基于ProECabling的三維電纜布線(xiàn)設(shè)計(jì)

1、基于Pro/E Cabling的三維電纜布線(xiàn)設(shè)計(jì)（一） 2010-06-22 22:21:56  作者： 一汽解放公司無(wú)錫柴油機(jī)廠(chǎng) 陸曉燕 陳波寧 季峰  來(lái)源：智造網(wǎng)助力中國(guó)· 在產(chǎn)品數(shù)字化的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，構(gòu)建電氣數(shù)字化模型的原理圖是通過(guò)Pro/ENGINEER Diagram模塊來(lái)創(chuàng)建，線(xiàn)纜模型則通過(guò)Pro/ENGINEER Cabling三維布線(xiàn)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用Pro/ENGINEER Cabling的三維布線(xiàn)技術(shù)，可在Pro/ENGINEER組件中定義3D電纜線(xiàn)束，同時(shí)三維布線(xiàn)可與電氣及機(jī)械元件的設(shè)計(jì)和裝配同步進(jìn)行，極大提高全數(shù)字化設(shè)計(jì)進(jìn)

2、程。 一、引言CAD/CAM技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，使制造業(yè)發(fā)生了全面、根本性的變革，使傳統(tǒng)的制造業(yè)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，在全球范圍內(nèi)受到普遍關(guān)注和重視。同時(shí)，在全球數(shù)字化的時(shí)代背景下，我國(guó)制造業(yè)逐步運(yùn)用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)字化形式的開(kāi)發(fā)，先從二維的方式進(jìn)行“甩圖板”工程，目前更是以三維的方式進(jìn)入數(shù)字化虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)階段，可以說(shuō)數(shù)字化的設(shè)計(jì)推動(dòng)著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的升級(jí)。系統(tǒng)整體的數(shù)字化開(kāi)發(fā)離不開(kāi)電氣系統(tǒng)的數(shù)字化，Pro/ENGINEER不僅擁有設(shè)計(jì)原理圖的Diagram模塊，還有構(gòu)建線(xiàn)纜模型的Pro/ENGINEER Cabling三維布線(xiàn)模塊，利用Cabling的三維布線(xiàn)技術(shù)，可在Pro/ENGINEER裝配

3、組件中定義三維的電纜線(xiàn)束，并且三維布線(xiàn)可與電氣及機(jī)械元件的設(shè)計(jì)與裝配同步進(jìn)行。二、三維布線(xiàn)軟件應(yīng)用與現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外學(xué)者與工程師從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，開(kāi)始利用CAD技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)線(xiàn)纜束數(shù)字化設(shè)計(jì)和規(guī)劃進(jìn)行研究。在Caudell等提出了將虛擬環(huán)境與線(xiàn)纜布線(xiàn)相結(jié)合的思想以后，Loock等在前人工作的基礎(chǔ)上提出了線(xiàn)纜彈簧模型，并對(duì)不同剛度的線(xiàn)纜在承受重力的狀態(tài)下進(jìn)行仿真模擬，取得了較好的效果。Hergenrother等也從動(dòng)力學(xué)的角度，開(kāi)發(fā)了一套在虛擬環(huán)境下的實(shí)時(shí)線(xiàn)纜裝配布線(xiàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)頭盔顯示器以及三維鼠標(biāo)等設(shè)備與系統(tǒng)交互，并對(duì)虛擬環(huán)境下進(jìn)行線(xiàn)纜布線(xiàn)的效率進(jìn)行了檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)纜靜態(tài)干涉檢測(cè)。

4、但只能驗(yàn)證線(xiàn)纜布局設(shè)計(jì)的可行性，并沒(méi)有對(duì)虛擬環(huán)境下的線(xiàn)纜布線(xiàn)規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行更深一步的研究。目前商業(yè)化的3D設(shè)計(jì)軟件主要還是以Pro/ENGINEER、NX和CATIA等軟件為主導(dǎo)，而且這些軟件都基本提供了電氣設(shè)計(jì)模塊，電氣布線(xiàn)設(shè)計(jì)軟件的選擇主要根據(jù)之前采用三維的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，這樣方便三維模型的導(dǎo)入和進(jìn)行線(xiàn)束的三維布置，有些軟件也支持其他原理圖構(gòu)建的邏輯圖，只是需要轉(zhuǎn)換格式，而且這方面運(yùn)用也不是很成熟，一般還是沿著機(jī)械設(shè)計(jì)選用的軟件，再使用其中的原理圖模塊與布線(xiàn)模塊。三、Pro/ENGINEER Cabling三維布線(xiàn)設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)Harness的3D化，同時(shí)與我廠(chǎng)機(jī)械三維Pro/ENGINE

5、ER Wildfire開(kāi)發(fā)的模型數(shù)據(jù)結(jié)合，所以采用Pro/Cabling軟件進(jìn)行柴油機(jī)電氣線(xiàn)束設(shè)計(jì)。Pro/ENGINEER軟件的線(xiàn)束設(shè)計(jì)模塊具有強(qiáng)大的線(xiàn)束設(shè)計(jì)功能，而且軟件的3D設(shè)計(jì)環(huán)境與2D線(xiàn)束工程圖生成環(huán)境互相關(guān)聯(lián)，在任何一個(gè)環(huán)境中所作的改變，都會(huì)體現(xiàn)在另一個(gè)環(huán)境中，這減少了更改機(jī)械及電訊設(shè)計(jì)時(shí)出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。而且Cabling可以從電氣原理圖和ASCII文本文件中獲取電訊的接線(xiàn)信息，實(shí)現(xiàn)與電訊數(shù)據(jù)的融合。圖1為Pro/ENGINEER軟件的線(xiàn)束設(shè)計(jì)工作流程圖，從邏輯圖中提取邏輯信息的能力極大地推動(dòng)了線(xiàn)束數(shù)字化設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。1.建立布線(xiàn)環(huán)境三維布線(xiàn)包括Harness(線(xiàn)束)的創(chuàng)建、Spool

6、(線(xiàn)纜規(guī)格)的創(chuàng)建、Feature(具體線(xiàn)纜)的創(chuàng)建、Component(接插件或者元件)的創(chuàng)建和進(jìn)入布線(xiàn)設(shè)計(jì)等幾個(gè)步驟。但是這幾個(gè)步驟不是每個(gè)都是必須的，如果線(xiàn)纜規(guī)格已在原理圖中創(chuàng)建，就不需要?jiǎng)?chuàng)建，直接讀取就可以。布線(xiàn)模塊只存在于裝配組件的模式下，在零件模式下并沒(méi)有。所以需要?jiǎng)?chuàng)建裝配組件，然后選擇“應(yīng)用程序”“電纜”，進(jìn)入電纜設(shè)計(jì)模式，如圖2所示。線(xiàn)束在裝配組件里是作為一個(gè)零件、一個(gè)prt文件，是組件的零件，但不能獨(dú)立作為零件打開(kāi)。線(xiàn)束模塊也不能在“零件”模式中打開(kāi)。對(duì)于制造輸出，零件需從組件中抽取，并表示成平整零件。如圖3所示創(chuàng)建線(xiàn)束零件，在菜單管理器中選擇“電纜”“線(xiàn)束”“創(chuàng)建”。隨后“

7、新建”對(duì)話(huà)框打開(kāi)(如圖4所示)，缺省情況下，在“類(lèi)型”、“零件”和“子類(lèi)型”下，“線(xiàn)束”已被選取，另外在“新建”對(duì)話(huà)框上的其他選項(xiàng)都為灰色顯示，無(wú)法選用。在“名稱(chēng)”框中，為新線(xiàn)束零件鍵入名稱(chēng)，隨后進(jìn)行模板的選擇，如果要用缺省的模板，單擊“確定”，這樣Pro/ ENGINEER會(huì)打開(kāi)一個(gè)新線(xiàn)束零件。如果要使用定制的模板，需要在去除對(duì)話(huà)框中的“使用缺省模板”復(fù)選框，然后單擊“確定”。打開(kāi)“新文件選項(xiàng)”對(duì)話(huà)框(如圖5所示)，然后瀏覽到所需模板，并選擇相應(yīng)的模板。如果需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)獨(dú)立的電纜線(xiàn)束，可以選擇“設(shè)置”“創(chuàng)建子配線(xiàn)(線(xiàn)束)”。2.構(gòu)建三維裝配結(jié)構(gòu)新線(xiàn)束零件創(chuàng)建完后在模型樹(shù)里是活動(dòng)線(xiàn)束或工作線(xiàn)束

8、，顯示在圖形窗口的右下角(如圖6所示)，也可在組件中創(chuàng)建多條線(xiàn)束，但是每次只有一個(gè)線(xiàn)束是活動(dòng)的。在電纜組件中，只可選取和編輯活動(dòng)線(xiàn)束的電纜圖元，所創(chuàng)建的任何項(xiàng)目都保存到活動(dòng)線(xiàn)束中。線(xiàn)束零件創(chuàng)建完成后，需要在線(xiàn)束裝配組件中添加電氣接插件與元件，將他們按照布置要求進(jìn)行裝配，如圖7所示。顯示線(xiàn)纜顏色可以在配置文件里設(shè)置，也可以從外觀(guān)編輯器中打開(kāi)，如圖8所示讀入電纜顏色文件，如果不進(jìn)行讀取電纜顏色文件或進(jìn)行配置文件，線(xiàn)纜的顏色將不會(huì)得到正確的顯示。布線(xiàn)的線(xiàn)纜規(guī)格可以使用“電纜”“線(xiàn)軸”“創(chuàng)建”，向數(shù)據(jù)庫(kù)中添加新的線(xiàn)軸定義，但是創(chuàng)建原理圖的過(guò)程中已經(jīng)設(shè)計(jì)了線(xiàn)纜規(guī)格，這里不需要再新建，可以直接從邏輯參照中

9、將其讀入，如圖9所示使用“創(chuàng)建”“從邏輯”，從指定的邏輯參照中引入選定線(xiàn)軸。注意：線(xiàn)纜特征的創(chuàng)建與線(xiàn)纜規(guī)格的輸入類(lèi)似，可以使用“電纜”“特征”“創(chuàng)建”“電線(xiàn)”或“電纜”，向線(xiàn)束中添加電線(xiàn)和電纜。同樣，在Diagram原理圖設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)設(shè)計(jì)過(guò)線(xiàn)纜的特征，可以直接輸入邏輯參照，使用“從邏輯”命令輸入電纜，否則Pro/ENGINEER系統(tǒng)將提示您鍵入一個(gè)新的電線(xiàn)或電纜名。3.創(chuàng)建接插件元器件布線(xiàn)原理圖里創(chuàng)建的元器件是符號(hào)，而這里新建的電氣元件是對(duì)應(yīng)原理符號(hào)的三維，這是線(xiàn)束三維連接的目標(biāo)。使用“電纜”“元件”命令(如圖10所示)，進(jìn)入元件的創(chuàng)建過(guò)程。隨后在Pro/ENGINEER的右上角會(huì)彈出元件菜單管

10、理器(如圖11所示)，使用“指定”，將組件中的3D零件指定為連接器，如圖12所示。同時(shí)，可以向元件定義中添加參數(shù)設(shè)置，使元件成為電纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)，插針級(jí)參數(shù)可在使用邏輯參照從布線(xiàn)原理圖中讀取時(shí)指定。由于線(xiàn)束的復(fù)雜材料構(gòu)成，加上線(xiàn)纜的柔性結(jié)構(gòu)對(duì)于布線(xiàn)設(shè)計(jì)與裝配規(guī)劃帶來(lái)了構(gòu)建數(shù)字模型的復(fù)雜度，可以通過(guò)配置模型樹(shù)(如圖13與圖14所示)，這樣在今后的布線(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中可以提供定制和顯示大量有用的信息，方便將模型樹(shù)的配置保存。四、結(jié)論本文主要簡(jiǎn)單介紹了Pro/ENGINEER Cabling的三維布線(xiàn)繪制環(huán)境的建立、Harness(線(xiàn)束)的創(chuàng)建、Spool(線(xiàn)纜規(guī)格)的創(chuàng)建、Feature(具體線(xiàn)纜)的創(chuàng)

11、建及Component(接插件或者元件)的創(chuàng)建，線(xiàn)束的3D設(shè)計(jì)帶來(lái)了電氣數(shù)字化設(shè)計(jì)的變革，將以往電氣連接設(shè)計(jì)只能在二維空間上體現(xiàn)向3D空間轉(zhuǎn)換，極大提高了電氣工程師的電氣設(shè)計(jì)能力，也增加了機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)的集成度與關(guān)聯(lián)度?；赑ro/ENGINEER Cabling的三維電纜布線(xiàn)設(shè)計(jì)(二) 2010-07-11 13:16:37  作者： 一汽解放公司無(wú)錫柴油機(jī)廠(chǎng) 陸曉燕 陳波寧 季峰  來(lái)源：智造網(wǎng)助力中國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新· 作為Pro/ENGINEER軟件里電氣布線(xiàn)的專(zhuān)業(yè)模塊，也是線(xiàn)纜三維數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)鍵的一部分，Cabling電氣布線(xiàn)設(shè)計(jì)

12、是布線(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的重要部分，而線(xiàn)束的布線(xiàn)走向是實(shí)現(xiàn)線(xiàn)束三維的最后一步，也是整個(gè)線(xiàn)束數(shù)字化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，Harness的三維模型為整機(jī)全數(shù)字化設(shè)計(jì)提供了完整的數(shù)字化線(xiàn)束模型。 一、Pro/ENGINEER Cabling布線(xiàn)設(shè)計(jì)建立布線(xiàn)環(huán)境、輸入邏輯參照、構(gòu)建電氣元器件等建立好之后，開(kāi)始進(jìn)入布線(xiàn)的過(guò)程，布線(xiàn)分為手動(dòng)布線(xiàn)與自動(dòng)布線(xiàn)。布線(xiàn)的具體流程如圖1所示。二、線(xiàn)纜設(shè)計(jì)及通路向三維裝配模型中添加電纜，首先選取要布線(xiàn)的電纜，然后使用光標(biāo)沿著電纜路徑添加位置。第一個(gè)位置和最后一個(gè)位置通常是連接器元件的入口端。電纜路徑上的位置可以是自由位置或從屬位置。移動(dòng)電纜時(shí)，自由位置隨之移動(dòng)。從屬位置在電纜與相對(duì)元

13、件的偏移之間建立關(guān)聯(lián)，如果編輯元件尺寸，電纜長(zhǎng)度或位置也進(jìn)行相應(yīng)的修改，所敷設(shè)的電纜被添加到當(dāng)前工作線(xiàn)束中，使用“電纜”“布線(xiàn)”菜單上的命令啟動(dòng)交互式布線(xiàn)過(guò)程，如圖2所示。電纜的個(gè)別導(dǎo)線(xiàn)敷設(shè)到代表插針的入口端。單擊“電纜”“布線(xiàn)”，出現(xiàn)“選取纜”菜單，如圖3所示?！斑x取”對(duì)話(huà)框同時(shí)打開(kāi)，選取電線(xiàn)，單擊“確定”完成電纜選取。出現(xiàn)“選取纜”、“添加纜”和“添加纜選取”菜單。如果有邏輯參照，可在參照數(shù)據(jù)中選取敷設(shè)到連接器上的那些電線(xiàn)。創(chuàng)建要添加到設(shè)置中的電纜或電線(xiàn)，如圖4所示。自動(dòng)布線(xiàn)是在邏輯參照的基礎(chǔ)上，導(dǎo)線(xiàn)或電纜通過(guò)預(yù)定義的網(wǎng)絡(luò)(導(dǎo)線(xiàn)槽)，自動(dòng)連接到相應(yīng)的元器件上。網(wǎng)絡(luò)功能類(lèi)似于公共路徑，如圖5

14、所示。系統(tǒng)在自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)會(huì)自動(dòng)沿著這個(gè)路徑，以最短的距離將相應(yīng)的元器件連接。如果自動(dòng)的路徑不能滿(mǎn)足要求，也可以人工制定。網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建方法類(lèi)似于手工布線(xiàn)，來(lái)創(chuàng)建公共路徑。選擇網(wǎng)絡(luò)“操作”“布線(xiàn)”，使用與手工布線(xiàn)相同的技巧完成網(wǎng)絡(luò)的布線(xiàn)，如圖6所示。布線(xiàn)時(shí)注意以下規(guī)則：使用合適的位置點(diǎn)，當(dāng)然也要避免過(guò)多的位置點(diǎn);使用位置location選項(xiàng)連接網(wǎng)絡(luò);對(duì)于每個(gè)軸只用一次通過(guò)軸Along Axis選項(xiàng);布網(wǎng)絡(luò)之前再生裝配。類(lèi)似于手工布線(xiàn)，使用“電纜”“布線(xiàn)”命令將電纜和電線(xiàn)添加到布線(xiàn)設(shè)置。出現(xiàn)“選取纜”、“添加纜”和“添加纜選取”菜單。在“添加纜選取”菜單中，單擊“選取”，“選取”對(duì)話(huà)框打開(kāi)。選取電纜或電

15、線(xiàn)，然后單擊“確定”。在“選取纜”菜單中，單擊“完成選取”，出現(xiàn)“纜路徑”菜單，單擊“自動(dòng)布線(xiàn)”。Cabling自動(dòng)敷設(shè)已選為在網(wǎng)絡(luò)中布線(xiàn)的電纜，出現(xiàn)“自動(dòng)布線(xiàn)”菜單。缺省情況下，Pro/ENGINEER自動(dòng)使用最短的路徑來(lái)完成布線(xiàn)，但有時(shí)這樣的布線(xiàn)可能不能滿(mǎn)意，需要調(diào)整布線(xiàn)的策略達(dá)到目的。選擇網(wǎng)絡(luò)操作，然后選擇一種策略。所需位置：布線(xiàn)必須通過(guò)的位置，如圖7所示;主位置：布線(xiàn)盡可能通過(guò)的位置;次位置：當(dāng)主位置不可能時(shí)，使用該次位置;不允許位置：布線(xiàn)不允許通過(guò)的位置;Reset All重設(shè)所有：清除所有設(shè)置。三、線(xiàn)纜的修改在三維布線(xiàn)時(shí)，需要經(jīng)常修改導(dǎo)線(xiàn)或者電纜，修改導(dǎo)線(xiàn)名稱(chēng)可以通過(guò)在導(dǎo)線(xiàn)標(biāo)記處右

16、鍵單擊，出現(xiàn)下拉菜單“修改”， 或者如圖8所示，同時(shí)在右側(cè)出現(xiàn)修改菜單，如圖9所示。同時(shí)修改導(dǎo)線(xiàn)的電氣參數(shù)時(shí)，可以通過(guò)“電纜線(xiàn)”菜單下的“線(xiàn)軸”“編輯”，如圖10所示，然后在出現(xiàn)的電氣參數(shù)窗口中修改相應(yīng)導(dǎo)線(xiàn)的參數(shù)，修改導(dǎo)線(xiàn)的連接位置，如圖11 所示。四、三維布線(xiàn)圖12為三維布線(xiàn)設(shè)計(jì)完成的效果圖，通過(guò)手動(dòng)布線(xiàn)與自動(dòng)布線(xiàn)，使得Pro/ENGINEER的三維布線(xiàn)設(shè)計(jì)更加完善。同時(shí)運(yùn)用Pro/Diagram原理邏輯圖，在布線(xiàn)時(shí)注意線(xiàn)束與傳感器之間的邏輯關(guān)系與名稱(chēng)即可，這樣可以避免每次設(shè)置接插件的屬性與Pro/ENGINEER中的接插件對(duì)應(yīng)，大大減輕設(shè)計(jì)的時(shí)間。自動(dòng)布線(xiàn)需要根據(jù)Pro/Diagram設(shè)計(jì)好的邏輯關(guān)系圖，運(yùn)用Pro/Diagram畫(huà)原理接線(xiàn)圖，設(shè)計(jì)清晰的線(xiàn)束和接插件的邏輯關(guān)系，這樣雖然前期設(shè)計(jì)工作比較費(fèi)時(shí)，但是完整精確的邏輯關(guān)系圖可以極大糾正線(xiàn)束連接出現(xiàn)的錯(cuò)誤，而且在Pro/Diagram定義好的接插件模型名屬性與Pro/ENGINEER環(huán)境中的模型名對(duì)應(yīng)之后，系統(tǒng)將自動(dòng)布線(xiàn)自動(dòng)匹配它們的邏輯關(guān)系，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)布線(xiàn)創(chuàng)建的Network來(lái)規(guī)定線(xiàn)纜的共同路徑。NetWork功能類(lèi)似于線(xiàn)束的公共路徑，系統(tǒng)在自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)會(huì)自 動(dòng)沿著這個(gè)路徑，以最短的距離將相應(yīng)的元器件連接。如果自動(dòng)的路徑不能滿(mǎn)足要求，也可以人工制定。Pro/Cabling設(shè)計(jì)過(guò)程中先定義NetWork路