AutodeskInventor在干式變壓器結構設計中的應用

從2D轉型為3D沈陽(yáng)研究院(STI)，成立于1960年，是一家具有強大科研開(kāi)發(fā)能力的現代高科技企業(yè)?？萍紕?chuàng )新承擔、組織和完成了數十項家重大科技研究項目，取得了豐碩的科研成果，獲得34項家、省部級科技進(jìn)步獎，軟件技術(shù)在行業(yè)內500多家企業(yè)得到廣泛應用。STI還建立了世界級的內大型大電流試驗室和內一流的試驗基地，與荷蘭KEMA實(shí)驗室、意大利CESI實(shí)驗室等際知名電氣實(shí)驗室有著(zhù)密切的工作聯(lián)系，能夠滿(mǎn)足500千伏及以下干式變壓器的試驗要求，為提高我干式變壓器的短路電阻提供了足夠的試驗門(mén)檻。我部門(mén)的主要工作是：面向干式變壓器行業(yè)，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)干式變壓器產(chǎn)品的相關(guān)軟件。主要包括各種新產(chǎn)品的結構優(yōu)化設計、電磁計算優(yōu)化設計和干式變壓器工程分析計算；推進(jìn)工業(yè)計算機三維可視化設計技術(shù)的應用，提高工業(yè)數字化技術(shù)在生產(chǎn)、制造、測試、管理和運營(yíng)中的應用水平。STI雖然獲得了很多榮譽(yù)，但也有很多客戶(hù)。然而，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和需求的提高，在實(shí)際生產(chǎn)工作中仍然存在一些急需解決的技術(shù)問(wèn)題，包括：(1)如何更好、更有效地與客戶(hù)溝通；(2)干式變壓器設計中鐵芯和線(xiàn)圈的計算；(3)現有接線(xiàn)方式需要長(cháng)時(shí)間人工計算；(4)零件設計數據的一致性無(wú)法保證；(5)設計中修改相關(guān)文件引起的問(wèn)題。這些都是實(shí)際工作過(guò)程中存在的突出問(wèn)題。由于干式變壓器的存在，會(huì )影響干式變壓器的設計周期和設計質(zhì)量，影響產(chǎn)品的市場(chǎng)前景和客戶(hù)滿(mǎn)意度。由于產(chǎn)品的先特性，干式變壓器產(chǎn)品的線(xiàn)圈大多采用手工操作制造，因此目前二維工程圖仍然不可或缺。對于二維參數化繪圖，應用AutoCAD編程方便。然而，大型干式變壓器的引線(xiàn)布局復雜?；谶@些原因，STI開(kāi)始計劃將設計平臺從2D軟件升級到3D軟件，并開(kāi)始選擇軟件。在選型初期，我們學(xué)習和嘗試了很多3D軟件，包括目前廣泛使用的AIP、Pro/ENGINEER、SolidWorks、SolidEdge等。在考察了可操作性、設計、應力分析功能以及與其他軟件的兼容性后，公司較終選擇了Inventor軟件。相比其他待選軟件，Inventor軟件較適合我們目前的情況。由于與AUTOCAD的接口方便，原始DWG文件的利用率高，價(jià)格合理，易于在行業(yè)內推廣，相信Inventor軟件可以幫助我們解決目前實(shí)踐中遇到的棘手問(wèn)題。在試用階段，Inventor軟件表現出良好的性能，明顯提高了設計效率。以一臺電壓等級為110 kV、容量為63000 KVA的三繞組有載干式變壓器的設計為例，以前是人工設計，需要5個(gè)人，10天左右；使用該系統設計，僅需2人6天即可完成，設計效率提高4~5倍。經(jīng)過(guò)試用，我們購買(mǎi)了30套Inventor軟件，主要用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部和軟件開(kāi)發(fā)部，完成干式變壓器三維設計系統平臺的產(chǎn)品設計和開(kāi)發(fā)。Inventor 3D設計在干式變壓器結構設計中涉及到電、磁、熱、力、場(chǎng)等諸多問(wèn)題。以干式變壓器引線(xiàn)設計為例，說(shuō)明Inventor軟件在產(chǎn)品設計中的作用。干式變壓器引線(xiàn)設計具有相關(guān)因素多、結構變化大、繪圖表達復雜等特點(diǎn)。SFZ11-31500/110型干式變壓器中低壓引線(xiàn)二維工程圖如圖1所示。如果只對這類(lèi)結構應用二維軟件設計，不考慮的話(huà)，繪圖工作量會(huì )很大 #p#分頁(yè)標題#e#

圖1干式變壓器引線(xiàn)工程圖

近年來(lái)，隨著(zhù)干式變壓器專(zhuān)業(yè)設計平臺系統的成功開(kāi)發(fā)，干式變壓器主導部分的設計工作量明顯減少。由于平臺的限制，結構設計還不夠靈活，軟件開(kāi)發(fā)人員往往以量取勝(即增加各種結構的模板數量)，但是布線(xiàn)需要計算，需要大量的工作。引線(xiàn)也成為開(kāi)發(fā)干式變壓器三維設計軟件的瓶頸。作者從事干式變壓器三維設計系統的主導部分開(kāi)發(fā)多年，接觸過(guò)各種三維設計平臺。通過(guò)對比，認為Inventor軟件的“流水線(xiàn)路由”功能是解決這一瓶頸的有效方法。Inventor軟件的“管道布線(xiàn)”模塊如圖2所示。人工計算幾乎不可能完成這種布線(xiàn)方式，但只需增加十條線(xiàn)束，就可以在幾分鐘內完成“管道布線(xiàn)”模塊的應用。而且生成的線(xiàn)束具有自適應功能，無(wú)論結構如何變化，Inventor軟件都會(huì )自動(dòng)計算，使鋪設的導線(xiàn)能夠適應新的結構，大大減少了開(kāi)發(fā)人員的工作量。下面的例子說(shuō)明了這個(gè)特性。圖2“管道布線(xiàn)”模塊

先先，其他部分需要組裝(不是所有的部分都可以組裝，因為可以隨時(shí)在鋪設的線(xiàn)路上添加“工作點(diǎn)”來(lái)改變線(xiàn)路的布局，這是軟件靈活性的另一個(gè)體現)，因為應用“管道布線(xiàn)”時(shí)需要選擇一些點(diǎn)來(lái)確定線(xiàn)路方向。然后，在打開(kāi)的裝配圖的組件面板上選擇“創(chuàng )建線(xiàn)束”命令，彈出對話(huà)框，如圖3所示。為了方便記憶，應采用易于理解和記憶的名稱(chēng)。選擇存儲位置和“確定”后，您將進(jìn)入“3D布線(xiàn)”模式。此時(shí)，組件面板已經(jīng)變成了三維布線(xiàn)面板。在瀏覽器中新創(chuàng )建的線(xiàn)束上單擊鼠標右鍵，彈出快捷菜單，然后選擇“線(xiàn)束設置”來(lái)定義導線(xiàn)的外觀(guān)。設置完成后，在三維布線(xiàn)面板中選擇“創(chuàng )建線(xiàn)段”進(jìn)行布線(xiàn)。接下來(lái)的任務(wù)是選擇各種點(diǎn)(包括各種特征點(diǎn)，如中心、頂點(diǎn)等。)在裝配圖中，選中后右擊，在彈出的快捷菜單中選擇“完成”，一條線(xiàn)的布局完成。圖3創(chuàng )建線(xiàn)束接口

走線(xiàn)的關(guān)鍵是“工作點(diǎn)”的選擇。在實(shí)際工作中，要盡可能多做選擇

一些“工作點(diǎn)”，否則會(huì )出現由于選取的“工作點(diǎn)”數量過(guò)少，而產(chǎn)生布線(xiàn)結果與要求不一致的情況。必要時(shí)，可額外創(chuàng )建一些輔助點(diǎn)作為“工作點(diǎn)”，并將這些點(diǎn)約束到要求的位置上。用Inventor軟件的“管道布線(xiàn)”模塊生成的三維圖，完全能滿(mǎn)足引線(xiàn)的設計要求，如圖4所示。由于引線(xiàn)布線(xiàn)對于操作者來(lái)說(shuō)過(guò)于簡(jiǎn)單，因此我們在開(kāi)發(fā)時(shí)已經(jīng)將該部分做成交互式的，更增加了軟件的靈活性，充分滿(mǎn)足引線(xiàn)部分多變性的要求。

圖4生成的二維圖滿(mǎn)足要求

二維圖是目前干式變壓器行業(yè)指導生產(chǎn)的主要文檔，因此二維圖能否滿(mǎn)足行業(yè)要求，也是至關(guān)重要的，用Inventor軟件的“管道布線(xiàn)”生成三維實(shí)體后，投影生成的二維圖，如圖5所示。#p#分頁(yè)標題#e#

圖5Inventor投影生成二維圖

由于干式變壓器引線(xiàn)設計有其特殊性，受傳統因素影響也較多，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，但卻要求用雙點(diǎn)劃線(xiàn)、要求標尺寸等。Inventor的二維圖功能比較強，如對單個(gè)零部件進(jìn)行線(xiàn)型設置、整根線(xiàn)的可見(jiàn)性設置等，極大地提高了二維圖的生成效率，可以滿(mǎn)足引線(xiàn)設計的要求。綜上所述，Autodesk公司的Inventor的“管道布線(xiàn)”模塊，基本能夠滿(mǎn)足干式變壓器引線(xiàn)復雜多變的生產(chǎn)設計要求，通過(guò)二次開(kāi)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(zhì)量的提高、生產(chǎn)周期的縮短起到了直接作用。效果與展望在引進(jìn)Inventor軟件后，使以往設計工作中很多令人頭疼的問(wèn)題迎刃而解，明顯提高了設計水平和設計效率。不僅滿(mǎn)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(mǎn)解決了我們目前面臨的主要問(wèn)題，其中包括：(1)DWF文件很好地解決了與下游企業(yè)、客戶(hù)交流和溝通的問(wèn)題；(2)通過(guò)在Inventor和AutoCAD上開(kāi)發(fā)二次開(kāi)發(fā)軟件，解決了干式變壓器設計中核心的鉄芯和線(xiàn)圈的計算問(wèn)題；(3)應用Inventor軟件的“管道布線(xiàn)”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一天的布線(xiàn)設計；(4)通過(guò)Vault實(shí)現協(xié)同設計，保證了零部件設計數據的一致性，而圖紙以及相關(guān)的技術(shù)文檔也可在Vault中實(shí)現統一管理，Vault可內嵌于A(yíng)utoCAD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(guān)聯(lián)文件而帶來(lái)的問(wèn)題減少了90以上。除此之外，也使我們對Inventor一些特色功能的理解逐步加深：(1)軟件的易操作性。我們現有的設計人員年齡大多在30-40歲間，短時(shí)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(chǎn)品結構都很有幫助，但熟練掌握至少需要1個(gè)月的時(shí)間。(2)全面開(kāi)放的二次開(kāi)發(fā)工具。我們一直在Inventor軟件上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，Inventor軟件的數據接口和開(kāi)發(fā)接口有很好的開(kāi)放性。(3)數據交流性好。在選用Inventor后，為了滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，我們也使用一部分其他的軟件系統，通過(guò)中間件模塊實(shí)現數據共享，還建立了專(zhuān)用數據庫，互相關(guān)聯(lián)性和數據傳遞性良好。幾點(diǎn)意見(jiàn)(1)針對大型件的設計，Inventor軟件的動(dòng)畫(huà)功能較實(shí)用。但如果能增加模型簡(jiǎn)化處理功能、零部件配合關(guān)系的衍生功能將會(huì )更方便。(2)在實(shí)際設計工作中，會(huì )遇到干式變壓器引線(xiàn)的空間走線(xiàn)、電氣絕緣距離的控制等難以解決的問(wèn)題，Inventor可解決部分問(wèn)題。在三維設計時(shí)，如果能夠實(shí)時(shí)顯示空間距離的變化或設定一些約束條件、給出一些提示信息會(huì )更方便，這些功能在其他三維軟件中曾有過(guò)應用。(3)我們現在設計所用的硬件配置基本上是P-CPU2.8G/內存2G/256M先立顯卡，運行流暢。對于較大產(chǎn)品的裝配設計，建議內存至少應為2G，有條件應擴至4G。(4)Inventor軟件的自適應功能很好，有利于我們的設計工作，但穩定性還需提高。(5)我們對于A(yíng)utodesk公司組織進(jìn)行的培訓非常滿(mǎn)意，但如果能結合我們在工作中的實(shí)際情況進(jìn)行培訓將更有利于我們的設計工作。( 來(lái)源：佳工機電網(wǎng)#p#分頁(yè)標題#e#