TRIDIMENZIONALNO MODELIRANJE

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

IGOR DACKO

TRIDIMENZIONALNO MODELIRANJE IN DOKUMENTIRANJE V PROGRAMSKEM OKOLJU EPLAN HARNESS PROD 2.9

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna

elektrotehnika

Ljubljana, 2021

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

IGOR DACKO

TRIDIMENZIONALNO MODELIRANJE IN DOKUMENTIRANJE V PROGRAMSKEM OKOLJU EPLAN HARNESS PROD 2.9

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna

elektrotehnika

Mentor: doc. dr. Selma Čorović

Ljubljana, 2021

v Zahvala

Ob tej priložnosti bi se rad zahvalil vsem, ki so posredno in neposredno vplivali na nastanek tega diplomskega dela. Na začetku bi rad izrazil spoštovanje in hvaležnost svoji mentorici doc. dr. Selmi Čorović za vse strokovne nasvete in potrpežljivost. Naslednji v vrsti stoji moj službeni kolektiv, brez njihove pomoči, nasvetov in dovoljenja uporabe njihovih načrtov bi ta diplomska naloga izgledala popolnoma drugače. Hvala tudi podjetju Kolektor Group d.o.o. za karierno priložnost in mentorjema znotraj podjetja Mitju Hvali ter Nejcu Klevišarju za vse predano znanje in napotke. Zahvalil bi se rad tudi študentski formula ekipi Superior Engineering, brez nje po vsej verjetnosti ne bi odkril zanimanja za načrtovanje električnih shem vseh vrst. Hvala tudi podjetju Exor ETI za vso tehnično in uporabniško podporo skozi leta uporabe njihovih storitev za programska okolja EPLAN. Za vso moralno podporo, motivacijo in vsakodneven navdih bi se rad zahvalil svoji punci Dijani Pavlović. Poglavitna zahvala za obsežnost katere ne obstajajo ubesedeni pojmi pripada mojemu najbližjemu družinskemu krogu sestri Anji Dacko, mami Ljiljani Dacko in očetu Tomu Dacku, hvala.

vii Povzetek

V industriji se pojavlja nov način načrtovanja električnih shem, ki tradicionalne dvodimenzionalne risbe razširi v tridimenzionalno okolje. Iz strok strojniške narave, se modeliranje realnih elementov v prostoru seli na področje elektrotehnike. Elektroinženirjem je omogočeno ustvarjanje in virtualna postavitev vseh električnih komponent, vodnikov, kablov in ostalih elementov, ki jih vsebuje načrtovana naprava.

Diplomsko delo se osredotoča na osnovne metode potrebne za ustvarjanje tridimenzionalnega modela vodniških snopov in poti v programskem okolju ePlan Harness proD 2.9.

Diplomsko delo sestavlja več delov. V prvem poglavju je opisana naprava, ki je navdihnila diplomsko nalogo, opisane so tudi matematične osnove projiciranja, kot skupna osnova vsem računalniško podprtim grafičnim orodjem.

Poglavitna vsebina naloge se nahaja v drugem poglavju dokumenta. V njem so v kronološkem zaporedju opisane vse metode potrebne za nastanek modela, z začetkom pri instalaciji in pridobivanju licence. Nadaljevanje opisuje ustvarjanje knjižnice elementov in metode za nastanek tridimenzionalnega modela. V osrednjem delu je opisan poseben način projektiranja »Rapid prototyping«, ki omogoča pohitreno načrtovanje z uporabo generičnih elementov.

Tretje poglavje opisuje metodo za avtomatsko generiranje dokumentacije projekta.

V četrtem poglavju so prikazani rezultati projektiranja v programskem okolju ePlan Harness proD 2.9. Pogled na zaključen in realiziran projekt se nadaljuje v petem poglavju, kjer so poudarjene prednosti in slabosti prikazanega načina projektiranja.

Ključne besede: električni snopi, tridimenzionalno modeliranje, ePlan Harness proD, projektiranje, knjižnica elementov, metode načrtovanja, projektna dokumentacija.

ix Abstract

A new type of representation of electrical schemes is appearing in the industry.

Traditional mechanical engineering methods of 3D modelling are finding their way into the field of electrical engineering. Electrical engineers can model all types of electrical components that a given project may contain in a 3D modelling space.

Diploma thesis focuses on the basic methods required for creation of a project inside ePlan Harness proD 2.9 modelling software.

The thesis consists of multiple parts. The first chapter describes the machine that inspired the diploma itself and quickly covers mathematical basics of computational geometry, that is a common core in all modelling software.

The second chapter is the main part of the thesis. In it all methods for using the ePlan software are described in chronological order, starting with the installation and acquirement of licences. The document continues with the description of creating a part library and the 3D modelling methods themselves and the process of automatically generating project documentation. Ending with the description of an available faster method of work.

The last two chapters look back on the outcome of the modelling process and the representation of the originally described project. Rounding up with an assessment of the pros and cons of the discussed method of modelling.

Key words: wire harness, 3D modelling, ePlan Harness proD 2.9, parts library, modelling methods.

xi Kazalo

1 UVOD ... 19

1.1 OPIS PROBLEMATIKE IN ANALIZA NAPRAVE ... 19

1.2 O RAČUNALNIŠKI GEOMETRIJI... 21

1.3 PROJICIRANJE... 21

1.3.1 Vzporedna projekcija ... 22

1.3.2 Centralna projekcija ... 25

2 IZDELAVA PROJEKTA Z EPLAN HARNESS PROD 2.9 ... 31

2.1 O PROGRAMSKI OPREMI EPLANHARNESS PROD ... 32

2.2 NALOŽITEV PROGRAMSKE OPREME ... 32

2.3 USTVARJANJE KNJIŽNICE ELEMENTOV ... 34

2.4 USTVARJANJE DELOV ZA OBLIKOVANJE MODELA ... 37

2.4.1 Ustvarjanje vodnikov ... 39

2.4.2 Ustvarjanje kablov ... 43

2.4.3 Ustvarjanje sponk ... 45

2.4.4 Ustvarjanje električnih priključkov ... 47

2.4.5 Ustvarjanje krmilnih elementov ... 47

2.5 USTVARJANJE TRIDIMENZIONALNEGA MODELA VODNIŠKIH SNOPOV ... 48

2.5.1 Vstavljanje modela naprave ... 49

2.5.2 Postavljanje kabelskih poti ... 51

2.5.3 Vstavljanje električnih elementov ... 53

2.5.4 Vstavljanje električnih povezav ... 54

2.6 »RAPID PROTOTYPING« NAČIN NAČRTOVANJA... 56

3 GENERIRANJE DODATNE DOKUMENTACIJE ... 59

4 REZULTATI ... 61

5 ZAKLJUČEK... 63

6 LITERATURA ... 65

7 PRILOGA 1 ... 67

xiii Seznam tabel

TABELA 1:PRIMERI OZNAK ELEMENTOV ... 31

xv Seznam slik

SLIKA 1:IDEJNA SHEMA NAPRAVE [1] ... 20

SLIKA 2:PROJICIRANJE ... 22

SLIKA 3:PRAVOKOTNA PROJEKCIJA TOČKE T ... 24

SLIKA 4:CENTRALNA PROJEKCIJA (ŽARIŠČE, OBJEKT PRESLIKAVE, RAVNINA) ... 25

SLIKA 5:CENTRALNA PROJEKCIJA (OBJEKT PRESLIKAVE, RAVNINA, ŽARIŠČE) ... 26

SLIKA 6:PRIMER CENTRALNE PROJEKCIJE VRSTE HIŠ[3] ... 26

SLIKA 7:PERSPEKTIVNA PROJEKCIJA HIŠE Z DVEMA BEŽIŠČEMA [3] ... 27

SLIKA 8:CENTRALNA PROJEKCIJA TOČKE V DVODIMENZIONALNEM PROSTORU ... 27

SLIKA 9:CENTRALNA PRESLIKAVA TOČKE V TRIDIMENZIONALNEM PROSTORU ... 28

SLIKA 10:PRVO OKNO INSTALACIJSKEGA PROGRAMA ... 32

SLIKA 11:POJAVNO OKNO ZA PRIDOBITEV LICENCE ... 33

SLIKA 12:IKONI NALOŽENE PROGRAMSKE OPREME (»LIBRARY« LEVO IN »STUDIO« DESNO) ... 33

SLIKA 13:OKNO, KI PONUJA IZBIRO NAČINA AKTIVACIJE LICENCE PROGRAMA ... 34

SLIKA 14:PRVA STRAN PROGRAMA EPLANHARNESS PROD2.9LIBRARY ... 35

SLIKA 15:ORODNA VRSTICA PROGRAMSKEGA OKOLJA ... 35

SLIKA 16:PODOKNA V MENIJU ORODNE VRSTICE »LIBRARY« ... 36

SLIKA 17:RAZDELITEV KNJIŽNICE PO PODOKNIH ... 37

SLIKA 18:POJAVNO OKNO »NEW CATEGORY« ... 38

SLIKA 19:SEZNAM USTVARJENIH KATEGORIJ ... 39

SLIKA 20:SEZNAM PODOKEN ZA USTVARJANJE VODNIKOV ... 39

SLIKA 21:»GLOBAL PROPERTIES« LASTNOSTI »CATEGORIZATION« ... 41

SLIKA 22:»GLOBAL PROPERTIES« LASTNOSTI »MANUFACTURING« ... 41

SLIKA 23:»GLOBAL PROPERTIES« LASTNOSTI »ATTRIBUTES« ... 41

SLIKA 24:MEHANSKE LASTNOSTI VODNIKA ... 42

SLIKA 25:ELEKTRIČNE LASTNOSTI VODNIKA ... 43

SLIKA 26:PODKATEGORIJA »WIRE LIST« ... 44

SLIKA 27:LASTNOSTI IZOLACIJE ... 44

SLIKA 28:3D PRIKAZ VRSTNE SPONKE Z VSTAVLJENO PRIKLJUČNO TOČKO ... 45

SLIKA 29:PODKATEGORIJI REQUIRED IN GLOBAL PIN SETTINGS ... 46

SLIKA 30:TABELA DETAIL PIN SETTINGS ... 46

SLIKA 31:PRIMER ELEKTRIČNEGA PRIKLJUČKA ... 47

SLIKA 32:PRVA STRAN PROGRAMA EPLANHARNESS PROD2.9STUDIO... 48

SLIKA 33:DREVESNA STRUKTURA PROJEKTA ... 49

SLIKA 34:TRIDIMENZIONALNI PROSTOR ZA NAČRTOVANJE ... 50

SLIKA 35:PROJEKCIJA NAPRAVE V MODELIRNEM OKNU ... 51

SLIKA 36:PRIMER MODELA ELEKTRIČNIH POTI (ZELENE CILINDRIČNE OBLIKE) ... 52

SLIKA 37:PRIMER POSTAVITVE SPONK ... 53

SLIKA 38:PRIMER ZAČETNE POZICIJE VODNIKA IN KABLA (RDEČ VODNIK IN ČRN KABEL) ... 54

SLIKA 39:PRIMER VODNIKA IN KABLA ZNOTRAJ DEFINIRANE POTI ... 55

SLIKA 40:NAČRT POTEKA NAPAJALNIH SNOPOV NA NAPRAVI ... 56

SLIKA 41:PRIMER POSTAVLJENIH PRIKLOPNIH TOČK NA NAPRAVI ... 57

SLIKA 42:PRIMER ZAKLJUČENIH POTEKOV SNOPOV Z VSEMI POVEZAVAMI ... 58

SLIKA 43:NAILBOARD RISBA NAPAJALNEGA SNOPA ... 59

SLIKA 44:AVTOMATSKO GENERIRANA TABELA VODNIKOV IN POVEZAV ... 60

SLIKA 45:VIRTUALNE ELEKTRIČNE POVEZAVE NAPRAVE ... 61

SLIKA 46:REALIZIRANA NAPRAVA KTM ... 62

xvii Seznam uporabljenih simbolov

BLDC Brezkrtačni enosmerni motor

CAN Komunikacijski protokol, Controller Area Network

LIN Komunikacijski protokol, Local

Interconnect Network

PSA Francoska avtomobilistična družba, Peugeot Société Anonyme

Π Ravnina

S Projicirno središče, žarišče

A, H, T Točke v koordinatnem sistemu

A´, x´, y´ Projekcija točke

O Ortogonalni koordinatni sistem

x, y, z Oznake osi koordinatnega sistema

𝑛⃑ ₀ Vektor normale

α , β Koti med premicami

𝑒 ₁, 𝑒 ₂ Bazni vektorji

2D Dvodimenzionalno

3D Tridimenzionalno

EID Entitlement ID

AWG Enota za površino preseka vodnika,

American Wire Gauge

STEP Standard for the Exchange of Product Data (ISO 10303-21)

DIN Deutsches Institut für Normung

19 1 Uvod

Namen diplomske naloge je bralcu predstaviti programsko opremo, ki tudi elektrotehnikom omogoča 3D modeliranje vodniških snopov, njeno uporabo, podati celovit postopek ustvarjanja tridimenzionalnega modela, pokazati dodano vrednost in na koncu oceniti prednosti in slabosti tovrstnega modeliranja skupaj s samo uporabnostjo postopka. V okvirju diplomske naloge smo izdelali tridimenzionalni model vodniških snopov naprave za testiranje BLDC motorjev. V prvem delu glavnega poglavja smo se osredotočili na vse potrebne metode in postopke za instalacijo programske opreme in kreiranje knjižnice elementov. V drugem delu smo predstavil metode za ustvarjanje 3D modela električnih elementov. Za primer so prikazane nekatere povezave, ki so sestavni del obravnavane naprave. V zaključnem delu diplomske naloge pa smo navedli in pojasnili postopke za avtomatsko generiranje komplementarne dokumentacije projekta ter dodali posnetke zaslona vseh preostalih povezav naprave, razen krmilnega sistema, ki je zaradi poslovnih razlogov izpuščen.

1.1 Opis problematike in analiza naprave

Izbrana naprava, za katero modeliramo vodniške snope ne nosi ključnega pomena za temo diplomskega dela. S programskim orodjem lahko virtualno ožičimo katerokoli električno napravo, ki si jo izberemo, s predpostavko da imamo dovolj dober tridimenzionalni model mehanske sestave. Za namen celovitosti diplomskega dela je vseeno potrebno na kratko opisati izbran stroj za obravnavo. Opisana naprava je bila razvita za namen validacije električnih pogonov s testi po kupčevih specifikacijah in drugimi standardnimi. V osnovi imamo opravka s testiranjem BLDC motorjev v kontroliranih razmerah, po čemer je naprava dobila tudi svoje ime Klimatsko testno mesto za pogone. Celoten postroj lahko v grobem funkcijsko delimo na naslednje komponente:

• Zunanja klimatska komora; kamor postavimo električni motor za testiranje. Znotraj komore so zagotovljeni klimatski pogoji (npr. temperatura, vlaga, …), ki so potrebni za določeno vrsto testiranja (t.j. testi v skladu z definiranimi standardi v avtomobilski industriji).

• Močnostni napajalnik; za napajanje BLDC motorjev, saj obratujejo na nižjem napetostnem nivoju in na podlagi enosmernega toka, v nasprotju z omrežno napetostjo.

• Komunikacijska modula; oba opravljata nalogo komunikacije z osebnim računalnikom, s pomočjo izbranega protokola. Na voljo imamo izbiro med CAN in LIN protokoloma.

• Temperaturni merilnik; izbrani termočleni omogočajo natančen zajem temperatur na pogonih med testiranjem.

• Brezžična povezava na omrežje; za lažje povezovanje osebnega računalnika na testno napravo.

Za pravilno delovanje moramo zagotoviti ustrezno napajanje in povezave med vsemi sklopi.

Zahtevana naprava mora tako v kontroliranih klimatskih pogojih napajati pogone in skozi testne cikle krmiliti enosmerne motorje. Zahtevane obratovalne pogoje regulira s pomočjo CAN ali LIN komunikacijskega protokola, enako velja za povratne informacije, ki jih preko istih dveh

20

protokolov pošilja na osebni računalnik, namenjen prikazu podatkov in vnosu testnih parametrov.

Slika 1: Idejna shema naprave [1]

Naprava prikazana na Sliki 1 omogoča vzporedno testiranje šestnajstih električnih pogonov. S pomočjo opreme znamke NI in preko termočlenov zajema temperature in jih tudi shranjuje v bazo podatkov. Vsi testi potekajo po standardu PSA Group B21 7130. Preizkusi so ustrezni za testiranje električnih naprav, namensko izdelanih za avtomobilsko industrijo. Standard je zasnovan s strani francoskega podjetja Peugeot in zajema večje število različnih testnih ciklov, ki jih mora pogon opraviti. V našem primeru se izvajajo cikli:

• Parameter test (large)

• Parameter test (small)

• CL01

• CL02

• CL04

• BL08A

21 1.2 O računalniški geometriji

Podobno, kot vsi modelirni programi, tudi EPLAN Harness proD temelji na zakonitostih računalniške geometrije. Računalniška geometrija pa nato temelji na različnih matematičnih algoritmih, za virtualen prikaz elementov pa so uporabljene osnove projiciranja. Nekoč so se inženirji in konstruktorji zanašali na ročno narisane tehnične risbe, da so svoje delo primerno dokumentirali in nato tudi primerno proizvajali. Načeloma so ročno narisane risbe enakovredne računalniško ustvarjenim, v kolikor privzamemo, da so v celoti narisane pravilno in po standardu. Dandanes nekatere starinske tehnične risbe krasijo zidove podjetij kot umetniška dela, a na žalost je za moderen ritem inženirskega dela tak način oblikovanja prepočasen. Že v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se je z matematičnega področja algoritmov razvila veja znana kot računalniška geometrija. Področje se je skozi leta močno razširilo in razvilo.

Znanstvena veja je še danes zelo priljubljena, kar lahko pripisujemo temu, da so rešitve, ki jih najdejo matematiki zelo prefinjene, ali pa temu, da je ta matematična smer ključnega pomena v mnogih inženirskih smereh, kot so: računalniška grafika, geografski informacijski sistem, robotika ipd. Starejši algoritmi so bili počasni in njihovo implementiranje je bilo tehnični podvig, skozi leta so bile odkrite bolj elegantne rešitve, ki postopke močno olajšajo, tako jih enostavneje izvajamo in prihranimo procesno moč računalnika. Trenutno inženirji, ki so pretežno predstavniki strojništva, uporabljajo za postopke načrtovanja in modeliranja programsko opremo, ki jim omogoča načrtovanje in še veliko več, kar na njihovih delovnih postajah oz. računalnikih. Uporabljajo se orodja mnogih izdelovalcev programov, različni ponujajo drugačne funkcionalnosti. A vsi, ki omogočajo načrtovanje v tridimenzionalnem okolju delujejo na podobnih matematičnih zakonitostih.[2]

1.3 Projiciranje

Programska orodja so na samem začetku pred načrtovanjem zadolžena za pravilen prikaz tridimenzionalnih teles na ravnini. S postopkom prikaza geometrijskih teles na ravnini se ukvarja matematična panoga opisna geometrija oziroma drugače znana kot veda o projiciranju.

V sami osnovi za projiciranje objekta v prostoru moramo izbrati projekcijsko ravnino (npr. 𝛱) in projicirno središče (npr. 𝑆) skozi katerega sekajo vsi projicirni žarki. Preko vektorja oz. žarka preslikamo točko (npr. 𝐴) na ravnino rezultat je preslikava točke (npr. 𝐴´). Rezultat je množica točk, ki so preslikane preko projicirnega središča na našo izbrano ravnino. To množico točk imenujemo projekcija objekta. Matematični model na Sliki 2 prikazuje relacijo med točkami in ravnino.

22

Slika 2: Projiciranje

Med sodobnimi modelirnimi programi sta se najbolj uveljavili dve metodi, vsaka od njiju ima drugačne funkcionalnosti.

1.3.1 Vzporedna projekcija

Metodo poznamo tudi, kot paralelno projekcijo. Pri njej je naš izvor projicirnih žarkov neskončno oddaljena točka, znan tudi, kot neprava ali fiktivna točka. Žarki pa so med seboj vzporedni. Metode se delijo na:

• Vzporedne pravokotne projekcijske metode:

o Pravokotna ali ortogonalna projekcijska metoda o Mongeova projekcijska metoda

o Aksonometrične projekcijske metode

▪ Izometrična metoda

▪ Dimetrična metoda

▪ Trimetrična metoda

• Vzporedne poševne projekcijske metode o Kabinetna metoda

o Kavalirska projekcija

V primeru uporabe Mongeove metode imamo opravka z več ravninami, ki so po navadi vzporedne ravninam, ki jih tvori naš koordinatni sistem (𝑥𝑦, 𝑥𝑧, 𝑦𝑧).

23 Razdelijo se na:

• 𝛱₁, tlorisna ravnina, tloris

• 𝛱₂narisna ravnina, naris

• 𝛱₃, neobvezna projekcijska ravnina, stranski ris

Aksonometrične metode uporabljajo samo eno ravnino za prikazovanje, vendar je cilj le te prikazati čim več objekta naenkrat. Značilno za ravnino je da nikoli ni vzporedna nobeni od osnovnih ploskev objekta, ki ga preslikujemo. Metode se naprej delijo glede na kote med koordinatnimi osmi. Pri izometrični metodi so vsi trije koti enaki 120°, pri dimetrični metodi določimo kot, ki je skupen med dvema koordinatnima osema tretji pa je poljuben, pri trimetrični metodi so poljubni vsi trije koti poljubni. Pri vzporednih poševnih metodah gre za projekcijo, pri katerih so vsi projicirni žarki vzporedni a na ravnino padajo pod določenim kotom oz. z ravnino oklepajo določen kot. Nekatere so dobile tudi svoja imena a v praski niso tako pogoste, saj imajo slabost da so naklonjene optičnim iluzijam. Pojavi nastanejo, ker se velikost projekcije predmetov ne spreminja glede na oddaljenost objekta od projicirne ravnine. V praksi je pogosto najbolj uporabljena pravokotna ali ortogonalna projekcija. Za ta primer projiciranja je značilno, da vsi žarki sekajo projekcijsko ravnino pod pravim kotom. Za izhodišče matematičnega modela privzamemo primeren ortogonalni koordinatni sistem (𝑂; 𝑥, 𝑦, 𝑧), njegovo izhodišče postavimo na ravnino 𝛱. Vsaka pravokotna projekcija je določena izključno z vektorjem normale 𝑛⃑⃑⃑⃑ ravnine ₀ 𝛱. Vektorju vedno določimo dolžino 1 in smer točno nasprotno projekcijskim žarkom. Ta predpostavka nam dovoljuje, da vektor normale opisujemo z samo dvema kotoma, ki sta kot 𝛼 med osjo 𝑥 in projekcijo vektorja normale na osnovni ravnini 𝑥𝑦 in kotom 𝛽, ki ga določata os 𝑦 in projekcija 𝑛⃑⃑⃑⃑ na osnovni ravnini ₀ 𝑦𝑧. V praksi ta dva kota uporabljamo npr. za opis geografske dolžine in širine. Vektor normale lahko zapišemo kot:

𝑛⃑ ₀ = (cos 𝛼 ∙ cos 𝛽 , sin 𝛼 ∙ cos 𝛽 , sin 𝛽) , kjer velja 0 ≤ 𝛼 ≤ 2𝜋

−𝜋

2 ≤ 𝛽 ≤𝜋 2

(1.1)

24

Slika 3: Pravokotna projekcija točke T

Projekcija točke bo opisana s koordinatami, ki so povezane s pravokotnim koordinatnim sistemom, ki pripada ravnini 𝛱. Vektorja 𝑒 1 in 𝑒 2 pa sta elementa ortonormirane baze ravnine 𝛱, zapišemo ju kot:

𝑒 ₁ = (− sin 𝛼 , cos 𝛽 , 0)

𝑒 ₂ = (− cos 𝛼 sin 𝛽 , − 𝑠𝑖𝑛 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽, 𝑐𝑜𝑠 𝛽)

(1.2) Skupaj z vektorjem normale velja:

{𝑒 ₁, 𝑒 ₂, 𝑛⃑ ₀} je ortonormirana baza prostora ℝ³

(1.3) To nas pripelje do dveh koordinat preslikane točke 𝑇´ = (𝑥´, 𝑦´, 𝑧), kjer velja:

𝑥´ = 𝑒 ₁∙ 𝑇(𝑥, 𝑦, 𝑧) = −𝑥 sin 𝛼 + 𝑦 cos 𝛼

𝑦´ = 𝑒 ₂∙ 𝑇(𝑥, 𝑦, 𝑧) = −(𝑥 cos 𝛼 + 𝑦 sin 𝛼) sin 𝛽 + 𝑧 cos 𝛽

(1.4)

25 1.3.2 Centralna projekcija

Centralno projekcijo poznamo tudi pod imenom perspektivna projekcija, zanjo je značilno da vsi žarki izhajajo iz ene same točke, ki ima končno in določeno oddaljenost od ravnine na katero preslikujemo. Točko iz katere izhajajo imenujemo žarišče (𝑆) in ga lahko postavimo na dve različni poziciji, te nam podajo naslednja zaporedja:

• Žarišče, objekt preslikave, ravnina

• Objekt preslikave, ravnina, žarišče

Nikakor pa ne smemo postaviti naše točke 𝑆 na ravnino 𝛱 (𝑆 ∉ 𝛱), to bi pomenilo, da se vse točke našega objekta preslikajo v neskončno oddaljeno točko.

Slika 4: Centralna projekcija (žarišče, objekt preslikave, ravnina)

Pri prvem zaporedju opazimo, da so objekti, ki so bolj oddaljeni od ravnine po dimenzijah večji od objektov, ki so relativno na njih bližje ravnini. Iz teh razlogov je pri načrtovanju bolj pogosto drugo zaporedje, pri katerem so objekti, ki so bližje ravnini tudi večji od objektov, ki so od nje bolj oddaljeni.

26

Slika 5: Centralna projekcija (objekt preslikave, ravnina, žarišče)

Prednosti centralne projekcije so bolj realistična slika relativno gledano na to kako vidijo človeške oči. Z znanstvenega vidika je tudi bolj uporabna, saj projekcija nosi več podatkov, ki so pomembni za izračune. Vedno lahko računsko pridemo do koordinat središča projekcije in razdaljo od žarišča do ravnine. Slaba plat takega načina projiciranja je potrebna količina procesne moči računalnika, ki je večja kot pri ostalih metodah.

Slika 6:Primer centralne projekcije vrste hiš[3]

V praksi je najpogosteje uporabljena metoda z dvema bežiščema, tako poimenujemo točko ali točke kjer se na ravnini sekajo premice, nastale po projiciranju. V kolikor imamo tudi določeno ravnino, lahko za bolj realističen izgled objektov postavimo bežišči in žarišče v horizont ali drugače znano višino oči.

27 Slika 7: Perspektivna projekcija hiše z dvema bežiščema [3]

Z vidika sodobnih računalnikov je ta metoda tudi smiselna, saj je programska pretvorba algoritmov iz priljubljene ortogonalne perspektive relativno lahka za centralno projekcijo.[4]

Za matematični model centralne preslikave točke vzamemo primer, kjer imamo ravnino 𝛱 in točko 𝑆, za katero velja 𝑆 ∉ 𝛱. Projicirali bomo točko 𝑇 na ravnino 𝛱, točka 𝑆 pa bo služila kot žarišče projekcije. Funkcija 𝑓, ki preslika točko 𝑇 v točko 𝑇´, za katero velja 𝑇´ ∈ 𝛱 in je tudi sečišče vektorja 𝑆𝑇 z ravnino 𝛱, je centralna projekcija točke od žarišča 𝑆 na ravnino 𝛱. Za lažje razumevanje tridimenzionalne preslikave točke lahko sistem najprej predstavimo v dvodimenzionalnem prostoru. Privzamemo ravnino 𝛱 in žarišče 𝑆. Pri tej metodi se nam nasproti naše projicirne ravnine pojavi navidezna ravnina 𝛱₀, za katero velja 𝑆 ∈ Π in Π ∥ Π₀. Pravokotnica, ki poteka od točke 𝑆 proti ravnini Π predstavlja razdaljo 𝛿 med obema ravninama, istočasno je njeno presečišče z ravnino 𝐻(𝑥, 𝑦, 𝑧), točka iz katere, podobno kot pri ortogonalni projekciji, izvira vektor normale 𝑛⃑ ₀, ki kaže v nasprotni smeri vektorja 𝑆𝐻.

Slika 8: Centralna projekcija točke v dvodimenzionalnem prostoru

28

Opazimo, da lahko projiciramo samo točke, ki ležijo med obema ravninama, vse točke, ki jih funkcija ne more preslikati ležijo na navidezni ravnini. V tridimenzionalnem prostoru lahko naš vektor normale prikažemo podobno, kot pri pravokotni projekciji s kotoma 𝛼 in 𝛽, dobimo zapis:

𝑛⃑ ₀ = (cos 𝛼 cos 𝛽 , sin 𝛼 cos 𝛽 , sin 𝛽), kjer velja 0 ≤ 𝛼 ≤ 2𝜋

−𝜋

2≤ 𝛽 ≤ 𝜋 2

(1.5) Vsaka centralna preslikava točke je enolično določena s kotoma 𝛼 in 𝛽 v povezavi s presečiščem 𝐻 in razdaljo med projekcijsko ravnino in navidezno ravnino.

Slika 9: Centralna preslikava točke v tridimenzionalnem prostoru

Točka 𝑇 za katero velja 𝑇 ∉ Π₀, se bo preslikala v točko 𝑇´(𝑥´, 𝑦´, 𝑧), za katero istočasno velja 𝑍𝑇 ∩ Π. Enačbo projekcijske ravnine lahko zapišemo v obliki:

(𝑋 − 𝐻) ∙ 𝑛⃑ ₀ = 0

(1.6) Relacija med točko 𝑍 in točko 𝐻 nam poda enačbo iz katere lahko izpostavimo razdaljo 𝛿:

𝑆 = 𝑆 + 𝛿𝑛⃑ ₀, kjer velja 𝛿 > 0

(1.7)

29 Vse predpostavke pripeljejo do končne izpeljave za koordinate točke 𝑇´:

𝑇´ = 𝑆´ +(𝐻 − 𝑆)𝑛⃑ ₀

(𝑃 − 𝑍)𝑛⃑ ₀(𝑃 − 𝑍) = 𝐻 + 𝛿𝑛⃑ ₀+𝛿(𝑃 − 𝐻 − 𝛿𝑛⃑ ₀ 𝛿 − (𝑃 − 𝐻)𝑛⃑ ₀

(1.8) V obratni smeri vedno lahko izračunamo podatke za našo projekcijsko ravnino v kolikor imamo podano projekcijo točke. Velja, da je točka 𝑇´ ∈ Π, kar pomeni, da lahko točko vpišemo v enačbo projekcijske ravnine (1.6), kjer točko 𝑋 nadomestimo s točko 𝑇´. Koordinatni sistem, ki se pojavi na ravnini Π ima izhodišče vedno v presečišču 𝐻. Vektorja, ki določata ravnino zapišemo, kot:

𝑒 ₁ = (− sin 𝛼 , cos 𝛼 , 0)

𝑒 ₂ = (− cos 𝛼 sin 𝛽 , − sin 𝛼 sin 𝛽 , cos 𝛽)

(1.9) Tako lahko dobimo točko 𝑇´ s koordinatami izraženimi s pomočjo novega koordinatnega sistema izraženega z baznimi vektorji {𝑒 ₁, 𝑒 ₂, 𝑛⃑ ₀}, tako da velja

𝑇´ = 𝐻 + 𝑥´𝑒 ₁ + 𝑦´𝑒 ₂, tako točki 𝑥´ in 𝑦´ lahko izrazimo, kot:

𝑥´ = 𝑒 ₁(𝑇 − 𝐻) 1 − (𝑃 − 𝐻)𝑛⃑ ₀/𝛿 𝑦´ = 𝑒 ₂(𝑇 − 𝐻)

1 − (𝑇 − 𝐻)𝑛⃑ ₀/𝛿

(1.10) Z matematičnega vidika opazimo, da v kolikor zadostimo pogojema:

𝐻(0,0,0) 𝛿 → ∞

(1.11) se vse enačbe okrajšajo v enačbe za ortogonalno projekcijo. Računalniška oprema, ki jo uporabljamo za modeliranje danes poleg vseh možnih načinov projiciranja objektov, popeljejo svojo funkcionalnost še korak dlje. S pomočjo kompleksnih matematičnih zakonov v povezavi z zapletenimi računalniškimi algoritmi, od samih osnov krivulj v prostoru do algoritmov za ne konveksne poliedre, triangulacije površin, Bézierovih krivulj, ravnin, ki jih nato lahko razširimo naprej na B-spline krivulje ipd. omogočajo programi modeliranje objektov v prostoru, kjer so upoštevani vse realne dimenzije objektov, robni pogoji med površinami, izračunane so vse prostornine, površine, iz katerih kasneje lahko z dodajanjem podrobnosti našemu načrtu avtomatsko generiramo npr. težo materiala, ceno materiala in ostale lastnosti, ki jih program ponuja.[2], [3] [5]

31 2 Izdelava projekta z ePlan Harness proD 2.9

Programsko okolje ePlan Harness proD omogoča tridimenzionalno načrtovanje kabelskih snopov in njihovega poteka na izbrani napravi. Postopek nastanka projekta s pomočjo programskega okolja ePlan Harness proD 2.9 zahteva nekaj predpogojev. Poleg pridobitve primerne licence in naložitve programske opreme, sta potrebna primerna 2D električna shema povezav naprave, in tridimenzionalni model naprave. Električno shemo sem predhodno narisal s pomočjo programa EPLAN P8[6], relevantne strani so priložene diplomi, z imenom Priloga 1. Služi kot pomoč in referenca za razumevanje oznak, ki se pojavijo med procesom modeliranja vodnikov in splošno za celovito sliko inovacije, saj se bo diplomsko delo osredotočilo na majhen del vseh povezav. Drugače bi po nepotrebnem ponavljali postopke, ki so skupni veliko elementom. Kratko povzeto so vsi elementi na električni shemi označeni po sistemu kodiranja, kjer si znaki sledijo v zaporedju -NNNXY in pomenijo:

• `-´: oznaka, da gre za električni element in ne npr. spončno opremo ali mesto povezave

• `NNN´: tri zaporedne števke, kjer prva nosi informacijo o poglavju oziroma mestu namestitve elementa, zadnji dve števili predstavljata zaporedno stran poglavja

• `X´: črkovni znak, ki korespondira na vrsto elementa, ki je postavljen na shemi. V kolikor pred črko X ne stoji znak `-´, gre za električne sponke

• `Y´: numerični znak, ki označuje zaporedno številko elementa postavljenega na določeni strani. Števka se poveča vsakič, ko postavimo nov element, ki je enake vrste,

kot drug že postavljen element na strani (npr. svetilke)

-`X´ Vrsta elementa

-A Krmilni elementi

-AN Antene

-CN Električni priključki (»konektorji«)

-EC Hladilni elementi

-F Varovalke, inštalacijski odklopniki

-H Svetilni elementi

-K Releji

-PCB Tiskana vezja

-PS Napajalniki

-S Stikala

-X Vtičniki, vtičnice

Tabela 1: Primeri oznak elementov

V večini se bo diplomsko delo osredotočilo na samo tehniko ustvarjanja 3D modela kabelskih snopov in ne toliko na same elemente, ki so uporabljeni. Tridimenzionalno shemo so mi priskrbeli strojniki, ki so zasnovali podobo inovacije. Tu je vredno omeniti, da se naša 3D risba lahko vsebuje vse strojne elemente in elemente električne narave, ali pa samo elemente, ki so povezani s samim strojniškim načrtovanjem. Iz teh razlogov bom tudi v diplomskem delu

32

prikazal dva načina načrtovanja, ki se med seboj razlikujeta v izhodiščni točki začetnega tridimenzionalnega modela.

2.1 O programski opremi ePlan Harness proD

Nemško podjetje Friedhelm Loh Group, med svojimi drugimi storitvami ponuja programsko platformo EPLAN. Njihov produkt se uporablja v mnogih inženirskih panogah po celem svetu, skozi leta se je platforma EPLAN tudi močno razširila s področja električnih načrtov na pnevmatske in hidravlične načrte, 3D modeliranje kabelskih snopov in druga potrebna orodja za načrtovanje in projektno vodenje. V sklopu diplomskega dela bomo izključno uporabljali program ePlan Harness proD verzijo 2.9. Programska oprema omogoča načrtovanje kabelskih snopov v tridimenzionalnem prostoru in v razmerju dimenzij 1: 1. Poleg modeliranja nam omogoča na koncu avtomatsko generiranje različne komplementarne dokumentacije.

Postopek od instalacije programske opreme do predstavitve rezultatov načrtovanja bo opisan v diplomskem delu.

2.2 Naložitev programske opreme

Na začetku si prenesemo namestitveni paket z medmrežja [7]. Podobno, kot večina ostalih ponudnikov programske opreme, tudi EPLAN ponuja študentske verzije svojih programov. Po tem ko imamo datoteke shranjene na svojem osebnem računalniku preiščemo mape in poženemo aplikacijo z imenom Setup.exe. Pojavi se nam prvo okno, ki je prikazano na Slika 10.

Slika 10: Prvo okno instalacijskega programa

Preberemo spodnje obvestilo in obkljukamo trditev »I read this information and agree to install« ter za nadaljevanje namestitve pritisnemo na Install Harness proD 2.9 – 64bit, nato

33 sledimo navodilom, ki nam jih program avtomatsko izpisuje dokler se nam ne izpiše okno z informacijo, da je bila namestitev uspešna. Po končanem postopku se nam avtomatsko odpre okno znotraj privzetega brskalnika. Ponovno sledimo navodilom in izpolnimo prazne okvirje z informacijami po katerih sprašujejo.

Slika 11: Pojavno okno za pridobitev licence

Po oddani vlogi, nas najkasneje v nekaj dneh kontaktira uslužbenec, ki je zadolžen za izdajanje licenc uporabnikom za programsko platformo EPLAN v Sloveniji. V kolikor licenco uspešno pridobimo, bosta pomembna dva podatka, ki jih pridobimo z licenco:

• Serijska številka

• Validacijska koda ali EID

Po uspešni naložitvi programov na namizju opazimo, da sta v resnici naložena dva različna programa. Oprema z imenom EPLAN Harness proD 2.9 Library in EPLAN Harness proD 2.9 Studio. Že njuni imeni nakazujeta njuno funkcionalnost, v prvem od naštetih programov ustvarjamo knjižnice delov, ki jih nato v drugo naštetemu programu uporabljamo pri 3D modeliranju.

Slika 12: Ikoni naložene programske opreme (»Library« levo in »Studio« desno)

34

Po dvakratnem zaporednem kliku na desno ikono na Slika 12 lahko program prvič poženemo.

Takoj ob zagonu se nam odpre okno, ki nas sprašuje po načinu na katerega želimo aktivirati svojo licenco. Izberemo opcijo ob kateri piše »With an online activation.« in potrdimo svojo izbiro.

Slika 13: Okno, ki ponuja izbiro načina aktivacije licence programa

Zdaj potrebujemo enega od prej omenjenih podatkov, ker naslednje okno od nas zahteva, da vpišemo svojo EID številko. V kolikor je licenca pod to številko aktivna in smo jo pravilno vpisali lahko uspešno prvič vstopimo v programsko okolje EPLAN Harness proD. Dostop imamo do obeh naloženih programov, kar je tudi logično, saj vse datoteke, ki predstavljajo knjižnice kosov, ustvarjene v programu Library uporabljamo potem v programu Studio. Kar je več smo primorani izbrati osnovno knjižnico kosov preden ustvarimo prvi projekt znotraj drugega programa. Ustvariti moramo vsaj datoteko, četudi je knjižnica prazna. Programa v vsakem primeru omogočata kasnejše dodajanje kosov v obstoječo knjižnico in avtomatizirano sinhronizacijo v projekt, ki ga modeliramo.

2.3 Ustvarjanje knjižnice elementov

Za kreiranje knjižnice elementov uporabimo program EPLAN Harness proD 2.9 Library. Ob prvem zagonu se nam pojavi okno, ki ga prikazuje Slika 14 in naša baza je popolnoma prazna.

Za ustvaritev nove knjižnice s podatki se postavimo s kazalcem v zgornji levi, kot kjer v orodni vrstici stoji več napisov in ikon.

35 Slika 14: Prva stran programa EPLAN Harness proD 2.9 Library

Od leve proti desni stojijo napisi, ki omogočajo spreminjanje nastavitev različnih delov programa:

• »Library«, podokno, ki se odpre omogoča kreiranje novih in urejanje že nastalih knjižnic

• »Part«, kjer najdemo različne možnosti, ki se nanašajo na same elemente v knjižnicah

• »View«, ki omogoča vpogled v določeno knjižnico

• »Tools«, kjer najdemo opcijo »Settings…«, ki nam omogoča spreminjanje nastavitev samega programa

• »Help«, kjer se nam odpre podokno, ki vsebuje hiperpovezave do vseh internetnih strani, ki ponujajo pomoč pri uporabi programskega okolja

Slika 15: Orodna vrstica programskega okolja

Pod samimi napisi, vidimo tudi nekatere ikone, dokler nimamo ustvarjenje nobene knjižnice sta na voljo samo skrajni dve. Prva šteta z leve strani predstavlja bližnjico, ki omogoča ustvaritev novega elementa, znotraj programa je uporabljen izraz »Part«. Drugi gumb omogoča kreacijo novega seznama pripomočkov, sem spadajo vsi kosi, ki nimajo grafične podobe znotraj modela, a jih vseeno želimo prikazati na načrtu. Po navadi sem vpišemo elemente, kot so: vodniške votlice in podoben droben material, ki ne vpliva na samo dolžino vodnikov, istočasno pa vpliva

36

na ceno postroja in naročanje materiala potrebnega za njegov nastanek. Vse kose, ki se nahajajo na seznamu lahko uporabimo znotraj našega modelirnega okolja. Postopek začnemo s klikom na napis »Library«, kar nam odpre podokna prikazana na spodnji sliki.

Slika 16: Podokna v meniju orodne vrstice »Library«

Izberemo opcijo »New library…« in takoj se nam odpre novo okno, ki od nas zahteva da izberemo kakšno vrsto knjižice želimo ustvariti. Zgornja možnost nam ustvari knjižnico, ki je shranjena lokalno na pomnilniku računalnika. Izbira spodnje opcije, pa zahteva od nas, da imamo dostop do SQL strežnika, na katerem so zadoščeni pogoji za kreiranje primerne baze podatkov za naše programsko okolje. Drugo možnost po navadi uporabljajo večje razvojne ekipe, pri katerih več inženirjev hkrati sodeluje pri načrtovanju ene naprave. Izberemo opcijo, ki nam ustreza (v primeru tega diplomskega dela prvo) in s klikom na gumb »Next« nadaljujemo postopek. Naslednje okno zahteva, da knjižnici določimo »*Library path« oziroma mesto na našem disku, kjer želimo shraniti datoteko. Priporočljivo jo shranimo v mapo, ki si jo ustvarimo predhodno in v kateri bodo shranjene vse naše datoteke povezane s projektom. Za to vrstico se pojavi prostor v katerega vpišemo ime knjižnice, ki jo želimo ustvariti in zadnji dve vrstici sta namenjeni vpisu gesla, v kolikor želimo zaščiti neavtoriziran vstop v našo datoteko. V mojem primeru sem datoteko shranil v posebno mapo namenjeno izključno datotekam za diplomsko nalogo in knjižnico poimenoval 22-2024_KTM, saj označuje realno serijsko številko projekta, katerega obravnavamo. Geslo ni obvezno, zato ga nismo izbrali. S klikom na gumb »Finish«

potrdimo vse svoje izbire in program avtomatsko generira glavno datoteko vrste .hxlib in vse spremljajoče datoteke, ki so potrebne za pravilno delovanje. Takoj, ko se postopek zaključi bi morali opaziti skrajno levo zgoraj v oknu našega operacijskega sistema v oglatih oklepajih ime naše nove knjižnice [22-2024_KTM], v kolikor se to zgodi smo uradno kreirali novo knjižnico v katero lahko zapisujemo informacije o opremi s katero modeliramo in vsakemu kosu določimo pripadajoč 3D model.

37 2.4 Ustvarjanje delov za oblikovanje modela

V oknu svoje nove knjižnice opazimo, da se deli na 3 večja podokna.

Slika 17: Razdelitev knjižnice po podoknih

Podokno označeno s številko 1 nosi informacije o kategorijah naših delov. Podokno 2 nam prikaže seznam vseh elementov, ki se nahajajo pod izbrano kategorijo v podoknu 1. Tretje podokno je seznam bližnjic, s katerimi se premikamo med različnimi deli knjižnice. Podokno

»Categories« nas pripelje nazaj na okno, ki je prikazano na Sliki 17, »Style library« omogoča vpogled in spreminjanje nastavitev knjižnice materialov, ki so privzeti ob instalaciji programske opreme. Prikazuje nam kakšnega izgleda bodo npr. zlati vodniki, v primerjavi z bakrenimi ali vizualno podobo izolacije vodnikov. Naslednje okno po vrsti je »Accessory lists«, to nam omogoča spreminjanje možnosti za prej omenjene sezname pripomočkov. Zadnje podokno po vrsti je »Query« , ki nam omogoča enostavno iskanje med elementi in natančno filtriranje knjižnice delov. Za kreacijo prvega dela, postavimo miškin kazalec znotraj rdečega okvirja na Sliki 17 označenega s številko 1 in pritisnemo desni gumb na miški, tako da se nam odpre podokno z novimi možnostmi. Izberemo opcijo z napisom »New category« pojavi se nam novo pojavno okno prikazano na Sliki 18.

38

Slika 18: Pojavno okno »New category«

V zgornji vrstici izberemo ime za našo kategorijo delov, ki jih bomo kreirali. Spodnja vrsta nam s pritiskom na puščico v smeri dol odpre seznam kategorij, ki jih ponuja program. S tem mu podamo več informacij o tem, kaj točno predstavlja naš del, s tem program primerno poda različne zahteve po lastnostih med samo kreacijo modelov opreme. Vse te informacije so kasneje uporabne tudi pri avtomatskem generiranju dokumentacije. Seznam vsebuje več kot štirideset kategorij, v sklopu diplomskega dela bodo prikazani le primeri za tiste, ki so pomembne za izbrano inovacijo, ki jo načrtujemo. Po navadi je smiselno začeti pri samih vodnikih in kablih, ki bodo uporabljeni na napravi. Pri tem je vredno omeniti, da so vodniki smiselna prva kategorija tudi v primeru, ko modeliramo na tridimenzionalnem modelu z vsemi električnimi elementi, kjer ostalih kategorij načeloma niti ne potrebujemo. V kolikor je namen programsko orodje uporabljati daljše časovno obdobje je smiselno ustvariti eno univerzalno knjižnico delov, ki jih pogosto uporabljamo, nato jo s časom samo posodabljamo in dodajamo nove kose. Po vpisanem imenu in izbrani kategoriji svojo izbiro potrdimo s pritiskom na gumb

»OK«. Postopek je enak za vse dele, ki jih bomo shranili v knjižnico, ustvarimo kategorije:

• Vodniki, kjer na seznamu izberemo opcijo »Wire«, sem shranjujemo vse enožilne vodnike

• Kabli, izberemo opcijo »Cable«, sem spadajo vsi večžilni vodniki/ kabli

• Sponke, ki jih na seznamu najdemo pod »Terminal«

• Priključki, za katere izberemo »Connector«, mesto za električne priključke

• Krmilna oprema, s seznama izberemo »Connectable object«, ta kategorija je posebna v smislu, da v njo lahko shranjujemo več različnih vrst delov, tu pristanejo po navadi kosi, ki ne spadajo v nobeno drugo kategorijo znotraj samega programa, tako bi lahko ustvarili več kategorij »Connectable object« a jih moramo vse drugače poimenovati V kolikor želimo našo opremo še razdeliti po dodatnih podkategorijah z levim klikom izberemo eno od glavnih kategorij nato pa jo izberemo še z desnim klikom, ponovno izberemo možnost

»New category«, pojavi se nam isto okno, le da imamo v zgornji vrstici vpisano besedilo formata [𝐼𝑚𝑒𝐺𝑙𝑎𝑣𝑛𝑒𝐾𝑎𝑡𝑒𝑔𝑜𝑟𝑖𝑗𝑒\_], kjer na prazno mesto lahko vpišemo ime podkategorije (npr. ime proizvajalca kosov). Izkaže se da z znakom `\´, ločujemo med seboj podkategorije.

To pomeni, da že ob prvem kreiranju knjižnice lahko vpišemo, kot ime 𝑁𝑎𝑠𝑙𝑜𝑣𝐾𝑎𝑡𝑒𝑔𝑜𝑟𝑖𝑗𝑒1\

39 𝑁𝑎𝑠𝑙𝑜𝑣𝑃𝑜𝑑𝑘𝑎𝑡𝑒𝑔𝑜𝑟𝑖𝑗𝑒1\𝑁𝑎𝑠𝑙𝑜𝑣𝑃𝑜𝑑𝑘𝑎𝑡𝑒𝑔𝑜𝑟𝑖𝑗𝑒2 𝑖𝑡𝑑. program bi nam avtomatsko generiral vse naslovljene kategorije postavljene v zahtevano hierarhijo.

Slika 19: Seznam ustvarjenih kategorij

2.4.1 Ustvarjanje vodnikov

Preden ustvarimo nov kos, v kategoriji Vodniki, si je smiselno pripraviti podatkovni list proizvajalca vodnika[8]. Tam je zapisan večina podatkov, ki omogočajo natančno določitev vseh lastnosti, ki jih program lahko upošteva pri uporabi elementa v modelirnem okolju. Za primer bomo ustvarili en vodnik, saj so vsi ostali kreirani po enakem postopku, ki ga ni potrebno ponavljati za vsakega posebej. S kazalcem na zaslonu se premaknemo na napis »Vodniki«, ga izberemo s pritiskom na levo tipko na miški in ko je modro označen, ga ponovno izberemo s pritiskom na desno tipko, pojavi se nam nov meni, kjer izberemo gumb »New part«. Enak cilj dosežemo, če po izbiri kategorije z levim klikom, takoj za tem pritisnemo na ikono prikazano z belim kvadratom in zeleno puščico navzdol, nahaja se v levo nad podoknom »Categories«.

Takoj, ko izberemo možnost »New part«, se nam odpre nov zavihek v podoknu številka 2 (Slika 17). Zavihek nosi naslov »Wire« in je namenjen kreiranju novega kosa za našo knjižnico, ki spada pod vodnike. Na samem začetku opazimo, da so se tudi vsa podokna programa nekoliko zamenjala relativno na prvo stran. Na položaju rdečega okna 3 (Slika 17) se pojavi nov seznam, omogoča nam premikanje po različnih podoknih v katerih določamo lastnosti našemu delu.

Slika 20: Seznam podoken za ustvarjanje vodnikov

Za začetek izberemo najvišjo opcijo »Global properties«, na poziciji okna 2 (Slika 17), se nam pojavi okno z okvirčki v katere zapisujemo lastnosti, ki jih program zahteva.

40

Vsakemu vodniku v prvem koraku lahko določimo:

1. »Part number«¹, tu stoji podatek o serijski številki pod katero se vodi naš vodnik, uporabimo lahko klasifikacijsko številko proizvajalca ali številko, ki nam jo poda naš ponudnik od katerega smo kupili vodnik. Po vpisani številki se tudi naslov našega zavihka spremeni istočasno in je enak, kot »Part number«

2. »Category«², okno se nam izpolni avtomatsko in nosi zapis o kategoriji dela. V primeru, kjer bi »Part« izdelali pred samo kategorijo, bi okvir ostal prazen in bi ga bilo potrebno primerno izpolniti

3. »Family«, vpišemo v katero družino vodnikov spada izbrani primer

4. »ERP number«, tu lahko stoji interna oznaka vodnika v kolikor obstaja znotraj organizacije, za katero izdelujemo projekt

5. Tabela »External numbers«, v njo lahko vpišemo vse preostale serijske številke, ki se lahko pojavijo in jim dodelimo znotraj katerih organizacij veljajo

6. »Part status«, okvir nam odpre nov seznam, na katerem izberemo stanje v katerem se nahaja naš kos. Gre za informacije o tem ali je kos že dokončno izbran, še pod ogledom, aktiven ipd.

Vse lastnosti spadajo pod kategorizacijske (»Categorization«), vnos podatkov nadaljujemo na desni strani podokna s podatki o proizvodnji (»Manufacturing«). Tu stojijo podatki:

7. Vrhu stoji okvirček, ki ga obkljukamo v kolikor želimo, da se naš kos pojavi na avtomatsko generiranem dokumentu »BOM« (Bill Of Materials), ki nosi podatke o vseh uporabljenih delih in njihovih cenah

8. »Weight/ unit«, »Cost/unit«, v okvirja pod obkljukanim vpišemo v levega težo na enoto, in desno ceno na enoto, kjer naša enota predstavlja osnovno enoto dolžine programa 9. »Lead time (days/weeks)«, v okvir vpišemo okvirni dobavni rok za kos

10.»Temperature range« , kamor vpišemo temperaturno območje v katerem lahko obratuje vodnik

11.»Product color«, nosi informacijo o barvi izolacije vodnika

12. »Quantity/ packaging«, navedemo koliko paketov nameravamo nabaviti

13. Okvir »Attributes« se izpolni avtomatsko in nosi informacije o kreatorju dela in njegovi verziji

Na spodnjih slikah (Slika 21, Slika 22, Slika 23) je prikazano celotno okno »Global properties«

in vse oznake korelirajo na zgornji seznam okvirjev za vpis lastnosti.

1 Obvezen podatek

2 Obvezen podatek

41 Slika 21: »Global properties« lastnosti »Categorization«

Slika 22: »Global properties« lastnosti

»Manufacturing«

Slika 23: »Global properties« lastnosti

»Attributes«

42

Izpolniti je potrebno oba obvezna polja, seveda jih je priporočljivo izpolniti čim več. V trenutnem stanju vodnik ni še dovolj definiran, da bi ga lahko shranili v svojo knjižnico, potrebno je dopolniti obvezne okvirje, ki se pojavijo v meniju »Wire« (Slika 20). Z levim klikom ga izberemo in odpre se nam novo okno v katerega vpišemo štiri vrste lastnosti:

mehanske, električne, prikazovalne in fizikalne. Pod mehanske lastnosti (Slika 24) spadajo:

14. »Cross-section«³, v polje vpišemo presek našega vodnika v izbranih osnovnih enotah, ki jih določimo v meniju »Settings…«. V kolikor nismo prepričani katero osnovno enoto imamo izbrano lahko za daljši čas postavimo naš kazalec na vpisno polje in program avtomatsko prikaže oblak, ki nam jo prikaže.

15.Polje »AWG« se izpolni avtomatsko in predstavlja naš presek vodnika v enotah AWG 16.Pod poljema se pojavi okvirček za obkljukanje »With insulation«, s tem določimo ali je

naš vodnik izoliran ali ne

17. V okvir »Outside diameter« vpišemo celoten premer našega vodnika vključno z izolacijo

18.Polje »Min. bending radius factor« izpolnimo s upogibnim faktorjem, ki je podan relativno proti celotnemu premeru vodnika

Slika 24: Mehanske lastnosti vodnika Električne lastnosti (Slika 25) vsebujejo podatke o:

19.»Max resistance« polje izpolnimo s podatkom o maksimalni upornosti v enotah _𝑘𝑚^Ω 20.»Max. voltage« v okvir zapišemo podatek o najvišji dovoljeni napetosti, pod katero

vodnik še lahko obratuje

21.Polje »Max. current« zapišemo informacijo o največjem dovoljenem toku skozi vodnik 22. »Electrical class« okvir zapolnimo z informacijo o stopnji izolacije. Lahko zapišemo

tudi standard po katerem je bil proizveden vodnik

3 Obvezen podatek

43 Slika 25: Električne lastnosti vodnika

Kategorija lastnosti »Display« nosi podatke o vizualnem prikazu našega vodnika v modelirnem okolju. Določimo lahko barvo, sekundarno barvo obročev v kolikor je naš vodnik dvobarven in napis na izolaciji vodnika. Oba polja v kategoriji »Physical« sta bolj informativne narave in neobvezna, vpišemo lahko točno serijsko kodo materiala vodnika in število posameznih bakrenih lasov v pletenici vodnika. Preostala dva podokna (Slika 20) sta popolnoma izbirne narave. Podokno »Additional info« se deli na dve podkategoriji. V zgornje ležeči je uporabniku omogočeno urejanje tabele, ki nosi popolnoma edinstvene naslove in vrednosti lastnosti, določi jih uporabnik sam. Spodnja podkategorija pa nam omogoča, da z kosom povežemo podatkovne liste ali druge dokumente, ki mu pripadajo. To lahko storimo na desni strani okna s klikom na ikono, ki prestavlja napis »Add +«. S tem lahko svoje podatke o določenem vodniku še bolj poglobimo. Zadnje podokno »Accessories« uporabniku omogoča ponovno dve različni funkcionalnosti, ki pa sta si med seboj močno podobni. Podokno je razdeljeno na dve podkategoriji, obe omogočata uporabniku izbiro drugih kosov iz knjižnice s pomočjo ikone

»Add +«. Razlika med njima je v tem, da v zgornji polovici povežemo z našim kosom nujno potreben dodatni material, v spodnji polovici pa nadomestni material za naš kos.

2.4.2 Ustvarjanje kablov

Podobno, kot vodnik, ustvarimo večžilni kabel s pomočjo desnega klika na kategorijo, ki smo jo ustvarili. Izberemo možnost »New part« in ponovno se nam odpre enako prvo podokno s kategorijo »Global Properties«, izpolnimo, ga po popolnoma enakem postopku, kot vodnik.

Omenjeno podokno z informacijami je skupno vsem delom, ki jih ustvarjamo, in ga lahko tretiramo, kot privzeto. Nadaljujemo v podoknu »Cable«, kjer tokrat vpišemo mehanske in fizične lastnosti, kot pri vodniku, nato pa je potrebno ustvariti »Wire list«. Podkategorija je sestavljena iz ikon na levi strani in pa okvirja s seznamom posameznih vodnikov na desni, ki se pojavijo na Sliki 26.

44

Slika 26: Podkategorija »Wire list«

S postavitvijo kazalca na monitorju na ikono se nam pojavi oblak z njeno funkcijo. Prvo kliknemo na drugo z vrha »Add insulator«, in začnemo z dodajanjem naše izolacije. Po kliku na ikono se nam na desni strani pojavi nov element na seznamu in poleg njega novo okno za vpis lastnosti. Vpišemo:

23. »Name«, ime za našo izolacijo 24. »Color«, izberemo njeno barvo

25. »Thickness«, v to polje v osnovnih enotah vpišemo njeno debelino

26.»Imprint«, v kolikor ima izolacija potisk, ga lahko prepišemo v podano polje 27.»Material«, vpišemo informacijo o snovi iz katere je izolacije

28.»Product color«, polje za ročni opis barve izolacije

Slika 27: Lastnosti izolacije

Sledi klik na vrhnjo ikono »Add wire«, s katero dodamo vodnik v našo izolacijo. Pojavijo se nam nova polja, v katero vpišemo vse podatke za posamezen vodnik enako, kot v poglavju 2.4.1 Ustvarjanje vodnikov. Zatem dodamo nov vodnik in postopek ponavljamo dokler ne zaključimo definicije našega kabla. Poljubno se lahko pomaknemo navzdol po seznamu podoken in izpolnimo podatke »Mapping« in podobno kot pri vseh ostalih kosih »Additional info« ter »Accessories«. Novo podokno »Mapping« je izbirne narave, kjer lahko vpišemo podatke o tem, kje točno je priklopljen kabel na katere kose iz preostale knjižnice, še preden ga postavimo v sam 3D modelirnik.

45 2.4.3 Ustvarjanje sponk

Ponovno izpolnimo polja v prvem podoknu »Global properties« in se takoj pomaknemo na zadnje ponujeno možnost »3D window«. Tu se prvič pojavi 3D okolje, v njega bomo uvezli naše vrstne sponke, v realnih dimenzijah. Na sam model v knjižnici pa je potrebno tudi namestiti priključna mesta na sami sponki »Pin«. Navodila, kako se splošno orientirati po 3D okolju in kako uporabiti vse bližnjice ni smiselno razlagati v detajle, saj so vse nastavitve okolja naklonjene prilagajanju željam uporabnika. Povzetek uporabe bo na kratko opisan pri poglavjih, kjer bo opisana uporaba drugega programa, kjer dejansko modeliramo samo v 3D okolju.

Podrobnosti in razlage so vedno dostopne na EPLAN spletni strani [9]. Za nadaljevanje kreiranja sponk najprej poskrbimo, da imamo na disku 3D računalniški model sponke [10] v primernem formatu npr. .step. Vsi enaki postopki veljajo za vse kose, ki jih bomo vnašali v knjižnico in zahtevajo tridimenzionalni prikaz v knjižnici. Z miško kliknemo na napis v menijski vrstici programa »Features«, ki nam odpre seznam s katerega zberemo popolnoma zadnjo možnost »Import geometry…«. Odpre se nam okno v katerem izberemo datoteko, ki vsebuje 3D model kosa in program, ga avtomatsko prikaže v glavnem oknu. Naslednji korak zahteva postavitev priključnega mesta »Pin« na sam 3D model. To storimo s ponovnim klikom na napis »Features«, le da nato izberemo možnost »Pin«. S pritiskom na tipko L na tipkovnici nastavimo možnost postavljanja našega priključnega mesta na definirano površino. Na koncu kliknemo na virtualno površino, kamor bi v realnosti pritrdili povezavo.

Slika 28: 3D prikaz vrstne sponke z vstavljeno priključno točko

Postopek ponovimo za vsa možna priključna mesta na samem kosu. V tabeli na skrajni levi strani Slike 28 se pojavi nov element z rumeno ikono in oznako »:1«. Postopek nadaljujemo v novem podoknu, ki stoji na drugem mestu šteto od zgoraj »Terminal« podobno, kot pri vseh ostalih delih izpolnimo podatke o lastnostih. Pri vrstnih sponkah se pojavijo popolnoma nove zahtevane lastnosti, ki se prvotno delijo na podkategorije Required, Gender, Properties, Global pin settings in Detail pin settings. V sekciji Required s kljukico označimo lastnosti, ki odsevajo naše priključno mesto, dotično za sponke odkljukamo možnosti »Wire terminal« in poljubno

46

»Wire terminal on pin«, kar dodatno poudari, da je priključno mesto na sami postavljeni točki

»Pin«. V podkategoriji »Gender« nimamo možnosti upravljati z možnostmi, saj sponke nimajo določenega spola priključitve, kot vtičnice. V podoknu »Properties« se ponovno pojavi ikona

»Add +«, s klikom na njo dodamo, komponento, ki se spaja z definiranim kosom. Pri sponkah teh lastnosti ne moremo spremeniti. Pri podkategoriji »Global pin settings« določimo lastnosti o priključitvi na naše priklopno mesto. Gre za opis vrednosti, ki se nanašajo na vodnike, ki bodo priključeni na priklopno mesto:

29.»Fixed extra length«, v tem polju v osnovnih dolžinskih enotah določimo dodatno dolžino, ki jo bo program prištel vsakemu vodniku, ki bo priključen na priključno točko 30.»Cavity size«, kamor vpišemo približno globino priključnega mesta

31.»Stripping length« je polje v katero vpišemo koliko izolacije moramo odstraniti na zaključku, da ga lahko priklopimo

32. »Preferred coating«, kamor z besedami vpišemo preferenco za vrsto zaključka za priklop, npr. kabelska votilica

Slika 29: Podkategoriji Required in Global pin settings

V tabelo imenovano »Detail pin settings« izpolnimo specifične nastavitve, ki so povezane s samimi vstavljenimi »Pini«. Najprej odkljukamo prostor stolpcema »Customize« in »Enable«, tako omogočimo spreminjanje ostalih stolpcev razen enega, »Full pin name« nam program avtomatsko generira iz ostalih stolpcev, ki jih izpolnimo. Našim priključnim točkam v stolpcih po željah določimo format oznake, barvo in posamezne lastnosti, ki jih lahko tudi prepišemo iz prejšnje podkategorije.

Slika 30: Tabela Detail pin settings

47 Po zaključku naš kos lahko shranimo in tako postane del naše knjižnice.

2.4.4 Ustvarjanje električnih priključkov

Vsi postopki, ki se pojavijo pod naslovom 2.4.3 Ustvarjanje sponk veljajo za kreacijo električnih priključkov. Razlika je le v tem, da sta nam na voljo polji, ki sta bili prej osenčeni.

V podkategoriji lastnosti »Gender« označimo spol našega električnega priključka, nato pa s klikom na ikono »Add +« označimo par, ki spada prvotnemu kosu. Kreiramo ga enako, kot vse ostale in jih nato naknadno sklicujemo med seboj.

Slika 31: Primer električnega priključka

2.4.5 Ustvarjanje krmilnih elementov

Vsi kosi, ki jih ne moremo definirati s pomočjo kategorij podanih s strani programskega okolja, so kategorizirani, kot »Connectable object«. Program ne ponuja posebne kategorije za različne vrste krmilne opreme, zato uporabimo to splošno definicijo kosa. Ponovno veljajo vsi enaki postopki, kot pri zadnjih dveh naslovih, le da vse točke priključitve poimenujemo po tehnični dokumentaciji proizvajalca.

48

2.5 Ustvarjanje tridimenzionalnega modela vodniških snopov

Po tem, ko imamo narejeno celotno knjižnico, nadaljujemo projekt v drugem naloženem programu EPLAN Harness proD 2.9 Studio. Po prvem odprtju se nam odpre okno prikazano na Sliki 32, v njem dobimo možnost kreiranja dejanskega 3D projekta. Kliknemo na »File« v menijski vrstici ter za ustvarjanje novega projekta v spustnem meniju izberemo možnost »New project«.

Slika 32: Prva stran programa EPLAN Harness proD 2.9 Studio

Odpre se nam novo pojavno okno z enakim imenom, ki vsebuje tri polja za izpolnjevanje. V najvišjega vpišemo naslov našega projekta. V drugem nam je ponujena možnost izbire mesta shranjevanja datotek projekta. Priporočeno je shranjevanje projektov v pred določeno mapo, da ne bi prišlo do splošnih težav s povezavami med zbirkami podatkov. Nadaljujemo s pritiskom na tipko »Next«, ki nam odpre opcijo določanja števila variacij našega projekta, v kolikor imamo v planu modelirati več različnih možnosti kabelskih snopov in njihovih naslovov. Za primer v diplomskem delu nastavimo dve variaciji, izhodišče prve bo 3D model naprave brez električnih naprav, ki smo jih ustvarimo v knjižnici. Druga se bo začela s pred narisanimi električnimi elementi. Opisani variaciji se bosta med seboj razlikovali tudi v načinu risanja, pri čemer bomo pri prvi uporabili elemente iz knjižnice, določili poti snopom in nato elemente med seboj povezali, pri drugi pa bomo uporabili t. i. »Rapid harness«, kjer definiramo samo vodnike in poti snopov ter ustvarimo povezave. Naslednje pojavno okno od nas zahteva, da določimo privzeto knjižnico za projekt. Izberemo datoteko, ki smo jo ustvarili s pomočjo predhodnega programa. S tem je zaključeno ustvarjanje projekta in avtomatsko se nam odpre novo okno, ki nam prikazuje strukturo našega projekta. Levo zgoraj se nam pojavijo nove ikone in napisi. S klikom na »File« lahko shranimo projekt, ga zapremo ali ustvarimo varnostno kopijo »View«

nam omogoča enak pogled v projekt, kot podokno »Properties«, poleg tega pa lahko odpremo program v celozaslonskem pogledu. V meniju »Tools« najdemo vse nastavitve našega programa. Napis »Help« deluje enako kot povsod in vsebuje povezave do pomožne dokumentacije programskega okolja. Na levi strani se nahaja podokno »General info«, ki prikazuje splošne lastnosti projekta na primer naslov, ime ustvarjalca, privzeto knjižnico in podobne. Pod njim se nahaja nov meni, ki nam omogoča izbiro še med lastnostmi »Properties«

in »Electrical options«. Klik na prvo nam omogoča določanje popolnoma poljubnih lastnosti, pod drugo opcijo najdemo podobno tabelo za določanje lastnosti, le da je namenjena bolj značilnostim električne narave. Največji osrednji del uporabniškega vmesnika zapolni drevesna