隨著電子產(chǎn)品多功能、小型化的發(fā)展趨勢，系統(tǒng)內(nèi)各整機結(jié)構(gòu)空間越來越狹小，如何利用整機內(nèi)有效空間實施三維布線是通過電子整機互聯(lián)的重要內(nèi)容之一。傳統(tǒng)線纜三維布線[1]主要是憑經(jīng)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(chǎn)的要求。且現(xiàn)有的布線設(shè)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(shè)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?qū)崿F(xiàn)了三維線束的自動鋪設(shè)[2]，直觀地反映整機中線束的鋪設(shè)路徑、走線方向以及轉(zhuǎn)彎半徑，便于后續(xù)的工藝設(shè)計和仿真驗證，從而提高了設(shè)計和生產(chǎn)的工作效率。
1 三維布線設(shè)計的原理
    目前大部分的自動布線軟件都是在二維平面內(nèi)完成線束的鋪設(shè)，無法實現(xiàn)電子整機中三維空間的路徑捕捉和布線設(shè)計。針對此弊端，本文基于現(xiàn)有的三維CAD軟件提出了二次開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)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(shè)。
    布線設(shè)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(shè)計環(huán)境：包括特征樹上的設(shè)計參數(shù)和關(guān)系的顯示、模型自動更新，線束創(chuàng)建規(guī)則的設(shè)置以及鋪設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)主線束:在Electrical Harness Assembly模塊下完成主線束的鋪設(shè)，同時設(shè)置主線束的直徑和轉(zhuǎn)彎半徑。(5)導(dǎo)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(zhǔn)備好的EXCEL格式的接線表和器件表讀取到三維空間中,并轉(zhuǎn)化為可以識別的XML格式的文件。(6)創(chuàng)建線束：根據(jù)讀取的接線表和器件表中的接線關(guān)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(shè)。(7)鋪設(shè)電線：由于鋪設(shè)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(xiàn)電氣元器件之間針腳至針腳的真實電線鋪設(shè)。

2 整機布線過程的實現(xiàn)
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(jù)針腳的個數(shù)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(shù)表驅(qū)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(jù)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(qū)動參數(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)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(diào)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(jié)構(gòu)樹上選擇GBN節(jié)點，此文件將變成GBN電氣屬性文件。
2.3 設(shè)計主線束
    主線束的設(shè)計可在電氣線束設(shè)計模塊和電氣線束安裝模塊中實現(xiàn)。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(guān)屬性定義，主線束的創(chuàng)建如圖3所示。

2.4 鋪設(shè)主線束到連接器點位的三維線束
    目前的三維設(shè)計軟件大部分只能實現(xiàn)主線束直接與電連接器相連接的布線設(shè)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(shè)路徑和空間排布，使得三維布線的效果不夠逼真，導(dǎo)致后期的工藝設(shè)計直觀性較差。本文通過二次開發(fā)程序工具條，實現(xiàn)了三維環(huán)境下，調(diào)用預(yù)先設(shè)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(zhuǎn)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(shè)計的問題，使得布線設(shè)計與工藝設(shè)計緊密結(jié)合，可以直觀有效地驗證線束鋪設(shè)的路徑、轉(zhuǎn)彎半徑以及空間的排布。布線效果如圖4所示。

2.5 鋪設(shè)電線
    線束本身只代表一種路徑，它是空心的，里面沒有鋪設(shè)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(nèi)部鋪設(shè)電線。根據(jù)電線的數(shù)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?qū)崿F(xiàn)電氣元件之間針腳至針腳的電線鋪設(shè)。鋪設(shè)電線后的效果圖如圖5所示。

    本文在CATIA V5R20 SP7平臺的基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)實現(xiàn)了整機三維虛擬布線設(shè)計的裝配仿真和驗證。直觀地反應(yīng)了整機中三維線束的鋪設(shè)路徑和轉(zhuǎn)彎半徑等信息，使設(shè)計和工藝緊密結(jié)合，縮短了工藝規(guī)劃時間，提高了生產(chǎn)效率并降低了生產(chǎn)成本。解決了傳統(tǒng)電子整機布線設(shè)計的弊端, 改善了整機電氣性能設(shè)計的可靠性。
參考文獻
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