Проектирование электрических систем от Dassault Systemes и

ИНСТРУМЕНТЫ АРМ
Проектирование электрических
систем от Dassault Systemes
и IGE+XAO Group
Илья Новиков, Андрей Бубнов
В ноябре прошлого года компания «Гетнет Консалтинг»
заключила партнерское соглашение с французской фир
мой IGE+XAO Group, являющейся золотым партнером
Dassault Systemes в сфере электротехнических приклад
ных модулей. Благодаря тесной интеграции электричес
ких модулей CATIA V5 с предлагаемым IGE+XAO Group
решением See One — Harness Design по разработке
электрических схем стало возможным охватить весь цикл
проектирования электротехнических систем и объектов.
Одним из немногочисленных на
правлений проектирования в сис
теме CATIA V5, которое еще не
было широко освещено в публика
циях, является разработка элект
ротехнических систем и объектов.
Прежде всего это объясняется тем,
что функциональность электри
ческих модулей в CATIA V5 позво
ляет охватить лишь ту часть элект
ротехнического проекта, которая
связана с трехмерной реализаци
ей проектируемой системы (под
электрическими подразумеваются
модули электрического определе
ния объектов Electrical Library, со
здания и раскладки жгутов и кабе
лей Electrical Harness и разводки
проводов по жгутам Electrical Wire
Routing). При этом достаточно ос
тро ощущалось отсутствие сред
ства для создания электрических
схем (структурных, принципиаль
ных), в соответствии с которыми
должна происходить 3Dреализа
ция проекта.
В данной статье мы расскажем
читателям об общем подходе при
проектировании электрических
систем и объектов в среде CATIA
V5 с применением решения See
One — Harness Design от
IGE+XAO Group, которое дополня
ет недостающую функциональ
ность по созданию схем электри
ческих соединений.
Прежде чем перейти к рас
смотрению методики проектиро
вания, приведем краткое описа
ние функциональных возможнос
тей используемых прикладных
модулей.
70
Январь/2006
See One. Electrical
Expert Embedded
Как уже было сказано, See One —
Harness Design является француз
ским (как и CATIA) программным
продуктом в области электрообо
рудования. Это решение пред
ставляет собой целую линейку не
зависимых программных моду
лей, в основные задачи которых
входит создание логики электро
технического проекта, разработка
структурных и принципиальных
электрических схем, построение
2,5Dтопологии жгутов, выпуск
монтажных схем.
Наборы этих модулей могут со
ставлять отдельные конфигурации
(в качестве аналога можно вспом
нить конфигурации в CATIA), а ми
нимальной конфигурацией, кото
рая при этом имеет интерфейс с
3DСАПР, является отдельный
продукт Electrical Expert Embedded.
Именно с помощью этого продук
та стало возможным ликвидиро
вать упомянутый выше пробел в
цикле разработки электротехни
ческого проекта.
Данный модуль можно охарак
теризовать как ElectricalCADсис
тему для разработки электричес
ких принципиальных схем. В со
став функций этого продукта
включен основной набор инстру
ментов — для создания отдель
ных электрических компонентов
схемы и проводов с определением
необходимых атрибутов; для по
мещения их в библиотеку; для со
ставления электрической схемы с
помощью библиотечных элемен
тов (как стандартных, так и со
зданных пользователем); для гене
рации списка подключений и пр.
Интерфейс с CATIA V5 реализу
ется на основе XMLфайла, кото
рый генерируется в этом модуле с
помощью стандартной экспортной
функции на основе созданной
электрической схемы. Такой ин
терфейсный XMLфайл содержит
информацию по оборудованию,
коннекторам, выводам и прово
дам, присутствующим в схеме.
CATIA V5. Electrical
Library
Модули Electrical
Part Design и
Electrical Assembly
Design, объеди
ненные под об
щим названием
Electrical Library (ELB), работают
соответственно на уровне детали
и сборки и выполняют задачи
электрического
определения
трехмерных объектов, а также
размещения и подключения элек
трически определенных устройств
и оборудования.
Процедура электрического
определения подразумевает при
своение так называемого элект
рического поведения обычному
трехмерному объекту, после чего
этот объект в функциональном
плане становится электрическим
компонентом.
В CATIA V5 существует несколь
ко типов функциональных элект
рических определений: коннектор,
гнездо, оборудование, заглушка,
контакт и др. К примеру, объект,
определенный как оборудование,
может содержать гнездо, в кото
рое затем вставляется коннектор
(кабельный разъем).
Илья Новиков
Специалист компании «Гетнет
Консалтинг».
Андрей Бубнов
Канд. техн. наук, ведущий
специалист компании «Гетнет
Консалтинг».
Электрическое соединение
трехмерных компонентов осуще
ствляется в модуле Electrical
Assembly Design. При создании
такого соединения между двумя
электрически определенными
компонентами возникает два типа
связей:
• электрическая — обеспечива
ющая прохождение сигнала от
одного компонента к другому
через созданное соединение;
• механическая — стандартная
связь (constraint), используе
мая при создании сборок в мо
дуле Assembly Design.
Помимо описанных возможно
стей, в ELB имеются функции по
работе с каталогами проводов и
электрических устройств. Эти
функции позволяют помещать
электрические компоненты в ка
талоги, а впоследствии доставать
эти компоненты из этих каталогов
и размещать их в общей сборке с
возможностью автоматического
создания электрических соедине
ний.
CATIA V5. Electrical
Harness Installation
(EHI)
Средствами, пре
доставляющими
пользователю
возможность по
созданию физи
ческой реализа
ции объемных жгутов в контексте
трехмерной модели, являются ра
ботающие в паре модули Electrical
Harness Installation и Electrical
Harness Assembly.
ИНСТРУМЕНТЫ АРМ
Первый из них отвечает за со
здание каждого конкретного сег
мента жгута по набору располо
женных в пространстве модели
точек, а также за определение та
ких параметров, как диаметр сег
мента, минимальный радиус изги
ба, величина провисания сегмента.
С помощью второго модуля
можно управлять созданными сег
ментами и создавать электричес
кое соединение между оконечнос
тью конкретного сегмента жгута и
электрическим компонентом.
CATIA V5. Electrical
Wire Routing (EWR)
При создании
трехмерной реа
лизации элект
рического жгута
не всегда можно
заранее опреде
лить, какой диаметр будет иметь
тот или иной отдельный сегмент,
поскольку этот диаметр в итоге
будет зависеть от диаметра про
водов, входящих в сегмент.
Модуль Electrical Wire Routing
на основе имеющейся информа
ции о подключениях (из XML
файла) позволяет осуществить
внутри жгута разводку проводов
между единицами оборудования.
Затем диаметры этих жгутовых
сегментов будут автоматически
изменены до нужного размера в
соответствии с диаметрами про
водов, вошедших в эти сегменты.
Диаметры отдельных проводов
тоже берутся из XMLфайла.
CATIA V5. Electrical
Harness Flattening
(EHF)
Завершающим
этапом процесса
проектирования
любого изделия,
объекта или сис
темы является
выпуск документации. Модуль
Electrical Harness Flattening пред
ставляет собой инструмент, кото
рый помогает пользователю раз
рабатывать чертежи на созданный
в контексте трехмерной модели
электрический жгут. Если говорить
точнее, то с помощью инструмен
тария данного модуля можно раз
ложить объемный жгут на плос
кость. При этом имеется возмож
ность спрямлять отдельные сег
менты, поворачивать сегмент от
носительно выбранной точки, вво
дить скругления в спрямленный
сегмент, изменять длину сегмен
тов посредством введения фик
тивной длины.
Для получения чертежа жгута,
разложенного в плоскости,
пользователь с помощью функ
ций чертежного модуля Drafting
должен сгенерировать проекцию
жгута, проставить необходимые
размеры и добавить требуемую
текстовую информацию.
Методика
проектирования
электрических
систем
После общего представления
возможностей модулей, состав
ляющих полный цикл проектиро
вания электрических систем, пе
рейдем к описанию методики
проектирования.
Последовательность необходи
мых действий приведена на струк
турной схеме взаимодействия про
граммных модулей (рис. 1). Если
рассматривать эту взаимосвязан
ную совокупность модулей в виде
черного ящика, то на вход этой си
стемы должны подаваться данные,
нужные разработчику для состав
ления электрической схемы и ее
реализации в электронном виде, а
на выходе будут получены трех
мерные модели жгутов, а также
конструкторская документация.
Первым этапом цикла проекти
рования является разработка элек
трической схемы в продукте
Electrical Expert Embedded. Данный
продукт имеет стандартную биб
лиотеку электрических компонен
тов и кабелей. Однако разработчи
ку проектов часто недостаточно
имеющегося в библиотеке набора
компонентов, поэтому подготови
тельной фазой в реализации элек
трической схемы становится со
здание этих недостающих элемен
тов. Для этих целей в модуле пре
дусмотрен специальный редактор,
работа в котором строится на на
чальном создании графического
изображения компонента и на его
дальнейшем функциональном
определении — уже как компо
нента электрического. Каждый
электрически определенный ком
понент должен содержать соеди
нительные точки, обеспечивающие
подключение проводов к этому
компоненту при создании схемы.
Рис. 1. Структура взаимодействия электрических модулей
Процесс разработки самой схе
мы (рис. 2) начинается с размеще
ния в рабочем поле листа проекта
компонентов из библиотеки. Связь
между выводами различных ком
понентов осуществляется путем
создания логических подключе
ний. Изначально такое подключе
ние не содержит никакой инфор
мации ни о марке, ни о характери
стиках применяемого провода и
означает лишь то, что вывод одно
го компонента подключен к выво
ду другого. В дальнейшем на такое
подключение назначается конкрет
ный провод из библиотеки. Назна
чение может происходить как на
одно подключение, так и на груп
пу подключений.
Весь проект может быть выпол
нен на нескольких листах и дол
жен содержать по меньшей мере
один жгут (harness). В частном
случае в качестве такого жгута мо
жет выступать отдельный кабель.
После разработки схемы пользо
ватель выбирает те жгуты, кото
рые нужно передать в CATIA V5, и
генерирует по ним экспортный
XMLфайл. Такой файл несет в
себе данные по всем проводам,
входящим в жгуты, по самим жгу
Рис. 2. Рабочее окно Electrical Expert Embedded
Январь/2006
71
ИНСТРУМЕНТЫ АРМ
там, а также сведения об обору
довании и коннекторах, которые
этими жгутами соединяются.
На этом фаза 2Dразработки
проекта заканчивается, и разра
ботчик может приступить к этапу
его трехмерной реализации. На
чинается работа по трехмерной
реализации проекта с размеще
ния электрического оборудования
в трехмерном пространстве циф
рового макета при помощи моду
ля Electrical Assembly Design.
Однако этому этапу может пред
шествовать подготовительный
этап — создание трехмерных мо
делей оборудования, его электри
ческое определение и помещение в
каталог (на рис. 1 это показано
стрелкой, идущей вверх от модуля
ELB к каталогу). Здесь прослежива
ется полная аналогия с разработкой
пользовательских компонентов в
Electrical Expert Embedded. На под
готовительном этапе выполняется
построение в модулях твердотель
ного моделирования геометрии
оборудования, коннекторов, коло
док; придание необходимого элек
трического поведения той или иной
созданной геометрии как на уров
не детали, так и на уровне сборки;
сохранение электрически опреде
ленных моделей в соответствую
щих функциональных разделах за
ранее созданного каталога.
Модуль Electrical Assembly
Design предоставляет пользовате
лю возможность помещать из ка
талога в пространство цифрового
макета именно то трехмерное
электрическое оборудование, ко
торое соответствует разработан
ной электрической схеме (рис. 3).
Данные, переданные из электри
ческой схемы через XMLфайл,
видны в списке размещаемого
оборудования в среде CATIA. В
связи с этим разработчику необхо
димо сделать следующее. Вопер
вых, требуется настроить модуль
Electrical Assembly Design на рабо
ту с нужным каталогом; в этом ка
талоге должны храниться 3Dана
логи оборудования из электричес
кой схемы, которые в дальнейшем
и будут вставляться в сборку. Во
вторых, при этом должны совпа
дать значения атрибута Part
Number у 2Dоборудования из
Electrical Expert Embedded и у 3D
оборудования из каталога CATIA.
Если эти два условия выполне
ны, то процесс размещения обору
72
Январь/2006
Рис. 3. Размещение компонентов в Electrical Assembly Design
дования сводится к выбору в спис
ке размещаемого оборудования
очередного электрического компо
нента, который требуется помес
тить в модель, и к расположению
его в пространстве при помощи
стандартных средств CATIA V5.
При этом из данного списка будут
последовательно исключаться те
единицы оборудования, которые
были размещены. Кроме того, при
правильной настройке каталога
(mapping) пользователю не потре
буется вручную искать необходи
мую для размещения единицу обо
рудования — система автомати
чески выберет нужную запись в
каталоге.
Следующий этап проектирова
ния электрической системы со
стоит в создании жгутов электри
ческих проводов, соединяющих
между собой уже размещенное
оборудование (рис. 4). На данном
этапе пользователю достаточно
построить геометрию жгута в об
щем виде, то есть определить на
бор точек, через которые пройдут
отдельные сегменты, и создать
сами жгутовые сегменты. При
этом совсем необязательно забо
титься о таких параметрах сег
ментов, как диаметр поперечного
сечения и минимальный радиус
изгиба, — указанные данные бу
дут импортированы в модель на
следующем шаге.
В общем случае жгут представ
ляет собой функционально опреде
ленный product в дереве специфи
каций, внутри которого находятся
отдельные сегменты жгута (bundle
segment). Поэтому фактически жгут
в CATIA — это набор отдельных
жгутовых сегментов, объединенных
под одним product’ом (то есть на
одном уровне сборки).
Точки, через которые пройдет
жгут, можно условно поделить на
два типа. Точки первого типа не
привязаны к 3Dобъектам и как бы
висят в воздухе, причем эти точки
Рис. 4. Создание жгута в Electrical Harness Assembly
фактически определяют форму
жгута. Точки второго типа лежат на
оборудовании,
коннекторах,
разъемах и являются аналогами
контакта сегмента жгута с кабель
ным или аппаратным разъемом.
Указанные точки должны быть
функционально определены соот
ветствующим образом в модуле
Electrical Part Design.
Кроме того, сегменты жгута мо
гут проходить через хомуты, стяж
ки, крепления, объединенные под
общим названием support (опо
ра), — это твердотельные детали
с добавленным функциональным
определением. В месте прохожде
ния через такой элемент осевая
образующая сегмента жгута пол
ностью совпадает с осью отвер
стия хомута.
Сборка жгута помимо сегментов
может содержать и любые другие
узлы с геометрией. Как правило,
это могут быть электрические
разъемы. В этом случае такую
структуру можно рассматривать как
жгут, состоящий из жгутовых сег
ментов и кабельных разъемов.
Сформировав геометрический
жгут, можно перейти к этапу трас
сировки проводов по этому жгуту
(напомним, что начальные диамет
ры сегментов жгута могли быть за
даны произвольно). Первым ша
гом на этом этапе работы с моду
лем Electrical Wire Routing являет
ся выбор геометрических жгутов,
в которых будет производиться
прокладка проводов. Используя
данные о подключении проводов
из импортированного XMLфайла,
при помощи стандартных функций
Electrical Wire Routing выполняет
ся автоматическая трассировка
проводов в жгуте. В том случае,
если в цифровом макете присут
ствуют обе единицы оборудова
ния, соединяемые конкретным
проводом, трассировка будет вы
полнена успешно. Если же один из
элементов будет отсутствовать, то
в списке трассируемых проводов
будет указано, что данный провод
не проложен.
После завершения трассировки
все сегменты жгута, по которым
были проложены провода, автома
тически изменят ряд своих пара
метров: диаметр, минимальный
радиус изгиба и др. Эти изменения
будут сделаны в соответствии с
данными о проводах из XMLфай
ла (рис. 5).
ИНСТРУМЕНТЫ АРМ
Рис. 6. Раскладка жгута в модуле Electrical Harness Flattening
Рис. 5. Трассировка провода по жгуту: выбор провода (сверху)
и автоматическое изменение сечения сегмента жгута (снизу)
Поскольку провода, проложен
ные по жгуту, теперь имеют длину,
определяемую геометрией жгута,
то становится возможным экспор
тировать новые данные о проводах
обратно в Electrical Expert Embedded
в XMLформате. Эта манипуляция
необходима для генерации в
Electrical Expert Embedded таблиц
подключений, в которой будут даны
все сведения по проводам, в том
числе и их физическая длина.
Последним этапом в рассматри
ваемом цикле проектирования
электрической системы является
создание конструкторской доку
ментации — чертежа жгута, необ
ходимого для его изготовления на
производстве. Модуль Electrical
Harness Flattening позволяет разло
жить объемный жгут на плоскость
(рис. 6), причем реальная длина
всех сегментов остается прежней.
Отдельные сегменты могут быть
выпрямлены, а затем еще загнуты
или повернуты относительно вы
бранной точки (это необходимо для
достижения требуемого располо
жения сегментов жгута на чертеже).
При спрямлении на концах сегмен
тов останутся все кабельные разъ
емы, которые входили в сборку гео
метрического жгута и были к нему
непосредственно подключены.
А теперь пользователю оста
нется создать проекцию разло
женного жгута на лист с помощью
чертежного модуля Drafting, про
ставить необходимые размеры и
внести дополнительную инфор
мацию о жгуте; к тому же послед
няя операция может выполняться
в автоматизированном режиме с
использованием имен объектов.
На этом этап проектирования
можно считать законченным.
зданию схем электрических соеди
нений Electrical Connectivity
Diagram: разве он не может рас
сматриваться как альтернатива
продукту Electrical Expert Embedded
для обеспечения охвата полного
цикла проектирования электричес
ких систем? Ответ здесь следую
щий: Electrical Connectivity Diagram
работает в паре с модулем Electrical
Cableway Routing по трехмерной ре
ализации электрических трасс для
производственных помещений (та
кие трассы, как правило, в большей
своей части прямолинейны и име
ют относительно большую протя
женность). А модуль Electrical
Cableway Routing, в свою очередь,
является как бы частным случаем
модуля System Routing — сред
ства упрощенного создания комму
никационных трасс (трубопроводы,
волноводы, системы кондициони
рования). Соответственно по дан
ным из Electrical Connectivity
Diagram строятся трехмерные элек
трические трассы, имеющие иное
назначение и иную физическую ре
ализацию, чем электрические жгу
ты и кабели в авиа и автомобиле
строении. Для проектирования же
последних, как нам уже известно,
предназначены именно те модули
электрики, которые рассматрива
лись в данной статье и которые ис
пользуют XMLинтерфейс с 2D
электротехническими САПР.
В заключение следует отме
тить, что при работе в CATIA фор
мат XML является не единствен
ным способом передачи в 3Dсре
ду данных об электрическом обо
рудовании и электрических соеди
нениях. Вариантом решения дан
ного вопроса является модуль (а
точнее, Javaприложение) Electrical
System Function Definition для со
здания функциональных схем на
первых этапах разработки проек
тируемых электрических систем.
Однако функциональность данно
го модуля будет доступна пользо
вателям CATIA V5 лишь в том слу
чае, если на их рабочих станциях
установлено приложение ENOVIA
3d com Navigator.
Заключение
У читателя, поверхностно знакомо
го с функциональностью всех мо
дулей CATIA V5, названия которых
начинаются с «Electrical», может
возникнуть логичный вопрос по
поводу стандартного модуля по со
Январь/2006
73