12 - 2004

КОМПАС для эффективного проектирования электрических устройств

Лев Теверовский, Олег Зыков, Анатолий Гуревич

Начинаем проектирование в КОМПАС-Электрик

Компоновка панелей

Работа с печатными платами

Проектирование несущего корпуса

После разработки — изготовление

Вместо заключения

В этом году наш журнал познакомил читателей с новым комплексом от компании АСКОН — КОМПАС V7. Были опубликованы статьи о новинках КОМПАС-3D V7, цикл статей о системе КОМПАС-Электрик, другие материалы, посвященные особенностям проектирования и трехмерного моделирования. В данной статье мы хотим обобщить полученные читателями знания и рассказать о применении на практике новых возможностей программ АСКОН.

В данной публикации мы рассмотрим процесс проектирования электрических устройств и изделий, содержащих различные электрические компоненты. Этот процесс представляет собой особую область конструкторской деятельности, существенным отличием которой от обычного машиностроительного проектирования является то, что большинство компонентов изделия должны иметь, как минимум, два представления. Одно из них — реальное, «физическое» изображение изделия (чертеж или трехмерная модель). Другое — так называемое условное графическое обозначение для использования в принципиальных электрических и монтажных схемах. Мало того — все эти компоненты должны соединяться как механически, так и линиями электрической связи. В целом состав (и соответственно сам процесс проектирования) любого электрического устройства можно условно представить в виде простой схемы.

Создание электрических устройств — сложная и многогранная задача, требующая наличия большого комплекса инструментов. Все это тем более актуально, что проектирование подобных изделий чрезвычайно распространено в современном производстве. Практически каждое устройство содержит в себе те или иные электрические компоненты.

Процесс проектирования и состав электрического устройства

Процесс проектирования и состав электрического устройства

Документы КОМПАС-Электрик: схема общая и схема расположения

Документы КОМПАС-Электрик: схема общая и схема расположения

К сожалению, практически ни одна современная САПР не обеспечивает полного цикла разработки — от принципиальных электрических схем, размещения элементов на печатных платах и трассировки до проектирования корпусов, блоков и создания комплекта конструкторской документации, не говоря уже о подготовке программ для ЧПУ и формирования технологических процессов. Поэтому пользователи вынуждены иметь дело с разными системами и решать вопросы их совместимости. Увязка компонентов друг с другом, их «упаковка» в корпуса (часто выполняемые из листового металла) — финишная часть работ, не говоря уже о выпуске комплекта конструкторско-технологической документации. Еще одна задача — создание и накопление баз данных по применяемым элементам и устройствам, их использование при компоновке узлов.

Трехмерная библиотека электротехнических комплектующих

Трехмерная библиотека электротехнических комплектующих

Каждый компонент библиотеки уже содержит объект спецификации

Каждый компонент библиотеки уже содержит объект спецификации

Развивая систему КОМПАС-3D и ее приложения, компания АСКОН уделяет самое серьезное внимание возможностям по проектированию электрических устройств.

В начало В начало

Начинаем проектирование в КОМПАС-Электрик

Сегодня неотъемлемой частью комплекса КОМПАС является специализированное приложение для автоматизированного проектирования электрооборудования КОМПАС-Электрик . Оно работает под управлением системы КОМПАС-3D и применяется при разработке любых объектов, в которых для выполнения электрических связей используется проводной монтаж. Это и низковольтные комплектные устройства (НКУ), и системы релейной защиты и автоматики (РЗА), и АСУ технологических процессов, и многое другое. Систему можно применять в проектных институтах, конструкторских бюро и отделах, которые проектируют электроприводы и различное нестандартное оборудование.

По нашему мнению, процесс проектирования электрооборудования «сверху вниз», то есть «от принципиальной электрической схемы», является наиболее правильным. Такой порядок действий позволяет автоматически получать все «нижестоящие» документы: таблицы и схемы соединений, перечни элементов, ведомости покупных изделий, спецификации и другие отчеты. При этом в системе КОМПАС-Электрик можно вести проектирование не только в вышеуказанной последовательности, но и в свободном порядке. Правда, степень автоматизации в таком случае существенно снижается.

Компоновка стандартных элементов на панели с использованием команд создания массивов

Компоновка стандартных элементов на панели с использованием команд создания массивов

Выбор стандартных крепежных элементов из библиотеки

Выбор стандартных крепежных элементов из библиотеки

Электрические устройства чаще всего состоят из стандартных элементов, применяемых во множестве изделий. Создание и накопление базы по таким элементам — одна из первоочередных задач, поскольку наличие такой базы существенно ускоряет процесс проектирования. Стандартные средства КОМПАС-Электрик и КОМПАС-3D позволяют создавать собственные базы данных (библиотеки компонентов) без использования программирования.

Библиотечные элементы, в качестве которых могут использоваться как отдельные детали, так и сборки, можно делать параметрическими. Параметризация совместно с механизмом работы с переменными дает возможность создавать группы однотипных деталей, различающихся определенными параметрами. При создании библиотеки средствами КОМПАС-3D очень полезно сразу же, непосредственно в файле детали (подсборки), создать соответствующий объект спецификации .

Это несложное действие решает сразу несколько проблем — при вставке компонента в сборку не надо помнить, включили мы его в спецификацию или нет, а также то, сколько раз этот компонент использован (при вставке других точно таких же изделий КОМПАС-3D просто просуммирует их количество). Заполнение баз данных в приложении КОМПАС-Электрик ведется с помощью специальных помощников — Мастеров сохранения.

Полученная трехмерная модель платы (и панель с командами конвертора)

Полученная трехмерная модель платы (и панель с командами конвертора)

Размещение печатной платы в устройстве

Размещение печатной платы в устройстве

Ход выполнения проекта электротехнической части изделия оптимизируется с помощью специального Менеджера проектов . При этом в состав проекта можно включать не только документы, созданные непосредственно в КОМПАС-Электрик, но и любые другие документы КОМПАС-3D. По завершении проектирования всех схем и таблиц, а также предварительного размещения компонентов на рабочих поверхностях будущего изделия можно приступить к трехмерной компоновке.

В начало В начало

Компоновка панелей

Трехмерная компоновка панелей производится с помощью стандартных функций по работе со сборками КОМПАС-3D. Созданные ранее стандартные детали извлекаются из библиотеки и с помощью механизма сопряжений размещаются на предварительно созданной несущей конструкции (панели, стойке, щите и т.п.).

В случае, если одинаковых элементов много и они расположены в определенном порядке, можно воспользоваться одной из команд создания массивов по сетке , вдоль кривой, по образцу (образцом может служить любой из уже созданных массивов — в данном случае массив отверстий в плате).

С крепежными изделиями ситуация еще проще — при вставке из стандартной библиотеки крепежа нам достаточно указать отверстие, в котором размещается крепеж, и торцевую поверхность, по которой крепеж будет выровнен. Как уже отмечалось, спецификация в этот момент формируется автоматически.

Сборочный чертеж платы и спецификация на плату

Сборочный чертеж платы и спецификация на плату

Принципиальная электрическая схема и перечень элементов схемы

Принципиальная электрическая схема и перечень элементов схемы

В начало В начало

Работа с печатными платами

Как указано на схеме состава изделия, в нем могут быть представлены не только отдельные электротехнические компоненты, но и встроенные устройства на базе плат печатного монтажа — например различные системы управления или контроля параметров, усилители, датчики и многое другое. Для их разработки предприятиям необходимо иметь и электронную САПР. Кроме того, необходимы программы-конверторы для передачи данных из одной системы проектирования в другую. Причем эти конверторы должны быть одновременно и достаточно простыми для пользователя, и достаточно «умными» для обеспечения высокого уровня интеграции используемых систем. АСКОН предлагает своим заказчикам (среди них — крупнейшие приборостроительные фирмы России и ближнего зарубежья, а также известные предприятия авиакосмического комплекса, разрабатывающие электронное оборудование) собственный модуль выпуска текстовой конструкторской документации и трехмерных моделей печатных плат на основе данных, получаемых из электронных САПР. На данный момент поддерживаются три системы: OrCAD от компании Cadence, P-CAD и Protel от компании Altium.

Трехмерная модель печатной платы создается на основе файлов, импортируемых из ECAD-систем. КОМПАС считывает данные и производит построение. Результатами работы конвертора являются трехмерная габаритная сборочная модель печатной платы и библиотека элементов, используемых в сборке.

Полученная плата — обычная 3D-сборка КОМПАС, и дальнейшие действия с ней ничем не отличаются от работы с изделием, созданным непосредственно в системе. Теперь и ее необходимо разместить в трехмерной модели проектируемого нами изделия.

Контур корпуса обрисовывается вокруг заранее созданной компоновки узла. Ассоциативные размеры позволяют корпусу изменять свою геометрию при изменении положения внутренних компонентов

Контур корпуса обрисовывается вокруг заранее созданной компоновки узла. Ассоциативные размеры позволяют корпусу изменять свою геометрию при изменении положения внутренних компонентов

Команда вычитания позволяет автоматически получать вырез в корпусе по форме пересекающего его выключателя

Команда вычитания позволяет автоматически получать вырез в корпусе по форме пересекающего его выключателя

Исходной информацией для создания текстовой документации является отчет BOM (Bill of Materials), который формируют ECAD-системы. Для более полной интеграции с чертежом принципиальной электрической схемы или сборочным чертежом печатной платы необходимо предварительно передать эти чертежи из ECAD в КОМПАС-3D. Для системы P-CAD эта операция наиболее корректно выполняется через формат PDIF. В составе системы КОМПАС-3D для этих целей применяется Библиотека поддержки PDIF : она выполнена как стандартное приложение и запускается из Менеджера библиотек. Из систем OrCAD и Protel графическую информацию можно передавать через формат DXF. После получения чертежа платы и чертежа принципиальной электрической схемы необходимо запустить Текстовый конвертор , выбрать нужный BOM-файл, из которого конвертор считает данные и сформирует спецификацию или перечень элементов. Результатом работы конвертора являются два текстовых документа, причем каждый из них привязан к своему графическому документу: перечень элементов — к схеме электрической принципиальной, а спецификация — к сборочному чертежу платы.

В начало В начало

Проектирование несущего корпуса

Проектирование корпусных деталей целесообразно осуществлять в контексте сборки, привязываясь к заранее размещенным в сборке компонентам. Очень часто корпуса многих электрических устройств представляют собой деталь, согнутую из листа (из стали или алюминиевых сплавов): для ее создания как нельзя лучше подходит модуль работы с листовым материалом (подробно новый модуль был описан в журнале «САПР и графика» № 7'2004).

Напомним, что создание листовой детали начинается с построения листового тела на основе эскиза с заданием толщины и коэффициента нейтрального слоя. К созданному таким образом телу затем можно добавлять другие элементы листового тела (сгиб, сгиб по линии, пластину, отверстия, замыкания углов) или обычные формообразующие элементы (в том числе фаски, скругления), команду вычитания объектов. Не забудем и о возможности показа листовой детали в развернутом виде. При создании чертежа можно одновременно задавать как развернутые, так и неразвернутые виды детали.

То, что получилось в итоге

То, что получилось в итоге

Окно системы Интех-РАСКРОЙ W/L

Окно системы Интех-РАСКРОЙ W/L

В начало В начало

После разработки — изготовление

Выше мы рассказали о проектировании корпуса нашего изделия с помощью модуля Гибка. Получение развертки корпуса — не самоцель. Одной из серьезных технологических задач, решаемых на производстве, является раскрой листов металла на заготовки для последующей гибки. Также очень важна задача разработки управляющих программ для систем ЧПУ раскройных станков. Здесь можно с успехом использовать Интех-РАСКРОЙ W/L — комплекс программ для автоматизированного проектирования карт раскроя, составления управляющих программ и формирования технологической документации. Благодаря этой системе можно повысить коэффициент использования имеющегося на складах листового металла до 95%, поскольку обеспечиваются оптимальное размещение деталей и оптимальные траектории движения инструмента, создаются оптимальные УП для обработки на лазерном, плазменном, кислородном и механическом оборудовании.

В начало В начало

Вместо заключения

В этой статье мы рассмотрели весь процесс разработки и частично — процесс технологической подготовки производства типичного электрического устройства, содержащего электронные, электротехнические и механические компоненты. На каждом этапе разработчики могут с успехом использовать те или иные компоненты программного комплекса КОМПАС-3D компании АСКОН. Практика применения этих систем ведущими заказчиками АСКОН уже подтвердила их эффективность. Среди пользователей, достигших наибольших успехов, можно назвать самарский завод «Электрощит», ФГУП НИИ «Экран», Саранский приборостроительный завод и многие другие. Трехмерная модель, созданная на Челябинском электровозоремонтном заводе, использована при подготовке данного материала.

В начало В начало

«САПР и графика» 12'2004