苏州思徕笙工业设计有限公司
Suzhou Celetion Industrial Design Co., Ltd.
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互联网时代，让“智能”更智能
今天为大家介绍CATIA 3D体验平台（3DEXPERIENCE）在电气系统设计专业领域的“智能化”解决方案。
今天为大家介绍CATIA 3D体验平台（3DEXPERIENCE）在电气系统设计专业领域的“智能化”解决方案。在智能制造的改革大潮下，“智能设计“对企业的竞争力甚至未来的命运同样至关重要。汽车、飞机和船舶等产品都含有复杂的多电气系统，随着产品日趋电子化、复杂化发展，以高效率、高质量和低成本完成电气系统设计成为当今企业更加迫切的目标。
达索系统新一代设计软件3DEXPERIENCE CATIA为电气系统设计用户提供了全流程设计方案，并提供多种关键场景的“智能化”设计工具，例如自动画原理图、自动画三维线束、自动出制造图和自动检查等等，以最大程度的解放工程师的重复劳动，可使其专注于产品研发。
01电气系统设计概述
电气系统可简述为由设备、组件和线缆连接组成的，为终端元件输送电力和信号的回路系统。电气系统设计承接与前期功能需求定义和系统架构设计阶段，从接收系统接口控制文件（ICD）开始，涵盖逻辑原理设计，物理线束设计，以及制造准备设计等过程。
以交通和航空行业为例，汽车和飞机有相似的电气系统设计内容及流程。
02行业现状及业务痛点
无论是走在高科技前沿的航空和交通行业，以及相对传统的建筑及能源行业，关于电气系统设计流程和设计工具都尚有很大程度的提升及优化空间。主要表现在：
2.1 数据难集成
目前航空及汽车行业的电气系统设计软件，多为二维ECAD+三维CATIA V5集成设计方式，另有一些工装行业用户采用Auto CAD或Viso进行二维设计。多设计工具必然会遇到数据集成问题，而数据经过跨平台转换传递，设计信息也必然会有所损失；同时由于设计无法及时同步，又容易造成数据一致性管理问题。
2.2 企业知识库难管理
企业设计标准及规范多以文档记录，并作为设计参考。这种靠外部文档作为设计约束，对设计人员经验要求较高，难以积累成为企业固有的知识库，难以管理、重用性差且经验易流失。
2.3 设计工作多重复
诸如原理图绘制、设计检查等工作，需要耗费大量人力及时间去完成，多为重复性“搬砖”劳动，造成资源浪费。
03
何为电气系统“智能化“设计？——二维三维设计自动化、企业知识库数字化、可扩展的一体化设计平台。实现以少量人工参与+机器智能设计的“人工智能”设计模式，而要实现智能化设计的关键是——CATIA知识工程。
知识工程是基于CATIA进行产品智能化设计的重要的核心。而当前的3DEXPERIENCE CATIA知识工程相对于CATIA V5在功能扩展、执行效率以及易用性上有了质的提升。在基于CATIA的电气系统全流程设计过程中，若能灵活运用知识工程，可大幅度提升设计效率及质量。
3.1 企业知识库数字化
CATIA专门提供了用于标准规格数字化配置的模块App——Data Setup。在设计电气原理设计、三维线束设计以及线束展平设计过程中所要遵循的设计标准、标准件库及业务规则等可以通过该模块进行数字化配置。进而使得相关设计工作“设计即正确”，减少认为设计错误，减轻后期设计审查工作。
a)原理图资源（图框、标题栏等）b)设备资源（设备符号、子类型等）c)电气逻辑资源（元件库、元件符号、标注模板等）d)业务规则（信号/信号组关联性、线缆/信号组关联性及线束/组件关联等验证类和修改类规则等）e)报表模板三维电气设计可配置的模板及规则主要有
a)电气特征自定义资源（线缆/通道等电气特征客制化扩展包）b)电气物理系统设计资源（元件库、兼容表、通道分支表、隔离代码表等）c)逻辑到物理同步资源（3D位置同步、属性同步、结构树位置定义等验证类和计算类规则等）d)报表模板线束展平设计可配置的模板及规则主要有
a)电气制造准备资源（标注模板库）b)业务规则（线束最小转弯半径、最小夹角、旋转计算、扭转管理等计算类规则）
3.2 设计自动化
设计工具的自动化是智能化设计的另一体现。CATIA电气系统设计模块提供了多种场景的可结合知识工程定制的开发接口，因此可以深度结合业务设计流程来实现输入输出的自动化。减少工程师的非智力劳动。
电气原理图主要为表达功能设备之间的信号从到关系，以及相关属性信息。电气原理图工程师根据上游提供的接口控制文件（ICD）或信号从到表进行原理图绘制。
原理图设计有四个自动化：自动生成原理数据，自动绘制原理图，自动生成线路图数据，自动绘制线路图。
自动生成原理数据——根据输入的信号从到表，利用知识工程脚本可实现一键自动生成CATIA原理图数据。
自动绘制原理图——按照原理图分页规则、图面符号及标注规则等配置可实现一键自动绘制原理图。
自动生成线路图数据——根据原理图数据，一键自动生成线路图数据（Net to Wire）。
自动绘制线路图——按照线路图符号及标注规则配置等可实现一键自动绘制线路图。
逻辑到物理驱动设计自动化
得益于达索系统新一代一体化设计平台——3DEXPERIENCE CATIA，使得电气原理和电气三维工程师可在同一交互界面、同一数据结构树下进行交互式设计工作。二维与三维之间的信息传递变得非常简单容易，可实现一键式自动化同步，同时数据的一致性和可追溯性完全得到保证。由逻辑驱动自动生成物理，可自动把指定物理部件同步至指定区域，甚至具体空间位置，并且还能识别逻辑中的装配关系，同步物理时实现自动装配，可谓“指哪到哪”。三维线束设计自动化
三维设计是真实物理产品的数字化表达，三维线束的设计要考虑与环境之间的距离，具有一定的复杂性，还是要人工主观判断设计为主。但是，在一些特定场景下可实现一定程度的自动化，例如，末端线束自动批量创建、线束按规则自动调整、线缆自动敷设等。
末端线束自动批量创建——自动批量创建末端线束分支与电气元件的连接。
过卡箍线束自动调整——对于过卡箍的多根线束分支，可实现按规则自动调整剥离。
线缆自动敷设——基于已连通的电气元件和线束通道，可使物理导线或线缆按照最小路径批量自动敷设。对于多路径通道网络场景，可根据业务需求对线束通道以及线缆设置的隔离代码，并配置相应的业务规则，实现基于隔离规则的自动敷设。
基于三维线束安装模型，基于展平业务规则可实现1：1的一键自动化二维展平；基于展平模型可进一步一键自动化生成制造图纸，制造图的符号、标注等完全基于模板配置自适应表达。
3.3 自动化设计检查
确保上游输出数据的完整、正确，是保证下游能够开始正确设计的前提。所以从设计开始至结束整个过程中需要在不同的阶段做相应的检查工作——即早发现问题早治疗。那么直观、快速、全方位的自动化检查工具，使得多次重复的检查工作变得容易，避免遗漏。例如，一致性检查、连接性检查、干涉检查、版本检查、重量分析等。
直观、快速的检查，检查结果直接以不同颜色显示在当前模型上。适用于快速的、全局粗略的检查。例如，原理图连通性检查、原理图与线路图映射检查、线束配置检查等。
PLM客制化检查
根据检查内容，使用知识工程脚本定制检查项，检查结果以列表形式展示在当前界面，且检查结果可快速定位至对应的模型对象。适用于快速、可交互详细的检查。例如，卡箍支架间距检查等。
客制化检查报告
根据检查内容，使用知识工程脚本定制检查项，检查结果以报告形式（xml、excel等）输出至本地。适用于全局的、详细的检查。例如，原理图或三维BOM检查，以报告形式查看设计对象及所有关注的属性明细。
04总结
在新智能互联网时代，万物互联。达索系统新一代的3DEXPERIENCE平台注定要成为工业设计及制造领域的智能化大脑，互联所有用户终端，共享知识经验，最终达到人机合一。电气系统设计的智能化只是3DEXPERIENCE平台能力的冰山一角，而且深度智能化道路也尚未终止。搭上3DEXPERIENCE平台这辆快车，加速器企业数字化转型。
达索系统新一代设计软件3DEXPERIENCE CATIA为电气系统设计用户提供了全流程设计方案，并提供多种关键场景的“智能化”设计工具，例如自动画原理图、自动画三维线束、自动出制造图和自动检查等等，以最大程度的解放工程师的重复劳动，可使其专注于产品研发。
01电气系统设计概述
电气系统可简述为由设备、组件和线缆连接组成的，为终端元件输送电力和信号的回路系统。电气系统设计承接与前期功能需求定义和系统架构设计阶段，从接收系统接口控制文件（ICD）开始，涵盖逻辑原理设计，物理线束设计，以及制造准备设计等过程。
以交通和航空行业为例，汽车和飞机有相似的电气系统设计内容及流程。
02行业现状及业务痛点
无论是走在高科技前沿的航空和交通行业，以及相对传统的建筑及能源行业，关于电气系统设计流程和设计工具都尚有很大程度的提升及优化空间。主要表现在：
2.1 数据难集成
目前航空及汽车行业的电气系统设计软件，多为二维ECAD+三维CATIA V5集成设计方式，另有一些工装行业用户采用Auto CAD或Viso进行二维设计。多设计工具必然会遇到数据集成问题，而数据经过跨平台转换传递，设计信息也必然会有所损失；同时由于设计无法及时同步，又容易造成数据一致性管理问题。
2.2 企业知识库难管理
企业设计标准及规范多以文档记录，并作为设计参考。这种靠外部文档作为设计约束，对设计人员经验要求较高，难以积累成为企业固有的知识库，难以管理、重用性差且经验易流失。
2.3 设计工作多重复
诸如原理图绘制、设计检查等工作，需要耗费大量人力及时间去完成，多为重复性“搬砖”劳动，造成资源浪费。
03
基于3DEXPERIENCE CATIA电气系统
“智能化”设计方案
何为电气系统“智能化“设计？——二维三维设计自动化、企业知识库数字化、可扩展的一体化设计平台。实现以少量人工参与+机器智能设计的“人工智能”设计模式，而要实现智能化设计的关键是——CATIA知识工程。
知识工程是基于CATIA进行产品智能化设计的重要的核心。而当前的3DEXPERIENCE CATIA知识工程相对于CATIA V5在功能扩展、执行效率以及易用性上有了质的提升。在基于CATIA的电气系统全流程设计过程中，若能灵活运用知识工程，可大幅度提升设计效率及质量。
3.1 企业知识库数字化
CATIA专门提供了用于标准规格数字化配置的模块App——Data Setup。在设计电气原理设计、三维线束设计以及线束展平设计过程中所要遵循的设计标准、标准件库及业务规则等可以通过该模块进行数字化配置。进而使得相关设计工作“设计即正确”，减少认为设计错误，减轻后期设计审查工作。
原理图设计可配置的模板及规则主要有
a)原理图资源（图框、标题栏等）b)设备资源（设备符号、子类型等）c)电气逻辑资源（元件库、元件符号、标注模板等）d)业务规则（信号/信号组关联性、线缆/信号组关联性及线束/组件关联等验证类和修改类规则等）e)报表模板三维电气设计可配置的模板及规则主要有
a)电气特征自定义资源（线缆/通道等电气特征客制化扩展包）b)电气物理系统设计资源（元件库、兼容表、通道分支表、隔离代码表等）c)逻辑到物理同步资源（3D位置同步、属性同步、结构树位置定义等验证类和计算类规则等）d)报表模板线束展平设计可配置的模板及规则主要有
a)电气制造准备资源（标注模板库）b)业务规则（线束最小转弯半径、最小夹角、旋转计算、扭转管理等计算类规则）
3.2 设计自动化
设计工具的自动化是智能化设计的另一体现。CATIA电气系统设计模块提供了多种场景的可结合知识工程定制的开发接口，因此可以深度结合业务设计流程来实现输入输出的自动化。减少工程师的非智力劳动。
电气原理图设计自动化
电气原理图主要为表达功能设备之间的信号从到关系，以及相关属性信息。电气原理图工程师根据上游提供的接口控制文件（ICD）或信号从到表进行原理图绘制。
原理图设计有四个自动化：自动生成原理数据，自动绘制原理图，自动生成线路图数据，自动绘制线路图。
自动生成原理数据——根据输入的信号从到表，利用知识工程脚本可实现一键自动生成CATIA原理图数据。
自动绘制原理图——按照原理图分页规则、图面符号及标注规则等配置可实现一键自动绘制原理图。
自动生成线路图数据——根据原理图数据，一键自动生成线路图数据（Net to Wire）。
自动绘制线路图——按照线路图符号及标注规则配置等可实现一键自动绘制线路图。
逻辑到物理驱动设计自动化
得益于达索系统新一代一体化设计平台——3DEXPERIENCE CATIA，使得电气原理和电气三维工程师可在同一交互界面、同一数据结构树下进行交互式设计工作。二维与三维之间的信息传递变得非常简单容易，可实现一键式自动化同步，同时数据的一致性和可追溯性完全得到保证。由逻辑驱动自动生成物理，可自动把指定物理部件同步至指定区域，甚至具体空间位置，并且还能识别逻辑中的装配关系，同步物理时实现自动装配，可谓“指哪到哪”。三维线束设计自动化
三维设计是真实物理产品的数字化表达，三维线束的设计要考虑与环境之间的距离，具有一定的复杂性，还是要人工主观判断设计为主。但是，在一些特定场景下可实现一定程度的自动化，例如，末端线束自动批量创建、线束按规则自动调整、线缆自动敷设等。
末端线束自动批量创建——自动批量创建末端线束分支与电气元件的连接。
过卡箍线束自动调整——对于过卡箍的多根线束分支，可实现按规则自动调整剥离。
线缆自动敷设——基于已连通的电气元件和线束通道，可使物理导线或线缆按照最小路径批量自动敷设。对于多路径通道网络场景，可根据业务需求对线束通道以及线缆设置的隔离代码，并配置相应的业务规则，实现基于隔离规则的自动敷设。
展平出图设计自动化
基于三维线束安装模型，基于展平业务规则可实现1：1的一键自动化二维展平；基于展平模型可进一步一键自动化生成制造图纸，制造图的符号、标注等完全基于模板配置自适应表达。
3.3 自动化设计检查
确保上游输出数据的完整、正确，是保证下游能够开始正确设计的前提。所以从设计开始至结束整个过程中需要在不同的阶段做相应的检查工作——即早发现问题早治疗。那么直观、快速、全方位的自动化检查工具，使得多次重复的检查工作变得容易，避免遗漏。例如，一致性检查、连接性检查、干涉检查、版本检查、重量分析等。
BI智能检查
直观、快速的检查，检查结果直接以不同颜色显示在当前模型上。适用于快速的、全局粗略的检查。例如，原理图连通性检查、原理图与线路图映射检查、线束配置检查等。
PLM客制化检查
根据检查内容，使用知识工程脚本定制检查项，检查结果以列表形式展示在当前界面，且检查结果可快速定位至对应的模型对象。适用于快速、可交互详细的检查。例如，卡箍支架间距检查等。
客制化检查报告
根据检查内容，使用知识工程脚本定制检查项，检查结果以报告形式（xml、excel等）输出至本地。适用于全局的、详细的检查。例如，原理图或三维BOM检查，以报告形式查看设计对象及所有关注的属性明细。
04总结
在新智能互联网时代，万物互联。达索系统新一代的3DEXPERIENCE平台注定要成为工业设计及制造领域的智能化大脑，互联所有用户终端，共享知识经验，最终达到人机合一。电气系统设计的智能化只是3DEXPERIENCE平台能力的冰山一角，而且深度智能化道路也尚未终止。搭上3DEXPERIENCE平台这辆快车，加速器企业数字化转型。
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