吳保勝，郭 宇，王發(fā)麟，黃 瀟，宋 倩

（南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，南京 210016）

基于CREO的復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品輔助布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

吳保勝，郭 宇，王發(fā)麟，黃 瀟，宋 倩

（南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，南京 210016）

線纜布線是復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的普遍性難題。針對(duì)線纜布局設(shè)計(jì)中存在的效率低、可靠性差等問題，在CREO平臺(tái)上，對(duì)線纜敷設(shè)所需零件庫、CREO簡單布線技術(shù)、接線表的讀取、布線信息的參數(shù)化輸出等技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)合Visual Studio環(huán)境下的CREO/TOOLKIT二次開發(fā)技術(shù)，開發(fā)出了具有上述功能的輔助布線系統(tǒng)，驗(yàn)證了技術(shù)的可行性。

線纜敷設(shè)；CREO二次開發(fā)；零件庫；接線表；輔助布線系統(tǒng)

0 引言

現(xiàn)在許多商業(yè)三維建模軟件如CREO，UG，CATIA等都有自己專門的布線模塊，但在實(shí)際布線應(yīng)用中都存在著布線操作復(fù)雜、線軸文件管理混亂、無法輸出布線信息文件等諸多問題。針對(duì)這一問題國外學(xué)者Robinson G將沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用線束設(shè)計(jì)中[1,2]，Thantulage GI將啟發(fā)式搜索算法應(yīng)用到線纜路徑規(guī)劃中[3]，從理論層 面解決布線效率低下等問題，也有諸多學(xué)者從軟件層面入手，運(yùn)用各三維造型軟件提供的二次開發(fā)接口，開發(fā)智能布線系統(tǒng)[4,5]。

本文運(yùn)用二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)輔助布線系統(tǒng)以彌補(bǔ)現(xiàn)有軟件布線模塊的缺陷?；贑REO平臺(tái)，結(jié)合Visual Studio提供的MFC界面開發(fā)窗口，運(yùn)用CREO/TOOLKIT二次開發(fā)語言，對(duì)線纜零件庫的搭建、快速布線、線纜信息文件輸出等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，拓展了CREO現(xiàn)有的布線功能，提高了布線效率。在文章的最后，開發(fā)出了具有上述功能的布線系統(tǒng)，驗(yàn)證了相關(guān)技術(shù)的可行性和有效性。

1 系統(tǒng)框架

基于CREO的復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品輔助布線系統(tǒng)，主要包括了布線數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)模塊、布線設(shè)計(jì)模塊、布線信息輸出模塊，如圖1所示。

1）布線數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)模塊

布線數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)模塊主要負(fù)責(zé)線纜布線設(shè)計(jì)前所需要的各種數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，包括結(jié)構(gòu)件模型裝配、線纜線夾的創(chuàng)建和管理、布線端口坐標(biāo)系安裝、用于管理線纜的線束零件的創(chuàng)建管理、線纜規(guī)格模型庫和布線空間干涉檢查。這些布線之前的準(zhǔn)備為下一步的布線操作準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，并排除可能在布線過程中存在的電氣干涉問題。在此過程創(chuàng)建好的零件、線夾和線纜等數(shù)據(jù)可以上傳到數(shù)據(jù)庫，方便日后的使用。

2）線纜布線設(shè)計(jì)模塊

線纜布線設(shè)計(jì)模塊主要利用上一過程中準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)進(jìn)行線纜模型創(chuàng)建和在CREO布線空間環(huán)境下進(jìn)行線纜布線。線纜模型創(chuàng)建主要根據(jù)線纜規(guī)格模型庫中所選的線纜規(guī)格生成三維線纜模型，自由布線是指布線設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來控制線纜走線位置，設(shè)計(jì)線纜的走線姿態(tài)。接線表布線可以根據(jù)接線表內(nèi)的線纜連接關(guān)系進(jìn)行布線，免去了人工布線的繁瑣過程。接線表是虛擬布線設(shè)計(jì)的重要輸入信息，該表詳細(xì)給出了線纜中所有導(dǎo)線兩端的端子信息，包括導(dǎo)線規(guī)格、接插件代號(hào)、接插件規(guī)格和針腳號(hào)等。布線設(shè)計(jì)過程中就是根據(jù)接線表獲取線纜的詳細(xì)連接關(guān)系信息，作為布線設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)來源，接線表格式如圖2所示。布線路徑搜索功能可以在CREO布線空間內(nèi)搜索出符合布線約束的走線路徑，然后在此路徑上自動(dòng)生成線纜完成線纜布線過程。

圖1 布線系統(tǒng)框架

3）布線結(jié)果輸出

布線結(jié)果輸出模塊主要包括以下功能：1）線纜材料清單：線纜布線結(jié)束后可以對(duì)布線空間內(nèi)的線纜進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，并可以按照實(shí)際需要選擇某個(gè)線束零件中的線纜或者全部線纜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后輸出到Excel表格中，為后續(xù)的線纜制作做準(zhǔn)備。2）電氣信息查詢：電氣信息查詢包含連接件信息查詢和線纜路徑點(diǎn)查詢，連接件信息查詢可以獲取連接件端口的線纜連接情況，線纜路徑點(diǎn)查詢可以獲取線纜在布線空間內(nèi)的走線位置情況。

圖2 接線表

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 電氣元件庫

在復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品線纜裝配設(shè)計(jì)的過程中，需要使用到大量不同規(guī)格的接線端子。接線端子是實(shí)現(xiàn)電氣元件間相互連接不可或缺的元件，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度和高準(zhǔn)確率標(biāo)準(zhǔn)的提升，接線端子的數(shù)量急劇增加，因此建立常用接線端子的元件庫將會(huì)大幅提高布線效率。

為實(shí)現(xiàn)電氣元件的自動(dòng)化裝配，需要使用以下CREO二次開發(fā)接口函數(shù)：

2.2 自由布線

在CREO中有兩種布線方式：簡單布線和網(wǎng)絡(luò)布線兩大類。簡單布線在布線過程中只需選擇線纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)生成線纜路徑，生成的默認(rèn)路徑一般無法滿足線纜的實(shí)際敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，需要人工進(jìn)行后續(xù)的路徑調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)布線是先創(chuàng)建出線纜的路徑點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，然后設(shè)定各個(gè)網(wǎng)絡(luò)段的優(yōu)先級(jí)，然后依據(jù)優(yōu)先級(jí)靠前的路徑網(wǎng)絡(luò)生成布線路徑。這兩種布線方法都需要進(jìn)行大量的重復(fù)工作。

基于本文提出的自由布線技術(shù)，可以通過連續(xù)點(diǎn)擊路徑平面創(chuàng)建路徑位置點(diǎn)，自動(dòng)生成經(jīng)過這些位置點(diǎn)的線纜路徑，無需重復(fù)點(diǎn)選線纜的起始位置端口和線纜位置的后續(xù)調(diào)整。自由布線的主要代碼如下所示：

2.3 布線信息輸出

布線信息輸出是布線模塊二次開發(fā)的關(guān)鍵部分。布線結(jié)果文件可以提高布線的便捷性，同時(shí)避免因?yàn)闊o法預(yù)估線纜長度而造成的浪費(fèi)。線纜的長度信息存儲(chǔ)在CREO的線纜參數(shù)中，線纜參數(shù)的結(jié)構(gòu)體如下所示：

3 CREO二次開發(fā)技術(shù)

利用CREO/TOOLKIT工具對(duì)CREO進(jìn)行開發(fā)時(shí)，有兩種工作方式，分別是同步模式（Synchronous Mode）和異步模式（Asynchronous Mode）[6]。在同步模式下CREO系統(tǒng)和利用TOOLKIT工具開發(fā)的應(yīng)用程序必須同時(shí)運(yùn)行，開發(fā)的應(yīng)用程序不可以獨(dú)立運(yùn)行。在此模式下CREO系統(tǒng)和利用TOOLKIT工具開發(fā)的應(yīng)用程序交替獲取運(yùn)行控制權(quán)。同步模式下又分為動(dòng)態(tài)鏈接庫模式（DLL Mode）和多進(jìn)程模式（Multi-process Mode），其中多進(jìn)程模式又被稱為派生模式（Sprawled Mode）。動(dòng)態(tài)鏈接庫模式需要編寫DLL文件，在運(yùn)行開發(fā)程序時(shí)需要將利用CREO/TOOLKIT工具編寫的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件加載進(jìn)CREO系統(tǒng)，新開發(fā)的功能將無縫集成到CREO系統(tǒng)內(nèi)。在動(dòng)態(tài)鏈接庫模式下，開發(fā)的應(yīng)用程序和CREO系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)用程序直接調(diào)用接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)。在多進(jìn)程模式下CREO與CREO/TOOLKIT應(yīng)用程序之間通過進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。相比于動(dòng)態(tài)鏈接庫模式，多進(jìn)程模式需要更多的通信時(shí)間，而且隨著應(yīng)用程序復(fù)雜程度的增加，兩者之間的通信時(shí)間消耗更多。

在異步模式下，CREO/TOOLKIT應(yīng)用程序可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)CREO系統(tǒng)，CREO系統(tǒng)和CREO/TOOLKIT應(yīng)用程序可以獨(dú)立運(yùn)行。此模式下的CREO/TOOLKIT應(yīng)用程序不同于同步模式下的應(yīng)用程序。與同步模式相比，異步模式下應(yīng)用程序執(zhí)行速度較慢，而且異步模式下的應(yīng)用程序可開發(fā)性也不好。所以除了有特殊要求外，基于CREO的CREO/TOOLKIT應(yīng)用程序開發(fā)一般都采用同步模式下的動(dòng)態(tài)鏈接庫模式，故本文針采用同步模式下的動(dòng)態(tài)鏈接庫模式進(jìn)行布線原型系統(tǒng)的開發(fā)。

基于CREO/TOOLKIT應(yīng)用程序的開發(fā)流程大致分為三個(gè)步驟：源文件編寫、動(dòng)態(tài)鏈接庫文件編譯鏈接和DLL文件的加載運(yùn)行[7]。

1）源文件編寫

源文件包括程序文件和資源文件。程序文件是根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能需求編寫的C或者C++代碼文件，代碼文件主要是所要實(shí)現(xiàn)的功能的核心代碼，需要根據(jù)所需要的功能進(jìn)行編寫。資源文件主要用于菜單創(chuàng)建、UI創(chuàng)建和一些信息輸出。資源文件的書寫格式有其特殊的要求，以菜單資源為例，每個(gè)菜單需要四行內(nèi)容來描述，第一行為特殊標(biāo)識(shí)，不能和其他內(nèi)容重復(fù)，第二行為菜單的中文名稱，第三行為菜單英文名稱，可以設(shè)置為空，第四行暫時(shí)未用。資源文件如圖3(a)所示。

2）DLL編譯鏈接

編寫完程序文件后，需要在編譯環(huán)境下進(jìn)行編譯鏈接以檢查程序代碼是否有錯(cuò)誤。當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤后需要進(jìn)行調(diào)試，DLL程序代碼不能像EXE程序一樣進(jìn)行調(diào)試，需要附加到CREO進(jìn)程中進(jìn)行調(diào)試。

圖3 資源文件和注冊(cè)文圖

3）DLL加載運(yùn)行

DLL文件必須加載進(jìn)CREO系統(tǒng)中運(yùn)行而不能單獨(dú)運(yùn)行。加載時(shí)需要注冊(cè)事先編寫擴(kuò)展名為.dat的文本文件。在注冊(cè).dat文件時(shí)，可以選擇自動(dòng)注冊(cè)和手動(dòng)注冊(cè)兩種方式。自動(dòng)注冊(cè)需要將注冊(cè)文件放到指定的CREO啟動(dòng)目錄下，當(dāng)CREO啟動(dòng)時(shí)注冊(cè)文件將自動(dòng)被注冊(cè)。手動(dòng)注冊(cè)是指在CREO中的“輔助應(yīng)用程序”中運(yùn)行注冊(cè)文件，注冊(cè)文件格式如圖3(b)所示。

4 輔助布線原型系統(tǒng)開發(fā)與驗(yàn)證

根據(jù)本文所提出的布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系框架，結(jié)合CREO/TOOLKIT工具開發(fā)了復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品輔助布線系統(tǒng)。

4.1 電氣元件庫

所開發(fā)的線軸庫的界面如圖4(a)所示，主要功能包括：線軸的創(chuàng)建與編輯，線纜參數(shù)的展示以及線纜的查詢和刪除等功能。圖4(b)為卡箍庫界面，它可以實(shí)現(xiàn)卡箍零件的預(yù)覽以及根據(jù)用戶選擇的裝配位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配等功能。圖4(c)為接線端子庫界面，針對(duì)不同規(guī)格的接線端子，當(dāng)用戶雙擊庫列表上的任意接線端子，在下方可以展示出端子的參數(shù)信息以及圖形預(yù)覽，此外使用者可以在模型中任意選擇接線端子的裝配位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配，大大提高了裝配效率。

圖4 電氣元件庫

4.2 自由布線

自由布線在布線前可以先創(chuàng)建布線自由點(diǎn)，通過布線自由點(diǎn)完成線纜布線路徑的規(guī)劃，而且可以實(shí)現(xiàn)沿局部線纜和整條線纜布線，如圖5所示。

圖5 自由布線

4.3 線纜信息文件輸出

電氣整機(jī)布線結(jié)束后，可以通過線纜材料清單輸出功能將所布線纜信息輸出到Excel表中，為線纜制作或其它后續(xù)工作提供參考依據(jù)，如圖6所示。

圖6 布線信息輸出

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5 結(jié)束語

文章在CREO布線模塊現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，針對(duì)線纜布局設(shè)計(jì)中存在的效率低、可靠性差等問題，在CREO平臺(tái)上，對(duì)線纜敷設(shè)所需零件庫、CREO簡單布線技術(shù)、接線表的讀取、布線信息的參數(shù)化輸出等技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)合Visual Studio環(huán)境下的CREO/ TOOLKIT二次開發(fā)技術(shù)，成功開發(fā)出了一個(gè)面向快速布線的輔助布線系統(tǒng)，提高了布線效率和準(zhǔn)確度，具有現(xiàn)實(shí)的工程意義和使用價(jià)值。

由于CREO軟件本身的接口限制等問題，通過二次開發(fā)工具提升布線效率也存在一定的局限性，需要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研究。

[1] Robinson G, Ritchie J M, Day P N, et al. System design and user evaluation of Co-Star:An immersive stereoscopic system for cable harness design[J].Computer-Aided Design,2007,39(4):245-257.

[2] Ritchie J M,Robinson G, Day P N, et al. Cable Harness Design, assembly and installation planning using immersive virtual reality[J].Virtual Reality,2007,11(4):261-273.

[3] Thantulage GI.Ant colony optimization based simulation of 3Dautomatic hose/pipe routing[D].UK:Brunel University,2009.

[4] 王金芳,閆靜,武凱,等.基于Pro/E的線纜裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國機(jī)械工程,2008,19(13):0-1637.

[5] 蔡毅,王彥偉,黃正東.基于UG的三維電氣自動(dòng)布線技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2012,48(8):68-72.

[6] 張繼春.Pro/ENGINEER二次開發(fā)實(shí)用教程[M].北京大學(xué)出版社,2003.

[7] 王文波.Pro/E Wildfire 4.0二次開發(fā)實(shí)例解析[M].清華大學(xué)出版社,2010.

Design and development of cabling system for complex mechatronic products based on CREO

WU Bao-sheng, GUO Yu, WANG Fa-lin, HUANG Xiao, SONG Qian

TP391

：A

1009-0134(2017)03-0132-04

2016-11-23

國家自然科學(xué)基金（51575274）；國防基礎(chǔ)科研資助項(xiàng)目（A2620132010）；江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程（KYLX_0311）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金

吳保勝（1991 -），男，江蘇徐州人，碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)。