某型電子測量儀器三維布線設(shè)計(jì)

孫福德 馬政 路波

摘? 要：介紹了某三維設(shè)計(jì)軟件三維布線設(shè)計(jì)的功能及優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)了三維線纜設(shè)計(jì)流程、方法、規(guī)則，設(shè)計(jì)一種三維布線框架。給出了某型電子測量儀器三維布線設(shè)計(jì)實(shí)例，為傳統(tǒng)線纜設(shè)計(jì)周期長、效率低、成本高、效果差等問題提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：三維布線;纜模塊;布線框架

中圖分類號：O212.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0079-03

Abstract： This paper introduces the functions and advantages of a 3D design software， summarizes the process， method and rules of 3D cable design， and designs a 3D wiring framework. An example of 3D wiring design for an electronic measuring instrument is given， which provides a solution for the problems of long design cycle， low efficiency， high cost and poor effect of traditional cable design.

Keywords： cable and harness; cable module; wiring frame

1 概述

傳統(tǒng)布線為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布線規(guī)劃串行的工作方式，儀器通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)、投產(chǎn)、加工、裝配完成后，電子裝聯(lián)工程師在樣機(jī)基礎(chǔ)上，對線纜進(jìn)行路徑規(guī)劃，根據(jù)測量結(jié)果設(shè)計(jì)線纜、加工、裝配。首先，這種布線方式擁有串行工作模式的固有缺點(diǎn)，有時甚至需要在結(jié)構(gòu)件上補(bǔ)充加工線纜固定點(diǎn)或者增加結(jié)構(gòu)加固點(diǎn)，由此導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)件變更會加劇生產(chǎn)周期的延長。其次，手工測量結(jié)果存在一定的不確定度，線纜長度測量存在誤差，增加裝配難度。再次，傳統(tǒng)布線方式無法評估線纜的布局對于整機(jī)熱仿真、諧振仿真、電磁仿真等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的影響。三維布線的方式改為結(jié)構(gòu)和布線并行設(shè)計(jì)的方式，可以顯著縮短設(shè)計(jì)周期[1]，提高整機(jī)可靠性和線纜布局美觀性，有效為后續(xù)仿真提供支持，實(shí)現(xiàn)工藝信息化。

2 基于某三維設(shè)計(jì)軟件纜模塊的三維布線

某三維設(shè)計(jì)中纜模塊作為內(nèi)置于其中的三維布線模塊，其對三維布線發(fā)揮著舉足輕重的作用，在該模塊中，可以方便地創(chuàng)建、修改連接器到連接器之間的線纜路徑。線纜種類基本分為三類：單芯線纜、多芯線纜和扁平線纜，遵循內(nèi)置于模塊中的規(guī)則，即可創(chuàng)建三種反應(yīng)真實(shí)線纜信息的三維數(shù)字化模型。三維線纜設(shè)計(jì)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可有效控制線纜種類和數(shù)量，獨(dú)立性強(qiáng)，路徑修改方便;

（2）可以獲取線纜規(guī)格，檢查線纜的電氣間隙，并且可以驗(yàn)證其可折彎性;

（3）可以整體把控線纜布線情況，直觀性強(qiáng);

（4）對于整機(jī)結(jié)構(gòu)而言，可以提前設(shè)置線纜固定點(diǎn)，協(xié)同設(shè)置整機(jī)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)點(diǎn)，為后續(xù)整機(jī)熱仿真、諧振仿真、電磁仿真等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供技術(shù)保障。

某三維設(shè)計(jì)軟件纜模塊有自動布線和手動布線之分，自動布線需要從整體把控接插件之間的邏輯關(guān)系，理清線纜接線原理圖，存在布線失敗、需要手動修復(fù)的缺點(diǎn);手動布線的特點(diǎn)是布線過程清晰、靈活、線纜路徑調(diào)整方便。本文以三維布線中的手動布線為例，系統(tǒng)的介紹三維布線流程。

3 布線原則

布線原則作為三維布線的指導(dǎo)規(guī)范，關(guān)系到整機(jī)布線的可靠性、可裝配性、可維修性等，一般按照以下原則進(jìn)行布線：

（1）交流導(dǎo)線與直流導(dǎo)線分開，高電壓信號與低電壓信號分開，強(qiáng)電流信號與弱電流信號分開，高頻信號與低頻信號分開。

（2）線纜忌靠近發(fā)熱元件，如電源變壓器、大功率管、散熱器等，無法避免應(yīng)隔熱。

（3）線纜切忌懸空布設(shè)，不能有較大長度的無固定走線，應(yīng)與底板或結(jié)構(gòu)件捆扎固定。

（4）在線纜裝配所要求的最大公差內(nèi)，相對運(yùn)動件附近布置的線束，距離運(yùn)動件之間要設(shè)置足夠的間隙。

（5）線纜與元器件距離不小于2mm。

（6）保證線纜的彎曲半徑，一般以大于3倍直徑為宜。

（7）線纜布設(shè)避開印制板焊點(diǎn)和印制板的邊緣，保證5mm安全間隙。

（8）線纜如果平行走線，長度大于150mm時，在不產(chǎn)生干擾和耦合的情況下，需將其捆扎。

（9）一般不從印制板底部布線，以防器件引腳損壞線纜，迫不得已時需要對線纜采取保護(hù)措施。

（10） 線束在過孔和跨鈑金邊緣時注意保護(hù)線束，線束轉(zhuǎn)彎處增加固定點(diǎn)[2]。

4 三維布線設(shè)計(jì)流程及實(shí)例

模型前處理：在基礎(chǔ)虛擬樣機(jī)A0中建立三維布線組件A1，并且激活此組件，然后插入骨架模型A1-S，激活骨架模型，對基礎(chǔ)虛擬樣機(jī)進(jìn)行收縮包絡(luò)，以此作為布線參考。

線纜組件創(chuàng)建：按照線纜類型分類，同類編組，以B1，Bi，……，Bn表示，將其插入到A1中，分別激活這些組件，獨(dú)立布線。

模型前處理和線纜組件創(chuàng)建步驟作為三維布線框架設(shè)計(jì)，對三維布線起到至關(guān)重要的作用。三維布線框架設(shè)計(jì)如圖 2所示，其中虛線方向?yàn)閮蓚€元素的參照方向，即A1-S參照A0，B1-S、Bi-S、Bn-S參照A1-S，各線纜Bi，1、Bi，2、Bi，mi參照Bi-S。

信息輸出：布線完成后，線纜規(guī)格和長度信息已經(jīng)確定，通過線束制造模塊即可輸出多根線纜制造信息在某型電子測量儀器研發(fā)過程中，成功地應(yīng)用某三維設(shè)計(jì)軟件纜模塊對其進(jìn)行三維布線設(shè)計(jì)。根據(jù)上述布線原則和布線流程，共完成了88根線纜的布線規(guī)劃。圖3為某型電子測量儀器基礎(chǔ)模型，圖4為三維布線模型，圖5為獨(dú)立出的三維線纜布線圖。

5 結(jié)束語

一改傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-布線設(shè)計(jì)串行工作方式，三維布線設(shè)計(jì)可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布線設(shè)計(jì)并行進(jìn)行，一方面可以顯著提高整體工作效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，另一方面可使電裝人員明確線纜布局的三維數(shù)字化成果，保證線纜布局整齊、美觀。

某三維設(shè)計(jì)軟件纜模塊為三維布線設(shè)計(jì)提供了便捷、直觀的數(shù)字化平臺，協(xié)同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段生成的虛擬樣機(jī)，可以有效的避免產(chǎn)品在研制階段因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、布線設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)性差問題。因此基于某三維設(shè)計(jì)軟件纜模塊的三維布線設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)線纜設(shè)計(jì)周期長、效率低、成本高、效果差等問題提供了優(yōu)質(zhì)解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭超，曹倫等.基于Creo/Cabling的電力電子設(shè)備三維布線應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2015（6）：27-31.

[2]趙娜，郝駿剛，胡鋼.基于Creo2.0/Cabling的載車集成三維布線設(shè)計(jì)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2013（10）：44-46.