ZUKEN?E3.SERIES在火炮武器系统综合电气数字化设计优化及制造应用案例介绍

火炮武器系统综合电子、电气的数字化设计优化及制造

软件平台建设

A、主要功能

火炮武器系统的电气系统是实现信息化的基础和前提，火炮武器系统信息化必须综合协调武器系统的功能和战术技术要求,特别是从战场信息管理、指挥、控制、通信的要求出发,用系统集成的思想来综合电子、电气的总体布局和设计,实现功能综合化、部件模块化、接口标准化。

本软件平台主要用于火炮武器系统的综合电子、电气的总体布局、设计和分析优化，并实现电气设计、工艺设计和生产制造的数字化。

B、建设目标

随着现代电子电气技术的飞速发展，现代火炮综合信息化系统日益复杂化、集成化。大量的电气设备密集于系统平台上，用于各设备和部件连接的线缆线束所传送的信号越来越多，频率越来越高，消耗的功率也越来越大，由于布置不当的线缆线束引起的系统EMC/EMI问题越来越突出，对产品的电磁兼容性能造成很大的影响，因此传统的线缆线束布线设计方式已经无法满足现代复杂电子电气系统的设计需求。

同时由于线缆线束是属于机械电气类的产品，所以其兼有电子技术与机械技术两方面专业特点。通常的布线设计方法，往往是或者只能从电气学的观念出发执行作业，或者只能进行机械系统的规划设计，所以电气工程师和机械工程师在这种环境条件下进行布线设计，非常容易出现差错，电气部门和机械结构部门设计人员之间没法进行项目的协同和数据交换，非常容易导致进度的拖延。

国外同行包括美国雷神公司、波音、洛克希德。马丁公司、格鲁曼公司、通用动力、欧洲空间局、欧洲卫星公司、欧洲直乘机公司、法国防务局、BAE系统、泰勒斯电子等等知名军工集团都已经建立了类似的数字化设计平台，用于武器信息化产品的研发；国内航天科工二院总体部、航天科工三院总体部、上海航天八院、中电14所、中电29所、中电38所、中船重工716所都建立了综合电子、电气的数字化设计优化及制造平台，广泛应用于导弹作战系统、电子对抗系统、舰船电子系统的电子电气设计和工艺设计，帮助使用单位大大提高设计效率和设计质量，取得了明显的经济和国防效益。

火炮综合电子、电气的数字化设计优化及制造平台，可快速实现从原理图设计到工程图的完整系统线缆线束布线的可行性设计和优化设计，并实现布线设计中电气设计与机械设计的统一，通过数字化的虚拟装配技术，大大提高设计技术质量，并有效缩短设计时间，同时从工程完整性角度可对系统进行机电设计的协同和优化。

该系统通过扩展接口还能支持复杂机电系统的电路、控制算法、电磁、温升的耦合仿真，从而实现系统整体性能设计优化和精益，进一步提高火炮武器系统电子电气设计的整体性能和可靠性。

另外，该系统实现了企业的多部门多用户的协同设计，能对复杂机电产品进行机电一体化协同设计，并能整合设计、工艺和生产部门的各类数据，提供与PLM/PDM/ERP的数据交换接口，支持自动化生产工具如数控下线机、打标机等设备，实现了设计、工艺、生产的数字化集成，大幅度提高了设计和制造的效率，减少了人工误差环节。

C、主要建设内容

1．主要功能

综合电子、电气的数字化设计优化及制造平台的主要功能。

（1）武器系统电子、电气的总体布局设计；电子、电气系统接线原理设计

（2）武器系统控制机柜设备布局与配线设计

（3）武器系统线缆线束布线设计

（4）自动生成各类生产 表，如BOM表、接线表等，各类图纸与工艺、生产 表文档之间数据的保持一致性

（5）实现成熟设计的复用及设计知识管理

（6）实现电子电气系统的电路、控制算法、电磁、温升的耦合仿真分析和设计优化

（7）实现复杂机电项目的多部门、多用户协同管理与设计

（8）武器系统机电一体化设计管理、流程整合、及版本更改管理

（9）实现设计工艺生产制造的数字化集成和数据传递、协同优化

2. 设备调研及选型情况

目前国内、外进行电气设计的软件有E3.Series，AUTOCAD和Engineering Base。具体的性能指标对比如下：

从上表可以看出，E3.Series具有明显的功能和性能优势，能够进一步提升我所火炮信息化系统所需的电子电气系统的电气设计、工艺和生产制造的能力。

三、主要建设内容

根据上述设计平台的建设目标，拟引进由德国ZUKEN E3 GmbH公司的E3.SERIES软件平台并作相应的二次化开发，实现火炮综合电子、电气的数字化设计优化及制造的完整流程。

E3.SERIES是基于Windows系统平台开发的，应用于电子、电气、液压及气动系统的工程设计软件。具备电子电气系统的接线原理设计、三维机柜设备布局与配线设计、线缆线束布线设计以及各类生产 表文档自动生成等功能。从而可以完成各类复杂电子电气系统从接线原理图到设备布局图、线缆线束图直至工艺制作的完整系统设计与生产。

1）E3.SERIES软件主要模块及其功能：

●E3.Schematic电子电气系统原理设计模块：基于常用且开放的元件库实现电气系统的接线原理图设计，自动生成接线表、材料明细表等各类生产 表，并提供多种格式的数据文件和图纸的导入/导出功能。

●E3.Fluid气动液压系统原理设计模块：实现液压原理、气动原理、润滑系统、冷却系统设计，自动生成接线表、材料明细表等各类生产 表。

●E3.Panel机柜布局与配线设计模块：通过直接使用E3.schematic设计得到的逻辑数据和部件库中得到的物理数据，快速、简单地实现控制面板布局与配线设计，可以实现设备的三维布局，并按照指定的规则进行自动或手动的配线设计。

●E3.Cable线缆线束布线设计模块：为大型复杂机电系统进行详细的线缆线束设计。提供和CATIA等三维机械设计软件进行数据交互，实现三维布线设计，得到准确的线束长度信息，生成生产制造需要的模板图、接线表各类 表文档。

●E3.Functional Design功能模块设计：为大型复杂机电系统进行提供模块化分层设计的完整解决方案，实现基于功能层次上的系统模块图，并能实现模块之间的信号布线设计，并包括了E3.Topology模块，可以在设计概念验证阶段，就能为设备的分布及线束/子线束的评估提供线束拓扑图，并进行成本（直径、重量）估算，为项目的经济性提供决策依据。

●E3.3Dbridge三维机械设计接口模块：在完成二维原理图设计后，为了实现精确计算导线的长度及重量，可通过E3.SERIES的API接口在主流三维软件（UG，Pro/E，CATIA等）内部进行精确布线。通过协调空间位置和干涉，合理布局完成可实施的设计，从原理/线缆图设计中导入接线关系信息，同时原理/线缆图设计也将接线信息传至线束设计，在三维软件中自动完成线束设计，并将三维布线的线束长度信息传入E3.series中的线缆线束模块，完成完整的线束设计，实现机电一体化的交互设计。

●E?3;.RevisonManagement版本管理模块：通过该模块可以对设计阶段的任意版本进行有效管理，并可以快速对各个版本的变动进行比对，并以图型或者 表的形式进行归档。

●E3.Saber系统仿真接口模块：通过该接口可以直接调用Saber软件来对系统稳态、时域、频域、统计、可靠性及控制等方面的进行分析，进一步检验系统性能，从而实现最初的概念决策、到子系统阶段性、及至后期完整系统设计验证测试。

●E?3;.ZPA企业PDM系统接口模块：通过E3.series的PDM接口，可以实现和PDM/PLM系统进行无缝衔接，可及时提供给设计和生产部门正确的产品数据，提高研发效率。

2）模块配置及价格

原产商:德国ZUKEN CIM-TEAM

D、建设效果描述

火炮武器系统综合电子、电气的数字化设计优化及制造平台实现了不同部门在同一个平台完成火炮武器系统的电气系统原理设计、气动液压系统设计、地面指控方仓控制柜及布局设计，系统和设备间线缆线束设计、电气系统工艺设计，以及协同生产部门完成产品的生产和装配。并通过软件的二次开发接口，实现了不同部门之间的数据衔接和无缝传递、机电一体化设计、产品优化设计等功能，从而使得在产品选型、产品优化、设计周期、生产周期等不同程度的提高了设计生产效率和质量。如下图为设计平台的完整功能（图1）。

图1设计平台功能示意图

一、平台建设提升的能力1、总体设计

在总体设计中，通常涉及多个部门以及不同的设计人员，支持多部门多用户的协同设计模式显得尤为重要，设计初期拓扑图结构，及设计同时保证设计数据的一致性。

设计平台提供的多用户协同设计使不同部门内具有不同权限的系统总体以及各子系统设计人员能够在同一个项目中进行协同设计。总体系统分为若干子系统，各子系统设计人员在同一个项目里各自设计自己权限的图纸（并且只具有所在子系统的开发权限）。在所有子系统图纸设计完成后，总体设计人员直接调用各子系统设计内容，完成总体系统的设计。

同时能够完成系统与分系统之间层次化结构的设计，及设计初期要完成产品的拓扑结构。

图2 总体设计

2、火炮系统电子电气系统

电子电气设计部分：完成产品电气系统原理的设计及线缆线束设计，同时能完成液压/气动系统原理设计。能够实现设计部门–工艺部门–生产部门之间的一致更新，保持数据的同步性。部门之间及技术人员之间能够进行权限的细致分配，进行流程的管理。

图3 原理图及线缆线束

3、地面控制方仓控制柜设计和布局

电气系统设计软件平台，集成了：电气原理设计、控制柜布局与接线设计、液压/气动原理设计、线缆线束等一系列模块，可以完成方舱、控制柜等设计，同时可以完成液压、气动方面的原理图。

图4 方舱、控制柜设计

4、机电一体化

该设计平台采用先进的设计理念，基于ORACLE/SQL 数据库可对整个设计流程中的数据进行统一管理，并可通过与其他三维软件（Pro/E、UG等）的接口，实现整体三维布线。具体内容如下：

在完成二维原理图设计后，为了实现精确计算导线的长度及重量，可通过E3.SERIES的API接口在三维软件内部进行精确布线。通过协调空间位置，合理布局完成可实施的设计，从原理/线缆图设计中导入接线关系信息，同时原理/线缆图设计也将接线信息传至线束设计，在三维软件中自动完成线束设计，并将三维布线的线束长度信息传入E3.series中的线缆线束模块，完成完整的线束设计，并自动生成加工、采购后续工作所需要的EBOM、线缆表、切线表等一系列 表。

图5 机电一体化

5、优化设计

该设计平台与Saber仿真软件进行接口，实现系统级的仿真，软件还能整合电气/电磁兼容/控制/热的仿真分析软件，能够在设计过程中的项目，进行完整的电子、电气、控制、热、电磁仿真分析，进一步提高了系统设计的技术质量和可靠性，通过一系列的仿真分析，可以对系统进行迭代优化，实现精益化设计。

图6 Saber接口仿真优化

6、厂所协同

电气设计平台流程化的设计、工艺、生产完整的平台下，实现产品的版本分为预发布、发布状态，产品版本之间比较、变动等功能，从而使产品生产周期的规范化、数据准确度、安全性得到保证。

主机所与协同生产厂家之间进行数据交流时，生产厂家可以直接通过数据浏览模块，可以快速的查看图纸，而不能下载或修改图纸内容，同时分系统承研厂家可以跟主机所在同一个项目下进行协同设计，高效的完成整体产品的设计和优化。

图7 协同设计

7、外贸发图

设计平台可提供中英文切换，同时满足11种语言版本，满足国外合作时相互发送图纸，而不需要重新绘制其他语言的图纸，一键就可以完成语言的切换。

图8 英文图纸

8、PDM/PLM接口

通过E3.series的PDM接口，平台可以实现和PDM/PLM系统进行无缝衔接，从而实现：

l产品数据在生命周期内保持一致、最新、共享及安全。

l通过E3.series和PDM/PLM系统的有效实施和管理，可及时提供给设计人员正确的产品数据，提高设计效率。

l提供电子电气并行设计的设计环境，有利于整个信息化产品开发过程的系统集成。

图9 E3.series与PDM的集成

二、达到的效果

火炮武器系统综合电子、电气的数字化设计优化及制造平台实施后，能进一步推动火炮信息化建设的设计手段和设计能力，并贯穿了设计、工艺、生产等多部门的各个环节，真正实现火炮信息化研发的数字化，从而使得主机所在总体设计、产品选型、产品优化、设计周期、生产周期等不同阶段的都大大提高了设计技术质量和生产效率。并和国内外同行在数字化建设和设计手段方面保持一定领先，达到国内先进水平。