基于 solidworks的设计标准化在隔离开关研发中的应用

韩伟

江苏大全凯帆电器有限公司 江苏南京 211100

摘要：随着技术不断升级，越来越多的设计软件开始从二维向三维发展。传统的基于二维CAD软件的设置与用法，已经不能满足以Solidworks为代表的三维设计软件的需要。为了提高设计效率与准确性，企业需要制定一套合理有效的标准化和规范化方案，保证设计一致性，缩短产品研发周期。基于Solidworks软件的设计标准化，保证了产品研发准确性，缩短了研发设计周期，同时为企业的标准化制定提供了参照。

关键词：Solidworks；标准化；产品研发

0. 引言

Solidworks是一款优秀的三维设计软件，运用Solidworks软件可以进行三维零件设计和装配，并在零件和装配体的基础上快速生成二维工程图纸，实现三维数据和二维工程图纸的双向驱动。随着企业竞争压力不断增加，产品研发的速度要求越来越快。大量的企业为了缩短产品研发周期，采用Solidworks作为主流设计软件。Solidworks作为三维设计软件，设置与用法不同于传统的CAD软件。为了提高设计效率与准确性，企业需要制定一套合理有效的标准化和规范化方案，保证设计一致性，缩短产品研发周期。

本文以隔离开关研发为例，对产品研发中的设计标准化和规范化进行了探讨，为设计标准化的具体应用提供一套行之有效的解决方案。

0. 设计标准化和规范化的重要性

1. 1. 设计规范的重要性

产品研发项目，特别是电气开关类的研发项目，在研发过程中通常会产生多次的方案迭代和版本升级，根据产品研发进度比较对多种不同方案，从而确定最优设计方案。在研发过程中，修改和完善方案的时间往往远大于设计初版方案的时间。制定合理有效的设计规范，特别是设计文件标准化和项目文件规范化，可以保证多人协作情况下的设计一致性，提高工作效率，缩短研制周期，加快产品投入市场。

1. 2. 设计文件标准化

Solidworks模型由零件或装配体文档中的三维实体几何体组成，工程图从模型或在工程图文档中绘图创建。典型的电气开关建模过程为新建独立零件，在零件基础上创建子装配体，再由子装配体和零件生成总装配体。由于零件、装配体和工程图数量众多，有必要对Solidworks格式的设计文件按照功能和模块进行划分，建立标准化方案，提高设计效率。

1. 3. 项目文件规范化

除了零件、装配体、工程图等Solidworks格式的设计文件，产品研发还存在大量的外部资料和中间过程文件等项目文件。这些项目文件会在产品研发过程中迭代更新，并与Solidworks格式的设计文件相互依赖，共同影响产品研发进度。将项目文件进行规范化管理，使项目文件有规可循，便于研发人员及时总结经验教训，从而使得产品研发过程环环相扣，大幅缩短研发时间。

0. 设计文件标准化

设计文件标准化是在参考现行国家标准、行业标准和企业标准的前提下，制定整套的标准规范，借助Solidworks模板、Solidworks材质库、Solidworks Toolbox等多种软件工具，保障多人协作情况下的设计一致性，主要包含零件建模标准化、装配体建模标准化、工程图制图标准化和模块标准化四大方面。

1. 1. 零件建模标准化

Solidworks软件自带Solidworks模板，根据实际需要可自行定制零件模板，设置零件模板中三视图和原点位置，以及默认配置等特征。根据隔离开关研发情况，对零件建模标准化原则总结如下：1）尽量使用零件模板自带的原点和三个基准面，基准面的选择与产品的基准面方向保持一致。例如隔离开关面板的前视基准面与隔离开关总装配体的前视基准面方向一致。2）对相似的零件，例如不同齿数的齿轮，可以采用配置的方式进行建模。3）建模需要条理清晰，区分特征的继承顺序，提高模型的可修改性。4）草图必须完全定义，尽量使草图尺寸标注与工程图纸一致。5）尽可能使用几何关系定义草图，开孔时尽量使用异型孔向导。

图1：特征与压缩的配置示例

1. 2. 装配体建模标准化

Solidworks装配体同样可根据实际需要自行定制模板，设置装配体模板中三视图和原点位置，以及默认配置等特征。装配体建模标准化原则总结：1）第一个零件的原点必须与装配体原点完全重合。2）每个装配体有且仅有第一个零件位置固定，其他零件必须被完全定义。3）合理布置零件的装配顺序，提高配合关系的鲁棒性。4）灵活应用装配体配置，例如对隔离开关可根据电压和电流参数区分不同配置。5）对传动机构等装配体，可根据实际情况选用柔性装配体进行装配，核对设计准确性。

图2： Solidworks文件模板设置

1. 3. 工程图制图标准化

绘制工程图时，可根据实际需要建立不同图幅的工程图模板，例如A4图幅模板、A3图幅模板等。工程图模板包含图框线、标题栏、标题栏变量属性、通用技术要求等设置，通过这些标准化规范，完成工程图模板的标题栏内容和技术要求等图纸绘制。

图3：标准化图框格式

1. 4. 模块标准化

模块标准化包含装配体模块标准化和文件夹模块标准化两部分内容。装配体模块标准化是在Solidworks软件中，基于对产品的深刻理解，对零件和子装配体的装配关系按照功能模块进行区分，以便提高工作效率。文件夹模块标准化是对零件、装配体、工程图等Solidworks格式文件根据功能化、模块化要求，依照顺序将这些文件存储在不同的文件夹中进行管理，便于文件的查找和修改。装配体模块标准化和文件夹模块标准化不完全相同，两者是互相配合的关系，在研发过程中根据实际情况进行调整。

图4：通用装配体模块示例

隔离开关按照功能模块可以划分为主回路模块、控制模块和操作手柄模块。主回路模块包含动触头模块、静触头模块、框架及主轴模块等子装配体。控制模块包含锁定机构、辅助触点等子装配体。对应的零件、装配体、工程图等Solidworks格式的文件可在顶层建立隔离开关总文件夹，在总文件夹的内部分别设置功能模块的子文件夹，存储对应的Solidworks格式文件。

图5：隔离开关装配体的主要功能模块

0. 图纸标准化命名、配置与版本升级

3. 1. 临时图纸标准化命名

产品研发需要比较不同设计方案的优缺点，在设计方案定型前，不会分配正式的图纸号，可以按照路径+名称+数字的标准化规范命名临时图纸文件，简化设计流程，提高工作效率。例如新建的零件是位于动触头文件夹中的支件，则命名按照 动触头_支件_01 的方式；此文件夹中新建的第二个支件命名可按照 动触头_支件_02的方式；新建的装配体文件按照类似的原则命名，例如 动触头_装配体_01。标准化命名方式可以根据文件名称快速定义到文件存储位置，便于修改和调整文件。

1. 2. 定型图纸标准化命名

设计方案定型后，按照系统分配的正式图纸号对图纸文件进行标准化命名。常用的定型文件命名方式为产品型号+图纸号+非标图号。以隔离开关的命名为例，隔离开关的产品型号为DS；图纸号为流水号，可根据管理规范在图纸号序列中依序叠加，例如100001，100002等；非标图号通常从001开始，由研发人员灵活分配，满足不同配置的需求。

对包含配置的Solidworks零件或装配体文件，根据建模复杂程度，其命名方式如下：

1）Solidworks零件或装配体包含多个配置，文件命名按照DS******的方式（不包含后3位非标图号）。零件或装配体配置的命名按照DS******.***的方式（配置名称包含后3位非标图号），便于区分不同配置。

2）Solidworks零件或装配体内部仅单个配置，文件命名为DS******.***方式（包含后3位非标图号），零件或装配体配置的命名按照DS******.***的方式，与文件命名相同。

Solidworks文件中的每个配置，都对应一个零件或装配体元件。每个配置的工程图纸编码均为DS******.***的方式。每个零件或装配体元件都对应唯一的图纸编码作为外部输出的工程图纸名称，便于管理工程图纸。

Solidworks文件的标准化命名格式可参考如下：

DS100001.001 （零件或装配体文件中仅单个配置）或

DS100001 （零件或装配体文件中包含多个配置）

图6：定型图纸文件命名

1. 3. 配置

配置为Solidworks软件的核心功能，可在单一文件中对零件或装配体生成多个设计变化。Solidworks配置提供了简便有效的方法来管理一组不同尺寸、零部件或其他参数的模型。在Solidworks零件文件中，能够生成具有不同特征和属性的零件系列。同样的，在Solidworks装配体文件中，配置能够生成使用不同的零部件配置、不同的装配体特征参数的装配体系列。通过配置的灵活应用可极大提高产品的研发效率。

隔离开关的装配体方案可以根据额定电压等级DC900V、DC1800V，和额定电流等级2000A、4000A、6000A进行灵活配置，当需要额定电压DC1800V，额定电流4000A的方案时，只需要选择对应的配置。隔离开关的动触头装配也可以根据额定电流等级进行灵活配置，将触头装配体划分为2000A、4000A和6000A三种配置。

图7：不同电流等级下的隔离开关触头装配

1. 4. 版本升级

未定型的Solidworks图纸文件，如果需要修改，由于不涉及版本变更，可直接修改原文件。已定型的Solidworks图纸文件，需要定时存档，在文件修改后及时升级工程图纸版本，并做好图纸版本升级的记录工作。

0. 项目文件规范化

4. 1. 项目文件规范化

新产品研发需要在认准目标市场的情况下，明确导向责任，有针对性的进行合理有效的研发。在新产品研发过程中产生的项目文件和资料，需要规范化的管理。在新产品研发中引入项目管理规范，合理运用与整合项目管理知识，能够更加高效的组织和利用项目文件，提高研发效率，并为后续的研发打下坚实基础。研发过程中产生的资料和文件，如元件样本、国家标准和论文资料等，可以建立专门的项目管理文件夹进行规范化管理，并根据功能和模块分类存档。

1. 2. 项目文件分类

项目文件会在产品研发过程中不断迭代更新，根据功能化和模块化要求，可以分类为：技术方案、项目范围、项目进度、项目成本、项目质量、项目资源、项目沟通、项目风险、项目采购、相关方等功能文件夹。上述功能文件夹可根据需要在文件夹内部建立新的子文件夹进行分类管理。例如技术方案文件夹可分为产品宣传资料、元件选型资料、仿真分析资料、技术方案与施工方案文档等子文件夹。而隔离开关的元件选型资料文件夹，可进一步细分为隔离开关触头及刀闸、减速电机、外部联结端子等子文件夹，并在子文件夹中存储相关资料。

1. 3. 研发日志规范化

产品研发过程中，有必要建立研发日志，形成书面资料，记录研发过程中的重要事项。研发日志可根据需要，规范化记录如隔离开关参数选择、元件选型过程、测试记录等数据，作为产品研发的支撑资料。

0. 网络服务器与权限管理

5. 1. 服务器数据管理

搭建基于网络的服务器可以提高产品研发效率。技术人员在网络服务器上开展研发工作，便于共享研发资料，提高研发效率；产品经理和资深技术人员也能够及时跟踪研发进度，解决产品研发中存在的问题。

网络服务器中可建立设计文件夹和项目文件夹作为共享数据库。设计文件夹中包含Solidworks格式的零件、装配体和工程图文件，项目文件夹中包含研发过程中产生的资料和文件，如元件样本、国家标准和论文资料等，由技术人员定期维护和管理。

网络服务器中的共享数据库，可以在任意软件终端调用与下载Solidworks格式文件；而共享数据库的升级与变更，可指派资深工程师进行审核和变更，资深工程师一般设置两名以上，便于互相备用。

1. 2. 服务器权限管理

服务器文档的共享特性使权限安全管理成为产品研发中非常重要的一环。对网络服务器账号登录的身份验证和权限管理，将在全生命周期内保护研发资料，降低泄密的可能性。

网络服务器的人员权限可设置为三个等级：产品经理权限、资深技术人员权限和一般技术人员权限。产品经理具有整个服务器的读写权限，负责管理和维护服务器的人员权限。资深技术人员在产品经理许可下，具有共享数据库的读写权限，负责升级与审核共享数据库。一般技术人员具有受限的读写权限，仅可阅览和修改权限范围内的文件。

图8：网络服务器人员权限设置

0. 结语

本文通过总结研发项目在设计标准化和文件规范化中需要涉及和注意的标准化内容，介绍了如何基于Solidworks软件制定合理有效的设计规范，保证多人协作情况下的设计一致性，缩短产品研发周期。设计标准化工作知易行难，难在长久的坚持，持续进行设计标准化工作，必定能够提高设计的高效性与准确性，从而为产品研发带来便捷。

参考文献：

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