隨著電子產(chǎn)品多功能、小型化的發(fā)展趨勢,系統(tǒng)內(nèi)各整機結(jié)構(gòu)空間越來越狹小,如何利用整機內(nèi)有效空間實施三維布線是通過電子整機互聯(lián)的重要內(nèi)容之一,傳統(tǒng)線纜三維布線主要是憑經(jīng)驗手工布線,其速度和可靠性都無法滿足電子整機快速研制和生產(chǎn)的要求。且現(xiàn)有的布線設(shè)計大部分只是止于二維平面,布線效果不夠逼真,往往不能真實地反映線束在整機中的鋪設(shè)效果,為后續(xù)的工藝帶來很多麻煩。本文以CATIA V5R20 SP7為平臺,通過二次開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)了三維線束的自動鋪設(shè),直觀地反映整機中線束的鋪設(shè)路徑、走線方向以及轉(zhuǎn)彎半徑,便于后續(xù)的工藝設(shè)計和仿真驗證,從而提高了設(shè)計和生產(chǎn)的工作效率。
1 三維布線設(shè)計的原理
目前大部分的自動布線軟件都是在二維平面內(nèi)完成線束的鋪設(shè),無法實現(xiàn)電子整機中三維空間的路徑捕捉和布線設(shè)計。針對此弊端,本文基于現(xiàn)有的三維CAD軟件提出了二次開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)三維布線的思路和方法,通過配置后臺文件,讀取接線表和器件表信息,利用空間搜索連接器針腳位置和電氣屬性的算法,進行路徑最優(yōu)化計算,完成三維線束的自動鋪設(shè)。
布線設(shè)計流程如圖1所示。各流程模塊的功能分別為:(1)定制電氣設(shè)計環(huán)境:包括特征樹上的設(shè)計參數(shù)和關(guān)系的顯示、模型自動更新,線束創(chuàng)建規(guī)則的設(shè)置以及鋪設(shè)電線規(guī)則的建立。(2)建立電氣元件庫:包括各種連接器3D模型的建立,電氣屬性的添加、入庫方法及文件管理規(guī)范。(3)搭建電氣結(jié)構(gòu)圖,放置電氣元件:在Assembly design模塊下,系統(tǒng)自動創(chuàng)建一個Product1總裝配節(jié)點,通過Insert>New Product繼續(xù)新建Product節(jié)點,命名為Structure。同樣方法分別建立Electircal及GBN節(jié)點,其中在GBN節(jié)點下放置電氣元件及幾何線束。(4)鋪設(shè)主線束:在Electrical Harness Assembly模塊下完成主線束的鋪設(shè),同時設(shè)置主線束的直徑和轉(zhuǎn)彎半徑。(5)導入接線表和器件表:利用二次開發(fā)模塊中的“創(chuàng)建有效的XML原理圖文件”命令,將準備好的EXCEL格式的接線表和器件表讀取到三維空間中,并轉(zhuǎn)化為可以識別的XML格式的文件。(6)創(chuàng)建線束:根據(jù)讀取的接線表和器件表中的接線關(guān)系信息,利用二次開發(fā)程序中的三維自動布線模塊,完成主線束到連接器每個點位的線束鋪設(shè)。(7)鋪設(shè)電線:由于鋪設(shè)完成的線束只代表一種路徑,且是空心的,某些情況下與真實值存在偏差,而通過二次開發(fā)程序,可實現(xiàn)電氣元器件之間針腳至針腳的真實電線鋪設(shè)。
圖1 三維布線設(shè)計流程
2 整機布線過程的實現(xiàn)
2.1 連接器3D模型庫的創(chuàng)建
本文以J30J壓接系列的連接器為例創(chuàng)建模型庫,根據(jù)針腳的個數(shù)分為9、15、21、25、31、37、51、74、100芯等9種規(guī)格的連接器。通過參數(shù)表驅(qū)動模型的方式建立了J30J矩形連接器的插頭和插座的外形圖,存放于3D文件夾中,再根據(jù)需要將模型解析至3D文件夾中并賦予電氣屬性;3D模型庫的驅(qū)動參數(shù)表和帶電氣屬性的J30J-9TJ.CATPart模型分別如表1和圖2所示。
表1 驅(qū)動參數(shù)表
圖2 J30J-9TJ模型(帶電氣屬性)
2.2 搭建電氣結(jié)構(gòu)特征樹
進入Assembly design模塊,系統(tǒng)將自動新建裝配節(jié)點作為總裝配節(jié)點,通過Inser>New Product創(chuàng)建Stucture、Flectrical節(jié)點以及自裝配節(jié)點GBN,在Stucture節(jié)點下放置不帶電氣屬性的零部件,在GBN節(jié)點下放置電氣元件及幾何線束。
在電氣設(shè)計中,零部件通常被分成兩部分,一部分是不直接連接線束端點的電氣元件,另一部分是線束端點直接相連的電氣元件。在調(diào)入電氣元件之前,需先將GBN節(jié)點生成為GBN文件,生成方法是:將模型切換至Electrical Harness Design模塊,點擊Ceometrical Bundle命令,并在結(jié)構(gòu)樹上選擇CBN節(jié)點,此文件將變成CBN電氣屬性文件。
2.3 設(shè)計主線束
主線束的設(shè)汁可在電氣線束設(shè)計模塊和電氣線束安裝模塊中實現(xiàn)。創(chuàng)建線束的方法有兩種,分別是多分支文件Multi-Branchable Document和束段Bundle Segment。創(chuàng)建的線束可以進行直徑、彎曲半徑以及長度相關(guān)屬性定義,主線束的創(chuàng)建如圖3所示。
圖3 主線求創(chuàng)建效果圖
2.4 鋪設(shè)主線束到連接器點位的三維線束
目前的三維設(shè)計軟件大部分只能實現(xiàn)主線束直接與電連接器相連接的布線設(shè)計,這種方法不能直觀地反映出連接器點位的連接信息,而且也不能表示線束的布設(shè)路徑和空間排布,使得三維布線的效果不夠逼真,導致后期的工藝設(shè)計直觀性較差本文通過二次開發(fā)程序工具條,實現(xiàn)了三維環(huán)境下,調(diào)用預先設(shè)計好的接線表和器件表,通過XML創(chuàng)建功能模塊,將接線表和器件表轉(zhuǎn)化為程序可識別的XML格式文件,利用分組電子布線功能在整機中自動完成三維布線的方法,解決了目前電子整機布線設(shè)計的問題,使得布線設(shè)計與工藝設(shè)計緊密結(jié)合,可以直觀有效地驗證線束鋪設(shè)的路徑、轉(zhuǎn)彎半徑以及空間的排布。布線效果如圖4所示。
圖4 自動布線效果圖
2.5 鋪設(shè)電線
線束本身只代表一種路徑,它是空心的,里面沒有鋪設(shè)電線,其直徑也只是一個估計值,某些情況下與真實值存在很大的偏差,因此有必要在線束內(nèi)部鋪設(shè)電線根據(jù)電線的數(shù)量、直徑等信息精確計算出線束的直徑真實值、利用二次開發(fā)程序,能夠?qū)崿F(xiàn)電氣元件之間針腳至針腳的電線鋪設(shè),鋪設(shè)電線后的效果圖如圖5所示。
圖5 鋪設(shè)電線后的效果圖
本文在CATIA V5R20 SP7平臺的基礎(chǔ)上,通過二次開發(fā)實現(xiàn)了整機三維虛擬布線設(shè)計的裝配仿真和驗證直觀地反應了整機中三維線束的鋪設(shè)路徑和轉(zhuǎn)彎半徑等信息,使設(shè)計和工藝緊密結(jié)合,縮短了工藝規(guī)劃時間,提高了生產(chǎn)效率并降低了生產(chǎn)成本。解決了傳統(tǒng)電子整機布線設(shè)計的弊端,改善了整機電氣性能設(shè)計的可靠性。
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本文標題:基于CATIA的三維自動布線系統(tǒng)開發(fā)
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