建立在机电一体化基础上的布线技术研究

2016-05-30 10:48李蕊宋学毅冀恩祥唐立国刘慧军姚海兰
中国高新技术企业 2016年24期
关键词:机电一体化

李蕊 宋学毅 冀恩祥 唐立国 刘慧军 姚海兰

摘要:建立在机电一体化基础上的布线技术是自动提取电气原理图中的线号、线径等线缆属性信息,经过信息内容压缩和信息格式重定义形成中间文件,作为PTC中性文件导入三维机械设计平台,在三维机械制图平台中完成起始、终止设备名称、位置等信息的确认和线束走向信息的规划,完成自动布线的过程。

关键词:机电一体化;PTC中性文件;三维机械制图;电气原理图;布线技术 文献标识码:A

中图分类号:TH39 文章编号:1009-2374(2016)24-0008-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.004

机电一体化又称机械电子学,英语称为Mechatronics,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化技术是集机械技术、电子技术、光学技术、控制技术、计算机技术、信息技术等多学科技术的交叉综合,它的发展和进步在很大程度上依赖并促进相关技术的发展和进步,自动布线技术就是以此为基础发展起来的一门应用技术,它充分利用机械平台和电气平台的共享信息,结合计算机编程接口,实现平台间的信息自动传递,在三维机械设计平台实现布线的自动化。

1 传统布线方法分析

对于一个设计项目,涉及到布线过程,传统做法首先根据需求进行线的选型,依据所选线型的线径、颜色、线芯数等信息进行物料申请,之后依据电气原理在电气设计平台中进行线的逻辑连接设计,并将所选线的相关属性信息存储于线缆的后台电气属性中,以上线的电气原理设计完成后,将电气设计数据交予机械设计部门在机械设计平台中再次输入线缆的线径、颜色等信息,同时进行线的路径走向设计,完成手工布线过程。传统布线方法的缺陷:(1)各部门设计独立导致数据信息无法共享,造成信息重复填写;(2)工作量巨大,人员时间、精力耗费严重,效率低;(3)出错率高。

2 建立在机电一体化基础上的自动布线技术

2.1 机电一体化基础

机电一体化技术是机械与微电子技术、信息技术等多种技术有机结合,并综合应用到实际中去的一门综合性技术,机电一体化技术中各种技术的整合程度和信息共享程度,对机电一体化程度起决定性作用。为了适应当前企业信息化的趋势,目前工业设计系统亟需实现电气设计部门与机械设计部门的协同设计,电气设计平台与机械设计平台的紧密结合实现产品机电一体化的系统设计。

2.2 自动布线技术

电气设计部门在设计电气原理图时已经将元器件的设备属性,包括设备名称、设备位置、设备物料信息等填写完整,并且对线的相关信息包括线径、颜色、线芯数等信息也都进行了完善,而且电气原理图反映了起始、终止设备信息。那么,我们完全有可能将此平台中填写的所有信息都作为参数提取出来,将这些信息进行内容压缩和信息格式重定义形成中间文件,导入三维机械设计平台,在三维机械制图平台中完成起始、终止设备名称,起始、终止位置等信息的确认和线束走向信息的规划,机械设计平台以这些信息作为依据,在相应的设备模型上进行自动匹配完成机械设计平台自动布线的过程,生成相应的线缆长度和走向信息等,经过信息内容的扩展和格式再定义导出中间文件回电气原理平台,这样电气原理图中就加入了经过精确三维验证后的线长和线的走向等信息,从而完成自动布线过程。

2.2.1 自动布线的环境。此处指的布线的环境是工业设计中电气设计平台,三维机械设计平台和由这两个平台分别导出的电气输出中间格式文件、机械输出中间格式文件以及物料申请平台。

2.2.2 自动布线的方法步骤。

第一,线缆物料的申请。在物料申请平台输入线缆相关信息,进行线缆物料的申请。

第二,提取线缆的电气原理信息。电气设计人员直接从元器件库中选取具备后台物料信息的元器件,进行原理图设计。之后依据电气原理设计内容,导出“固定格式”的接线关系表,其中导出格式的标准需要机械平台、电气平台双方协商制定,内容包括线号、起始设备名称、起始设备位置、终止设备名称、终止设备位置、线缆的线芯数、线径、线缆颜色,线缆物料号等信息。

第三,压缩信息,形成中间文档。加入此步骤是为了解决项目中存在大量线缆信息,但在车间真正的布线过程中时,大部分只将起始、终止设备的位置相同的视为一束线,从而将所有起始、终止设备的位置相同的线缆合并,分类整理出的线束号进行布线,这样不仅大大减少了布线的工作量和难度,同时化繁为简保证了车间布线的整齐一致,并且不容易出错。具体方法是将同一线束名的所有线缆,通过线径、线形状计算出总体线径,作为此束线通过线槽的整体线径,最终得到一个线束信息,作为机械平台的导入文档。

第四,将中间文档导入机械设计系统,进行三维布线。机械平台装配体中导入上述PTC中性的文档,完成三维机械设计平台的布线过程。此过程需要机械设计师进行三维布线的查错、补充、核实,包括对线束两端连接的设备名称,设备位置进行核实,线缆路径进行设置等操作,最终保证三维自动布线的正确性。

第五,由机械设计平台中导出中间格式文档。机械设计平台中导出中间格式文档中涵括线束号、起始终止位置、起始终止設备,线束长度、线束走向等信息。中间文档格式的标准由机械平台、电气平台双方人员共同协商制定。

第六,扩展信息,形成中间文档。此过程是压缩信息的反过程,将同一线束所包含的所有的线缆信息展开,同一线束号的芯线长度一致。

第七,将中间文档导入电气设计系统。将带有长度信息和走向信息的布线信息返回电气设计系统,导出布线表,同时从三维设计平台导出平面二维图,便可指导车间生产。

2.2.3 自动布线的关键技术。电气设计平台与机械设计平台接口内容的开发,确定两个平台互相导入导出连接关系时信息内容与信息格式的过程需要几个部门共同协作完成。

导出线缆连接关系信息的压缩,将同一线束号的所有线缆压缩为一根线束信息,对线径的合并计算需要根据实际情况选择不同的算法,例如为圆形线束时,若d1>d2>…>dn-1>dn,那么取d1+d3+…+dn-1作为线束的衡向最大宽度,d2+d4+…+dn作为纵向最大高度,例如d1>d2>d3>d4,那么取d1+d3作为线束的衡向最大宽度,如图1所示:

图1 线径化简算法示意图

导出机械设计平台线的连接、长度信息表,同时扩展接线关系、长度信息表,扩展成线缆连接信息。电气设计平台与机械设计平台接口内容开发,将扩展线缆连接长度信息导入电气设计平台项目中,从而生成涵括线缆长度的线束走向表。

3 自动布线应用于工业设计中的重要意义

工业化设计中的两大设计部门机械设计和电气设计对设计成果起着决定性用,在机电一体化基础上的自动布线技术整合了这两个部门的设计数据,大大提高了布线速度,解决了各部门独立设计导致数据信息无法共享,造成信息重复填写和设计过程重复的冗余问题,大大减少了设计人员的工作量,节省了设计时间、缩短了设计周期,提高了设计效率,并减少了出错率,在一定程度上保证了设计质量。

4 结语

建立在机电一体化基础上的自动布线技术有效避免了工业设计中的冗余步骤,整合了机械设计和电气设计信息,使整个设计过程更加智能化、高效化,大大减少了重复的体力劳动,缩短了设计周期,保证了设计质量。但电气设计平台、机械设计平台接口的开发涉及到几个不同的部门的人员共同确定中间文档标准,需要跨部门共同协作才可以完成,这对于一个企业来说难度较大,还需要我们提高认识并拓展技术共同努力,做到工业设计中布线的自动化。

参考文献

[1] 李建勇.机电一体化技术[M].北京:科学出版社,2004.

[2] 杨林波.关于机电一体化中的接口问题探讨[J].北京电力高等专科学校学报,2012,(2).

基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2009BAG12A01)。

作者简介:李蕊(1984-),女,河北唐山人,中车唐山机车车辆有限公司工程师,硕士,研究方向:机电一体化、电器平台搭建与优化。

(责任编辑:黄银芳)

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