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《電器與能效管理技術雜志》2016年第17期

摘要:

系統地介紹了低壓成套開關設備傳統設計方法及其存在的問題。集中闡述了參數化設計在低壓配電系統中的實現方法和作用。參數化設計能提高設計人員的設計效率，減少出錯，是企業實現智能制造的必要條件。

關鍵詞:

低壓成套開關設備;參數化設計;整合設計資源;智能制造

0引言

在電力供配電系統中，低壓成套開關設備處在配電系統的終端，主要功能是實現電能的分配、控制、保護和測量，也是應用最為廣泛的關鍵配電設備。因此，提高低壓成套開關設備的設計水平和制造水平顯得相當重要。這也是保證低壓成套開關設備可靠運行的必要條件。參數化設計為開關設備的設計和制造提供了可靠的、高效的解決方案。低壓成套開關設備是個性化很強的“訂單驅動型”產品，每臺產品總存在差異，不同的場合(客戶)又有不同的技術方案，技術人員的設計過程實際就是把每一個技術方案對應的具體設計要求(如進線設備、負荷情況、現場設備和現場條件)轉化為設計圖紙和清單，其中，設計圖紙包括一次系統圖、二次原理圖、平面布置圖等，而清單主要是成套開關設備材料清單和零部件清單。

1傳統的設計方法低

壓成套開關設備的設計一般由變壓器開始，根據變壓器參數計算短時耐受電流和額定電流，從而選擇母線系統的規格;根據負荷情況及現場控制要求或條件設計一次系統圖和二次原理圖、平面布置圖，并結合用戶要求選定低壓成套開關設備的型號［1］;由二次原理圖及元器件型號可進一步落實面板布置圖;最后，編制成套開關設備材料清單和零部件清單。整個設計過程要求設計人員熟悉一定的理論知識，更需要設計經驗，要熟悉各種設計規范，如行業標準、企業級產品設計規范、母線選用規范、地區標準等。在較短的時間內設計人員需要考慮的東西太多，容易出錯，影響了低壓成套開關設備的交付和質量。傳統的設計方法存在不足，具體如下:

(1)設計模式主要還是靠經驗，就算有了標準模板，開關柜的技術參數很多還是以圖形儲存，查詢、引用困難。標準模板的應用也是“有經驗”才能根據“印象”或“記憶”進行查找和復制，設計人員要查詢以前類似或相同方案非常困難。

(2)重復設計:每個設計人員根據項目要求進行各種復雜繁瑣的計算，而且設計過程一般細分為三個階段:電氣設計、結構設計和母線設計。這三個階段主要是從流程縱向切分，而每個階段再按模塊橫向切分，每個階段都要對技術條件進行檢索，相當多檢索都是重復的、多余的。如電氣設計要檢索開關型號規格，結構設計和母線設計也都要檢索開關型號規格。三個階段重復檢索同一條件，效率低、易錯漏。

(3)周期較長:設計員在接到項目后，不但要落實項目的特殊要求，還要查閱各種設計規范。如低壓行業標準、產品設計手冊、抽屜附件選型、開關母線選型表、開關柜安裝要求、電容柜安裝要求、地區標準和二次原理圖等。較短的時間內需要考慮的東西太多，設計時間較長、易錯漏。

2參數化設計

參數化設計是一種新穎的智能設計方法。它可根據設計者設計時輸入的技術驅動參數，由計算機自動計算和智能判斷，并通過調用程序，自動調用各個設計階段的子模塊(子模塊包括各種圖紙、報表、文字或文檔等)，最后快速準確地輸出各種設計資料(圖紙和報表)。參數化設計中的參數就好比控制機器人的指令，而調用方法程序就是機器人的大腦，各個子模塊就是機器人的各個執行機構。參數化設計是動態的，也是智能的，可根據輸入不同設計參數進行智能的快速設計;參數化設計就好像一張無形動態網絡，鏈接并控制著所有的設計資源;參數化設計其實也是整合、梳理和共享設計資源的過程，建立設計各個階段的子模塊和設計調用方法程序是參數化設計兩個關鍵條件。

2．1參數化設計的目的

提高低壓成套開關設備設計人員的設計工作效率，減少出錯率，縮短設計周期，降低設計成本。

2．2實現參數化設計的方法

首先建立設計各個階段的子模塊，然后設計調用方法程序。產品模塊樹如圖1所示。從圖1可看出，要實現參數化設計，須建立低壓成套開關設備產品級別的數據庫。設計人員輸入技術參數就可快速從產品級別數據庫中檢索到所需數據，但直接建立產品級別數據庫相當困難，因為低壓成套開關設備是各種電器元件和部件的總裝，一般每臺設備總存在差異。從圖1的產品模塊樹可看出，產品級別數據庫其實是產品級模塊庫，模塊級別越高，模塊數量越大，模塊數量以模塊級別為函數快速增長，如式(1)所示:N=X11X12X13X21X22…Xnm(1)式中:N———產品級模塊數量;n———模塊級別;m———同級模塊的類別數量;Xnm———n級模塊中類別為m的模塊數量。因此，必須采用間接的方法來建立產品級別數據庫。這也是參數化設計的關鍵。首先，建立低級別的各種模塊庫，因為模塊級別較低，模塊庫數量不大，易做到，相應地也容易維護;然后制定模塊庫的調用方法，并利用計算機技術固化成程序。VBA調用程序［2］如圖2所示。對于設計人員，有龐大的產品級別數據庫可使用;對建庫者，只需要建立低級別模塊庫和調用方法程序，就可實現快速建立、快速設計和快速維護。

3參數化設計達到的效果

(1)減少重復。設計人員根據技術參數驅動快速生成設計圖紙和報表。設計圖紙包括一次系統圖、二次原理圖、平面布置圖、設備面板布置圖等，減少不同設計階段的重復工作，也降低了錯漏。抽屜柜驅動參數輸入界面如圖3所示。實際項目測試數據對比可知參數化設計可提高設計效率(設計一臺柜子由原來的29min減少到4min)和設計準確率(提高到100%)。

(2)統一標準。設計人員通過參數化設計，設計數據得以整合和梳理，設計資源得以共享，統一由產品級數據庫取得數據，設計規范和設計圖紙完全統一。

(3)縮短周期。參數化設計使設計人員拋開厚重的設計規格或設計手冊。現在設計員應對客戶的要求已經是在跟時間賽跑，相對繁瑣的事情交給計算機，以此提高設計效率，大大縮短了設計周期。在實際的項目應用中，使用參數化設計方法，一個約100臺柜的項目設計時間由原來的幾天縮短到一天。

4結語

低壓成套開關設備的參數化設計使設計人員由原來繁瑣且孤立的設計過程變得快速而簡單，實現設計經驗和設計資源的共享和協同。它是以新一代信息技術為手段，整合共享設計資源，最終實現智能制造的創新模式，在實際中也得到推廣應用。

參考文獻：

［1］低壓成套開關設備和控制設備第1部分:總則:GB7251．1—2013［S］．

［2］韓小良，韓舒婷．ExcelVBA從入門到精通［M］．北京:中國鐵道出版社．

作者:何銳鑫 楊國清 單位:廣東省順德開關廠有限公司