智能设计系统

变压器自动化设计系统

智能设计是指应用现代信息技术,采用计算机模拟人类的思维活动,提高计算机的智能水平,从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务,成为设计人员的重要辅助工具。智能设计的特点:1)以设计方法学为指导。智能设计的发展,从根本上取决于对设计本质的理解。设计方法学对设计本质、过程设计思维特征及其方法学的深入研究是智能设计模拟人工设计的基本依据。2)以人工智能技术为实现手段。借助专家系统技术在知识处

智能设计是指应用现代信息技术,采用计算机模拟人类的思维活动,提高计算机的智能水平,从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务,成为设计人员的重要辅助工具。
智能设计的特点:
1)以设计方法学为指导。智能设计的发展,从根本上取决于对设计本质的理解。设计方法学对设计本质、过程设计思维特征及其方法学的深入研究是智能设计模拟人工设计的基本依据。
2)以人工智能技术为实现手段。借助专家系统技术在知识处理上的强大功能,结合人工神经网络和机器学习技术,较好地支持设计过程自动化。
3)以传统CAD技术为数值计算和图形处理工具。提供对设计对象的优化设计、有限元分析和图形显示输出上的支持。
4)面向集成智能化。不但支持设计的全过程,而且考虑到与CAM的集成,提供统一的数据模型和数据交换接口。
5)提供强大的人机交互功能。使设计师对智能设计过程的干预,即与人工智能融合成为可能。

面向变压器行业,致力于变压器产品相关软件的开发。主要包括各类新产品结构优化设计、电磁计算优化设计和变压器工程分析计算;推进行业计算机三维可视化设计技术的应用,提高行业数字化技术在生产、制造、试验、管理以及经营等方面的应用水平。

急待解决的实际问题

随着技术的发展和需求的提升,在实际的生产工作中,还存在一些急需解决的技术问题,包括:如何与客户进行更好、更有效的沟通;变压器设计中最核心的铁芯和线圈的计算问题;现有的布线方式需要进行长时间的手工计算;无法保证零部件设计数据的一致性;设计中,修改关联文件带来的问题。

上述问题是在实际的工作过程中遇到的最突出问题,不解决好这些问题,轻则会影响我们的设计周期、设计质量,重则影响客户满意度。当今市场竞争日趋激烈,效率就是效益,而现有的二维软件已经不能满足我们对效率的要求。

INVENTOR软件表现出了良好的性能,明显提高了设计效率。以设计一台电压等级为110千伏、容量为63000千伏安的三绕组有载变压器产品为例,以往靠人工设计,需要5人10天左右才能完成;而采用该系统设计,仅需2人6天即可完成,设计效率提高了4~5倍。

完满解决所有问题

引进INVENTOR软件后,很多问题都迎刃而解,明显提高了设计水平和设计效率。不仅满足我们事先期望的要求,在某些方面优势还很突出,因此INVENTOR软件已经成为我所的主流设计平台。

目前我们面临的主要问题,在使用INVENTOR软件后,都已经完满解决,其中包括:

(1)DWF文件很好地解决了与下游企业、客户交流和沟通的问题;

(2)通过在INVENTOR和AutoCAD上开发二次开发软件,解决了变压器设计中最核心的鉄芯和线圈的计算问题;

(3)应用INVENTOR软件的“管道布线”模块,操作步骤少、灵活性好,在几分钟内就可完成手工计算的方式需要一天的布线设计;

(4)通过Vault实现协同设计,保证了零部件设计数据的一致性,而图纸以及相关的技术文档也可在Vault中实现统一管理;

(5)在使用INVENTOR软件后,设计中因修改关联文件而带来的问题减少了90%以上。

除此之外,INVENTOR软件还有一些明显优势。

(1)软件的易操作性。

(2)全面开放的二次开发工具。

(3)数据交流性好。

应用示例

在变压器结构设计中,涉及到电、磁、热、力、场等诸多问题,仅以变压器引线设计为例,说明INVENTOR软件在产品设计中的作用。

智能设计

图1 变压器引线工程图

变压器引线设计具有相关因素多、结构变化大及图面表达复杂等特点。型号为SFZ11-31500/110的变压器中低压引线二维工程图,如图1所示。如果单就该种结构而应用二维软件设计,不考虑结构计算所用时间,仅绘图工作量就很大。而一旦结构发生了变化,导致引线走线发生变化,相应的木件夹持结构也将随之改变,所以整张图纸就要重新设计,会耗费大量的时间。

近年来,随着变压器专业设计平台系统的成功研制,设计变压器引线部分的工作量明显减少。由于受平台的限制,结构设计还是不够灵活,软件开发者往往以量取胜(即增加各类结构的模板数量),但布线需要计算,工作量很大。引线布线也成为开发变压器三维设计软件的瓶颈。笔者多年从事变压器三维设计系统的引线部分开发工作,接触过多种三维设计平台,通过对比,觉得INVENTOR软件的“管道布线”功能是解决这一瓶颈的有效方法。

INVENTOR软件的“管道布线”模块,如图2所示。这种布线方式如果通过手工计算的方式完成几乎是不可能的,而应用“管道布线”模块只需添加十个线束,在几分钟内就可完成。且生成的线束具有自适应功能,不管结构如何变化,INVENTOR软件都会自动计算,使布好的线适应新的结构,大大减少了开发者的工作量,下面通过实例来说明这一特点。

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首先,需要将其他零部件装配好(也可以不全部装配上,因为布好的线可以随时添加“工作点”以改变线的布置方式,这也是该软件灵活性的另一体现),因为应用“管道布线”需要选择一些点以确定线的走向。然后,在打开的装配图的部件面板上选取“创建线束”命令,即弹出对话框,如图3所示。为便于记忆,可取容易理解、记忆的名称。选择好存储的位置后“确定”,就进入到了“三维布线”模式,此时,部件面板已经变成三维布线面板。在浏览器中用右键单击刚刚创建的线束,弹出快捷菜单,选择“线束设置”来定义线的外观。设置完成后,在三维布线面板中选择“创建线束段”进行布线,接下来的任务就是在装配图中选取各种点(包括各种特征点,如圆心、顶点等),选完后单击右键,在弹出的快捷菜单中选择“完成”,一条线就布置完成了。

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图3 创建线束界面

布线的关键是“工作点”的选取。在实际工作中,应尽可能多选一些“工作点”,否则会出现由于选取的“工作点”数量过少,而产生布线结果与要求不一致的情况。必要时,可额外创建一些辅助点作为“工作点”,并将这些点约束到要求的位置上。

用INVENTOR软件的“管道布线”模块生成的三维图,完全能满足引线的设计要求,如图4所示。由于引线布线对于操作者来说过于简单,因此我们在开发时已经将该部分做成交互式的,更增加了软件的灵活性,充分满足引线部分多变性的要求。

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图4 生成的二维图满足要求

二维图是目前变压器行业指导生产的主要文档,因此二维图能否满足行业要求,也是至关重要的,用INVENTOR软件的“管道布线”生成三维实体后,投影生成的二维图,如图5所示。

由于变压器引线设计有其特殊性,受传统因素影响也较多,因此对二维图格式的要求比较严格,比如要求绘出油箱及器身外形,但却要求用双点划线、要求标尺寸等。INVENTOR的二维图功能比较强,如对单个零部件进行线型设置、整根线的可见性设置等,极大地提高了二维图的生成效率,可以满足引线设计的要求。

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图5 INVENTOR投影生成二维图


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