isicad: Проектирование электрожгутов в мире SolidWorks

Электропровода опутывают нас – фигурально выражаясь, разумеется – буквально со всех сторон. Ими опутаны практически все изделия, применяемые нами в быту, все транспортные средства, дома и магазины, компьютеры и бытовая техника, словом, всё, что попадётся под руку – ну, кроме классической мебели. И поэтому важность грамотного, быстрого, эффективного проектирования жгутов при разработке нового изделия не вызывает сомнений.

Мы давно не освещали в прессе вопросы проектирования жгутов в SolidWorks. И сейчас, когда это направление деятельности SolidWorks претерпевает довольно интенсивное развитие, самое время рассказать обо всём новом, что появилось в данной области за последний год и еще появится в ближайшие месяцы.

Три источника и три составные части проекта электрожгута

Оттолкнёмся от самого жгута как изделия реального мира. Состоит он (если не копаться в редких частных случаях) из соединителей разного рода (включая отдельные клеммы или наконечники проводов), передающих сигналы проводов и кабелей (а также экранирующих плетёнок и проволоки) и разных материалов, призванных собрать всё воедино и скрепить в неразрывную конструкцию. И сделано всё это на основе идеи, отражающей, кого и как надо соединять этим жгутом (ну, плюс требования работоспособности в ожидаемых условиях эксплуатации, технологичности и так далее).

Проект жгута начинается, как правило, как раз с отражения его плановых параметров в виде его принципиальной схемы и с выбора для этого жгута критичных по параметрам комплектующих. Причём схема соединений, выполняемых данным жгутом, может быть лишь частью общей электрической схемы большого проектируемого изделия. Отсюда первый источник данных проекта, выполняющий первый шаг проектирования жгута: какое-то схемотехническое решение.

Электроразъёмы, провода, кабели, нитки, ленты, трубки, бирки, стяжки и прочие комплектующие, применяемые при изготовлении жгута, приобретаются готовыми, а, значит, программный комплекс, предназначенный для проектирования жгутов, должен обладать богатыми и актуальными библиотеками покупных изделий и материалов – и это второй источник данных проекта.

Наконец, реальный электрожгут – это не «идеальный невесомый сферический конь в вакууме», а изделие, имеющее реальные геометрические и массово-инерционные характеристики, причём геометрию изделия практически полностью определяет изделие, в котором жгут живёт и работает. Вот вам и третий источник данных – какая-то система трёхмерного проектирования, совмещающая в пространстве жгут и то, для чего он предназначен.

В результате проектирования ожидается появление проекта электрожгута, имеющего несколько представлений, которые в определённом смысле можно назвать его «составными частями». Это собственно трёхмерная модель жгута, увязанная со схемой и пространственной конфигурацией изделия, графическая документация на жгут и документация текстовая, полно отражающая его состав.

Всё это – и средства проектирования, и библиотеки комплектующих, и инструменты управления процессом проектирования – и предлагает SolidWorks.

Шаг первый: схема

За схемотехническое проектирование в мире SolidWorks отвечает модуль SolidWorks Electrical Schematic (далее для краткости будем называть его SW Schematic). Рассказывалось о нём неоднократно, так что ограничимся в его описании общими словами (это для тех, кто пока с модулем не знаком совсем) и деталями, важными для нашей темы (а это для уже для специалистов по жгутам).

Модуль SW Schematic решает все вопросы схемотехнического проектирования в области электротехники и жгутовых соединений. Решаются эти задачи в специальной 2D-среде. Схемотехник может создать здесь нужный ему комплект документации: схемы структурные, функциональные, принципиальные, соединений, подключения и так далее – всё, что предусматривает ГОСТ 2.702 и всё, что предприятие придумало для себя само или обязано выпускать по отраслевым стандартам или требованиям заказчика. Комплекты схем взаимосвязаны между собой, так что любой объект, представленный на нескольких разных схемах или на разных листах одной многолистовой схемы, на самом деле всегда связан с единым составным понятием, включающем и разные условные графические обозначения объекта этого класса для схем разных видов, и единый набор атрибутов, и даже (при необходимости) ссылку на, скажем, трёхмерную модель разъёма, предназначенную для использования только в трёхмерной среде. Разумеется, модуль укомплектован богатыми и редактируемыми библиотеками стандартных данных – занимать здесь место даже их перечислением не буду, всю информацию можно найти на сайте компании SolidWorks Russia.

Что важно для нас, так это то, что схемотехник волен выбирать, создавать ли ему отдельную схему на каждый жгут или же выполнить единую схему всего изделия или какого-то его агрегата, в которой соединения данного жгута будут лишь составной частью наравне с другими жгутами, отдельными соединениями навесного монтажа, программируемыми контроллерами и так далее.

Рис. 01. Принципиальная схема изделия

В соответствии с принятыми стандартами полностью настраивается внешний вид такой схемы: способы отображения нумерации и адресации соединений, перекрёстные ссылки между листами схемы, типы линий, УГО, ну и всякая общетехническая атрибутика – форматки, шрифты… Если вы делаете схему всего изделия, то на ней можно выделить отдельные его агрегаты, отражающие поблочную структуру изделия, выделить области размещения компонентов проекта, выделить группы данных (разъёмов и соединений), относящихся к отдельным жгутам или монтажным группам внутри блока или агрегата.

Схемотехник может (хотя и не обязан) сразу указать, какие комплектующие и даже каких конкретно производителей нужно использовать для того или иного разъёма или соединения. В принципе, эта информация уже сейчас, забегая сильно вперёд по ходу нашего повествования, может быть выведена в виде табличных («текстовых», согласно терминологии ГОСТов) документов типа ведомости покупных изделий или перечня элементов, пока, правда, без реальных длин проводов и прочих «метражных» материалов.

Шаг второй: модель

Формированием трёхмерного облика жгута и его увязкой с моделью всего изделия занимается SolidWorks в совокупности с модулем SWR-Электрика. Укрупнённо его задача на этапе создания модели жгута – сформировать желаемую структуру изделия, разместить в пространстве модели разъёмы, проложить трассы (маршруты) будущих жгутов, связать контакты разъёмов друг с другом нужными материалами и «обвесить» всё это вспомогательными материалами и деталями. Ну, и выдать потребителю все количественные характеристики полученной модели жгута.

Сколь-либо серьёзное изделие состоит из каких-то сборочных единиц (блоков, агрегатов, узлов, отсеков) и имеет структуру, отнюдь не определяемую жгутами как таковыми или принципиальной схемой изделия. И пользователь SolidWorks ничем не ограничен в её формировании, работает ли он сразу в трёхмерной среде SolidWorks или сначала создаёт именно структуру изделия силами утилиты Treehouse.

Электромонтаж в составе изделия, согласно ГОСТ 2.413, может быть сформирован разными способами. Применительно к электрожгутам это выглядит так: жгут может быть отдельной сборочной единицей со своим собственным комплектом графической и текстовой документации, или соединения могут быть представлены наряду с другими компонентами какой-то сборки в её составе, но со специфичными правилами формирования всё той же КД. И модуль SWR-Электрика поддерживает все капризы наших стандартов.

Пойдём по порядку.

Рис. 02. Старт создания монтажа – будем делать жгут отдельной подсборкой

При старте работы над монтажом вы выбираете способ формирования структуры изделия: поместить ли весь монтаж прямо в активную сборку SolidWorks или создать отдельную подсборку жгута. Причём в первом варианте, опять же, вы вольны превратить активную сборку в сборку жгута или добавить электромонтажные данные по правилам оформления документации по типам В или Г ГОСТ 2.413. Здесь же можно выбрать профиль работы с базой электротехнических материалов, ограничивающий перечень доступного для данной сборки, и назначить монтажные материалы (марку провода и кабеля), используемые по умолчанию для соединений, материалы которых при создании соединения не заданы – это может встретиться при импорте таблицы связей из сторонних источников или при отсутствии таких данных в SW Schematic. Далее вы выбираете источник данных о составе монтажа: использовать ли по мере надобности все соединители модуля SWR-Электрика, встреченные в активной сборке и её подсборках, или состыковаться с проектом SW Schematic для создания монтажа по какой-то принципиальной, функциональной или структурной схеме. На рисунке в качестве источника данных выбран жгут «H3» одного из проектов SW Schematic, что соответствует идее создания жгута как отдельной подсборки, тогда как при добавлении электромонтажа в состав механической сборки актуальнее будет выбор определённой области размещения монтажа, опционально с включением всех дочерних областей. Наконец, здесь же мы вольны выбрать, не включить ли какие-то компоненты сборки в число компонентов сборки, помещаемых в спецификации в специальные разделы (типа «Устанавливают при электромонтаже»), а при автоматическом создании подсборки жгута – не надо ли перенести в неё какие-то компоненты (обычно разъёмы) и не надо ли автоматом сформировать в ней обстановку жгута (критичные для прокладки жгута геометрические ограничения) в виде вспомогательных объектов.

Рис. 03. Сборка жгута создана и открыта в своём окне. Все объекты Дерева Монтажа пока являются лишь ссылками на объекты схемы изделия (фантомами)

Итак, монтаж модулем SWR-Электрика инициирован. Если он создан на основе схемы SW Schematic, то в Дереве Монтажа сразу появятся все объекты, выделенные из данной схемы для именно этой сборочной единицы. Таким образом, на основе одной схемы – скажем, единой схемы всего изделия – в SolidWorks можно выстроить любую иерархию проекта, отражая в каждой подсборке с монтажом только нужную часть соединений.

Однако в данный момент в нашей сборке может и не быть ни одного соединителя, и нам придётся их добавить – или ассоциировать имеющиеся с соответствующими объектами Дерева Монтажа. Для этого есть соответствующие команды, позволяющие указать для каждого разъёма Дерева Монтажа соответствующую модель соединителя в сборке или вставить в сборку такую модель. При этом, если в схеме SW Schematic указано, какая модель должна быть использована для данного УГО схемы, то SWR-Электрика проверит корректность вашего выбора, а если вы станете настаивать на выборе иной номенклатуры – повесит в Дереве Монтажа метки несоответствия. В любой момент вы сможете получить единый отчёт обо всех разногласиях между сборкой SWR-Электрики и схемой SW Schematic в выборе материалов и комплектующих.

Назначение схемных обозначений при связывании фантомов с реальными моделями иконки Дерева Монтажа меняют свой вид, что повышает наглядность отображения данных. Дополнительно можно переключать фильтры отображения Дерева Монтажа модуля SWR-Электрика и оставлять видимыми только связанные с реальной геометрией объекты Дерева Монтажа или только остающиеся в состоянии фантома и требующие нашего внимания. Этот фильтр, кстати, актуален не только для иконок соединителей, но и для всех прочих объектов Дерева Монтажа. Если за вызов команды вставки компонента вы добавите несколько его экземпляров (а SolidWorks позволяет и такое, и это может быть удобнее при необходимости добавления в сборку нескольких идентичных разъёмов) автоматического связывания модели и иконки Дерева Монтажа не произойдёт, ибо критериев выбора одного из многих не существует, и все они будут позже ассоциированы с нужными иконками командой связывания.

Следующий трёхмерный шаг – создание трасс, по которым пройдут все соединения. SWR-Электрика делает это, как и всегда, с изрядной степенью автоматизации: щёлкните по имеющейся грани – будет поставлена очередная точка маршрута с заданным отступом от сделанного выбора; щёлкните по точке эскиза – поместим точку маршрута сюда; выберите круговую кромку – пройдём через её центр; кликните по ранее созданной трассе – SWR-Электрика разобьёт её в этой точке для создания ответвления маршрута.

Наконец, остаётся нажать волшебную кнопку создания проводов. Система определит, назначены ли модели соединителей, необходимых для «овеществления» проводов и кабелей, и есть ли в них необходимые контакты, подберёт в библиотеке затребованные материалы или назначит проблемным соединениям материалы по умолчанию, определит кратчайшие маршруты для всех проводов и кабелей, создаст соединения и изменит иконки проводов в Дереве Монтажа. Команда импорта таблицы связей, используемая при работе без ссылок на схемы SW Schematic, в новом режиме работы не используется вообще, ибо все необходимые соединения выявлены ещё при старте монтажа SWR-Электрики. Разумеется, если создать какое-то соединение не удалось или для соединения применён не тот материал, что указал автор схемы, вы, опять-таки, увидите в Дереве Монтажа метки ошибок и предупреждений.

Рис. 04. Маршруты проложены, соединения созданы, обстановка скрыта

Далее всё по классике работы с SWR-Электрикой: добавляем вспомогательные материалы (пока это экранирующие плетёнки, защитные трубки и кембрики, но кое-что дополнительное есть в последнем разделе статьи), редактируем геометрию трасс, анализируем результаты проектирования… Разумеется, схемотехник в это время не спит и пытается внести изменения в проект – в схему, собственно. У конструктора есть выбор: самому периодически проверять наличие таких изменений или поручить это автомату, выполняющему такую проверку с заданной вами периодичностью. В любом случае, даже ручная проверка сводится к нажатию кнопки получения обновления данных из схемы. Причём SWR-Электрика реагирует не на любые изменения в схеме, но только на те, что затрагивают данную сборку SolidWorks – напоминаю, в ней может быть выполнена лишь часть заложенного в схему изделия монтажа. При необходимости вы можете передать в обратную сторону – из модели в схему – длины проводов и кабелей, и тогда, например, функции выполнения расчётов в модуле SW Schematic смогут подсчитать, скажем, падение напряжения в кабеле получившейся длины.

Напомню бывалым пользователям SWR-Электрики, что она всегда поставлялась с готовой (и редактируемой, естественно) библиотекой материалов, выполненной технически как некая независимая ни от кого база данных. Теперь вы имеете ещё и новую возможность: использовать систему нормативно-справочной информации SolidWorks Enterprise PDM. В SWE-PDM материалы, применяемые модулем SWR-Электрика в монтаже, сгруппированы в свои тематические папки. Каждый материал имеет соответствующую его типу учётную карточку. Могут использоваться все правила работы с данными SWE-PDM: можно ограничить доступ к материалам так, чтобы неутверждённые администратором справочников материалы были невидимы и неприменимы в SWR-Электрике, право создания новых материалов можно ограничить для каких-то лиц, сами материалы можно создавать по одному или импортировать оптом из любых источников структурированных данных, можно автоматически проверять полноту и корректность заполнения атрибутов материалов, выполнять поиск применяемости…

Рис. 05. Учётная карточка провода в SWE-PDM

И, прежде чем перейти к созданию КД, несколько замечаний для «технических бандитов», пытающихся вместо выполнения своей работы что-нибудь в системе сломать, а также для пугливых пользователей, подозревающих возможность краха или случайной порчи данных. При создании механизма двустороннего взаимодействия модулей SWR-Электрика и SW Schematic большое внимание было уделено проверке и поддержанию ссылочной целостности данных. Так, к примеру, при создании монтажа на основе схемы изделия или жгута пользователю запрещено в трёхмерной среде переставлять концы проводов с контакта на контакт или добавлять руками лишние соединения. При проведении обновлений SWR-Электрика сама заботится о создании новых объектов, удалении старых и индикации изменений в Дереве Монтажа, даже если изменена лишь марка провода или разъёма, уже добавленных в сборку SWR-Электрики. Также и при передаче данных из модели сборки обратно в схему вы получите детальный отчёт о невозможности каких-то действий – скажем, если после удаления провода в схеме вы ещё не провели обновление монтажа в модели, то нельзя передать из модели в схему длину такого провода (ну некуда её отдать). Так что два человека, работая каждый со своей частью проекта (один со схемой, другой с моделью), могут быть уверены, что никакая забывчивость не позволит создать несовместимые куски документации к изделию.

Шаг третий: чертежи

В реальности жгут может быть отображён в самых разных чертежах. Мы говорим здесь лишь о сборочном чертеже жгута и шаблоне для его изготовления. И тот, и другой документы – суть представление жгута, в котором все его ветви выложены на одну плоскость, с той принципиальной разницей (хотя есть, конечно, и многие второстепенные различия), что в шаблоне как картинке, которая служит фактически подложкой для монтажника, изготавливающего жгут, всё должно быть прорисовано в масштабе 1:1.

В результате SWR-Электрика на первом шаге изготавливает именно представление жгута для монтажного шаблона. Распрямляет она всё автоматом, автоматом же ставит размеры всех ветвей жгута, помещает на поле чертежа изображения соединителей и, если хотите, различные таблицы: скажем, общую для жгута таблицу соединений или свою таблицу присоединений для каждого соединителя. Результат работы этого автомата можно сразу распечатать, отнести в цех и использовать на монтажном столе.

Превратить эту заготовку в сборочный чертёж также несложно: укажите, в какие ветви жгута, слишком длинные с точки зрения читабельности чертежа, надо вставить условные разрывы, и дополните чертёж такими элементами оформления, как технические требования, блоки с изображениями типовых заделок жгутов и проводов в разъёмы и так далее.

Если при изготовлении жгута в него сразу должны закладываться какие-то изгибы (например, изгиб сравнительно малого радиуса в жгут сравнительно большого диаметра для укладки жгута в тесном пространстве изделия), вы можете добавить их и в монтажный шаблон, и в сборочный чертёж.

Рис. 06. Сборочный чертёж жгута

Добавим одно важное замечание, связанное с использованием системы. Поскольку чертёж формируется с использованием не стандартных проекций трёхмерной модели, а специальными инструментами, создающими с технической точки зрения объекты эскиза SolidWorks, возникает, с одной стороны, возможность расположить их на поле чертежа в любом положении относительно друг друга (отвести любую ветвь жгута от узла в любом направлении и под любым углом), но, с другой стороны, возникает законный вопрос «а как технически это сделать – какую кнопку нажать?». Отвечает на эти вопросы учебник модуля SWR-Электрика. В его новой редакции создано несколько новых уроков, обучающих как раз приёмам использования модуля и отвечающих на вопросы «что и в каком порядке я должен делать чтобы получить такой-то результат». Это и уроки управления чертежами, и уроки работы со структурой изделия, и уроки организации взаимодействия электромонтажной части с SWE-PDM.

Шаг четвёртый: таблицы

В придачу к чертежам производство требует и множество текстовых документов: таблицы соединений, перечни элементов, конструкторские спецификации… Всё это можно получить в SolidWorks двумя путями. Путь первый (давно знакомый бывалым пользователям SWR-Электрики) – функция создания отчётов на панели инструментов модуля. Она создаст файл MS Excel, содержащий на нескольких листах всю информацию об использованных комплектующих и материалах и о выполненных в проекте соединениях. Теперь есть и второй путь, но он потребует некоторых вступительных слов.

Как известно, любые сводные текстовые документы нужно создавать на основе полного состава изделия, а он формируется в модуле SWE-PDM. Поэтому и модуль SWR-Электрика научили передавать туда данные выполненного монтажа. Результат такой работы – состав изделия, полученный из естественного дерева конструирования SolidWorks, дополненный ссылками на хранящиеся в системе НСИ SWE-PDM материалы, использованные в монтаже SWR-Электрики. С указанием количественных характеристик – сколько всего нужно провода или трубки такой-то марки. И с выводом схемных позиционных обозначений применённых соединителей.

Рис. 07. Состав изделия с монтажом (пример чуть сложнее предыдущего)

Вот по этому-то составу изделий и строятся автоматически все отчёты и текстовые документы, и делает это, разумеется, SWR-Редактор спецификаций. Причём, в зависимости от выбранных параметров монтажа, он формирует спецификацию по своим правилам, предназначенным для разных вариантов монтажа по ГОСТ 2.413, и делает это автоматом, не требуя дополнительных указаний.

Рис. 08. Конструкторская спецификация для монтажа по варианту А ГОСТ 2.413

Промежуточный итог

Итак, к настоящему времени мы имеем следующий вариант работы с электрожгутами, решающий задачи всех этапов проектирования жгута:

Модуль SW Schematic создаёт схему отдельного жгута или всего изделия. Здесь же можно сразу задать необходимые к применению комплектующие и до выполнения рабочего проектирования изделия получить ведомости покупных.
Модуль SWR-Электрика на основе выбранной части схемы создаёт соответствующую часть монтажа в нужной сборке SolidWorks. Ограничений на структуру проекта нет, поддерживаются все капризы ГОСТов в части способов её формирования.
Этот же модуль SWR-Электрика создаёт и чертежи жгутов: сборочные чертежи и монтажные шаблоны.
Модуль SWE-PDM снабжает всех – и SW Schematic, и SWR-Электрику – библиотеками электротехнических материалов и данных соединителей.
Этот же модуль SWE-PDM автоматически формирует состав изделия, ссылающийся и на объекты библиотеки материалов.
Наконец, модуль SWR-Редактор спецификаций по составу изделия и файлу сборки с монтажом (он может понадобиться для некоторых отчётов; наличие SolidWorks при этом не требуется) автоматически создаёт текстовую документацию.
Все изменения управляемо проводятся из модуля в модуль (в рамках реальной логики проектирования, конечно), весь комплекс постоянно следит за ссылочной целостностью всех данных проекта.

Немного о ближайшем будущем (в виде исключения)

Вообще-то, давно известный девиз разработчиков SolidWorks гласит: «мы не торгуем будущим». Но так уж случилось, что тестирование и отладка части функционала модуля SWR-Электрика версии 2017 немного задержались и не поспели к выходу SP0 всего комплекса. Мы, компания SolidWorks Russia, разумеется берём на себя обязательства выдать всё обещанное на эту версию в ближайших обновлениях Service Pack, получаемых пользователями SolidWorks в России бесплатно и легально. А посему приведу на десерт краткий список того, что пользователи SWR-Электрики увидят в ближайшие месяцы.

Возможность задания ограничений параметров присоединяемых к контакту материалов с проверкой корректности монтажа.
Автоматическое добавление в проект некоторых вспомогательных деталей и материалов.
Работа со сборными разъёмами.
Гибкость в создании трасс: Undo, реверс смещения точки трассы.
Массовое редактирование свойств сразу нескольких объектов монтажа.
Выполнение соединений через экраны проводов и кабелей.
Расширение типажа применяемых материалов и деталей: проволока, ленты, плёнки, термоусадочные трубки, бирки, наконечники, стяжки…
Условные обозначения соединителей на чертеже.
Более полная деталировка чертежа: отображение бирок, хвостов проводов…
Автоматическая расстановка позиций по спецификации.
Сортировка объектов Дерева Монтажа и поиск в нём.

Повторюсь: это не отдалённые планы, а текущая наша работа, близкая к завершению (частично показанная, кстати, на ежегодном осеннем форуме российских пользователей SolidWorks).