翟其建，許小明，呂文發(fā)

（中國船舶重工集團公司江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222006）

1 概述

目前，艦載電子設備線纜所傳送的信號越來越多，功率越來越大，頻率也越來越高。艦載電子設備內(nèi)各模塊之間的通信變得越來越復雜，因此，設備內(nèi)部的通信需要敷設大量的導線。傳統(tǒng)電子設備的布線設計，一般采用 CAD軟件及文字處理軟件設計接線圖和接線表等文件，設計不明確[1]。通過I-Deas軟件可以模擬艦載電子設備內(nèi)部的三維布線設計，模擬設備內(nèi)部線纜的走線路徑、折彎方向、安裝方式等特征。

I-Deas軟件的Harness design可以在設計的初期，就明確電子設備布線所需要的空間，找出線纜和其它零部件之間的相互位置。通過I-Deas軟件的模擬，可以確定結(jié)構(gòu)設計需要細化的設計內(nèi)容，提高了艦載電子設備布線設計的正確性[2]。

I-Deas軟件的布線設計的主要步驟如下：

1）建立線表文件；

2）進行線纜設計；

3）生成實體線纜。

2 建立線表文件

I-Deas軟件的布線設計(Harness Design)模塊，識別特定格式的線表文件，每根導線是用獨立唯一的標識名和屬性關(guān)鍵詞來表述的。線表文件包括布線設計中的每根導線的邏輯連接、邏輯數(shù)據(jù)，并包含每根邏輯連接導線的屬性，如導線的獨立標識名等。

線表文件必須包含一個格式行和對應每一根導線的導線數(shù)據(jù)行。如果使用了多導線電纜，則在導線數(shù)據(jù)行后再增加電纜格式行和電纜數(shù)據(jù)行。線表文件中，導線的格式行必須用%wire開頭，電纜的格式行必須用%cable開頭。

線表文件中，格式行中的每個關(guān)鍵詞之間用空格隔開，但在數(shù)據(jù)行中則用逗號“，”代替空格隔開關(guān)鍵詞，除電纜數(shù)據(jù)行中的wire_list段的每根導線的wire_id之間用空格隔開外，在數(shù)據(jù)行中不能有空格存在。固定格式的線表文件中，格式行中的每個關(guān)鍵詞之間也是用空格隔開，但在每個關(guān)鍵詞之后要用括號注明該項所占的列數(shù)，并且在數(shù)據(jù)行中要在對應的列中輸入對應的屬性值。下面提供了一個簡單的線表文件示例。

3 進行線纜設計

I-Deas軟件的Harness Design模塊設計的布線裝配，用Harness命令，創(chuàng)建一個Harness的對話框見圖1，布線裝配不是一般用途的裝配。布線裝配包括電連接器、導線等零部件，布線裝配可以作為其它裝配下的一個子裝配。I-Deas布線裝配是單層結(jié)構(gòu)，它沒有子裝配，不能將一個布線裝配作為另外一個布線裝配的引用。與其它裝配相同，布線裝配可以進行下面的操作：

1）一個布線裝配可以有多個Configuration；

2）將一個布線裝配作為多個普通裝配的引用；

3）將布線裝配進行出入庫操作。

圖1 Harness對話框

3.1 定義電連接器

布線裝配中的電連接器，需要對電器接頭零件增加“Attach points”，使其具有布線裝配中電氣元件的特征。利用Attach points命令在零件上建立（增加）導線路徑（Path）連接點，把普通零件轉(zhuǎn)換為布線設計用的零件，Attach point是一個局部坐標系，在進行布線設計時，導線路徑（Path）可以通過或終止在坐標系的原點其設置如圖2所示。未定義Attach point的布線設計零件見圖3，定義Attach point的布線設計零件見圖4。

?General：用General連接點模擬電纜（Cable）或多根導線（Wire）的端點連接到一個連接點（Attach point）上。

?Pin：用Pin連接點模擬單根導線的端點連接點。

圖2 Attach point設置

圖3 未定義Attach point

圖4 定義Attach point

3.2 對應電連接器

對應電連接器，是將邏輯連接器與物理連接器對應起來。邏輯連接器在線表文件中已經(jīng)定義，通過“Manage Harness Components”命令將這些邏輯連接器和創(chuàng)建的電連接器對應起來。I-Deas軟件Harness Design模塊對應的電連接器的對話框見圖5。

圖5 連接器設計

不同的邏輯電連接器使用同一個物理連接器時，用“control”進行多選，可以一次選擇多個電連接器。更換邏輯電連接器對應物理連接器時，用“Removes Selected Harness Components”命令刪除要更換的物理連接器，刪除后重新選擇新的電連接器。

3.3 定位電連接器

用控制面板上的“Constrain and Dimension”圖標，約束電連接器到需要安裝的裝配。約束后的電連接器必須注意“z–axis”的方向，因為“z–axis”方向的錯誤，會直接導致布線無法正確實施。必要時，用“Flip Previous ”命令來調(diào)整“z–axis”的方向。

定位電連接器的一般步驟：

1）執(zhí)行“Coincident Collinear”命令；

2）選擇電連接器的安裝面；

3）選擇設備的安裝面；

4）檢查“z–axis”的方向是否滿足設計要求，用“Flip Previous ”等命令調(diào)整“z–axis”的方向；

5）執(zhí)行“Coincident Collinear”命令；

6）選擇電連接器的中心線；

7）選擇設備的安裝孔的中心線，完成電連接器的定位。

4 裝配及實體的生成

4.1 建立走線路徑

建立走線路徑，是創(chuàng)建一個從一個連接點到與其相關(guān)的連接點的路徑，使其滿足線表文件的連接要求。路徑的起點和終點要選擇連接點（Attach point），一般情況下，走線路徑需要確定經(jīng)過的中間點，中間點用“Creat Path Segment”創(chuàng)建一個走線路徑，在“Path Segment Tangency”對話框下，勾選的“Endpoint Tangency”和“Thru-point Tangency”兩個選項。“Path Segment Tangency”對話框見圖6。

圖6 走線路徑

建立走線路徑的一般步驟：

1）執(zhí)行“Creat Path Segment”命令；

2）選擇第一個電連接器連接點的“z–axis”；

3）選擇距離連接器最近的固定裝置點；

4）選擇固定裝置上的中心線（或零件的其它邊界線）；

5）根據(jù)提示 用“Yes”、“No”或“Backup”確定走線方向；

6）根據(jù)提示重復上述操作，確定其它的走線路徑；

7）選擇第二個電連接器連接點的“z–axis”，完成路徑設計。

在創(chuàng)建一個路徑的過程中最常用的右鍵命令是：follow curve，on path，Tangency，on curve，on surface等，可以根據(jù)需要選擇“follow curve”使路徑沿著曲線方向走線，或選擇“on path”沿著已經(jīng)設計的路徑走線。

4.2 裝配設計

三維布線設計好的線纜三維造型，應根據(jù)生產(chǎn)實際情況，模擬空間布局，用于指導工人現(xiàn)場施工。三維布線設計，應表示出線纜的整體特征，并表示出具體的形狀、安裝位置、固定點、安裝凸臺、安裝零部件、裝配關(guān)系，標明必要的安裝數(shù)據(jù)[3-4]。裝配示意圖見圖7。

圖7 裝配示意圖

4.3 生成實體

I-Deas軟件建立的布線裝配實體模型，這個裝配是一個拉直、拉平的形式，通過這個模型獲得線纜的數(shù)據(jù)及其加工信息。這個拉直線模型示例見圖8。

圖8 實體模型

創(chuàng)建拉直、拉平實體的一般步驟如下：

1）執(zhí)行“Auto straighten”命令；

2）選擇線纜段實體，在選擇多個段實體時，用“shift”鍵多重選擇；

3）選擇平面作為實體的布置平面；

4）按照圖9的內(nèi)容，設置對話框；

5）設置實體的名稱。

圖9 拉平、拉直選擇

5 結(jié)束語

I-Deas軟件通過線表文件設計，電連接器設計，建立走線路徑，生成實體等內(nèi)容，真實模擬了艦載電子設備內(nèi)部的布線情況。I-Deas軟件模擬艦載電子設備內(nèi)部線纜的走線路徑、折彎方向、安裝方式等特征，在設計的初期，就確定了艦載電子設備內(nèi)部布線所需要的空間，找出了線纜和其它零部件之間的相互位置，提高了艦載電子設備布線設計的正確性。I-Deas 軟件的三維布線設計，需要做到電氣設計與三維機械設計同步進行，緊密配合[5]。

[1]朱文華. 虛擬裝配技術(shù)的應用研究[J].機械設計與研究,2004,6(20).

[2]謝忠佑,等. I-DEAS進階段[M].北京:科學出版社,2001.

[3]Metor Graphics. Capital Harness System Workbook[M].2007.

[4]Metor Graphics. Metor Graphics Expedition 培訓教材,2006.

[5]許小明,等. 艦載電子設備電纜零部件的設計方法及制造[J].指揮控制與仿真,2009(6):114-118.