【经验分享】如何快速做出非标设计方案？大致流程有哪些？

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图 1 高压直流输电换流变压器

图 2  Neo 干式配变变压器

图 3

一、非标机械设计一般过程：

（1）确定产品开发项目，明确顾客需求，如生产、工艺、产能要求、作业环境等；

（2）对产品进行分析研究，明确其生产工艺、尺寸要求，了解设备的技术参数；

（3）初步制定设备方案，得出设备的整体和局部示意图、各机械机构、电气控制系统、动作流程等；

（4）组建方案审核小组，对设备的可行性、制造成本、产能等进行客观评估；

（5）与客户进行方案会审，根据客户意见，确定最后的设备方案；

（6）组织实施产品的设计开发进行总装配图、部件装配图、零件图的设计，确定自动机械的控制方案等；

（7）零组件质量检验，设备组装、联机调试，并进行产品打样预验收；

（8）包装出货，技术文档归档，进行项目总结。

应用在变压器这个例子上，过程是这样的：

图 4

3. 确定设计方案

明确要求后，变压器的设计一般分为电磁计算、机械结构设计和电气控制设计三部分。

3.1 电磁计算

电磁计算部分由西门子专门开发的 Tudes 软件来计算。然后用二维软件 AutoCAD 和三维软件 Creo 设计出变压器的外形图，根据客户的具体要求，增加各种功能和部件。

比如添加避雷器，有载开关、减震器、高压带电传感器、侧出线等。特别是侧出线，由于要和不同品牌的低压柜配合，变压器的低压出线要连接到低压柜，由于不同品牌的设计理念不同，具体项目的的电气要求和环境条件等也不同，导致低压柜的接口位置也不尽相同。所以侧出线设计起来也会比较复杂。

图 5 变压器的侧出线三维设计

设计的过程中一定要充分了解设备使用环境。比如我曾参与的为马来西亚提供变压器的项目，由于马来西亚国内电压是 240V 的，这就要求我们选用的仪器是 240V，而不是中国标准 220V，不然仪器会因为长期运行过电压而损坏。

方案确认之后需要提交图纸给客户进行确认。这时就免不了需要反复修改，图纸修改十几遍也是十分普遍的现象。对于无法实现的修改意见，设计人员还需要用专业的知识，通俗易懂的语言进行沟通，解决问题，最终实现一份客户满意的可行的设计图纸。

3.2 机械结构设计

这之后，就开始着手变压器的机械结构设计部分。前期提交给客户的，只是一个大致的外形图，对变压器的尺寸、重量、高低压的进出线方式进行示意而已。到了这个阶段，就要把外形图进行拆分，画出装配图和一个个零件图。

设计方案有些需要注意的地方：

设计方案尽量简单、高效，满足功能的前提下，设计简单，运行更牢靠，日后维护也简单。

机械制图知识要扎实，常用标准应该要倒背如流。

CAD、CREO、ANSYS 熟练操作是基本要求，设计师的基本功。

熟悉零件的各种加工工艺，不然设计方案就是天马行空，不顾实际。想得出来，造不出来。

熟悉生产制造过程，有时间多去车间看看，和工人们多交流，了解他们的操作习惯，保证方案的易操作和实施，尽量避免标新立异。

所选用的机械零件结构设计应该满足以下基本要求：

保证零件的使用寿命。使用合理的材料和尺寸，保证零件的强度，采用合理的结构和制作工艺，增强零件的刚度。

满足结构工艺性要求。在满足功能前提下，预留适合的公差，满足运行的要求，又能简单的装配起来。

通用性问题。设计的时候，在保证运行的前提下，如同一个零件能在多个地方通用，可以降低设计的复杂度，维修起来也简单。

成本问题。零件设计制造时，尽量通过使用合适的材料、结构、加工工艺，使得零件的成本降低，让设计产品在市场上更有竞争力。

这里用一朵词云来展示设计时需要考虑的各个方面——

图 6

3.3 电气控制设计

机械结构设计完成时，也要同步进行电气控制设计。目前业内的电气控制系统大多由工控机、PLC，人机界面、传感器和电气执行元件来组成的。

变压器标配都会安装温控器，对变压器的温度进行检测，当变压器运行达到一定的温度时，会控制启动风机，对变压器进行降温，使其可以增容运行。温控器还可以输出高温报警、超温跳闸信号到电路系统中。有时客户想增加更多的功能，比如增加高压带电显示器、电磁锁、照明灯、风机开关等，这就需要设计工程师良好地掌握电气控制系统知识。

7. 对变压器成品进行包装

根据项目运输的目的地，进行不同的包装。西门子变压器包装主要分为 5 种类型，运输目的地比较短的，将使用简易的包装，目的地比较远出口海外的，将会使用木箱。这样简化包装，也能为客户节约成本。

8. 技术文件归档总结

每做完一个项目，设计师都会把设计图纸放到相对应的位置，方便他人查看。项目过程中遇到什么问题，会出 NCR 或 3A 报告，对项目问题情况进行总结分析，吸取项目经验，不断提高自己的设计水平。

图 7 Creo 静力分析

图 8 3D 打印机

图 9 3D 打印样品