自动化网-工控人家园官网移动版

1  背景

电气柜内的布线方式主要分为两类，一是按线槽布线，导线随意放置在槽内，不绑扎或保

护；二是无线槽布线，使用扎带或者缠绕带对导线进行绑扎、固定，如图 1-1 所示。

图 1-1 电气柜内布线方式

传统的柜内布线工艺，一般需要电气设备安装到位后才能开展。车间工人一边看图，一边

开展规划布线路径、手工制线，一边完成接线工作，如图 1-2 所示。而接线工作中导线制备流

程落后、设备自动化程度低、布线接线串行工作、对接线工人水平依赖程度高等因素，是导致

电气柜生产材料大量浪费、接线工作效率不高、布线工艺水平不标准的主要原因。

图 1-2 传统柜内布线工艺

为了解决电气柜内布线工艺的设计问题，提高电气柜生产产能及工艺质量水平，诸多企业

开始在数字化样机环境下，开展布线工艺的设计，并购置相应自动化设备，打通设计与生产的

数据流。

随着电气/机械设计软件的发展，目前市面上已有大量针对布线设计的软件，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 软件为例，讲述如何利用 HPD 进行柜内线束布线工艺的数字化设

计，提高生产的自动化。

2 EPLAN Harness proD 的 的 布线 设计

2.1  EPLAN Harness proD  简介

EPLAN Harness proD（以下简称 HPD）是一种独特、独立的易用解决方案，可以高效且快

速地创建三维线束、钉板图、电缆图纸和报表。HPD 使线束设计不受机械原型可用性的影响。

可直接使用 3D MCAD 模型将显著降低开发成本，同时通过缩短开发周期而节省时间和金钱。

作为一款电气布线工艺设计软件，HPD 提供了大量的方便、实用的工艺设计功能，如：布

线路径快速设计、自动附加接线端子、干涉检查、弯曲半径检查、复杂实体复用、用于导线\

电缆预制的钉板图\电缆图等，并提供了与自动化下线机，如 Komax、CADCable 等机器接口。

2.2  HPD  布线设计流程

HPD 相对于其他布线设计软件，其最大的特点之一，是操作简单，易上手。从零开始，到

完整完成单个柜内的布线设计，只需要七步，如所 2-1 所示。

图 2-1 HPD 布线设计流程

而当企业的部件库里部件数量达到一定程度，并且开展了一定标准化工作后，便可通过变

量、电气选项以及复杂实体复用等功能，使柜内布线的设计时间产品交付周期更短。

2.2.1  部件库准备

同其他三维布线软件相似，在开始布线设计前，通常是需要准备相应的部件数据，如连接

物、端子、导线\电缆、接线端子以及部件\部件组等。但相比其他软件，HPD 提供了“快速原

型”功能，用来在尽可能短的时间内快速开发完整或部分模型的方法。快速原型注重于功能，

旨在以相对直接、简单和快速的过程降低开发和制造所需模型的过程复杂性。

2.2.2  入 导入 3D  柜体& 放置连接物

HPD 支持直接导入多款主流 M-CAD 源文件数据，如 SW、Creo、CATIA 等，也支持导入常

用的中间格式的文件，如 STEP、IGES 等。三维模型导入后，如图 2-2 所示，作为一个整体部

件，存在于 HPD 中，且可以对各零部件进行颜色、透明度、显示/隐藏等调试。

电气柜体导入 HPD 后，便可在柜体上进行电气器件的安装布局。放置器件时，可使用

HPD 提供的点、线、面配合、句柄\安装点捕捉、坐标系对齐、移动\旋转等功能，实现器件的

快速精准放置，完成整个柜内器件的布局，如图 2-2 所示。

图 2-2 电气柜布局

2.2.3  规划路径

完成电气器件的安装布局后，就可以为导线的布线，设计和规划路径，即 HPD 的术语：

束。在 HPD 中，路径的规划可通过“点击并指向”的方法，快速创建，然后通过添加和调整

（移动）控制点，来完成路径的调整。

针对电气柜的路径创建，建议先创建一个总的路径，该路径包含了导线布线的所有可能。

在进行导线布线设计时，可先复用总路径，在完成相应导线布线后，删除多余未使用的路径。

如此一来，可大大提高布线设计的总体效率。

图 2-3 布线路径规划

2.2.4  布线 设计

在完成器件布局和路径规划后，便可对器件间的接线，进行布线工艺的设计。该环节是体

现工艺设计与生产关联的重要环节，主要分四步进行：

1). 导线分组并导入连接关系。

电气柜内的导线数量，尤其是低压控制柜，一般都是成千上百的存在。面对如此多的接线

关系，不宜全部同时导入到 HPD 中进行布线设计，因此需要提前将接线关系，分成不同组，

然后导入到不同的 HPD 工作区中，形成不同的线束。

HPD 对于接线关系表信息，有特定要求，如图 2-4 所示，需要提供导线的型号、导线两端

器件名称（在 HPD 里的显示名称 REFDES，而不是库里的部件名称）及其管脚名称即可。接线

关系导入时，HPD 也提供了导入模板，提高导线导入的效率。

图 2-4 接线关系导入模板与导入效果

2). 自动/半自动/手动布线

针对不同导线组，可以在 HPD 中不同的工作区来进行布线设计。对于布线，HPD 提供了

自动（按最短路径和就近出线点）、半自动（指定布线路径的起点和终点）以及手动（提定导

线经过哪些布线路径）布线功能。完成布线的效果如图 2-5 所示。

图 2-5 HPD 布线效果

3). 自动附加零件

接线端子，即俗称的线鼻子(DT)，常用于导线末端连接和续接，能让导线和电气器件连接

更牢固、更安全，是电力设备、电器连接常用的材料。一般导线与电气器件连接时，按照国家

接线规范要求，导线末端连接均需使用对应的接线端子，再与电气器件管脚连接，使产品外观

规格良好，导电性能更好和安全。

电气柜内导线两端的接线端子，一般需要根据器件接线点类型要求和导线截面积的不同，

选择不同接线端子，一般企业均有相应的工艺文件，来规范接线端子的选型和使用。而这些工

艺要求，可以直接体现在部件库里，即为器件，指定适用的接线端子类型，如图 2-6 所示。

图 2-6 为器件指定接线端子

HPD 提供了的自动附加零件功能，能自动根据导线的截面积和器件适用的接线端子类型，

自动为导线两端，加载对应的接线端子，如图 2-7 所示。自动附加零件后，导线两端的接线羰

子信息就可以直接输出，为导线自动制备，提供数据。

图 2-7 自动附加接线端子

4). 创建线束

线束，是将各电气设备所用的不同规格、不同颜色的电线通过合理的安排，将其合为一

体，并将电线捆扎成束，其目的是为了便于安装、维修，这样既完整，又可靠。借助线束概

念，将完成布线和添加上接线端子的成组导线，设计为不同的线束，如图 2-8 所示，为钉板图

制造输出，和导线预制，提供原始数据。

HPD 提供的“自动传导线束隶属关系”，只需要将单一对象，如导线、连接物等，分配给

某一线束，相关联的对象则会自动分配到该线束内，大大提高了将线束对象分配给相应线束效

率。

图 2-8 HPD 中的不同线束

2.2.5  设计验证

完成柜内导线的布线设计和线束分配后，就需要为线束设计进行设计检查。HPD 提供了

27 种设计检查规则，如图 2-9 所示。通常而言，电气柜内线束设计主要检查以下几个方面内容

即可（不同企业，对工艺要求不同，可根据实际需求，进行检查项内容的设定）：

1). 弯曲半径检查：检查布线工艺设计时，布线路径的弯曲半径，是否小于导线设置的最

小半径。

2). 干涉检查：检查布线路径，是否与机械部件产生干涉。

3). 缺少附加零件：检查是否为导线，自动附加了接线端子。

4). 直径检查：检查特定路径中，导线布线外径超过了该路径的设定值。

5). 过时部件/部件版本检查：检查 HPD 工作区中使用的部件，与部件库中部件的状态是否

一致，保证部件使用的正确性。

图 2-9 HPD 提供的检查规则

2.2.6  制造输出

在保证设计检查没有问题的情况下，就可以利用 HPD，自动生成线束的导线下线表和钉板

图，用于导线预制或自动下线和线束加工。

电气柜内线束的导线列表，如图 2-10 所示，主要体现信息：线束名称、导线型号（部件

名称）、导线长度、From（即导线一端的设备的标识及其管脚名）、接线端子自、剥线长度自

（有接线端子时，即为接线端子要求的，导线的剥线长度，没有接线端子时，即为器件管脚直

接接导线时，要求的，导线的剥线长度）、至（即导线另一端设备的标识及其管脚名）、剥线

长度至。

图 2-10 导线列表

HPD 支持将导列表信息，导出 Excel 表，便于自动下线设备，直接导入使用。

钉板图是根据电气原理图、线束三维布置等相关信息完成的线束 1:1 平面图纸。对于电气

柜内线束的钉板图，导线端通常只需要体现导线端所接设备标识以及管脚信息即可，如图 2-11

所示。

图 2-11 钉板图中导线端信息

钉板图的排版样式，应与三维布线的效果相似，如图 2-12 所示，如转折点、导线出线方

向等，如不能完全表达时，因添加必要注释。钉板图主要用来指导线束物料采购、生产以及维

修等。

图 2-12 钉板图排版与三维布线效果

至此，按照七步法，基本完成了在 HPD 中对电气柜内单一线束进行布线工艺设计的工

作。最后，利用 HPD 特有的，复杂实体的导入导出功能，将多个线束，导入到同一空间，即

可完成整个柜内线束的布线工艺设计，如图 2-13 所示。

图 2-13 整柜线束效果

2.3  生产流程优化

对于传统电气柜的布线工艺设计、生产和加工，大致流程如图 2-14 所示：

图 2-14 传统布线工艺、生产和加工流程

柜内布线工艺设计，需要电气设备安装到位后才能开展，且模式常为：车间工人一边看

图，一边开展规划布线路径、手工制线，一边完成接线工作。而手工制线的过程，如图 2-15

所示，也极为消耗时间和浪费生产材料。

图 2-15 手工制线流程

而基于 HPD 软件下的电气柜布线工艺设计、生产和加工流程，如图 2-16 所示，将极大地

改善传统电气柜布线工艺流程下，串行工序、手工制线、生产材料浪费等问题。

图 2-16 基于 HPD 的布线工艺、生产和加工流程

HPD 利用机械结构模型，结合电气设计的接线信息，在数字化样机的设计模式下，即可完

成柜内布线的工艺设计，包括设计检查、质量优化等。而自动输出的下线表，则为自动设备完

成导线的自动加工，提供数据支撑，大大提高了导线的制备效率并且减少了生产材料的浪费

（如导线、接线端子等）。同时，钉板图为导线成线束制作，提供了制造参考。因此，器件安

装与导线制备工作，便可同步开展，且制成线束以后的导线，安装更为方便和快速，大大减少

柜内接线工作的时间，缩短产品交付时间。

3  总结

通过研究利用 EPLAN Harness proD 软件，对电气柜进行布线工艺设计和生产流程优化发

现，使用 EPLAN Harness proD 进行布线工艺设计的优点主要有：

1). 相比其他同类布线设计软件，其安装和使用，不依赖于其他 E-CAD 或者 M-CAD 软件，

可单独使用。

2). 软件操作方法简便，易上手，且设计流程逻辑清晰明了，无需要大量的学习便能熟练

掌握和使用。

3). 作为专业的布线工艺设计软件，提供了大量针对工艺设计的功能，如自动附件零件、

设计检查、布线路径快速设计、自动传导线束隶属关系等。

4). 作为专业的布线工艺设计软件，其提供的报表/钉板图、生产接口等功能，可以很好地

改善传统工艺设计和生产加工流程，为缩短生产周期、减少生产资料浪费，提供解决方

案。

5). 作为三维设计软件，可以为企业打造数字化样机设计、机电一体化设计以及智能制造

综合而言，EPLAN Harness proD，非常适合电气柜内的布线工艺设计，以及，改善电气柜

的生产和加工流程。