隨著電子產品多功能、小型化的發(fā)展趨勢，系統(tǒng)內各整機結構空間越來越狹小，如何利用整機內有效空間實施三維布線是通過電子整機互聯的重要內容之一。傳統(tǒng)線纜三維布線[1]主要是憑經驗手工布線,其速度和可靠性都無法滿足電子整機快速研制和生產的要求。且現有的布線設計大部分只是止于二維平面，布線效果不夠逼真，往往不能真實地反映線束在整機中的鋪設效果，為后續(xù)的工藝帶來很多麻煩。本文以CATIA V5R20 SP7為平臺， 通過二次開發(fā)程序實現了三維線束的自動鋪設[2]，直觀地反映整機中線束的鋪設路徑、走線方向以及轉彎半徑，便于后續(xù)的工藝設計和仿真驗證，從而提高了設計和生產的工作效率。
1 三維布線設計的原理
    目前大部分的自動布線軟件都是在二維平面內完成線束的鋪設，無法實現電子整機中三維空間的路徑捕捉和布線設計。針對此弊端，本文基于現有的三維CAD軟件提出了二次開發(fā)程序實現三維布線的思路和方法，通過配置后臺文件，讀取接線表和器件表信息，利用空間搜索連接器針腳位置和電氣屬性的算法[3]，進行路徑最優(yōu)化計算，完成三維線束的自動鋪設。
    布線設計流程如圖1所示。各流程模塊的功能[4]分別為：(1)定制電氣設計環(huán)境：包括特征樹上的設計參數和關系的顯示、模型自動更新，線束創(chuàng)建規(guī)則的設置以及鋪設電線規(guī)則的建立。(2)建立電氣元件庫[5]：包括各種連接器3D模型的建立，電氣屬性的添加、入庫方法及文件管理規(guī)范。(3)搭建電氣結構圖，放置電氣元件：在Assembly design模塊下，系統(tǒng)自動創(chuàng)建一個Product1總裝配節(jié)點，通過Insert>New Product繼續(xù)新建Product節(jié)點,命名為Structure。同樣方法分別建立Electircal及GBN節(jié)點，其中在GBN節(jié)點下放置電氣元件及幾何線束。(4)鋪設主線束:在Electrical Harness Assembly模塊下完成主線束的鋪設，同時設置主線束的直徑和轉彎半徑。(5)導入接線表和器件表[6]：利用二次開發(fā)模塊中的“創(chuàng)建有效的XML原理圖文件”命令,將準備好的EXCEL格式的接線表和器件表讀取到三維空間中,并轉化為可以識別的XML格式的文件。(6)創(chuàng)建線束：根據讀取的接線表和器件表中的接線關系信息，利用二次開發(fā)程序中的三維自動布線模塊[6]，完成主線束到連接器每個點位的線束鋪設。(7)鋪設電線：由于鋪設完成的線束只代表一種路徑，且是空心的，某些情況下與真實值存在偏差，而通過二次開發(fā)程序，可實現電氣元器件之間針腳至針腳的真實電線鋪設。

2 整機布線過程的實現
2.1 連接器3D模型庫的創(chuàng)建
    本文以J30J壓接系列的連接器為例創(chuàng)建模型庫，根據針腳的個數分為9、15、21、25、31、37、51、74、100芯等9種規(guī)格的連接器。通過參數表驅動模型的方式建立了J30J矩形連接器的插頭和插座的外形圖，存放于3D文件夾中，再根據需要將模型解析至3D文件夾中并賦予電氣屬性。3D模型庫的驅動參數表和帶電氣屬性的J30J-9TJ.CATPart模型分別如表1和圖2所示。

2.2 搭建電氣結構特征樹
    進入Assembly design模塊，系統(tǒng)將自動新建裝配節(jié)點作為總裝配節(jié)點，通過Inser>New Product創(chuàng)建Stucture、Electrical節(jié)點以及自裝配節(jié)點GBN，在Stucture節(jié)點下放置不帶電氣屬性的零部件，在GBN節(jié)點下放置電氣元件及幾何線束。
    在電氣設計中，零部件通常被分成兩部分，一部分是不直接連接線束端點的電氣元件，另一部分是線束端點直接相連的電氣元件。在調入電氣元件之前，需先將GBN節(jié)點生成為GBN文件，生成方法是：將模型切換至Electrical Harness Design模塊，點擊Geometrical Bundle命令，并在結構樹上選擇GBN節(jié)點，此文件將變成GBN電氣屬性文件。
2.3 設計主線束
    主線束的設計可在電氣線束設計模塊和電氣線束安裝模塊中實現。創(chuàng)建線束的方法有兩種，分別是多分支文件Multi-Branchable Document和束段Bundle Segment。創(chuàng)建的線束可以進行直徑、彎曲半徑以及長度相關屬性定義，主線束的創(chuàng)建如圖3所示。

2.4 鋪設主線束到連接器點位的三維線束
    目前的三維設計軟件大部分只能實現主線束直接與電連接器相連接的布線設計，這種方法不能直觀地反映出連接器點位的連接信息，而且也不能表示線束的布設路徑和空間排布，使得三維布線的效果不夠逼真，導致后期的工藝設計直觀性較差。本文通過二次開發(fā)程序工具條，實現了三維環(huán)境下，調用預先設計好的接線表和器件表[7]，通過XML創(chuàng)建功能模塊，將接線表和器件表轉化為程序可識別的XML格式文件，利用分組電子布線功能在整機中自動完成三維布線的方法，解決了目前電子整機布線設計的問題，使得布線設計與工藝設計緊密結合，可以直觀有效地驗證線束鋪設的路徑、轉彎半徑以及空間的排布。布線效果如圖4所示。

2.5 鋪設電線
    線束本身只代表一種路徑，它是空心的，里面沒有鋪設電線，其直徑也只是一個估計值，某些情況下與真實值存在很大的偏差,因此有必要在線束內部鋪設電線。根據電線的數量、直徑等信息精確計算出線束的直徑真實值。利用二次開發(fā)程序，能夠實現電氣元件之間針腳至針腳的電線鋪設。鋪設電線后的效果圖如圖5所示。

    本文在CATIA V5R20 SP7平臺的基礎上，通過二次開發(fā)實現了整機三維虛擬布線設計的裝配仿真和驗證。直觀地反應了整機中三維線束的鋪設路徑和轉彎半徑等信息，使設計和工藝緊密結合，縮短了工藝規(guī)劃時間，提高了生產效率并降低了生產成本。解決了傳統(tǒng)電子整機布線設計的弊端, 改善了整機電氣性能設計的可靠性。
參考文獻
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[2] 劉振宇,周德儉,吳兆華,等.一種面向整機的三維布線算法研究[J].電子工藝技術,2010,31(1):6-8.
[3] 于曉明,曾紅艷,楊紹田.CATIA電氣布線在摩托車上的應用[J].摩托車技術,2012(11):35-36.
[4] 劉小虎,吳兆華,吳銀鋒,等.UG/WIRING在通信整機三維布線中的應用[J].沿海企業(yè)與科技，2005(7)：122-123.
[5] 吳高巍,王守覺.提高電子系統(tǒng)設計自動化的一種方法[J].電子技術應用,2000,29(10):28-30.
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