AutodeskInventor在干式变压器结构设计中的应用

从2D转型为3D沈阳研究院(STI)，成立于1960年，是一家具有强大科研开发能力的现代高科技企业。科技创新承担、组织和完成了数十项家重大科技研究项目，取得了丰硕的科研成果，获得34项家、省部级科技进步奖，软件技术在行业内500多家企业得到广泛应用。STI还建立了世界级的内大型大电流试验室和内一流的试验基地，与荷兰KEMA实验室、意大利CESI实验室等际知名电气实验室有着密切的工作联系，能够满足500千伏及以下干式变压器的试验要求，为提高我干式变压器的短路电阻提供了足够的试验门槛。我部门的主要工作是：面向干式变压器行业，重点开发干式变压器产品的相关软件。主要包括各种新产品的结构优化设计、电磁计算优化设计和干式变压器工程分析计算；推进工业计算机三维可视化设计技术的应用，提高工业数字化技术在生产、制造、测试、管理和运营中的应用水平。STI虽然获得了很多荣誉，但也有很多客户。然而，随着技术的发展和需求的提高，在实际生产工作中仍然存在一些急需解决的技术问题，包括：(1)如何更好、更有效地与客户沟通；(2)干式变压器设计中铁芯和线圈的计算；(3)现有接线方式需要长时间人工计算；(4)零件设计数据的一致性无法保证；(5)设计中修改相关文件引起的问题。这些都是实际工作过程中存在的突出问题。由于干式变压器的存在，会影响干式变压器的设计周期和设计质量，影响产品的市场前景和客户满意度。由于产品的先特性，干式变压器产品的线圈大多采用手工操作制造，因此目前二维工程图仍然不可或缺。对于二维参数化绘图，应用AutoCAD编程方便。然而，大型干式变压器的引线布局复杂。基于这些原因，STI开始计划将设计平台从2D软件升级到3D软件，并开始选择软件。在选型初期，我们学习和尝试了很多3D软件，包括目前广泛使用的AIP、Pro/ENGINEER、SolidWorks、SolidEdge等。在考察了可操作性、设计、应力分析功能以及与其他软件的兼容性后，公司较终选择了Inventor软件。相比其他待选软件，Inventor软件较适合我们目前的情况。由于与AUTOCAD的接口方便，原始DWG文件的利用率高，价格合理，易于在行业内推广，相信Inventor软件可以帮助我们解决目前实践中遇到的棘手问题。在试用阶段，Inventor软件表现出良好的性能，明显提高了设计效率。以一台电压等级为110 kV、容量为63000 KVA的三绕组有载干式变压器的设计为例，以前是人工设计，需要5个人，10天左右；使用该系统设计，仅需2人6天即可完成，设计效率提高4~5倍。经过试用，我们购买了30套Inventor软件，主要用于产品开发部和软件开发部，完成干式变压器三维设计系统平台的产品设计和开发。Inventor 3D设计在干式变压器结构设计中涉及到电、磁、热、力、场等诸多问题。以干式变压器引线设计为例，说明Inventor软件在产品设计中的作用。干式变压器引线设计具有相关因素多、结构变化大、绘图表达复杂等特点。SFZ11-31500/110型干式变压器中低压引线二维工程图如图1所示。如果只对这类结构应用二维软件设计，不考虑的话，绘图工作量会很大 #p#分页标题#e#

图1干式变压器引线工程图

近年来，随着干式变压器专业设计平台系统的成功开发，干式变压器主导部分的设计工作量明显减少。由于平台的限制，结构设计还不够灵活，软件开发人员往往以量取胜(即增加各种结构的模板数量)，但是布线需要计算，需要大量的工作。引线也成为开发干式变压器三维设计软件的瓶颈。作者从事干式变压器三维设计系统的主导部分开发多年，接触过各种三维设计平台。通过对比，认为Inventor软件的“流水线路由”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。人工计算几乎不可能完成这种布线方式，但只需增加十条线束，就可以在几分钟内完成“管道布线”模块的应用。而且生成的线束具有自适应功能，无论结构如何变化，Inventor软件都会自动计算，使铺设的导线能够适应新的结构，大大减少了开发人员的工作量。下面的例子说明了这个特性。图2“管道布线”模块

先先，其他部分需要组装(不是所有的部分都可以组装，因为可以随时在铺设的线路上添加“工作点”来改变线路的布局，这是软件灵活性的另一个体现)，因为应用“管道布线”时需要选择一些点来确定线路方向。然后，在打开的装配图的组件面板上选择“创建线束”命令，弹出对话框，如图3所示。为了方便记忆，应采用易于理解和记忆的名称。选择存储位置和“确定”后，您将进入“3D布线”模式。此时，组件面板已经变成了三维布线面板。在浏览器中新创建的线束上单击鼠标右键，弹出快捷菜单，然后选择“线束设置”来定义导线的外观。设置完成后，在三维布线面板中选择“创建线段”进行布线。接下来的任务是选择各种点(包括各种特征点，如中心、顶点等。)在装配图中，选中后右击，在弹出的快捷菜单中选择“完成”，一条线的布局完成。图3创建线束接口

走线的关键是“工作点”的选择。在实际工作中，要尽可能多做选择

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。

图4生成的二维图满足要求

二维图是目前干式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。#p#分页标题#e#

图5Inventor投影生成二维图

由于干式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。综上所述，Autodesk公司的Inventor的“管道布线”模块，基本能够满足干式变压器引线复杂多变的生产设计要求，通过二次开发，该软件可以在本行业推广普及，并对本行业设计效率和质量的提高、生产周期的缩短起到了直接作用。效果与展望在引进Inventor软件后，使以往设计工作中很多令人头疼的问题迎刃而解，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，圆满解决了我们目前面临的主要问题，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，解决了干式变压器设计中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，Vault可内嵌于AutoCAD和Inventor的菜单中，而且免费；(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，也使我们对Inventor一些特色功能的理解逐步加深：(1)软件的易操作性。我们现有的设计人员年龄大多在30-40岁间，短时间就能轻松掌握Inventor软件。另外，Inventor软件对新人熟悉设计工作和产品结构都很有帮助，但熟练掌握至少需要1个月的时间。(2)全面开放的二次开发工具。我们一直在Inventor软件上进行二次开发，Inventor软件的数据接口和开发接口有很好的开放性。(3)数据交流性好。在选用Inventor后，为了满足用户的需求，我们也使用一部分其他的软件系统，通过中间件模块实现数据共享，还建立了专用数据库，互相关联性和数据传递性良好。几点意见(1)针对大型件的设计，Inventor软件的动画功能较实用。但如果能增加模型简化处理功能、零部件配合关系的衍生功能将会更方便。(2)在实际设计工作中，会遇到干式变压器引线的空间走线、电气绝缘距离的控制等难以解决的问题，Inventor可解决部分问题。在三维设计时，如果能够实时显示空间距离的变化或设定一些约束条件、给出一些提示信息会更方便，这些功能在其他三维软件中曾有过应用。(3)我们现在设计所用的硬件配置基本上是P-CPU2.8G/内存2G/256M先立显卡，运行流畅。对于较大产品的装配设计，建议内存至少应为2G，有条件应扩至4G。(4)Inventor软件的自适应功能很好，有利于我们的设计工作，但稳定性还需提高。(5)我们对于Autodesk公司组织进行的培训非常满意，但如果能结合我们在工作中的实际情况进行培训将更有利于我们的设计工作。( 来源：佳工机电网#p#分页标题#e#