張 曼，任 龍，杜昌立，楊勇強(qiáng)

（1.陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2.陜西浩唐工貿(mào)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000）

1 引言

來(lái)圖加工模式 （Build-to-Print）和同步開(kāi)發(fā)模式是國(guó)內(nèi)汽車(chē)線束制造企業(yè)主要的供應(yīng)方式。來(lái)圖加工模式中，客戶線束圖紙已然鎖定，似乎只需線束制造企業(yè)按圖生產(chǎn)即可，然而現(xiàn)實(shí)并非如此。通常企業(yè)獲得的只是PDF或TIFF格式的客戶線束圖紙［1］。生產(chǎn)所必須的設(shè)計(jì)和工藝信息，如物料BOM、電線關(guān)系表、裁線工藝卡、短路工藝卡等，并不能直接從客戶圖紙中快捷獲取。制造企業(yè)需要根據(jù)自身的工藝能力、供應(yīng)體系等客觀條件，利用CAD（Computer Aided Design計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重新輸出線束圖紙。而在同步開(kāi)發(fā)模式中，客戶線束圖紙已充分考慮了制造企業(yè)的客觀條件，但也需要重新輸出工藝信息完備的線束圖紙。無(wú)論哪種模式，線束圖紙必須優(yōu)先考慮各用電器和模塊的尺寸形狀、布置情況及其相互之間的電連接關(guān)系，同時(shí)還要對(duì)線束的分支節(jié)點(diǎn)、包覆方式和固定方式進(jìn)行標(biāo)識(shí)和指定。通常會(huì)導(dǎo)致線束圖紙中繪制的線束長(zhǎng)度并非呈1:1等比例顯示。而在汽車(chē)線束的總裝配流水線上，又始終需要指定圖框尺寸規(guī)格的、全尺寸的工裝板布局圖，用以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)。因此還需要重新輸出全尺寸工裝板圖紙。如圖1所示。

圖1 線束圖紙輸出及用途

2 生成工裝板圖的解決方案

2.1 現(xiàn)有技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中，往往需要依據(jù)既有的線束圖紙，在指定的圖框尺寸規(guī)格中，手工重新布置全尺寸的工裝板圖。圖紙轉(zhuǎn)化所需的工作量大，效率低下且容易出現(xiàn)錯(cuò)漏。尤其隨著汽車(chē)線束回路數(shù)量和支路數(shù)量增加，其轉(zhuǎn)化時(shí)的工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度會(huì)大幅下降。眾所周知，同一款產(chǎn)品的線束圖紙和工裝板圖紙具有設(shè)計(jì)和工藝信息的一致性，僅僅是在表述方式上的側(cè)重點(diǎn)不同而已。如果我們可以利用其設(shè)計(jì)和工藝信息的一致性，輔以必要的調(diào)整，將線束圖紙自動(dòng)、快捷地轉(zhuǎn)換為全尺寸工裝板圖紙，既可以提高圖紙繪制工作的效率，更有利于保證設(shè)計(jì)和工藝數(shù)據(jù)傳遞的一致性和連續(xù)性。

CHS和Ldorado等專(zhuān)業(yè)線束設(shè)計(jì)軟件已有自動(dòng)轉(zhuǎn)化工裝板圖紙的功能。以CHS為例，線束圖紙和工裝板圖紙只是一個(gè)設(shè)計(jì)的兩個(gè)不同視圖。在完成線束圖紙的設(shè)計(jì)后，僅需要進(jìn)行少量的設(shè)置，就可以獲得工裝板圖［2］。

但是受限于客觀條件，目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的線束制造企業(yè)使用的線束設(shè)計(jì)軟件，仍然是AutoCAD為代表的通用型CAD軟件，其軟件本身并不具有這種功能。

2.2 解決方案

本文介紹的基于CAD平臺(tái)的全尺寸線束工裝板圖生成方法，是在以C++語(yǔ)言的ObjectARX開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)的上一版本［3］基礎(chǔ)上，利用AutoLISP開(kāi)發(fā)環(huán)境，編輯并優(yōu)化命令模塊，同時(shí)結(jié)合AutoCAD的原始命令模塊，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)［4-5］。與上版相比，操作更簡(jiǎn)易、穩(wěn)定性更好、適用范圍更廣。

本方法利用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的CAD屬性塊功能，對(duì)汽車(chē)線束的物料信息、電氣信息和機(jī)械信息進(jìn)行分別設(shè)置，以滿足軟件后續(xù)步驟中對(duì)設(shè)計(jì)和工藝數(shù)據(jù)的提取需求，同時(shí)保證線束圖紙中的任何設(shè)計(jì)變更，可以在工裝板圖中得以直接體現(xiàn)；以線束的節(jié)點(diǎn)和支路路徑長(zhǎng)度作為基本計(jì)算單元，進(jìn)行抽象和模擬，建立平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，將AutoCAD中對(duì)線束支點(diǎn)和路徑的各種操作直接轉(zhuǎn)換成平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)保證各個(gè)桿件之間拓?fù)潢P(guān)系的連續(xù)性和一致性，使工裝板布置過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)和操作得以順利進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)線束圖紙的自動(dòng)展開(kāi)和擺平；以指定的線束工裝板尺寸規(guī)格為圖框的邊界界限，對(duì)超出圖框范圍的線束支點(diǎn)和路徑，在所建立的平面連桿機(jī)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)連桿件的拖拽來(lái)實(shí)現(xiàn)在圖框范圍內(nèi)的重新布置。

3 生成方法的步驟與特征

本文介紹的全尺寸線束工裝板圖的生成方法可以通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1）轉(zhuǎn)化目標(biāo)線束圖紙

將客戶線束圖紙中記錄的電線長(zhǎng)度參數(shù)、節(jié)點(diǎn)參數(shù)、連接器參數(shù)、連接器對(duì)應(yīng)電線類(lèi)型參數(shù)、線束包覆方式和固定方式的參數(shù)形成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的CAD屬性塊，從而獲得適宜轉(zhuǎn)化的目標(biāo)線束圖紙，既保證了線束設(shè)計(jì)和工藝信息的提取，同時(shí)也是后續(xù)轉(zhuǎn)化工裝板圖紙的基礎(chǔ)。如圖2所示，實(shí)例中的目標(biāo)線束圖不僅包括了節(jié)點(diǎn)、電線、線束、連接器的參數(shù)數(shù)據(jù)，還包括電線走向和節(jié)點(diǎn)處線束分布；并將其固定在CAD屬性塊中，從而能夠進(jìn)行快捷讀取和調(diào)用操作。

圖2 目標(biāo)線束圖紙實(shí)例

2）自動(dòng)展開(kāi)為全尺寸線束圖

選取線束圖紙中的任意節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換的起始點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)CAD屬性塊中的參數(shù)以及與相鄰節(jié)點(diǎn)之間路徑的長(zhǎng)度和方向，保持原方向不變的基礎(chǔ)上，對(duì)路徑進(jìn)行1:1等比例的縮放；然后以此為原點(diǎn)，按照上述展開(kāi)方式依次對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的路徑進(jìn)行自動(dòng)的等比例展開(kāi)，從而自動(dòng)生成實(shí)際尺寸和圖紙尺寸呈1:1等比例的全尺寸線束圖。此時(shí)，CAD屬性塊參數(shù)隱藏。如圖3所示，本實(shí)例中以第一節(jié)點(diǎn)1為起點(diǎn)開(kāi)始，對(duì)第一路徑9、第二路徑10和第三路徑11進(jìn)行等比例的縮放，然后以第二節(jié)點(diǎn)2上的第四路徑12和第五路徑13進(jìn)行等比例縮放，依次到第八節(jié)點(diǎn)8上的第十七、十八、十九路徑25、26、27的等比例縮放后，生成全尺寸線束圖 （圖3）。

3）建立連桿機(jī)構(gòu)模型

以自動(dòng)生成的全尺寸線束圖為基礎(chǔ)，以線束節(jié)點(diǎn)有阻尼系數(shù)的彈性鉸接點(diǎn)，以相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間路徑的長(zhǎng)度和關(guān)聯(lián)關(guān)系，作為鋼性連桿。在保持同一鉸接點(diǎn)上所有連桿不會(huì)脫開(kāi)、且相互之間的位置關(guān)系不變的前提下，建立平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

具體而言，在工裝板連桿機(jī)構(gòu)模型的拓?fù)潢P(guān)系中，線束應(yīng)用上要求線束必須保證連慣性，即各節(jié)點(diǎn)之間的路徑不能脫開(kāi)，因此在連桿機(jī)構(gòu)模型中，利用靜力平衡方程保證連接到各鉸接點(diǎn)的連桿不可脫離。線束應(yīng)用上要求到達(dá)同一支點(diǎn)上的支線路徑之間相互之間的位置關(guān)系不變，即保持其順序在成品工裝板上與線束圖紙一致，因此在同一鉸接點(diǎn)上連桿之間建立碰撞分析模型、排斥力模型，保持同一鉸接點(diǎn)上所有連桿之間互不接觸且相對(duì)位置關(guān)系不變。

4）調(diào)整連桿機(jī)構(gòu)，布置工裝板

將已建立連桿機(jī)構(gòu)模型的全尺寸線束圖拖入指定的線束工裝板圖框內(nèi)，對(duì)各個(gè)線束支路對(duì)應(yīng)的連桿及與其鉸接的臨近連桿，分別進(jìn)行拖動(dòng)，直至連桿機(jī)構(gòu)模型的所有連桿均勻地、互不交叉地布置在線束工裝板邊界框圖內(nèi)，從而得到全尺寸線束工裝板草圖。

各節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)用戶的操作來(lái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地拖拽，保證用戶在操作任意一根連桿時(shí)，該連桿、與其相連的連桿及次級(jí)相連的連桿均在此操作下，默認(rèn)根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)平衡條件，按客戶意愿實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了用戶操作與CAD軟件的交互。已經(jīng)滿足工裝板布置要求的連桿，也可進(jìn)行鎖定，以避免調(diào)整其他連桿時(shí)再次偏移。對(duì)于拖拽無(wú)法滿足工裝板布置要求的連桿，可以通過(guò)設(shè)置臨時(shí)鉸接點(diǎn)，再次實(shí)行拖拽，直至滿足布置要求。如圖4所示。

圖4 全尺寸線束工裝板草圖實(shí)例

5）調(diào)入屬性塊，生成工裝板圖紙

在全尺寸線束工裝板草圖上，以線束的各個(gè)節(jié)點(diǎn)為定位基準(zhǔn)，將目標(biāo)線束圖中對(duì)應(yīng)CAD屬性塊，一鍵命令自動(dòng)生成。再通過(guò)輕微調(diào)整，即可獲得指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)所需的全尺寸工裝板圖紙，如圖5所示。

圖5 全尺寸線束工裝板圖實(shí)例

在執(zhí)行連桿機(jī)構(gòu)模型拖拽操作時(shí)，AutoCAD軟件操作界面上暫停原始命令模塊與CAD內(nèi)核的交互，而使用AutoLISP開(kāi)發(fā)環(huán)境下二次開(kāi)發(fā)的命令模塊與CAD內(nèi)核的交互。

4 小結(jié)

本文以線束圖紙為對(duì)象，采用基于AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)，并融入關(guān)系理念和工業(yè)工程思想，運(yùn)用AutoLISP、AutoCAD、平面連桿機(jī)構(gòu)等技術(shù)和工具開(kāi)發(fā)了一種汽車(chē)線束全尺寸工裝板圖的生成方法。該方法的實(shí)現(xiàn)可有效地解決汽車(chē)線束圖紙工藝信息提取效率低、圖紙轉(zhuǎn)化效率低的問(wèn)題，具有一定的推廣價(jià)值。