Jak pogodzić ze sobą projektowanie elektryczne i mechaniczne

W dzisiejszych czasach firmy bez trudu mogą wybierać w gąszczu  różnorodnych rozwiązań wspomagających proces projektowania wyrobów. Wraz z rozwojem narzędzi CAD najpierw aplikacje CAD 2D (od połowy lat 80.), a następnie ich trójwymiarowe odpowiedniki CAD 3D (lata 90.) przejęły na siebie większość zadań projektowych, wypierając tym samym tradycyjne metody projektowania takie jak deska kreślarska.
Równolegle z rozwojem oprogramowania CAD szybko na popularności zyskały rozmaite aplikacje CAM („M” jak Manufacturing – wytwarzanie). Wykraczały one poza etap projektowania i pozwalały wypełnić lukę pomiędzy dokumentacją konstrukcyjną a fizycznym wyprodukowaniem wyrobu. Dziś trudno wyobrazić sobie generowanie procesów wytwarzania bez wsparcia aplikacji CAM generujących automatycznie kody na maszyny sterowane numerycznie (CNC). Podobnie sytuacja ma się z oprogramowaniem obliczeniowym, które bazując bezpośrednio na modelach CAD, pozwala wykonywać skomplikowane analizy w oparciu o Metodę Elementów Skończonych.
Opisane powyżej ostanie 30 lat na rynku oprogramowania inżynierskiego dotyczy rozwiązań ogólnomechanicznych. Trzebajednak pamiętać także o specjalistycznych aplikacjach skoncentrowanych na takich dziedzinach, jak pneumatyka, hydraulika czy elektryka. Programy te, pomyślane jako narzędzia uzupełniające projekty mechaniczne, często były traktowane jako rozwiązania niszowe czy poboczne. Jednak, jak się wkrótce okazało, stały się równie, jeśli nie bardziej, przydatne co ogólne aplikacje CAD/CAM. Takie specjalistyczne narzędzia w większości wypadków ewoluowały jako osobne środowiska pracy w stosunku do aplikacji CAD – inaczej niż stało się to z większością programów do wytwarzania CAM i obliczeniowych CAE (zazwyczaj są to zintegrowane nakładki działające bezpośrednio na modelach projektowych). W rezultacie projektant wspierający się specjalistycznym oprogramowaniem napotykał na trudności związane z konwersją danych czy nauką zupełnie odmiennego interfejsu. Sytuacja zmieniła się w ciągu ostatnich lat, kiedy pojawiły się nowe propozycje, takie jak elecworks – środowisko łączące specjalistyczne projektowanie elektryczne z mechanicznym rozwiązaniem CAD 3D.
Tak jak dla tradycyjnych procesów projektowanie/obliczenia („projektuj – analizuj – oceniaj – obliczaj – optymalizuj”) czy projektowanie/wytwarzanie („projektuj – analizuj technologiczność – poprawiaj – oceniaj – optymalizuj – generuj kody CNC”) pojawiła się możliwość integracji projektu mechanicznego z elektrycznym. Takie rozwiązanie pozwala na wygodną wymianę informacji pomiędzy inżynierami mechanikami i osobami odpowiedzialnymi za projekt hydrauliczny, pneumatyczny czy elektryczny. Przykładowo już na etapie projektu mechanicznego można zaproponować lokalizację wszystkich elementów pobranych ze schematu elektrycznego, łącznie ze sprawdzeniem ich dopasowania i przewidzeniem fizycznych długości przewodów, jakie będą nam potrzebne. Wszystko dzięki temu, że konstrukcja mechaniczna i schematy elektryczne, hydrauliczne czy pneumatyczne nie powstały w oddzielnych programach, ale „na żywo” – w obrębie jednego zintegrowanego projektu.
Obecnie czymś zupełnie naturalnym i zwyczajnym jest prezentowanie rozkładu naprężenia na modelach CAD 3D dzięki zintegrowanej analizie MES. Równie wygodne może się okazać wzbogacenie projektu mechanicznego o trójwymiarową prezentację przewodów, złączy czy modułów sterujących generowanych automatycznie w oparciu o założone schematy. Takie podejście pozwala wychwycić nie tylko ewentualne problemy kolizji i montażu, ale umożliwia również szybkie wprowadzanie zmian zarówno w obrębie konstrukcji mechanicznej, jak i schematu instalacji elektrycznej czy hydraulicznej/ pneumatycznej.
Współpraca mechanika z elektrykiem polega na bezustannej wymianie informacji, najlepiej w czasie rzeczywistym, a zmiany mechaniczne często wymagają wprowadzenia modyfikacji do schematu elektrycznego i odwrotnie. Bez pracy na wspólnym projekcie elektrycy i mechanicy zmuszeni są ciągle, na zmianę niejako, dopasowywać do siebie swoje fragmenty całego projektu. Jest to nie tylko uciążliwe, ale łączy się ze stratą czasu, czyli powoduje opóźnienia. Zatem, jeśli mechanicy wiedzą, że pewne komponenty sterowania lub sygnalizacji mają być umieszczone w projekcie, mogą to niezwłocznie zrobić, wstawiając do projektu mechanicznego odpowiednie modele 3D. Elektrycy natychmiast to zauważą i będą w stanie stosownie zareagować – zaktualizują schemat elektryczny i okablowanie zgodnie z potrzebami. Z drugiej strony, jeśli elektryk potrzebuje umieścić w urządzeniu światło awaryjne i przycisk „stop”, wystarczy, że wstawi je do modelu złożenia CAD. Inżynier mechanik może w każdej chwili zmieniać ich położenie, dostosowując je do wymagań projektu mechanicznego, ale bez utraty połączeń i wpływu na poprawność schematu elektrycznego.
Bardzo wiele współczesnych przedsiębiorstw wykorzystuje zalety połączenia specjalistycznych zagadnień okołoprojektowych (t.j. obliczenia czy wytwarzanie) z ogólnym, mechanicznym modelem cyfrowym CAD 3D wyrobu. Niewiele jednak próbuje zyskać przewagę na konkurencją w wyniku zintegrowania projektu elektrycznego z mechanicznym i nadal traktuje takie zagadnienie jako dwa oddzielne procesy. Oprogramowanie takie jak elecworks pozwala to łatwo zmienić i wyznacza jednocześnie nowy standard współpracy pomiędzy konstruktorami mechanikami a inżynierami elektrykami.
Przykład praktyczny: producent rozwiązań w zakresie obróbki cieplnej
Firma C.H. Evensen Industriovner AS (CHE) z Norwegii od ponad 70 lat wdraża innowacyjne technologie i metody w branży obróbki cieplnej. To uznany na całym świecie producent pieców do obróbki cieplnej oraz urządzeń do ogrzewania dla różnorodnych procesów przemysłowych. CHE korzysta z nowoczesnych narzędzi konstrukcyjnych, a jej produkty łączą w sobie najwyższą wydajność z wysoką niezawodnością.
CHE za cel postawiła sobie znalezienie najlepszego rozwiązania usprawniającego cały proces projektowy. Aby to osiągnąć, należało zapewnić lepszy przepływ informacji pomiędzy różnymi oddziałami firmy, a konkretnie odszukać program elektryczny ECAD zintegrowany z SolidWorks (używany przez mechaników). Nowy system musiał być łatwiejszy w nauce i prostszy w użyciu niż wcześniejsze rozwiązanie.
Andreas Frebrich jest osobą odpowiedzialną w CHE za wykorzystanie i wdrażanie narzędzi ECAD. – Elecworks jest bardzo łatwy w nauce i w codziennym użytkowaniu. Z łatwością dostosowaliśmy go do naszych potrzeb. Z elecworks łatwo stworzyć połączenia pomiędzy różnymi oknami dialogowymi. Możemy przeanalizować dane krok po kroku, dzięki czemu łatwo jest śledzić postęp projektu – podkreśla Andreas, przybliżając szczegóły jednego z projektów, w których wykorzystany został elecworks.
 Korzyści pracy z elecworks są następujące:
– Elecworks utrzymuje również kontrolę nad 230 V i 400 V, dzięki czemu nie połączysz ich przez pomyłkę. Dzięki interfejsowi, który jest przejrzysty i logiczny, bardzo łatwo naprawić ewentualne błędy. Graficzny interfejs użytkownika ułatwia także konsultacje z klientami. Najczęściej wykorzystywane części są dostępne jako modele 3D od dostawców. Elementy standardowe mogą być w łatwy sposób ściągnięte z Internetu i wstawione do projektu, zaś elementy niestandardowe są łatwe do dodania do biblioteki i od razu gotowe do użycia. Dokumentacja elektryczna z poprzedniego systemu może być opracowywana od nowa ze względu na dużą łatwość obsługi elecworks. W zależności od tego, jak jest wygodniej w danym momencie, możemy również importować poprzednie projekty, co jest dla nas również cenną opcją.
Podczas pobytu za granicą Andreas pracuje na elecworks, wykorzystując połączenie VPN z Norwegii.
Dodatkowe korzyści pracy na elecworks pozwalają na określenie tego programu jako przyjaznego dla konstruktora. Wstawiając nowe symbole, teużywane najczęściej pojawiają się jako pierwsze. Pracownicy jego firmy byli także bardzo zadowoleni z zawartości dostarczonych z programem bibliotek. Generowanie list materiałowych to także duży plus elecworks.
Spośród technicznych narzędzi, które CHE używa, najbardziej użytecznymi są:

  • dwukierunkowy interfejs ułatwiający bezpośrednią współpracę elektrycy-mechanicy,
  • śledzenie i analiza trasy – zapobieganie połączeniu napięcia 230 V z 400 V,
  • łatwość zmiany nazw poszczególnych punktów połączeń.

Ze strategicznego punktu widzenia, elecworks okazał się najlepszym wyborem dla firmy CHE. Program elektryczny całkowicie zintegrowany z CAD mechanicznym oznacza, że osoby pracujące w ECAD są zintegrowane z procesem projektowania i budowy wraz z działem mechanicznym. A poprzez współdziałanie działów znacznie zmniejszono ryzyko wystąpienia błędów w projekcie.
Elecworks jest łatwy w nauce oraz codziennym użytkowaniu. Dzięki całkowitemu zintegrowaniu ECAD z MCAD firma CHE może wykonywać więcej projektów w krótszym czasie.
Przykład praktyczny: producent lokomotyw
Firma Beijing Dongfeng Electrical Locomotive Factory powstała z połączenia China Northern Locomotive oraz Rolling Stock Industry Corporation. Spółka zajmuje się projektowaniem, produkcją, naprawą i konserwacją elektrycznych oraz spalinowych lokomotyw, wagonów do transportu towarów lub pasażerów, taboru kolejowego i trakcji silników. W roku 2009 zarząd firmy zdecydował się zmienić aktualny system CAD, w którym pracowali elektrycy. Założenia firmy przewidywały, że projekty elektryczne 2D wszystkich nowych elektrycznych lokomotyw miały być tworzone w nowym systemie ECAD, całkowicie zintegrowanym z obecnym systemem PLM oraz programem CAD3D – SolidWorks.
Pod koniec 2010 roku ukończono tworzenie schematów elektrycznych 2D wraz z okablowaniem w elecworks core, a dodatek elecworks dla SolidWorks pozwolił na stworzenie mechanicznych modeli szaf elektrycznych instalowanych w lokomotywach. To właśnie pełna integracja programów ECAD/MCAD była jednym z powodów wyboru rozwiązania elecworks.
Dodatkowo elecworks oferuje bibliotekę katalogów światowych producentów, takich jak ABB, Schneider, Phoenix oraz lokalnych dostawców. Funkcjonalność ta w połączeniu z możliwością automatycznego generowania raportów to dla firmy wymierna oszczędność czasu. Dzięki temu, że komponent biblioteki elektrycznej jest w stałej interakcji z SolidWorks w czasie rzeczywistym, zmiany wprowadzone nawet w ostatniej chwili są natychmiast aktualizowane. Za pomocą jednego kliknięcia możemy zaktualizować raporty, niezależnie od miejsca, gdzie dokonano zmian – na schemacie elektrycznym 2D, czy też w projekcie 3D.
W projekcie 3D możemy dodatkowo wykorzystać funkcję automatycznego tworzenia trasy kabli, uwzględniając oczywiście schemat elektryczny projektu.
Dzięki portalowi TraceParts elecworks zyskuje jeszcze większą wydajność i elastyczność. Zasada jest prosta: za pośrednictwem portalu klienci zgłaszają zapotrzebowanie na konkretną część 3D, producenci i dostawcy są o tym informowani i uzupełniają swój katalog udostępniany na stronie TraceParts o dany element. Podczas uzupełniania katalogu części aktualizowane są również ich parametry elektryczne. Oszczędza to tysiące godzin pracy wszystkim użytkownikom na całym świecie. Biblioteka inteligentnych elektrycznych komponentów jest dostępna do ściągnięcia za darmo.
Dzięki integracji trzech rodzajów programów: ECAD, MCAD i PDM obecnie wdrażany w firmie Beijing Dongfeng Electrical Locomotive Factory system PDM będzie za kilka miesięcy zarządzał wszystkimi mechanicznymi i elektrycznymi danymi w SolidWorks Enterprise PDM. Informacje z projektów elektrycznych są eksportowane z elecworks do SolidWorks i do SolidWorks Enterprise PDM, zapewniając poprawne użycie elementów w całym cyklu projektowym.
Użytkownicy programów MCAD, ECAD wymagają od swoich programów gównie zwiększenia produktywności i wyeliminowania błędów projektowych. Praca na jednej platformie ułatwia komunikację i współpracę różnych zespołów projektowych (mechanicznych, elektrycznych) oraz zapewnia pracę zgodnie z międzynarodowymi standardami (np. IEC 61346).
CE