基于CATIA V6的電纜組件三維標注方法研究

劉建軍　王馳鵬　劉緒弟　史建成　王亮

摘 要：傳統(tǒng)的電纜組件標注采用二維工程圖示意的方式，所有標注信息沒有結(jié)構(gòu)化和數(shù)字化，標注信息與對象無關(guān)聯(lián)，依靠設(shè)計人員手工標注，標注效率低，錯誤率高。本文通過分析電纜組件三維標注的相關(guān)要素，提出了一種電纜組件的三維標注方法，基于CATIA V6平臺進行二次開發(fā)，實現(xiàn)電纜組件自動快速標注，支持標注批量編輯和更新，并自動輸出包含工藝余量的全套制造物料數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：三維標注電纜組件;CATIA;二次開發(fā)

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0025-04

Research on Three-dimensional Labeling Method of Cable

Components Based on CATIA V6

LIU Jianjun WANG Chipeng LIU Xudi SHI Jiancheng WANG Liang

（29th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Chengdu Sichuan 611731）

Abstract： The traditional cable component labeling is based on two-dimensional engineering graphics. All the labeling information is not structured and digitized. The labeling information is unrelated to the object. The labeling efficiency is low and the error rate is high by the designer's manual labeling. In this paper， a method of three-dimensional labeling of cable components was proposed by analyzing the related elements of three-dimensional labeling of cable components. The method was developed based on CATIA V6 platform. It realized automatic and fast labeling of cable components， supported batch editing and updating of labeling， and automatically output a complete set of manufacturing material data including process margin.

Keywords： three-dimensional labeled cable assembly;CATIA;secondary development

1 研究背景

國內(nèi)外大型航空企業(yè)對三維標注技術(shù)進行了探索研究，并對其在各大CAD軟件平臺上進行應(yīng)用。三維標注技術(shù)基于三維模型進行產(chǎn)品數(shù)字化定義，集成了三維模型幾何信息和制造工藝信息，消除了三維模型與二維工程圖多視圖表達之間的差異，保證了產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的唯一性[1，2]。

柔性電纜組件是電子設(shè)備系統(tǒng)級互聯(lián)的重要組成部分，對整個系統(tǒng)功能性能的實現(xiàn)有著不可替代的作用[3]。傳統(tǒng)的電纜組件裝配圖采用二維圖表形式表達電纜組件的外觀尺寸、接線關(guān)系、標識和技術(shù)要求等信息，所有信息標注通常采用CAD軟件工程圖模塊手工實現(xiàn)，標注耗時費力且難以保證正確性。電纜裝配圖標注信息采用二維尺寸、文字、表格等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表達，與連接器、護套等二維標注對象之間無內(nèi)在關(guān)聯(lián)，難以實現(xiàn)基于對象的自動標注和自動更新。電纜組件二維標注問題可通過三維標注得到系統(tǒng)解決。目前，全球各大三維建模軟件如CATIA、UG、PROE開發(fā)了通用的三維標注功能，可支持零件及裝配模型的尺寸、指引文本和注解等常規(guī)三維標注，但在電纜組件三維標注的規(guī)范化、自動化和關(guān)聯(lián)更新等方面存在不足。因此，需要探索一種電纜組件三維標注方法，解決標注規(guī)范性差、效率低、關(guān)聯(lián)更新難等問題。本文通過程序二次開發(fā)制定一套電纜組件三維標注系統(tǒng)性解決方案。

2 電纜組件三維標注方法研究

2.1 電纜組件三維標注過程分析

電纜組件三維標注需要在三維模型結(jié)構(gòu)樹上創(chuàng)建標注零件和標注視圖，通過二次開發(fā)完成電纜組件三維模型各分支線束和主線束的三維尺寸自動標注;基于電纜組件三維模型對象，自動提取連接器、尾部附件、護套等標注對象的物資編碼、名稱、規(guī)格型號和標識印字等標注信息，借助程序完成關(guān)聯(lián)標注;對表格、技術(shù)附注要求等標注信息進行結(jié)構(gòu)化、條目化，選擇相應(yīng)視圖完成規(guī)范標注。分析、研究電纜組件三維標注過程，主要包括創(chuàng)建三維標注零件、標注視圖、連接器及尾部附件標注、標識套管印字標注、護套組合標注、表格標注、技術(shù)要求標注、三維尺寸標注。

2.2 電纜組件三維標注方法研究

電纜組件三維標注的要素包含連接器、尾附件、護套、標識印字、長度尺寸及公差、表格和技術(shù)要求等。三維標注的關(guān)鍵在于獲取標注對象的結(jié)構(gòu)化信息。通過CATIA V6創(chuàng)建電纜組件三維模型時，連接器、尾部附件等器件實例化為零部件對象，護套、線纜等柔性線性物料實例化為幾何特征。連接器、尾部附件和護套的指引標注需要從實例化對象中自動獲取物資編碼，并據(jù)此從后端公共資源庫中查詢出名稱、規(guī)格型號等相關(guān)屬性，完成標注。標識印字標注需要獲取印字內(nèi)容，并以文字形式標注在對應(yīng)標識套管模型上。長度尺寸標注按分段線束單獨標注，程序獲取電纜分段線束長度后，自動標注出長度尺寸及公差。表格標注引用模板表格自動填寫內(nèi)容后完成標注。技術(shù)要求標注通過關(guān)鍵字分類搜索，選取技術(shù)附注庫中條目化信息進行標注。

基于CATIA V6的程序自動化三維標注的基礎(chǔ)是通過服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫管理方式，實現(xiàn)標準化連接器庫的規(guī)范建設(shè)及管理，完成各類后臺公共資源配置;方法是利用軟件開放的底層API函數(shù)進行CAA二次開發(fā)，從公共資源庫中自動獲取標注對象屬性信息，自動獲取標識印字內(nèi)容、電纜長度尺寸和表格內(nèi)容，交互選取技術(shù)要求內(nèi)容，按定制開發(fā)模板完成全部電纜信息三維標注。實現(xiàn)電纜組件三維標注需要解決以下五個關(guān)鍵問題。

①布線公共資源庫建設(shè)。三維標注需要調(diào)用連接器庫、線材庫、護套庫和技術(shù)附注庫等公共資源，各資源庫建設(shè)需要根據(jù)電纜組件三維布線、獨立組件建模和三維標注等要求，按照相應(yīng)的標準規(guī)范，統(tǒng)一分類建設(shè)并發(fā)布入庫。以連接器為例，其三維模型需要定義發(fā)布坐標系，安裝定位元素、電氣連接點、三維標注點，用于結(jié)構(gòu)安裝、電氣布線和三維標注;同時，還需要定義發(fā)布相關(guān)屬性，如物資編碼、名稱、規(guī)格型號、匹配的尾部附件和適配的導線等，用于器材選型、匹配性檢查及三維標注等。連接器定義發(fā)布的要素及各布線資源定義的屬性如表1所示。

②分叉電纜尺寸自動標注。系統(tǒng)級的低頻電纜組件通常含有多個連接器和分支，三維標注時程序以單段線束為標注對象，自動識別線束兩端標注對象，如連接器的三維標注點、各線束分支點，獲取分段線束長度后在規(guī)定視圖中依次標出各分段線束的長度尺寸及公差，要求不能漏標、重復標注或產(chǎn)生封閉尺寸。當線束端頭含連接器時，該段標注尺寸值為線束長度加上連接器長度。

③標識印字和護套自動標注。標識套管和護套在CATIA V6中使用幾何特征集的特征完成建模，電纜組件建模時，已根據(jù)需求創(chuàng)建了所有類型的護套和標識套管三維特征模型。標識印字標注，程序根據(jù)選擇的標識套管模型對象讀取印字屬性內(nèi)容，以文字形式標注在對應(yīng)標識套管模型上。護套標注，程序自動識別護套模型對應(yīng)結(jié)構(gòu)樹上的特征，按需求拾取特征的名稱、規(guī)格型號等屬性，并實現(xiàn)指引文本標注，多層護套支持一起組合標注。

④表格及技術(shù)要求標注。表格標注包含接線表、焊線表的標注。接線表標注主要完成整個電纜組件的連接關(guān)系及匹配線纜信息的標注，要求程序從電氣邏輯關(guān)系表和電纜三維模型中獲取信息，將線號、針腳來去向、線纜型號和設(shè)計長度等信息填寫到接線表模板中，并在視圖界面顯示;焊線表標注以單個連接器為對象，標注與其關(guān)聯(lián)的接線關(guān)系及匹配線纜信息，并增加下線長度、顏色和多芯線號分組信息，以指導現(xiàn)場裝配。技術(shù)要求標注，用戶通過關(guān)鍵字和分類搜索，選取技術(shù)附注庫中有關(guān)設(shè)計及工藝制造要求的條目化信息，標注在視圖界面，用于指導現(xiàn)場生產(chǎn)。

⑤三維標注編輯和更新。編輯、更新部分標注（如標識套管印字內(nèi)容），需要先更新電纜組件三維模型相關(guān)屬性。CAA二次開發(fā)命令實現(xiàn)以下編輯、更新功能：標識套管印字字體、字高，文字方向修改，尺寸公差修改，相同尺寸合并，護套組合標注編輯，技術(shù)要求自定義、增加和刪除。

2.3 電纜組件三維標注流程

基于CATIA V6的電纜組件三維標注流程如圖1所示。

在電纜組件三維標注過程中，首先獲取電氣邏輯關(guān)系和電纜組件三維模型，創(chuàng)建標注零件和標注視圖;在選擇的視圖中，通過CAA開發(fā)功能命令調(diào)用布線公共資源庫，人機交互完成器件、標識套管印字、護套、表格、技術(shù)要求和尺寸的三維標注，各標注操作之間無先后順序，可并行實現(xiàn);編輯、更新部分標注（如標識套管印字內(nèi)容），需要先更新電纜組件三維模型相關(guān)屬性，再運用CAA二次開發(fā)命令進行三維標注編輯、更新。電纜組件三維標注完成后進行審簽歸檔。

3 電纜組件三維標注應(yīng)用

通過對CATIA V6的3D Tolerancing & Annotation模塊進行二次開發(fā)定制，完成后臺公共資源庫配置，實現(xiàn)低頻電纜組件展平模型和獨立創(chuàng)建的柔性電纜組件模型的全息三維標注，并選取某課題的低頻分叉電纜組件進行實際三維標注應(yīng)用。

通過具體課題應(yīng)用驗證，基于CATIA V6的電纜組件三維標注方法能滿足電纜組件三維設(shè)計的需求，改變了傳統(tǒng)二維裝配圖設(shè)計現(xiàn)狀?；贑ATIA V6定制開發(fā)的三維標注功能，有利于提高電纜組件產(chǎn)品設(shè)計的效率和質(zhì)量。在電纜組件三維標注基礎(chǔ)上，定制開發(fā)程序自動輸出所有器材、線纜和護套的EBOM設(shè)計物料數(shù)據(jù)，加上工藝制造余量后得到實際物料數(shù)據(jù)，按生產(chǎn)制造需求輸出各種物料數(shù)據(jù)報表，如物料齊套表、器件匯總表、輔材統(tǒng)計表、下線表、接線表和焊線表，以指導現(xiàn)場生產(chǎn)。

4 結(jié)語

基于CATIA V6的電纜組件三維標注方法，將三維標注技術(shù)成功應(yīng)用到電纜組件三維設(shè)計中，依托現(xiàn)有三維軟件進行二次開發(fā)，在電纜組件三維模型上完成產(chǎn)品生產(chǎn)制造所需全部信息的完整表達，實現(xiàn)了電纜組件產(chǎn)品的全三維設(shè)計?；诓季€公共資源庫的數(shù)據(jù)管理和標注模板調(diào)用，提高了三維標注的準確性和規(guī)范性;分叉電纜尺寸自動標注、標識印字及護套自動標注，提高了三維標注的效率;三維標注的編輯和更新，提高了三維標注的靈活性和便捷性;表格及技術(shù)要求標注，增強了三維標注的現(xiàn)場指導性。在應(yīng)用上結(jié)合三維標注輸出制造物料數(shù)據(jù)報表，解決了人工讀取二維裝配圖非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的低效率和高錯誤率問題，實現(xiàn)了電纜產(chǎn)品數(shù)據(jù)的快速準確生成，縮短了生產(chǎn)齊套物料數(shù)據(jù)的準備時間，有利于提高電纜組件產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，縮短研制周期，節(jié)約生產(chǎn)成本。同時，全三維設(shè)計的電纜組件產(chǎn)品三維標注模型，為后續(xù)三維數(shù)字化工藝設(shè)計、制造生產(chǎn)線提供了必備基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]張寶源，席平.三維標注技術(shù)發(fā)展概況[J].圖學學報，2011（4）：74-79.

[2]李秋玲，侯濤，李竹可，等.基于MBD的三維模型智能標注技術(shù)研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018（2）：26-28.

[3]王馳鵬，劉建軍，劉緒弟.一種基于CATIAV6三維模板的電纜組件建模方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（25）：127-129.