韋思亮

（1.同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 200092；2.昆山滬光汽車電器股份有限公司，江蘇 昆山 215326）

汽車線束作為汽車零配件里重要的一員，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)工程師的經(jīng)驗(yàn)尤為重要。對(duì)于3D設(shè)計(jì)，目前主流的3D設(shè)計(jì)軟件有Catia， 以及NX.這些軟件的采用，極大地提高了設(shè)計(jì)的有效性。這些專業(yè)3D軟件，有一些模塊中有動(dòng)態(tài)的DMU設(shè)計(jì)部分，這些DMU對(duì)于空間的把控，零配件的空間布局的調(diào)整起到很大的作用［1］。

但是這些DMU的運(yùn)動(dòng)仿真，只能描述零部件3D的數(shù)模在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。即某一個(gè)零部件在無(wú)重力環(huán)境下，本身運(yùn)動(dòng)所形成的一個(gè)體積空間。這種仿真方式無(wú)法有效地描述出零部件自身的材料剛度、扭轉(zhuǎn)情況，以及在有重力情況下自身的運(yùn)動(dòng)狀況。

本文主要針對(duì)線束設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合使用專業(yè)的仿真驗(yàn)證軟件IPS，對(duì)線束設(shè)計(jì)的前期驗(yàn)證起到的作用進(jìn)行論述。

1 傳統(tǒng)線束設(shè)計(jì)的流程

在汽車線束開發(fā)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要是分為3個(gè)模塊：三維設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)、二維設(shè)計(jì)，如圖1所示。每個(gè)部門都各有側(cè)重點(diǎn)，且各自形成獨(dú)立的單元模塊。三維設(shè)計(jì)的定義信息主要包括線束尺寸、線束直徑、線束包裹物、插件型號(hào)、支架型號(hào)等；原理設(shè)計(jì)的定義信息主要包括插件型號(hào)、匹配的端子/防水塞/防水栓、導(dǎo)線型號(hào)、熔斷絲、連線邏輯圖、架構(gòu)布局圖、配置表等；二維設(shè)計(jì)的定義信息主要包括掛點(diǎn)位置、掛點(diǎn)保護(hù)、包裹物寬度、波紋管內(nèi)徑等。其中，三維設(shè)計(jì)主流使用的工具軟件是Catia、 NX、Pro-E等［2］；對(duì)于原理設(shè)計(jì)，主要有Capital、EB、 AutoCAD等方式；二維設(shè)計(jì)由于搭載的圖紙屬性不同，就直接在不同的圖紙格式上生成，目前主流使用的有Capital、Ldorado、 AutoCAD等。

圖1 傳統(tǒng)線束開發(fā)模塊圖

可以看到，目前線束的開發(fā)模塊中，并沒有包含有CAE的模擬仿真模塊，而對(duì)于很多二級(jí)零部件， CAE的應(yīng)用已經(jīng)很普及，且發(fā)揮了很大的作用［2-3］。

因此在線束行業(yè)上，是否同樣也可以引進(jìn)CAE虛擬仿真驗(yàn)證手段，在前期進(jìn)行線束設(shè)計(jì)的時(shí)候，就將虛擬驗(yàn)證進(jìn)行應(yīng)用。這不僅可以縮短線束的開發(fā)周期，也減少了在開發(fā)過程中，由于設(shè)計(jì)能力的不足，或者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的缺陷而導(dǎo)致二次驗(yàn)證［4］。

2 結(jié)合仿真軟件進(jìn)行線束設(shè)計(jì)的流程

昆山滬光汽車電器股份有限公司在2017年開始引進(jìn)IPS軟件。在實(shí)際使用過程中，IPS發(fā)揮出了很大功效，在同客戶的同步開發(fā)線束設(shè)計(jì)過程中，引起很大反響，并受到好評(píng)。

2.1 IPS軟件的設(shè)計(jì)流程

IPS Cable Simulation是德國(guó)FleXstructures GmbH公司的工業(yè)路徑解決方案IPS（Industrial Path Solution）軟件平臺(tái)中專門用于柔性管線分析優(yōu)化的模塊，是由歐洲最大應(yīng)用研究組織——弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)（FraunhoferResearch）中專門致力于數(shù)字化仿真工程算法研究的ITWM和FCC兩家研究機(jī)構(gòu)共同研究和開發(fā)的旗艦類軟件產(chǎn)品。

IPS Cable Simulation在工業(yè)中的軟管、電纜和復(fù)雜線束的設(shè)計(jì)優(yōu)化及品質(zhì)控制中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車、軍工和航空等領(lǐng)域中已得到了成功的應(yīng)用和驗(yàn)證。

IPS Cable數(shù)據(jù)分析流程如圖2所示，該分析流程與傳統(tǒng)的CAE模擬仿真方式一致，也是基于CAD的數(shù)據(jù)模型，加上材料本身的特性，建立聯(lián)系后通過計(jì)算分析得出結(jié)果。

圖2 IPS Cable數(shù)據(jù)分析流程

而針對(duì)CAD數(shù)據(jù)部分，該軟件已能自動(dòng)將Catia，NX， PTC主流的三維設(shè)計(jì)軟件的模型導(dǎo)入到IPS中，同時(shí)將三維設(shè)計(jì)軟件的motion文件導(dǎo)入。IPS Cable數(shù)據(jù)導(dǎo)入流程如圖3所示。

圖3 IPS Cable數(shù)據(jù)導(dǎo)入流程

對(duì)于材料試驗(yàn)部分，該軟件主要需要導(dǎo)入3個(gè)參數(shù)特性：彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。目前昆山滬光通過自身努力，研發(fā)設(shè)計(jì)出該材料參數(shù)提取的設(shè)備，補(bǔ)充了該部分的數(shù)據(jù)缺失，且進(jìn)一步提升滬光的研究深度。

2.2 仿真軟件與傳統(tǒng)線束設(shè)計(jì)流程的結(jié)合

在傳統(tǒng)的線束開發(fā)樣車驗(yàn)證階段，基本上就車身本體進(jìn)行驗(yàn)證，即將線束搭載在實(shí)際的車身，結(jié)合相關(guān)的用電器進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。該種方式耗時(shí)、耗力，無(wú)形中增加了線束開發(fā)的周期及試驗(yàn)成本。傳統(tǒng)線束物理驗(yàn)證的階段如圖4所示，汽車線束尤其ABS電器相關(guān)的關(guān)鍵零部件的驗(yàn)證，必須等路試完成了以后才能將線束進(jìn)行拆解，并就線束的零件狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

圖4 傳統(tǒng)線束物理驗(yàn)證的階段

為了豐富線束設(shè)計(jì)的有效驗(yàn)證手段，昆山滬光汽車電器股份有限公司在2017年初引進(jìn)了IPS軟件，將該軟件的CAE仿真概念引入線束開發(fā)流程中。虛擬物理驗(yàn)證的流程示意如圖5所示，在虛擬物理驗(yàn)證過程中，打破了該驗(yàn)證的時(shí)間周期安排，在每個(gè)線束設(shè)計(jì)階段，可以就每一個(gè)產(chǎn)品的過程進(jìn)行驗(yàn)證，有效地減少了更改的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，并且加速了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期。

圖5 虛擬物理驗(yàn)證的流程示意圖

同時(shí)，為加強(qiáng)虛擬驗(yàn)證與線束開發(fā)的有效結(jié)合，在制定該設(shè)計(jì)驗(yàn)證的流程上，作者結(jié)合滬光本身的公司特色，以及結(jié)合線束開發(fā)的特性，特制定線束產(chǎn)品開發(fā)流程圖。IPS與傳統(tǒng)線束設(shè)計(jì)的流程結(jié)合如圖6所示。

圖6 IPS與傳統(tǒng)線束設(shè)計(jì)的流程結(jié)合

為進(jìn)一步豐富并完善滬光的CAE體系，作者及所帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)制定了2018年規(guī)劃。滬光2018年CAE仿真建設(shè)規(guī)劃如圖7所示。目的是為了將CAE的驗(yàn)證手段進(jìn)一步與傳統(tǒng)的線束開發(fā)能完美結(jié)合。

圖7 滬光2018年CAE仿真建設(shè)規(guī)劃

2.3 IPS軟件在線束設(shè)計(jì)中應(yīng)用的范圍

圖8 是IPS軟件在汽車線束開發(fā)過程中可以應(yīng)用的區(qū)域。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，IPS可對(duì)線束的動(dòng)態(tài)區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，本身的驗(yàn)證可以與其他動(dòng)態(tài)零部件進(jìn)行同步匹配工作，并且對(duì)動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)進(jìn)行驗(yàn)證。比如前輪ABS線束、5門線束、收音機(jī)線束等區(qū)域。

圖8 IPS在汽車線束開發(fā)中可應(yīng)用的區(qū)域

而在靜態(tài)的線束開發(fā)過程中，IPS可以就線束本身的制造公差以及線束的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行驗(yàn)證。

3 總結(jié)

本文主要介紹昆山滬光汽車電器股份有限公司基于多年的線束開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，迫切需要解決線束開發(fā)過程中的虛擬驗(yàn)證問題，引進(jìn)了先進(jìn)的CAE仿真手段，同時(shí)介紹了IPS在線束開發(fā)過程中能解決的范圍進(jìn)行討論。該軟件的應(yīng)用，有效地解決了線束開發(fā)只能在臺(tái)架上進(jìn)行的論斷，且可以縮短線束的開發(fā)周期，同時(shí)進(jìn)一步提升公司的開發(fā)手段以及驗(yàn)證手段。