2023-05-19 铁塔加工三维模型应用及信息化对接技术
前言 输电线路铁塔加工属于传统金属加工制造业,随着我国电力事业的发展,其加工技术在日益提升。从手工计算、计算机辅助二维放样,发展到现在的三维实体软件放样,铁塔设计及放样技术在经历了数十年的演化。三维实体软件可处理三维坐标,真实的模拟铁塔构件在三维空间的位置,调整局部尺寸,可直接输出单件图、组件图、各类清单和NC数据,大大提高了设计质量和放样的准确性。国家电网电工智慧物联平台(EIP)及南网统一供应链管理平台的应用促进了铁塔企业信息化系统建设,铁塔加工企业的管理水平也由传统的管理方式,逐步进行数字化转型升级。目前为止已有近70家企业不同程度的进行信息化建设与改造,多家企业已经与国网EIP平台进行数据交互、对接,实现数据共享,打造订单透明化生产,实现统一供应链管理。 在铁塔企业数字化转型中融合产品设计、虚拟仿真放样、数字化制造、软件工具与管理平台,提升设计制造一体化能力,提升研发效率与质量、降低研发成本。本文聚焦在铁塔加工制造过程中,通过三维建模放样软件与企业其它信息化系统的数据对接,实现数据共享,为打造透明生产、过程追溯提供了精准的数据支撑,提升了整体生产效率。 1输电铁塔加工三维模型应用 1.1三维实体模型放样软件 我国铁塔制造业的兴起及计算机技术的飞速发展,经历了近几十年的演化,从原有的手工放样发展为计算机三维建模放样。目前市场上主流铁塔三维建模放样软件有北京道亨软件股份有限公司开发的TwSolid软件和北京信狐天诚软件公司开发的TMA、LMA软件。 TwSolid三维实体放样软件具备完全参数化创建杆塔模型、自动计算碰撞、自动计算切角尺寸、智能计算正负头、自动判断角钢切角边距、螺孔轧制边距等功能。能够实现空间三维实体建模及二维平面出图及相关程序自动生成,一键生成放样工艺卡、NC数据、杆塔结构图,可导出用于三维数字化移交的各类公共格式(.DXF.NV.STL.X.3DS)模型文件。可与铁塔内力分析计算系统、铁塔绘图程序数据共享,能够快速生成满足国网三维设计规范要求的产品模型。TwSolid软件具有易学易用、放样速度快、完全参数化设计、三维互动修改、数据准确性、三维可视化、支持多种产品(角钢塔、钢管塔、变电站构架、通讯塔等)等特点。TwSolid软件界面截图见图1。 图1 TwSolid软件界面截图 1.2三维实体模型放样技术 TwSolid的研发是在自主版权的三维图形平台上,整塔三维实体显示,可实现从设计到直接打印出图,可同时打开多个文档进行操作、命令及参数记忆,重复绘制一键完成,支持多人分段作业,最后可将各塔段模型拼接成整塔,提升三维放样速度。主要操作流程见图2。 图2三维建模操作流程图 TwSolid三维实体放样软件三维建模作业时,按照操作流程图,依次输入相应的参数,输入过程中可随时进行二维、三维切换,做到及时校对输入参数的准确性。不同产品三维建模实体见图3-图4。 图3输电线路钢管塔三维建模 图4输电线路角钢塔三维建模 三维建模操作完成后,可输出相应的工艺文件和统计表,主要包括:材料用量表、螺栓脚钉垫圈用量表、装配材料表、工艺卡、装配图、组焊图、模具角钢等实际生产所需文件,文件格式为XLSX、DXF、DWG等,与Excel和CAD操作软件能够实现数据适配,方便操作与应用。 1.3三维实体模型在生产加工中的应用 输电线路铁塔主要由角钢、钢管、节点板、螺栓及部分组焊件组成,TwSolid三维实体放样软件可以导出生产设备相兼容的NC文件和钢板排版用的dxf文件,与数控设备(角钢下料冲、钻孔联合生产线,钢板冲、钻生产设备、下料设备等)实现数据交互对接。 2输电铁塔三维模型数据与信息化对接技术与应用 输电线路铁塔产品加工属于典型的离散型加工,由于材料规格种类繁多,很难实现标准化作业,也给铁塔企业信息化建设也带来一定的难度。国家电网电工装备智慧物联平台(EIP)的成功建设,为铁塔企业信息化发展提供了很好的思路,其标准规范接口有效的规范了铁塔企业的信息化建设。铁塔企业在信息化建设过程中,依照GB/T 37393-2019及国网EIP平台的要求,先后导入PLM、ERP及MES系统,完成了与国网EIP平台的数据实时对接,取得了很好地应用。各个系统之间实现了数据对接,打破了数据孤岛,有效的为企业生产经营活动提供了精准的数据支撑,也为三维实体模型数据与其它信息化系统对接奠定了基础。 2.1数据对接技术 目前数据对接交主要有三种方式,一是用直接读写数据库的方式,先建立特定权限的数据库访问用户(只能访问接口信息相关的部分数据表,而不是全部)。将读和写分开,在读数据时可以直接读数据源表,在需要写数据时,写到双方约定的中间表,并加上写信息操作日志;二是使用EXCEL、XML或者文本文件,作为中间载体来实现数据交互;三是通过应用程序接口,双方各自开发自己的接口,让对方系统通过协议接口,来实现数据访问与读写。几种常见数据对接示意图见图5。 图5数据对接几种常见方式 2.2数据对接难点及对接应用方式 输电线路铁塔技术加工BOM一般以基塔为单位,以一个500kv铁塔为例,单基塔零件数量达到几千件,加上每个零件的加工工艺信息,转换成数据库语言,会形成海量数据,直接通过数据库互相读取对接,将会影响对接效率。另外由于铁塔加工设备厂家不同,即时同一厂家,由于设备更新换代,采用的上位机软件及PLC串口和协议也不一样,这就会给三维放样数据与设备直接对接带来一定的难度,需要协调设备厂家分别进行开发以满足对接需要。 在输电铁塔三维模型数据与企业信息化系统对接中,通过对数据对接技术难点进行分析,结合铁塔企业、系统厂家、设备厂家的实际情况,以快捷、经济、精确为原则,规划了三维模型数据导出技术BOM后,与信息化ERP系统对接采用EXCEL中间表的方式;三维模型数据导出NC程序和排版软件、数控设备数据对接采用读取数据库的方式,企业ERP和MES系统以及EIP平台数据对接交互采用应用程序接口的方式进行,以满足数据对接的需要。 2.3三维实体模型与信息化系统对接应用及效果 输电铁塔一般由具备相应资质的设计院出具铁塔加工蓝图,在加工前由铁塔企业进行搭建三维实体模型。在搭建三维实体模型过程中,对于铁塔焊接、火曲、开合角、切角等特殊工艺需进行相应的处理,能够直观反映其装配情况。三维实体模型搭建完毕后,系统自动生成相应的CAD图形,如组焊图、工艺卡、装配图等;能够输出相应的EXCEL表格,如零件加工单、零件汇总信息等。自动生成的图形文件及表格与各信息化系统实现数据对接,主要应用有: 1、技术加工BOM对接主要为三维模型导出的单基零件加工信息及焊接件信息,与信息化系统中的单基技术工艺BOM和焊接BOM进行数据交互对接,便于在生产加工中快速准确调取相应的零件信息。应用效果见图6。 2、NC数据对接(设备、系统),由于上位机软件与设备PLC之间的协议都不同,常用品牌与协议分别为:三菱、西门子、汇川,其中三菱的PLC使用IBM PC机COM1串口,西门子和汇川使用的是modbus tcp协议。在实施过程中,先规范标准接口文件格式及内容,协调各厂家根据不同的协议分别进行开发,根据标准接口规范调用相应的数据函数,达到数据相互对接交互读取的目的。应用效果见图7。 3、下料排版数据对接主要针对钢板类零件数控火焰、等离子及激光切割下料。将三维建模后的NC加工程序DXF文件(文件名称为零件号)导入激光切割机Sigma套料软件进行自动套料排版,完成后软件会根据套料的G代码读取到零件号、数量等数据,生成加工文件。设备运行加工文件时记录相应零件的加工时间、工序等数据信息,由系统每隔一定时间读取该文件中的数据,传输并记录到数据库中,实现生产加工数据自动采集与对接。应用效果见图8。 图6技术加工BOM与系统对接效果图 图7设备端接收数据 图8下料数据对接及采集效果图 3结论 铁塔企业在国家电网智慧物联平台(EIP)的引领下,逐步展开数字化转型,开启信息化建设之路,为传统的制造业实现智能制造树立了典范。输电铁塔加工过程采用TwSolid三维实体放样软件进行三维建模,对铁塔生产加工提供了坚实的技术支撑,通过与信息化系统的数据交互对接,实现了铁塔加工数字化、生产透明化、数据实时化,为铁塔企业实现智能制造提供了有力的保障。