針對行業(yè)特點,解決實際問題——Autodesk Inventor 在變壓器結構設?

2013-05-22 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

孟慶民來源:萬方數(shù)據(jù)

面向變壓器行業(yè),致力于變壓器產品相關軟件的開發(fā)。主要包括備類新產品結構優(yōu)化設計、電幣單計算優(yōu)化設計和變壓器工程分析計算;推進行業(yè)計算機三維可視化設計技術的應用,提高行業(yè)數(shù)字化技術在生產、制造、試驗、管理以及經(jīng)營等方面的應用水平。

    從二維到三維的轉變

    沈陽變壓器研究所( STI )成立于1960年,是具有很強科研開發(fā)能力的現(xiàn)代化高新技術企業(yè)。STI承擔、組織并完成了幾十項國家重大科技攻關和科研項目,取得了豐碩的科研成果,共榮獲國家級及省、部級科技進步獎34項,軟件技術在變壓器行業(yè)500余家企業(yè)得到廣泛應用。STI 還建立了世界第一流的國內規(guī)模最大的強電流檢驗室和國內第一流的變壓器試驗基地,與荷蘭KEMA試驗室和意大利CESI 試驗室等國際知名的電工試驗室均有密切的工作聯(lián)系,可以滿足500kV 及以下變壓器類產品的試驗要求,為提高中國變壓器產品抗短路能力提供了足夠的試驗條件。

    筆者所在部門的主要工作是:面向變壓器行業(yè),致力于變壓器產品相關軟件的開發(fā)。主要包括備類新產品結構優(yōu)化設計、電幣單計算優(yōu)化設計和變壓器工程分析計算;推進行業(yè)計算機三維可視化設計技術的應用,提高行業(yè)數(shù)字化技術在生產、制造、試驗、管理以及經(jīng)營等方面的應用水平。

    雖然STI 得到了很多榮譽,也擁有了很多客戶。但是隨著技術的發(fā)展和需求的提升,在實際的生產工作中,還存在一些急需解決的技術問題,包括:

    (l)如何與客戶進行更好、更有效的溝通;

    (2)變壓器設計中最核l心的軼芯和線圈的計算問題;

    (3)現(xiàn)有的布線方式需要進行長時間的手工計算;

    (4)無法保證零部件設計數(shù)據(jù)的一致性;

    (5)設計中,修改關聯(lián)文件帶來的問題。

    上述是存在于實際工作過程中的突出問題,由于它們的存在,輕則會影響變壓器的設計周期、設計質量,重則影響產品的市場前景和客戶滿意度。

    基于產品的獨特性,變壓器產品的線圈在制作時絕大多數(shù)是靠手工操作來完成,因此目前還離不開二維工程圈,對于二維參數(shù)化圖,應用AutoCAD編程比較方便。但大型變壓器的引線布置比較復雜,由于這些原因, STI開始醞釀設計平臺從二維軟件向三維軟件的升級,并著于進行軟件的選型工作。

    在選型初期,我們了解并試用了很多的三維軟件,通過對軟件的操作性、設計性、應力分析功能以及與其他軟件的兼容性等方面的考察,公司最終選擇了Inventor軟件。與其他待選軟件相比, Inventor軟件最適合我所的現(xiàn)有情況I 與AUTOCAD接口方便、原有的DWG文件利用率高、價格合理,便于行業(yè)推廣......

    在試用階段, Inventor軟件所表現(xiàn)出了良好的性能,明顯提了設計效率。以設計一臺電壓等級為110干伏、容量為63000干伏安的三繞組有載變壓器產品為慨,以往靠人工設計1 需要5人10天左右才能完成,而采用該系統(tǒng)設計,僅需2人6天即可完成,設計效率提高了4~5倍。試用后,我們共采購了30套Inventor軟件,主要用于產品開發(fā)部和軟件開發(fā)部,用來完成產品設計和變壓器三維設計系統(tǒng)平臺的開發(fā)工作。

    Inventor三維設計

    在變壓器結構設計中,涉及到電、誠、熱、力、場等諸多問題1 下文僅以變壓器引線設計為例,說明Inventor軟件在產品設計中的作用。

    變壓器引線設計具有相關因素多、結構變化大及圖面表達復雜等特點。型號為SFZ11-31500幾10的變壓器中低莊尋|線二維工程圖,如圖1所示。如果單就該種結構而應用二維軟件設計,不考慮結構計算所用時間,僅繪圖工作量就很大。而且結構發(fā)生了變化,導致引線走線發(fā)生變化,相應的木件夾持結構也將隨之改變,所以整張圖紙就要重新設計,會耗費大量的時間。

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圖1 變壓器引線工程圖

    近年來,隨著變壓器專業(yè)設計平臺系統(tǒng)的成功研制,設計變壓器可l 線部分的工作量明顯減少。由于受平臺的限制,結構設計還是不夠靈活,軟件開發(fā)者往往以量取(即增加各類結構的模板數(shù)量) ,但布線需要計算,工作量很大。引線布線也成為開發(fā)變壓器三維設計軟件的瓶頸。筆者多年從事變壓器三維設計系統(tǒng)的引線部分開發(fā)工作,接觸過多種三維設計豐臺,通過對比,認為Inventor軟件的"管道布線"功能是解決這瓶頸的有效方法。

    Inventor 軟件的"管道布線"模塊如圖2所示。這種布線方式如果通過手工計算的方式完成幾乎是不可能的,而應用"管道布線"模塊只需添加十個線束,在幾分鐘內就可完成。且生成酌線束具有自適應功能,不管結構如何變化,Inventor軟件都會自動計算,使布好的線適應新的結構,大大減少了開發(fā)者的工作量,下面通過實例來說明這一特點。

    首先,需要將其他零部件裝配好(也可以不全部裝配上,因為布好的線可以隨時添加"工作點"以改變線酌布置為式,這也是該軟件靈活性的另一體現(xiàn)) ,因為應用"管道布線"需要選擇一些點以確定線的走向。然后,在打開的裝配圖的部f件牛面板上選取"創(chuàng)建約束"命令,即彈出對話框,如圖3所示。為便于記憶,可取容易理解、記憶的名稱。選擇好存儲的位置后"確定",就進入到了"三維布線"模式,此時,部件面板已經(jīng)變成三維布線面板。在瀏覽器申用右鍵單擊剛剛創(chuàng)建酌線束,彈出快捷菜單,選擇"線束設置"來定義線的外觀。設置完成后,在三維布線面板中選擇"創(chuàng)建線束段"進行布線,接下來的任務就是在裝配圖中選取各種點(包括各種特征點,如圓心、頂點等) ,選完后單擊右鍵,在彈出的快捷菜單中選擇"完成"一條線就布置完成了。

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圖2 "管道布線"模塊

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圖3 創(chuàng)建線束界面

    布線的關鍵是"工作點"的選取。在實際工作中,應盡可能多選一些"工作點"\否則會出現(xiàn)由于選取的"工作點"數(shù)量過少,而產生布線結果與要求不←致的情況。必要時,可額外創(chuàng)建一些輔助點作為"工作點,并將這些點約束到要求的位置上。

    用Inventor軟件的"管道布線"模塊生成的三維圖,完全能滿足引線的設計要求,如圖4所示。由于虧|線布線對于操作者來說過于簡單,因此我們在開發(fā)時已經(jīng)將該部分做成交五式的,更增加了軟件的靈活↑生,充分滿足引線部分多變性的要求。

    二維圖是目前變壓器行業(yè)指導生產的主要文檔,因此二維圈能否滿足行業(yè)要求,也是至關重要的,用Inventor軟件的"管道布線"生成三維實體后,投影生成的二維圖如圖5所示。
由于變壓器引線設計有其特殊性,受傳統(tǒng)因素影響也較多,因此對二維圖格式的要求比較嚴格,比如要求繪出油箱及器身外形,而且要求用雙點劃線、標尺寸等。Inventor的二維圖功能比較強,如對單個零部件進行線型設置、整根線的可見性設置等,極大地提高了二維圖的生成效率,可以滿足引線設計的要求。

    綜上所述, Autodesk公司的Invent曠的"管道布線"模塊,基本能夠滿足變壓器引線復雜多變的生產設計要求,通過二次開發(fā),該軟件可以在本行業(yè)推廣普及,并對本行業(yè)設計效率和質量的提高、生產周期的縮短起到了直接作用。

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圖4 生成的二維圖滿足要求

    效果與展望

    在引進Inventor 軟件后,使以往設計工作中很多令人頭疼的問題迎刃而解,明顯提高了設計水平和設計效率。不僅滿足我們事先期望的要求,在某些方面優(yōu)勢還很突出,因此Inventor 軟件已經(jīng)成為我所的主流設計平臺,圓滿解決了我們目前面臨的主要問題,其中包括:

    (l) OWF 文件很好地解決了與下游企業(yè)、客戶交流和溝通的問題;

    (2)通過在Inventor和Autoe礎上開發(fā)二次開發(fā)軟件,解決了變壓器設計中核心的芯和線圈的計算問題;

    (3) 應用Inventor 軟件的"管道布線"模塊,操作步驟少、靈活性好,在幾分鐘內就可完成手工計算的方式需要天的布線設計;

    (4)通過Vault 實現(xiàn)協(xié)同設計,保證了零部件設計數(shù)據(jù)的一致性,而圖紙以及相關的技術文檔也可在Vault 中實現(xiàn)統(tǒng)-管理I Vault 可內嵌于AutoCAO 和Inventor 的菜單中,而且免費;

    (5)在使用Inventor 軟件后,設計中因修改關聯(lián)文件而帶來的問題減少了90% 以上。

    除此之外,也使我們對Inventor 些特色功能的理解逐步加深:

    (1)軟件的易操作性。我們現(xiàn)有的設計人員年齡大多在30~40 歲間,短時間就能輕松掌握Inventor 軟件。另外, Inventor 軟件對新人熟悉設計工作和產品結構都很有幫助,但熟練掌握至少需要l 個月的時間。

    (2)全面開放的二次開發(fā)工具。我們一直在Inventor 軟件上選行二次開發(fā), Inventor軟件的數(shù)據(jù)接口和開發(fā)接口有很好的開放性。

    (3) 數(shù)據(jù)交流性好。在選用Inventor后,為了滿足用戶的需求,我們也使用一部分其他的軟件系統(tǒng),通過中間件模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,還建立了專用數(shù)據(jù)庫,互相關聯(lián)性和數(shù)據(jù)傳遞性良好。