逸莱轲软件贸易（上海）有限公司 王金 技术总监

一、 前言

自1971年首次提出机电一体化这一概念以来，机电一体化经历了四十多年的发展，其意义和实现方式跟随着科技的发展不断更新，不断丰富。特别是随着“工业4.0”概念的提出及实践，设备制造行业对电气和机械设计软件的融合也提出了适应新时代发展特性的革命性要求。

二、 机电一体化设计的难点

目前，在国内市场中能够完成电气设计的产品有很多，也不乏一些源自国内基于AutoCAD二次开发的智能设计插件。这些工具可以高效而智能的完成电气绘图。在机械设计领域，设计软件也是琳琅满目，所具备的能力也是参差不齐。但是，能够真正实现机电一体化设计的少之又少。
所谓机电一体化设计，就是将电气设计所产生的电气数据（例如断路器设备参数及数量等信息）与机械设计软件无缝对接，使得设备数据在电气设计和机械设计两种不同的环境中自由流通。要实现这个目标，需要有几个必要条件：

1. 数据库支持。

数据库是存储数据所必要的介质，因为软件需要通过数据库存储大量的设备、符号、电线等数据。例如，对于设备来说，需要存储设备在图纸中所使用的符号名称，以及设备本身的长宽高等参数数据。只有有了数据库，才有可能将数据传递给3D产品开始下一步的智能设计。
然而，就这项要求，国内很多基于AutoCAD二次开发的产品都将不能胜任。

2. 3D软件的开发接口

目前，越来越多的3D软件具备了开放的API接口。例如PTC，SolidWorks，Pro-E等等。这样开放的接口为机电一体化的进一步开发提供了良好的途径。但是，电气设计软件的开发需要通过这样的API接口进入3D软件，并形成数据互动，这项技术不仅仅是需要通过API来调用数据，更重要的是要向3D软件中写数据，这就要求两款产品的研发人员具备更多的沟通和合作开发的途径。

3. 数据传输途径

目前，大部分机械软件与电气软件实现数据对接，都是通过XML作为中间媒介，在XML中输入2D数据和与其相关联的3D数据。通过这样的方式，即便是成功了完成数据对接，在设计修改时也会造成相当大的修改工作量（需要同时修改2D，3D和XML文件）。

由于这些阻碍，很少企业能够真正使用电气软件和机械软件完成对接，不能在企业内部建立制造数据在电气和机械这两个不同的设计部门自由流通。

三、 电气设计软件elecworks的集成能力

法国 Trace Software International 公司开发的电气设计软件 elecworks 是目前市面上唯一能够提供机电一体化设计方式的智能产品。早在2009年起，Trace Software International 公司就宣布了旗下产品elecworks为SolidWorks产品数据提供无缝集成的能力。而elecworks在本身的电气设计领域，也体现了卓越的性能。

1. 使用Top-Down的方式完成电气设计

传统的设计工具将目标锁定在缩短绘图时间上，将一些繁杂的工作交给电脑处理。但是真正要提高设计效率、缩短设计周期，仅仅提速画图是远远不够的。电气设计需要对设计内容做宏观规划，定义系统框架。完成宏观设计后，使用微观的原理图设计，详细的定义出设备的连接信息。
elecworks将设计的方式与机械设计的方式相对应，采用Top-Down的设计模式，优先通过布线方框图对整个系统做框架划分，区分出设备的位置关系（空间）和系统关系（功能）。由此，每个设备都赋予了特定的两个属性。根据IEC 61346标准定义，使用 + 表示位置关系，使用 = 表示功能关系。
这样的设计方式是与3D设计软件的设计模式相同的——这奠定了机电一体化设计的工作模式基础。

图 1

2. 树状数据结构

在elecworks原理图中增加的每一个符号，都可以为其分配不同的设备型号。对应的，每个设备型号数据都可以映射到设备的物理尺寸（长、宽、高）。这样，elecworks通过这些数据可以完成2D的机柜布局图。
这样的机柜布局，是电气工程师根据所设计的原理而做的初步设备布局规划。——这为后期与3D软件的集成提供了设备参数参考。

图 2

3. 详细的接线数据

在所有的电气软件中，elecworks在电线和电缆数据的处理上体现了其卓越的额特性。不仅仅可以自动生成电线的线号，还可以批量定义电线的线型属性，例如颜色、线径、编号格式等等。
在完成原理设计后，elecworks可以自动生成各种接线数据报表，例如电线接线表、电缆表、电缆芯接线表等。——这是在3D中实现自动布线的数据前提。

图 3

四、 基于PTC Creo的3D布局和布线

经过Trace software international公司与美国参数技术公司（PTC公司）经过深入合作，由Trace software international 公司开发了elecworks 与Creo的无缝集成接口。在elecworks中所增加或减少的设备数据，可以在Creo中同步更新。

1. 电气和机械设计的协同设计

无论是同一个局域网中互相连接的两个电脑分别开始电气设计和机械设计，还是同一台电脑中分别打开elecworks和Creo两款软件，使用elecworks的3D模块就可以实现数据的连接。

图 4

完成数据连接后，通过Creo的强大3D能力，就可以开始将elecworks的2D原理平面设计转成立体的3D空间实体设计了。

2. 数据的3D空间布局与布线

从elecworks中获取到电气数据后，在Creo中通过设备导航器，直接双击设备名称就可以调用出相应的3D模型。这个调用出来的模型与机械工程师自行添加出来的模型最本质的区别在于，关联的模型会具备elecworks的电气属性。这样的属性是后期自动布线的前提。
在Creo中，定义好模型的电气连接点信息，使得模型具备读取elecworks电气设备工艺管脚数据的能力。
完成这样的准备工作后，在Creo中直接运行布线命令，就可以通过Creo将elecworks中的电气原理接线关系体现在3D软件中。

图 5

从图上可以看出，不仅仅是设备之间的接线关系能够体现，电线所使用的颜色信息也能够通过Creo从elecworks中获取并体现出来。同样的，线径也是完美的体现出来。

3. 统计线长数据

能够完成自动布线，只是帮助机械设计人员快速的完成了结构设计和线缆设计。真正能够对生产工艺提供技术参数的，是完成布线后的线长自动统计。
完成自动布线后，在elecworks中直接自动生成电线的报表。在报表中，自动统计出Creo所得到的1:1的真实线长。

图 6

这样的报表直接提供给工艺部门后，可以直接用于裁线、布线和接线工作了。

五、 机电一体化平台

通过以上内容，可以看出elecworks与PTC Creo结合，真正的完成了机械设计和电气设计的融合。对于企业来说，电气设计是将逻辑原理展现在图纸上，机械设计时将逻辑设计内容通过立体的模型展现出来。两者的结合，将会使得数据在整个设计环节实现自由流通。
完成的机电一体化平台是一个环形平台。

图 7

1. Elecworks专注于电气设计，完成平面的2D原理图。
2. Elecworks将电气数据传递给Creo，在Creo中完成结构布局。
3. Elecworks将电气接线数据传递给Creo，在Creo中完成空间布线。
4. Creo中在完成布线后，统计线长数据。
5. Creo将线长数据反向传递给elecworks，在elecworks中生成电线报表。
6. 报表作为重要的内容存储在elecworks的项目中，完成电气-机械-工艺数据的环形设计。

六、 结语

这样的机电一体化平台，可以让企业中原本沟通较少的电气部门和机械部门之间的设计紧密相连，将设计的人为沟通转变成通过电脑处理的内部数据交流。由此，不仅解决了企业中的电气设计和机械设计的专业性问题，也增加了两个不同领域设计的协同设计能力，让设备数据在设计阶段自由流通在同一个平台上。这样的方式，提高了整体的设计效率，也增加了设计部门之间的紧密度，将设计的错误率降到最低。
机电一体化的设计模式，正在成为一种趋势。

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