何冬梅 張 濤 劉紅君

（西南電子設(shè)備研究所，四川 成都 610036）

射頻電纜組件3D數(shù)據(jù)應(yīng)用

何冬梅 張 濤 劉紅君

（西南電子設(shè)備研究所，四川 成都 610036）

射頻電纜組件是電子裝備中的重要組成部分，3D技術(shù)的運(yùn)用為其設(shè)計(jì)制造能力的提升提供了可能性，但也同時(shí)產(chǎn)生了新問題需解決。本文介紹了基于3D模型解決射頻電纜組件設(shè)計(jì)制造各環(huán)節(jié)所需數(shù)據(jù)的適用性及高效輸出。此項(xiàng)工作較大程度地促進(jìn)了3D技術(shù)在射頻電纜組件領(lǐng)域的應(yīng)用落地。

3D技術(shù)；射頻電纜組件；半剛組件；柔性組件

在電子裝備中，射頻電纜組件用于實(shí)現(xiàn)各級產(chǎn)品間電氣互聯(lián)，是其中的重要組成部分，被大量使用。與其他組成部件相比，射頻電纜組件具有一定的特殊性，這使其常常成為整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)制造中的薄弱環(huán)節(jié)甚至瓶頸。隨著3D技術(shù)的發(fā)展，在電子裝備行業(yè)中越來越多企事業(yè)和科研院所已采用3D軟件進(jìn)行產(chǎn)品研制，主流軟件如UG、CATIA、Pro/E等大多均提供有線纜設(shè)計(jì)模塊，為射頻電纜組件設(shè)計(jì)制造能力的提升提供了可能性，但這些線纜設(shè)計(jì)模塊提供的大多為基礎(chǔ)功能，面對不同實(shí)際應(yīng)用針對性不強(qiáng)。故要有效實(shí)現(xiàn)3D技術(shù)對射頻電纜組件設(shè)計(jì)制造能力的提升，除有實(shí)體模型外還需進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際情況所面臨的問題進(jìn)行分析研究，并找到解決措施和方法。

1.射頻組件分類及特點(diǎn)

根據(jù)使用的纜材類型射頻電纜組件可分為柔性射頻組件和半剛射頻組件兩大類：

（a）柔性射頻組件

由SFF等柔軟類型線纜和SMA、N等類型射頻電纜頭組成，互聯(lián)形式通常為一對一，近幾年因產(chǎn)品集成化、小型化發(fā)展，互聯(lián)形式也出現(xiàn)一對多甚至多對多。其制造過程無需進(jìn)行折彎成型，只需將電纜與兩端連接器進(jìn)行裝配即可，故其外形指標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注總長。

（b）半剛射頻組件

由SFT等半剛類型線纜和SMA、N等類型射頻電纜頭組成，互聯(lián)形式均為一對一。其制造過程除需將電纜與兩端連接器進(jìn)行裝配外，還需進(jìn)行折彎成型，故其外形指標(biāo)除需關(guān)注總長外還需重點(diǎn)關(guān)注成型形狀。

2.問題現(xiàn)狀

2.1射頻電纜組件設(shè)計(jì)

在很長一段時(shí)期，2D繪圖軟件是許多企業(yè)進(jìn)行射頻電纜組件設(shè)計(jì)的工具。一般射頻電纜組件設(shè)計(jì)主要由電氣設(shè)計(jì)人員利用AutoCAD和Excel完成二維圖和明細(xì)表擬制，如圖1、表1所示，兩者包含不同信息，相互配合實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)要求的表達(dá)。

（a）二維圖

內(nèi)容包括物理外形（通過長度標(biāo)注結(jié)合表格）、器材位置（通過序號指引）、電氣指標(biāo)（通過文字說明）、其他要求（通過文字說明）、互聯(lián)關(guān)系（通過表格）、印字標(biāo)識（通過表格）。

（b）明細(xì)表

內(nèi)容包括器材序號（通過數(shù)字）、器材類型（通過器件代號結(jié)合名稱型號）、器件用量（通過單位并結(jié)合數(shù)值）。

表1　半剛組件明細(xì)表

上述信息眾多看似完整表達(dá)了設(shè)計(jì)要求，實(shí)則存在問題。首先，在2D設(shè)計(jì)模式下準(zhǔn)確長度較難在設(shè)計(jì)階段及時(shí)獲得，故初期設(shè)計(jì)文件中的長度信息多為參考，不具使用性，即使其值經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)預(yù)估，往往誤差大，欠缺準(zhǔn)確性。第二，對半剛組件而言，在2D設(shè)計(jì)模式下成型信息更難以及時(shí)地在設(shè)計(jì)階段獲得，即使后期想獲取此部分信息也存在著一定的難度。故長期以來，半剛組件圖示表達(dá)方式與柔性組件完全相同，如圖1和表1，該方式無法準(zhǔn)確反映組件外形信息，表達(dá)不合理。第三，設(shè)計(jì)輸出的正確性和規(guī)范性主要依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)或習(xí)慣，往往造成連接器及線纜與輔材熱縮管間的合理性匹配性存在問題，各器件圖示表達(dá)不合理不統(tǒng)一，這對電氣設(shè)計(jì)人員而言非其所長，若要做到往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2.2射頻電纜組件制造

外形長度和分段成型對射頻電纜組件而言是極其重要的設(shè)計(jì)信息，其缺失給其制造帶來了很大困難。

很長時(shí)期，通常采取實(shí)物配做方式，即在相關(guān)零部件均已加工組裝到位后再由電裝人員根據(jù)互聯(lián)關(guān)系現(xiàn)場規(guī)劃射頻電纜組件的路徑、確定長度。該制造模式在產(chǎn)品研發(fā)周期縮短、小型化要求提高、質(zhì)量控制提升的趨勢下，越來越凸顯諸多問題，如質(zhì)量不穩(wěn)定、一致性較差、裝配效率低、制造周期長、制造成本難控等。

為解決上述問題，也曾嘗試采用實(shí)物打樣方式。即前期通過在產(chǎn)品實(shí)物上進(jìn)行試做驗(yàn)證得到標(biāo)準(zhǔn)樣件，再按標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)行測繪，隨后對測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算整理，最終形成有效的加工數(shù)據(jù)。該途徑在一定程度上緩解了制造的困境和瓶頸，但因過程往往反復(fù)迭代，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且準(zhǔn)確性受樣件自身精度和測量誤差影響較大，加之后期組件制造誤差，精度控制較難，尤其對半剛組件而言難度更大。

3.需求分析

3.1總體需求

為解決上述射頻電纜組件設(shè)計(jì)制造面臨的困難，提升設(shè)計(jì)手段是必然需求。目前借助3D軟件已完全可以基于結(jié)構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)射頻電纜組件虛擬設(shè)計(jì)與仿真，如圖2所示。通過對3D模型中相關(guān)參數(shù)的提取和必要處理形成各類有效輸出，使射頻電纜組件虛擬設(shè)計(jì)與仿真能夠?qū)崒?shí)在在發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用落地。此項(xiàng)工作總體需求歸結(jié)為兩點(diǎn)：適用性和高效性。

3.2詳細(xì)需求

3.2.1適用性

針對不同應(yīng)用場合對射頻電纜組件信息需求是不同的，故對3D模型進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、信息輸出時(shí)需有針對性。如設(shè)計(jì)用文件側(cè)重最終結(jié)果，制造用文件側(cè)重中間過程，制造過程又由若干工序組成，各工序面對的操作人員不同、工作內(nèi)容也不同，需根據(jù)不同使用對象、使用目的確定不同類型信息輸出，并確定其組成要素和格式表達(dá)。

（a）設(shè)計(jì)文件

要求要素齊全，包含3.1所述二維圖和明細(xì)表及上述全部信息，格式表達(dá)滿足標(biāo)準(zhǔn)化要求。柔性組件和半剛組件外形表達(dá)采用不同方式，其中前者沿用原有方式，采用端到端直線示意圖，后者采用準(zhǔn)確3D投影視圖，反映實(shí)際折彎成型狀態(tài)。

（b）制造文件

針對下料、打標(biāo)、切剝、成型等不同工序分別創(chuàng)建下料表、標(biāo)識匯總表、手動成型表、自動成型文件等，同時(shí)為利于物料采購、成本核算等創(chuàng)建器材匯總表。其中下料表核心要素含線纜類型、單位、用量，標(biāo)識匯總表核心要素含標(biāo)識類型、單位、用量、打標(biāo)內(nèi)容，折彎成型表核心要素含分段長度、折彎角度、扭轉(zhuǎn)角度、折彎半徑、始末端信息，器材匯總表核心要素含物料種類、單位、用量。

3.2.2高效性

根據(jù)上述適用性要求，為滿足射頻電纜組件設(shè)計(jì)制造所需應(yīng)產(chǎn)生若干文件輸出，各份文件信息要素眾多且相互間應(yīng)保持一致，同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化要求，在滿足上述工作質(zhì)量要求的同時(shí)需考慮降低人員工作難度，提高工作效率。

（a）所有輸出均由軟件自動從3D模型中提取相關(guān)參數(shù)并結(jié)合必要輔助信息自動創(chuàng)建產(chǎn)生，其中大部分內(nèi)容由程序自動填寫，人員僅需在此基礎(chǔ)上做少量完善修改即可發(fā)布使用。

（b）同級產(chǎn)品中所有射頻電纜組件設(shè)計(jì)文件批量創(chuàng)建。

（c）射頻電纜組件中所用各類熱縮管型號及用量由程序按規(guī)則自動匹配選擇，并自動填寫在相應(yīng)輸出文件中。

表2　手動成型表模板

4.技術(shù)途徑

為滿足上述需求，技術(shù)途徑如下：

（a）根據(jù)柔性組件和半剛組件自身特點(diǎn)并結(jié)合3D軟件功能，柔性組件采用3D軟件線束模塊進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)，剛性組件采用3D軟件管道模塊進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖3、圖4所示。

（b）根據(jù)不同應(yīng)用場合定制不同模板供程序調(diào)用輸出，包括圖框模板、圖樣模板、明晰表模板、下料表模板、標(biāo)識匯總表模板、手動成型表模板、自動成型數(shù)據(jù)格式定義，表2為手動成型表模板。

（c）制定輔助文件格式及其內(nèi)容，用于必要時(shí)程序?qū)φ{(diào)用3D模型參數(shù)的合理處理與判斷，包括余量添加表、器件類型匹配表、基準(zhǔn)誤差修正表、組件接線及分組表等。

（d）制定上述各類模板及輔助文件命名規(guī)范及調(diào)用規(guī)則。

（e）對3D軟件進(jìn)行二次開發(fā)，根據(jù)需求梳理詳細(xì)功能項(xiàng)及其實(shí)現(xiàn)方式，如操作界面、控件方式、操作流程等。

5.實(shí)現(xiàn)成果

按上述技術(shù)途徑開發(fā)出的功能控件如圖5所示，各功能控件完全集成嵌入于3D軟件中，與3D軟件自帶的線束或管道模塊使用環(huán)境一致，為一體化操作。圖6為半剛組件圖紙創(chuàng)建操作界面，主要用于實(shí)現(xiàn)半剛組件批量出圖，具有多項(xiàng)功能：如出圖組件選擇、圖幅大小選擇、組件投影方向選擇、存放路徑選擇、輸出精度控制等。圖7為由上述功能控件自動創(chuàng)建生成的半剛組件圖，幾乎所有工作均有軟件自動完成，人員僅需對各投影視圖、表格、技術(shù)說明等的位置做適當(dāng)調(diào)整或據(jù)情況對模板中已有常規(guī)技術(shù)說明進(jìn)行補(bǔ)充完善。其他功能界面及數(shù)據(jù)輸出情況相似。

上述工作實(shí)現(xiàn)了對原有設(shè)計(jì)文件的改進(jìn)補(bǔ)充，大大提升了對射頻電纜組件裝配制造的工藝指導(dǎo)性，如折彎方式、組裝順序等，不同工序操作人員按對應(yīng)文件完成相應(yīng)工作，同時(shí)也為射頻電纜組件制造流程的改善優(yōu)化提供了技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)其裝配制造可與其他組成零部件的加工裝配過程并行開展，縮短制造周期。目前該項(xiàng)工作已在一定范圍進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

結(jié)語

上述工作是解決長期制約產(chǎn)品研發(fā)制造困境的一次實(shí)踐，以射頻電纜組件產(chǎn)品為突破點(diǎn)，基于較小投入實(shí)現(xiàn)了從3D模型到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，對3D技術(shù)在其他類型產(chǎn)品或?qū)I(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用有一定借鑒意義。

［1］吳敏.3D應(yīng)用程序開發(fā)的強(qiáng)大動力——數(shù)據(jù)接口組件InterOp［J］.CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2006（6）：61-63.

The RF cable components are important parts of electronic devices， which may have a great improvement on design and manufacture by 3D technology. This paper illustrates a case that solves the data acquirement from RF cable components 3D model for the practical and efficient use on design and manufacture. The work conducted may have a positive effect on RF Cable Components field.

3D Technology；RF Cable Components；Semi-Rigid Components；Flexible Components

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