戴蘇亞，趙希芳

(南京電子技術(shù)研究所, 江蘇 南京 210039)

引 言

隨著數(shù)字化樣機(jī)工程的深入開(kāi)展，雷達(dá)等電子設(shè)備產(chǎn)品的更新日益加快。天線陣面作為雷達(dá)的核心設(shè)備，具有高度集成、輕量化、多功能等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高性能、低成本、短周期的研制目標(biāo)，對(duì)電纜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的電纜設(shè)計(jì)模式是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)電訊設(shè)計(jì)師提供的接線圖和接線表，在二維CAD平面圖中布置電纜，估算出電纜的長(zhǎng)度，將電纜信息反饋給電訊設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)電纜。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式存在以下問(wèn)題：

1)在估算電纜長(zhǎng)度時(shí)，為避免電纜因過(guò)短報(bào)廢，設(shè)計(jì)師會(huì)預(yù)留較多余量，導(dǎo)致長(zhǎng)度冗余、浪費(fèi)。同時(shí)冗余的電纜也增加了布線難度。

2)布線設(shè)計(jì)人員難以考慮到走線空間的所有細(xì)節(jié)，線纜的通過(guò)性存在風(fēng)險(xiǎn)。

3)由于接線圖和接線表無(wú)法明確走線路徑，所以難以保證布線工藝的準(zhǔn)確性、合理性以及產(chǎn)品布線的一致性。

總之，這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法極大地制約了天線陣面的快速研制。要在電纜生產(chǎn)加工前精確地生成其走線路徑、線長(zhǎng)、連接關(guān)系等關(guān)鍵信息，采用基于數(shù)字化樣機(jī)的三維布線技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。

三維布線是指依靠帶有電氣屬性的元件，在三維模型上進(jìn)行模擬布線。常見(jiàn)的三維布線軟件有PROE、CATIA、UG、EPLAN等。目前，三維布線技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)[1]、通訊、電力電子[2-5]等行業(yè)。

本文基于Creo2.0_Cabling模塊，以某雷達(dá)天線陣面為布線設(shè)計(jì)對(duì)象，研究分析了其布線特點(diǎn)和布線設(shè)計(jì)流程，通過(guò)布線設(shè)計(jì)模型可以更便捷、有效地指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 某陣面的布線特點(diǎn)

天線陣面作為雷達(dá)的核心部分，它可以保證天線電性能的實(shí)現(xiàn)，它具有設(shè)備量大、線纜多、連接關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)。陣面內(nèi)部包含電源、信號(hào)等多種類(lèi)型的電纜。陣面中電纜的布線空間緊湊，多為扁平狹長(zhǎng)的形狀，如箱梁、筋板側(cè)壁的位置，如圖1所示。因此，對(duì)布線的精心設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，需要高效利用陣面內(nèi)的寶貴空間，合理分配線束分布，最終實(shí)現(xiàn)陣面內(nèi)部各類(lèi)電子設(shè)備的合理互聯(lián)并滿(mǎn)足其電性能指標(biāo)。

圖1 某陣面布線空間示意圖

2 三維布線設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介

本文使用的三維布線工具是基于Creo2.0_Cabling的二次開(kāi)發(fā)軟件，其設(shè)計(jì)流程如圖2所示。三維布線不是一個(gè)孤立的設(shè)計(jì)過(guò)程，而是一個(gè)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電訊設(shè)計(jì)相互迭代、不斷優(yōu)化的過(guò)程。

圖2 三維布線設(shè)計(jì)流程

在三維布線工作開(kāi)展之前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需要建立天線陣面的三維模型，確定陣面內(nèi)部各個(gè)組成設(shè)備之間的位置關(guān)系，預(yù)留一定的走線空間。電訊設(shè)計(jì)師需要建立接線圖和接線表，確定陣面內(nèi)部設(shè)備的設(shè)備代號(hào)、各設(shè)備之間的電氣連接關(guān)系、電纜種類(lèi)等信息。

在三維布線設(shè)計(jì)過(guò)程中，可將走線空間不足、線纜干涉等情況反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，進(jìn)行三維模型調(diào)整，更新布線裝配。布線完成后，生成電纜信息，并可將生成的電纜信息輸出至接線表中，以完善接線表信息。

2.2 布線設(shè)計(jì)原則

布線設(shè)計(jì)需遵循以下基本原則[6]：

1)不同類(lèi)型的電纜需要分類(lèi)捆扎成束，防止串?dāng)_；

2)所有走線盡量沿距離最近的路徑進(jìn)行鋪設(shè)；

3)所有導(dǎo)線必須避開(kāi)熱源和管路；

4)線束打彎需要設(shè)計(jì)合理的轉(zhuǎn)彎半徑，避免銳角轉(zhuǎn)彎；

5)線纜的可操作性、可維修性要好。

2.3 布線準(zhǔn)備

1)簡(jiǎn)化模型。從2.1節(jié)可知，布線模型是建立在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師事先確定好的三維裝配模型基礎(chǔ)上的。對(duì)于天線陣面這種設(shè)備量大、模型復(fù)雜、層次多的整件，在三維布線開(kāi)始之前，需要通過(guò)收縮包絡(luò)、骨架模型等方式對(duì)其進(jìn)行裝配簡(jiǎn)化。這樣不僅可以提高布線的速度，還可減少發(fā)布模型的信息量。

2)建立電氣坐標(biāo)系。設(shè)備模型應(yīng)包含線纜接入點(diǎn)的接線坐標(biāo)系和每個(gè)接線端的位置號(hào)，接線坐標(biāo)系Z向指向出線方向，如圖3所示。

圖3 帶電氣坐標(biāo)系的某器件模型

3)準(zhǔn)備線軸庫(kù)。需要建立包含電纜的型號(hào)、外徑、顏色、最小折彎半徑、密度等信息的線軸數(shù)據(jù)庫(kù)，供后續(xù)布線調(diào)用。

2.4 三維布線

2.4.1 設(shè)備指定

在進(jìn)行三維布線設(shè)計(jì)時(shí)，需要將三維模型中各個(gè)電氣設(shè)備與接線表中的電氣設(shè)備代號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)。通過(guò)Creo軟件的位號(hào)標(biāo)簽來(lái)定義電氣設(shè)備。

2.4.2 創(chuàng)建線束組件

在布線總裝中，為不同類(lèi)型的電纜各自創(chuàng)建一個(gè)線纜組件，以便分別對(duì)不同類(lèi)型的電纜進(jìn)行查看、標(biāo)注等操作。

2.4.3 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)路徑

好的布線設(shè)計(jì)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)路徑的規(guī)劃。布線網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)定位點(diǎn)組成的，是自動(dòng)布線遵循的電纜鋪設(shè)通路。自動(dòng)布線鋪設(shè)的電纜在離指定的連接點(diǎn)最近的位置進(jìn)入和退出網(wǎng)絡(luò)。圖4為電源網(wǎng)絡(luò)路徑。

圖4 電源網(wǎng)絡(luò)路徑(設(shè)備隱藏)

2.4.4 布線

通過(guò)自動(dòng)布線，按邏輯關(guān)系對(duì)接線表中的所有電纜進(jìn)行鋪設(shè)。線纜沿2.4.3小節(jié)中創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)路徑自動(dòng)走線。圖5為電源電纜圖。

圖5 電源電纜圖(設(shè)備隱藏)

自動(dòng)布線完成后，若出現(xiàn)以下幾種情況，則需要對(duì)鋪設(shè)好的線纜進(jìn)行檢查和調(diào)整：

1)網(wǎng)絡(luò)路徑位置不合理，導(dǎo)致線纜鋪設(shè)失??；

2)線纜未按照預(yù)想的路徑鋪設(shè)；

3)電纜端頭出線不合理。

調(diào)整的方法包括調(diào)整布線網(wǎng)絡(luò)、手動(dòng)設(shè)置走線路徑、沿纜布線、手動(dòng)布線等。

2.5 電纜信息輸出

布線完成后，設(shè)計(jì)師將線纜信息(線纜長(zhǎng)度、連接關(guān)系、電纜種類(lèi)等)輸出，用于電纜圖紙的完善，見(jiàn)表1。同時(shí)，將三維布線模型發(fā)送給工藝部門(mén)和現(xiàn)場(chǎng)。工藝設(shè)計(jì)師基于布線模型編寫(xiě)電裝工藝，使工藝文件更加直觀清晰。工廠依據(jù)布線模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)裝配，以減少對(duì)設(shè)計(jì)師跟產(chǎn)的依賴(lài)。

表1 電纜信息輸出表

3 三維布線的優(yōu)勢(shì)

1)設(shè)計(jì)更加精確，節(jié)約成本。三維布線模型可以將電纜的折彎半徑、分叉電纜的節(jié)點(diǎn)、走線路徑等信息精確地表達(dá)出來(lái)。基于這些信息可以得到準(zhǔn)確的線纜長(zhǎng)度值，避免了由過(guò)大設(shè)計(jì)余量造成的線纜浪費(fèi)。

2)便于進(jìn)行更改和優(yōu)化。在設(shè)計(jì)階段，不可避免地會(huì)出現(xiàn)設(shè)備排布、尺寸的調(diào)整。關(guān)聯(lián)的三維布線模型可以同步進(jìn)行更改，并及時(shí)給予結(jié)構(gòu)、電訊反饋。

3)設(shè)計(jì)效率更高。對(duì)于天線陣面這種線纜數(shù)量大、品種多的系統(tǒng)，布線工具能夠得到線纜的準(zhǔn)確信息，統(tǒng)一導(dǎo)出，避免了人工對(duì)電纜長(zhǎng)度逐根進(jìn)行計(jì)算與復(fù)核。

4)縮短生產(chǎn)周期。電纜設(shè)計(jì)工作可以與陣面設(shè)計(jì)工作同步開(kāi)展，避免了根據(jù)樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)量取長(zhǎng)度配做電纜。

5)便于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。三維布線模型將線纜的連接、走向、排布信息直觀地展現(xiàn)出來(lái)，工人可以參考發(fā)布的模型對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電裝，有利于保證產(chǎn)品批次之間的統(tǒng)一性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究某雷達(dá)天線陣面的布線設(shè)計(jì)，分析了布線設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電訊設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程和三維布線設(shè)計(jì)方法。通過(guò)布線模型生成的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確高效地指導(dǎo)電纜生產(chǎn)和陣面裝聯(lián)。實(shí)踐表明，該三維布線設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法更能有效地釋放布線風(fēng)險(xiǎn)，提高布線效率，縮短產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間。