответствует одна и та же модель, то модуль предоставляет право назначения связи разработчику. После того как местоположения всех компонентов схемы в составе сборки будут определены, разработчик приступает непосредственно к выполнению кабельной раскладки. Для расположения в пространстве модели проводника программой должно быть определено хотя бы два соединяемых компонента. Расположение компонентов отводов осуществляется после определения положения того проводника, от которого он будет осуществлен. Далее пользователь может перенести всю информацию о проводниках, кабелях и их характеристики из схемы в сборку. При этом каждый из перечисленных элементов уже представляет собой полноценную составную часть программы, и единственным неизвестным параметром первых двух из них является их конфигурация.

Для осуществления трехмерной разводки проводников и кабелей используется команда Route («Задать путь»), с помощью которой одним из двух способов задается путь прокладки проводников и кабелей.

Первый способ (рис. 10 а):

• выбирается один из проводников, причем программа сразу подсвечивает компоненты, между которыми он должен проходить, и контакты, к которым он будет подсоединен;

• выбирается любой из контактов, после чего назначается точка проводника в пределах модели. При определении этой точки разработчик привязывается к элементам конструкции модели, к которым относятся поверхности, точки, оси, кромки, системы координат и т.д.
В случае необходимости вводятся конкретные значения расстояний до этих элементов. После простановки первой точки программа сразу проводит участок траектории от контакта до этой точки в соответствии со всеми ранее назначенными характеристиками проводника;

• назначается следующая точка (при этом траектория автоматически продлевается) — и так назначаются точки до второго контакта. После указания второго контакта этот элемент проводника становится для программы полностью определенным, то есть теперь можно оценить его длину или, например, измерить зазоры между ним и элементами конструкции.

Как только определено местоположение первого проводника, его траекторией (или ее частью) можно воспользоваться при проектировании траекторий следующих проводников. Этим способом можно смоделировать проводники любой конфигурации. Единственным его недостатком является то, что назначение большого количества точек траектории требует много времени, особенно при проектировании большого количества проводников. В этом случае проводники объединяются в жгуты, образующие кабельные стволы, расположение которых в модели предусматривается при проектировании для удобного закрепления в составе изделия.

На принципе создания таких кабельных стволов и основан второй способ пространственного расположения проводников, который предусматривает ряд предварительных действий перед началом разводки:

• с помощью команды Network Ops®Route создается траектория кабельного ствола. По принципам построения эта операция мало чем отличается от проектирования проводника в составе модели первым способом: так же назначаются точки, по которым строится траектория, но уже не проводника, а кабельного ствола. Данная траектория может быть незамкнутой и иметь большое количество ответвлений, а кроме того, ее вовсе не обязательно подсоединять ко всем контактам;

• следующий этап проектирования пространственного расположения проводника может быть выполнен в автоматическом режиме. Для этого достаточно выбрать проводник и в меню команды Route выбрать опцию Autoroute («Автоматическое задание пути») , а программа автоматически соединит нужные контакты проводником, расположив его по кратчайшему расстоянию между ними, причем с обеспечением условия его прохождения вдоль определенной ранее траектории кабельного ствола (рис. 10 б).

Может оказаться, что полученное расположение проводников не будет удовлетворять требованиям разработчика. По умолчанию все точки на траектории кабельного ствола равнозначны, поэтому для более гибкой работы в модуле предусмотрена возможность редактирования их приоритетов, то есть для конкретного проводника задается такой приоритет точки, чтобы его траектория обязательно проходила через нее, или наоборот. Таким образом, варьируя приоритеты, всегда можно добиться желаемого результата.

Этот способ удобен тем, что можно выбирать большое количество проводников, так как после выбора опции Autoroute положение в пространстве всех этих элементов определяется автоматически. С помощью данного способа можно также работать с моделями, в состав которых входит большое количество проводников, поскольку при этом значительно сокращается время на проектирование, несмотря на проведение подготовительных действий. Контроль над проведением работ возможен на любом этапе: так, можно провести сравнение сборки со схемой (при помощи команды Compare — «Сравнить») и получить информацию о любом проводнике (с помощью команды Info®Cabling).

Модуль Pro/Cabling предоставляет широкие возможности для модификации уже спроектированных элементов кабельной разводки независимо от способа их создания. Любую из ранее назначенных точек на траектории проводника можно перенести, отредактировать или переопределить; можно также добавить точки или удалить лишние, задать фиксированную длину между любыми двумя точками траектории или вернуться к значению по умолчанию. При этом изменяется конфигурация проводника с соблюдением заданных характеристик элемента. Если изменение положения точек будет противоречить характеристикам проводника, то программа выдаст предупреждение об ошибке и операция будет прервана. Такие возможности позволяют разработчику больше внимания уделять качеству выполняемых работ, поскольку программа отслеживает соблюдение заданных им требований.

У разработчика имеется возможность редактировать не только конфигурацию, но и тип представления проектируемых проводников (рис. 11). Например, с помощью команды Grouping®Flat («Сгруппировать в плоский жгут») можно задать форму расположения проводников в виде ленты, когда все проводники в выбранных точках будут расположены в одну линию. Команда Packing изменяет последовательность расположения проводников относительно друг друга, а команда Grouping®Round («Сгруппировать круглый жгут») позволяет расположить проводники в форме жгута круглого сечения.

При монтаже кабелей на изделии для фиксации проводников часто применяются стяжки, специальные ленты, гибкие неметаллические трубки (кембрики) для защиты жгутов от механических повреждений, элементы маркировки проводников и жгутов. С помощью приложения Pro/Cabling можно применять указанные элементы, задавая при этом габариты стяжек, ширину ленты, толщину кембрика, форму маркировки (рис. 12). Все это позволяет добиться реалистичного визуального представления проектируемого изделия и проанализировать все доступы и зазоры на его на модели, исключив возможные затруднения при выполнении реальной сборки.

Pro/HARNESS-MFG

Третья часть модуля Cabling Design Option — приложение Pro/HARNESS-MFG — предназначено для подготовки материалов к выпуску конструкторской документации и позволяет разработчику сделать раскладку спроектированного проводника (кабеля, жгута) на «рабочем столе», то есть разложить его в одной плоскости (рис. 13). За основу берется жгут (Harness), в который, как мы уже отмечали, могут входить группы жгутов. Изменять состав этих групп, перемещать проводники из одной группы в другую можно на любом этапе работы.

Чтобы произвести раскладку жгутов, пользователь создает новый файл раскладки жгута (*.MFG), а затем в диалоговом окне выбирает деталь, в которую Pro/Cabling помещает всю кабельную разводку, причем название детали соответствует названию жгута. После этого у разработчика появляется возможность выбора: работать со всей кабельной разводкой или с отдельной группой проводников. Второй вариант предпочтительнее, так как позволяет создавать модель логически связанных проводников. При этом повышается производительность (не надо загружать все кабели одновременно), а также удобство работы пользователя (лишние кабели не будут отображаться).

После выбора нужной группы проводников ее трехмерная модель отображается в отдельном окне, а затем начинается собственно работа по раскладке проводников. Пользователь с помощью команд выбирает в окне трехмерной модели стартовую точку — любую точку на траектории одного из проводников. После проведения этой операции программа позволяет сделать раскладку в ручном или в автоматическом режиме.

При раскладке в ручном режиме пользователь указывает очередную точку на траектории, после чего программа запрашивает радиус изгиба участка и угол его наклона. Далее программа в основном окне генерирует участок магистрали в плоскости с учетом назначенных параметров. Затем выбирается новая стартовая точка в конце участка, и операция повторяется. Таким образом можно выполнить раскладку практически любой конфигурации. Недостатком ручного режима является необходимость задания параметров всех участков. При выборе режима Auto Fan («Автоматическая раскладка») программа предложит ввести радиус изгиба (по умолчанию это будет самый маленький радиус для используемых в модели проводников), после чего выполнит раскладку без дополнительных указаний.

Иногда форма модели, сгенерированной программой, может не удовлетворять требованиям пользователя, и тогда ее можно отредактировать, причем команды редактирования не зависят от того, каким образом выполнена раскладка. Разработчик имеет возможность добавить дополнительные изгибы, поменять радиус изгиба и угол наклона отдельного участка. Кроме того, можно разворачивать элементы кабеля в пространстве и даже удалять неинформативные участки. После выполнения раскладки разработчик может подсоединить компоненты к концам проводников — для этого достаточно выбрать команду Assemble («Скомпоновать») и указать точку вставки. После этого в отдельном окне появляется автоматически выбранный компонент, и разработчик выбирает его положение в пространстве (по умолчанию он устанавливается соосно проводнику). При выборе программы Assemble All («Скомпоновать всё») будут автоматически установлены все компоненты. Если к одному компоненту подсоединены сразу несколько проводников, то программа позволяет автоматически преобразовать их вид так, чтобы все они были подсоединены к компоненту.

После выполнения работ в модуле Pro/HARNESS-MFG разработчик приступает к созданию чертежей, для чего применяет программный модуль Pro/Detail, входящий в состав Pro/ENGINEER Foundation . Остановимся на некоторых специфических особенностях его работы.

Сначала создается обычный файл чертежа *.DRW с готовым форматом в соответствии с ЕСКД. После этого выбирается модель, в нашем случае — это созданный ранее файл кабельной раскладки на «рабочем столе». Далее разработчик может создавать нужные ему виды этой модели, сечения, выносные элементы и т.д., используя команды модуля. На чертеже кабеля разработчик может проставить размеры, добавить в него текстовую информацию и, что самое важное, вставить данные по характеристикам как всей модели, так и отдельных ее компонентов в форме таблиц. Для эффективного использования таблиц при их создании необходимо применять системные переменные. В этом случае формат таблицы определяется разработчиком, а заполнение осуществляется программой автоматически. Созданная таблица затем может быть использована как шаблон при выпуске других чертежей. Следует также отметить, что при выпуске чертежа можно назначить несколько моделей, с которыми он будет логически связан. Это может пригодиться, например, для вставки в чертеж кабеля вида трехмерной модели всего изделия (рис. 14), что позволяет указать конкретное место его расположения.

* * *

В этой статье мы рассказали об основных возможностях специализированного модуля Cabling Design Option для разработки моделей электрокабельных разводок и составления необходимой рабочей документации. В заключение перечислим достоинства данного модуля и определим преимущества его выбора в качестве инструмента проектирования:

• являясь дополнением к системе автоматизированного проектирования Pro/ENGINEER, этот модуль позволяет придать логическую завершенность проектируемым изделиям, в состав которых входят электрические компоненты;

• принадлежность Cabling Design Option к семейству программных продуктов Pro/ENGINEER исключает конфликтные ситуации, неизбежные при использовании программных продуктов от разных производителей;

• параметрическая основа создаваемых моделей, а также ассоциативность модуля со всеми приложениями Pro/ENGINEER обеспечивает высокую производительность и качество выполнения проектных работ;

• разработка принципиальных схем, трехмерных моделей и подготовка к выпуску КД в рамках одного модуля делают труд разработчиков более эффективным и позволяют предприятиям экономить денежные средства.

«САПР и графика» 10'2004