趙寧 文禮強(qiáng) 劉瓊

趙寧 北京科銳配電自動化股份有限公司，北京，100193

易盼軟件(上海)有限公司，上海，201612

1  背景

電氣柜內(nèi)的布線方式主要分為兩類，一是按線槽布線，導(dǎo)線隨意放置在槽內(nèi)，不綁扎或保

護(hù)；二是無線槽布線，使用扎帶或者纏繞帶對導(dǎo)線進(jìn)行綁扎、固定，如圖 1-1 所示。

圖 1-1 電氣柜內(nèi)布線方式

傳統(tǒng)的柜內(nèi)布線工藝，一般需要電氣設(shè)備安裝到位后才能開展。車間工人一邊看圖，一邊

開展規(guī)劃布線路徑、手工制線，一邊完成接線工作，如圖 1-2 所示。而接線工作中導(dǎo)線制備流

程落后、設(shè)備自動化程度低、布線接線串行工作、對接線工人水平依賴程度高等因素，是導(dǎo)致

電氣柜生產(chǎn)材料大量浪費(fèi)、接線工作效率不高、布線工藝水平不標(biāo)準(zhǔn)的主要原因。

圖 1-2 傳統(tǒng)柜內(nèi)布線工藝

為了解決電氣柜內(nèi)布線工藝的設(shè)計問題，提高電氣柜生產(chǎn)產(chǎn)能及工藝質(zhì)量水平，諸多企業(yè)

開始在數(shù)字化樣機(jī)環(huán)境下，開展布線工藝的設(shè)計，并購置相應(yīng)自動化設(shè)備，打通設(shè)計與生產(chǎn)的

數(shù)據(jù)流。

隨著電氣/機(jī)械設(shè)計軟件的發(fā)展，目前市面上已有大量針對布線設(shè)計的軟件，例如：EPLAN

公司的 Pro Panel 和 Harness proD、PTC 公司的 Pro/Cabling、Siemens 公司的 UG/Wiring 等。本

文以 EPLAN Harness proD 軟件為例，講述如何利用 HPD 進(jìn)行柜內(nèi)線束布線工藝的數(shù)字化設(shè)

計，提高生產(chǎn)的自動化。

2 EPLAN Harness proD 的 的 布線 設(shè)計

2.1  EPLAN Harness proD  簡介

EPLAN Harness proD（以下簡稱 HPD）是一種獨特、獨立的易用解決方案，可以高效且快

速地創(chuàng)建三維線束、釘板圖、電纜圖紙和報表。HPD 使線束設(shè)計不受機(jī)械原型可用性的影響。

可直接使用 3D MCAD 模型將顯著降低開發(fā)成本，同時通過縮短開發(fā)周期而節(jié)省時間和金錢。

作為一款電氣布線工藝設(shè)計軟件，HPD 提供了大量的方便、實用的工藝設(shè)計功能，如：布

線路徑快速設(shè)計、自動附加接線端子、干涉檢查、彎曲半徑檢查、復(fù)雜實體復(fù)用、用于導(dǎo)線\

電纜預(yù)制的釘板圖\電纜圖等，并提供了與自動化下線機(jī)，如 Komax、CADCable 等機(jī)器接口。

2.2  HPD  布線設(shè)計流程

HPD 相對于其他布線設(shè)計軟件，其最大的特點之一，是操作簡單，易上手。從零開始，到

完整完成單個柜內(nèi)的布線設(shè)計，只需要七步，如所 2-1 所示。

圖 2-1 HPD 布線設(shè)計流程

而當(dāng)企業(yè)的部件庫里部件數(shù)量達(dá)到一定程度，并且開展了一定標(biāo)準(zhǔn)化工作后，便可通過變

量、電氣選項以及復(fù)雜實體復(fù)用等功能，使柜內(nèi)布線的設(shè)計時間產(chǎn)品交付周期更短。

2.2.1  部件庫準(zhǔn)備

同其他三維布線軟件相似，在開始布線設(shè)計前，通常是需要準(zhǔn)備相應(yīng)的部件數(shù)據(jù)，如連接

物、端子、導(dǎo)線\電纜、接線端子以及部件\部件組等。但相比其他軟件，HPD 提供了“快速原

型”功能，用來在盡可能短的時間內(nèi)快速開發(fā)完整或部分模型的方法。快速原型注重于功能，

旨在以相對直接、簡單和快速的過程降低開發(fā)和制造所需模型的過程復(fù)雜性。

2.2.2  入 導(dǎo)入 3D  柜體& 放置連接物

HPD 支持直接導(dǎo)入多款主流 M-CAD 源文件數(shù)據(jù)，如 SW、Creo、CATIA 等，也支持導(dǎo)入常

用的中間格式的文件，如 STEP、IGES 等。三維模型導(dǎo)入后，如圖 2-2 所示，作為一個整體部

件，存在于 HPD 中，且可以對各零部件進(jìn)行顏色、透明度、顯示/隱藏等調(diào)試。

電氣柜體導(dǎo)入 HPD 后，便可在柜體上進(jìn)行電氣器件的安裝布局。放置器件時，可使用

HPD 提供的點、線、面配合、句柄\安裝點捕捉、坐標(biāo)系對齊、移動\旋轉(zhuǎn)等功能，實現(xiàn)器件的

快速精準(zhǔn)放置，完成整個柜內(nèi)器件的布局，如圖 2-2 所示。

圖 2-2 電氣柜布局

2.2.3  規(guī)劃路徑

完成電氣器件的安裝布局后，就可以為導(dǎo)線的布線，設(shè)計和規(guī)劃路徑，即 HPD 的術(shù)語：

束。在 HPD 中，路徑的規(guī)劃可通過“點擊并指向”的方法，快速創(chuàng)建，然后通過添加和調(diào)整

（移動）控制點，來完成路徑的調(diào)整。

針對電氣柜的路徑創(chuàng)建，建議先創(chuàng)建一個總的路徑，該路徑包含了導(dǎo)線布線的所有可能。

在進(jìn)行導(dǎo)線布線設(shè)計時，可先復(fù)用總路徑，在完成相應(yīng)導(dǎo)線布線后，刪除多余未使用的路徑。

如此一來，可大大提高布線設(shè)計的總體效率。

圖 2-3 布線路徑規(guī)劃

2.2.4  布線 設(shè)計

在完成器件布局和路徑規(guī)劃后，便可對器件間的接線，進(jìn)行布線工藝的設(shè)計。該環(huán)節(jié)是體

現(xiàn)工藝設(shè)計與生產(chǎn)關(guān)聯(lián)的重要環(huán)節(jié)，主要分四步進(jìn)行：

1). 導(dǎo)線分組并導(dǎo)入連接關(guān)系。

電氣柜內(nèi)的導(dǎo)線數(shù)量，尤其是低壓控制柜，一般都是成千上百的存在。面對如此多的接線

關(guān)系，不宜全部同時導(dǎo)入到 HPD 中進(jìn)行布線設(shè)計，因此需要提前將接線關(guān)系，分成不同組，

然后導(dǎo)入到不同的 HPD 工作區(qū)中，形成不同的線束。

HPD 對于接線關(guān)系表信息，有特定要求，如圖 2-4 所示，需要提供導(dǎo)線的型號、導(dǎo)線兩端

器件名稱（在 HPD 里的顯示名稱 REFDES，而不是庫里的部件名稱）及其管腳名稱即可。接線

關(guān)系導(dǎo)入時，HPD 也提供了導(dǎo)入模板，提高導(dǎo)線導(dǎo)入的效率。

圖 2-4 接線關(guān)系導(dǎo)入模板與導(dǎo)入效果

2). 自動/半自動/手動布線

針對不同導(dǎo)線組，可以在 HPD 中不同的工作區(qū)來進(jìn)行布線設(shè)計。對于布線，HPD 提供了

自動（按最短路徑和就近出線點）、半自動（指定布線路徑的起點和終點）以及手動（提定導(dǎo)

線經(jīng)過哪些布線路徑）布線功能。完成布線的效果如圖 2-5 所示。

圖 2-5 HPD 布線效果

3). 自動附加零件

接線端子，即俗稱的線鼻子(DT)，常用于導(dǎo)線末端連接和續(xù)接，能讓導(dǎo)線和電氣器件連接

更牢固、更安全，是電力設(shè)備、電器連接常用的材料。一般導(dǎo)線與電氣器件連接時，按照國家

接線規(guī)范要求，導(dǎo)線末端連接均需使用對應(yīng)的接線端子，再與電氣器件管腳連接，使產(chǎn)品外觀

規(guī)格良好，導(dǎo)電性能更好和安全。

電氣柜內(nèi)導(dǎo)線兩端的接線端子，一般需要根據(jù)器件接線點類型要求和導(dǎo)線截面積的不同，

選擇不同接線端子，一般企業(yè)均有相應(yīng)的工藝文件，來規(guī)范接線端子的選型和使用。而這些工

藝要求，可以直接體現(xiàn)在部件庫里，即為器件，指定適用的接線端子類型，如圖 2-6 所示。

圖 2-6 為器件指定接線端子

HPD 提供了的自動附加零件功能，能自動根據(jù)導(dǎo)線的截面積和器件適用的接線端子類型，

自動為導(dǎo)線兩端，加載對應(yīng)的接線端子，如圖 2-7 所示。自動附加零件后，導(dǎo)線兩端的接線羰

子信息就可以直接輸出，為導(dǎo)線自動制備，提供數(shù)據(jù)。

圖 2-7 自動附加接線端子

4). 創(chuàng)建線束

線束，是將各電氣設(shè)備所用的不同規(guī)格、不同顏色的電線通過合理的安排，將其合為一

體，并將電線捆扎成束，其目的是為了便于安裝、維修，這樣既完整，又可靠。借助線束概

念，將完成布線和添加上接線端子的成組導(dǎo)線，設(shè)計為不同的線束，如圖 2-8 所示，為釘板圖

制造輸出，和導(dǎo)線預(yù)制，提供原始數(shù)據(jù)。

HPD 提供的“自動傳導(dǎo)線束隸屬關(guān)系”，只需要將單一對象，如導(dǎo)線、連接物等，分配給

某一線束，相關(guān)聯(lián)的對象則會自動分配到該線束內(nèi)，大大提高了將線束對象分配給相應(yīng)線束效

率。

圖 2-8 HPD 中的不同線束

2.2.5  設(shè)計驗證

完成柜內(nèi)導(dǎo)線的布線設(shè)計和線束分配后，就需要為線束設(shè)計進(jìn)行設(shè)計檢查。HPD 提供了

27 種設(shè)計檢查規(guī)則，如圖 2-9 所示。通常而言，電氣柜內(nèi)線束設(shè)計主要檢查以下幾個方面內(nèi)容

即可（不同企業(yè)，對工藝要求不同，可根據(jù)實際需求，進(jìn)行檢查項內(nèi)容的設(shè)定）：

1). 彎曲半徑檢查：檢查布線工藝設(shè)計時，布線路徑的彎曲半徑，是否小于導(dǎo)線設(shè)置的最

小半徑。

2). 干涉檢查：檢查布線路徑，是否與機(jī)械部件產(chǎn)生干涉。

3). 缺少附加零件：檢查是否為導(dǎo)線，自動附加了接線端子。

4). 直徑檢查：檢查特定路徑中，導(dǎo)線布線外徑超過了該路徑的設(shè)定值。

5). 過時部件/部件版本檢查：檢查 HPD 工作區(qū)中使用的部件，與部件庫中部件的狀態(tài)是否

一致，保證部件使用的正確性。

圖 2-9 HPD 提供的檢查規(guī)則

2.2.6  制造輸出

在保證設(shè)計檢查沒有問題的情況下，就可以利用 HPD，自動生成線束的導(dǎo)線下線表和釘板

圖，用于導(dǎo)線預(yù)制或自動下線和線束加工。

電氣柜內(nèi)線束的導(dǎo)線列表，如圖 2-10 所示，主要體現(xiàn)信息：線束名稱、導(dǎo)線型號（部件

名稱）、導(dǎo)線長度、From（即導(dǎo)線一端的設(shè)備的標(biāo)識及其管腳名）、接線端子自、剝線長度自

（有接線端子時，即為接線端子要求的，導(dǎo)線的剝線長度，沒有接線端子時，即為器件管腳直

接接導(dǎo)線時，要求的，導(dǎo)線的剝線長度）、至（即導(dǎo)線另一端設(shè)備的標(biāo)識及其管腳名）、剝線

長度至。

圖 2-10 導(dǎo)線列表

HPD 支持將導(dǎo)列表信息，導(dǎo)出 Excel 表，便于自動下線設(shè)備，直接導(dǎo)入使用。

釘板圖是根據(jù)電氣原理圖、線束三維布置等相關(guān)信息完成的線束 1:1 平面圖紙。對于電氣

柜內(nèi)線束的釘板圖，導(dǎo)線端通常只需要體現(xiàn)導(dǎo)線端所接設(shè)備標(biāo)識以及管腳信息即可，如圖 2-11

所示。

圖 2-11 釘板圖中導(dǎo)線端信息

釘板圖的排版樣式，應(yīng)與三維布線的效果相似，如圖 2-12 所示，如轉(zhuǎn)折點、導(dǎo)線出線方

向等，如不能完全表達(dá)時，因添加必要注釋。釘板圖主要用來指導(dǎo)線束物料采購、生產(chǎn)以及維

修等。

圖 2-12 釘板圖排版與三維布線效果

至此，按照七步法，基本完成了在 HPD 中對電氣柜內(nèi)單一線束進(jìn)行布線工藝設(shè)計的工

作。最后，利用 HPD 特有的，復(fù)雜實體的導(dǎo)入導(dǎo)出功能，將多個線束，導(dǎo)入到同一空間，即

可完成整個柜內(nèi)線束的布線工藝設(shè)計，如圖 2-13 所示。

圖 2-13 整柜線束效果

2.3  生產(chǎn)流程優(yōu)化

對于傳統(tǒng)電氣柜的布線工藝設(shè)計、生產(chǎn)和加工，大致流程如圖 2-14 所示：

圖 2-14 傳統(tǒng)布線工藝、生產(chǎn)和加工流程

柜內(nèi)布線工藝設(shè)計，需要電氣設(shè)備安裝到位后才能開展，且模式常為：車間工人一邊看

圖，一邊開展規(guī)劃布線路徑、手工制線，一邊完成接線工作。而手工制線的過程，如圖 2-15

所示，也極為消耗時間和浪費(fèi)生產(chǎn)材料。

圖 2-15 手工制線流程

而基于 HPD 軟件下的電氣柜布線工藝設(shè)計、生產(chǎn)和加工流程，如圖 2-16 所示，將極大地

改善傳統(tǒng)電氣柜布線工藝流程下，串行工序、手工制線、生產(chǎn)材料浪費(fèi)等問題。

圖 2-16 基于 HPD 的布線工藝、生產(chǎn)和加工流程

HPD 利用機(jī)械結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合電氣設(shè)計的接線信息，在數(shù)字化樣機(jī)的設(shè)計模式下，即可完

成柜內(nèi)布線的工藝設(shè)計，包括設(shè)計檢查、質(zhì)量優(yōu)化等。而自動輸出的下線表，則為自動設(shè)備完

成導(dǎo)線的自動加工，提供數(shù)據(jù)支撐，大大提高了導(dǎo)線的制備效率并且減少了生產(chǎn)材料的浪費(fèi)

（如導(dǎo)線、接線端子等）。同時，釘板圖為導(dǎo)線成線束制作，提供了制造參考。因此，器件安

裝與導(dǎo)線制備工作，便可同步開展，且制成線束以后的導(dǎo)線，安裝更為方便和快速，大大減少

柜內(nèi)接線工作的時間，縮短產(chǎn)品交付時間。

3  總結(jié)

通過研究利用 EPLAN Harness proD 軟件，對電氣柜進(jìn)行布線工藝設(shè)計和生產(chǎn)流程優(yōu)化發(fā)

現(xiàn)，使用 EPLAN Harness proD 進(jìn)行布線工藝設(shè)計的優(yōu)點主要有：

1). 相比其他同類布線設(shè)計軟件，其安裝和使用，不依賴于其他 E-CAD 或者 M-CAD 軟件，

可單獨使用。

2). 軟件操作方法簡便，易上手，且設(shè)計流程邏輯清晰明了，無需要大量的學(xué)習(xí)便能熟練

掌握和使用。

3). 作為專業(yè)的布線工藝設(shè)計軟件，提供了大量針對工藝設(shè)計的功能，如自動附件零件、

設(shè)計檢查、布線路徑快速設(shè)計、自動傳導(dǎo)線束隸屬關(guān)系等。

4). 作為專業(yè)的布線工藝設(shè)計軟件，其提供的報表/釘板圖、生產(chǎn)接口等功能，可以很好地

改善傳統(tǒng)工藝設(shè)計和生產(chǎn)加工流程，為縮短生產(chǎn)周期、減少生產(chǎn)資料浪費(fèi)，提供解決方

案。

5). 作為三維設(shè)計軟件，可以為企業(yè)打造數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計、機(jī)電一體化設(shè)計以及智能制造

綜合而言，EPLAN Harness proD，非常適合電氣柜內(nèi)的布線工藝設(shè)計，以及，改善電氣柜

的生產(chǎn)和加工流程。

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