軌道車輛布線設(shè)計方法的研究分析

軌道車輛布線設(shè)計方法的研究分析

Summary：現(xiàn)代化軌道車輛電氣系統(tǒng)是集網(wǎng)絡(luò)、控制、配電、高壓一體的綜合復(fù)雜的系統(tǒng)，線路是各個電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)，傳輸命令和動能，為了電氣系統(tǒng)高效安全地運行，布線設(shè)計就尤為重要。基于此，本文將分析軌道車輛歷來采用的主要布線設(shè)計方法，總結(jié)每種方法的特點。總結(jié)得出，基于CATIA的布線三維設(shè)計優(yōu)于二維設(shè)計，可以有效提高布線設(shè)計的精準度，提高生產(chǎn)制造效率，減少浪費降低成本。文章分類號：TM645.2Keys：軌道車輛；電氣布線設(shè)計方法；模塊化線束；三維設(shè)計軌道車輛布線設(shè)計方法有很多種，其中比較常用的有散放線、模塊化、三維集成模塊化三種設(shè)計方法，本文主要從繪圖工具、布線流程、布線效果三個方面分析三種布線設(shè)計的特點。1、散放線方式早期軌道車輛由于電氣部件較少，線路簡單，設(shè)計圖紙多集中在幾張圖幅上，對于電氣裝置、電氣線路設(shè)計界面不清晰，特別是布線工藝設(shè)計比較簡單，線路圖中只有線號、線徑。線路等簡單的線束信息做出要求，包括布線長度、線纜切割、剝線要求、接線端子壓接信息、電氣連接針腳或端子位置、絕緣耐壓試驗等均是現(xiàn)車進行布線，即電氣布線的線槽線管先裝上車、然后工人在現(xiàn)車進行布線配線、電氣設(shè)備安裝等，施工場地主要在車輛上現(xiàn)場實施完成。布線主要工藝流程如下所示：

經(jīng)過驗證，這種現(xiàn)車布線設(shè)計方法的缺點很明顯，線束制作環(huán)境比較亂，與其他工序同時進行，容易造成線束被踩壓破損，從而造成浪費，也存在安全隱患。1.1繪圖工具的選用早期的布線設(shè)計是設(shè)計師在二維層面進行，常以AutoCAD作為設(shè)計工具，利用CAD繪制布線圖紙，這種圖紙中只有線束的平面和斷面視圖，沒有線束和電氣設(shè)備、布線環(huán)境的相對位置信息，并且內(nèi)容不直觀，操作人員在讀圖的時候比較困難，降低了布線的設(shè)計精度。早期的布線設(shè)計也會帶來另外一些問題，例如無法展現(xiàn)線束空間的布置，從而導(dǎo)致在實際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)線束干涉的情況，降低了設(shè)計效率，增加了出錯率和返工幾率，加大生產(chǎn)成本和勞動力成本。1.2

散放線布線方法的特點（1）對于小批量生產(chǎn)任務(wù)，要求周期較短的項目可以，散放線布線方法可以大大縮短設(shè)計布線周期。（2）線束制作和安裝均是同一批操作工進行，減少布線工藝的各環(huán)節(jié)的配合時間差。總之散放線布線設(shè)計方法實施起來比較靈活多變。但是由于缺少各環(huán)節(jié)的細化，布線過程容易造成返工等。2、模塊化布線方法2.1模塊化布線方法的技術(shù)特征模塊化布線設(shè)計是集線槽、線束、防護、電氣連接為一體的電氣布線模塊，該電氣布線模塊按照車輛電氣設(shè)備接線要求，將線槽結(jié)構(gòu)、線束出線長度、防護要求、端部制作方式等關(guān)鍵技術(shù)要求設(shè)計為一體化布線集成產(chǎn)品（見圖1）。主要有以下主要特征：（1）采用線槽結(jié)構(gòu)、線束出線長度、防護要求、端部制作方式的集成化設(shè)計理念，線槽結(jié)構(gòu)和線束制作工藝可以采用地面準備模式，線槽和線束分為兩個模塊，獨立制作，再整體組成，實現(xiàn)了線槽組成、電氣布線的模塊化、集成化要求。（3）電氣模塊在地面完成線束總成后，再進行絕緣、耐壓和線線檢測測試，要求各項檢測參數(shù)符合TB/T1759－2016《鐵路客車配線布線規(guī)則》、TB/T3153—2007《鐵路應(yīng)用機車車輛布線規(guī)則》等標準規(guī)范。然后采用工裝將模塊化線槽整體安裝之車體上。（4）電氣模塊電氣接口清晰、電氣性能安全可靠、安裝方便快捷，便于制造和質(zhì)量控制。圖1

模塊化布線現(xiàn)車效果圖

布線主要工藝流程［1］：

2.1主要繪圖工具主要采用CAD作為模塊化線束設(shè)計工具，輔以3D設(shè)計工具，繪制的線路圖紙主要包括線束路徑圖、線路圖、線束表。其中路徑圖采用CAD，多角度呈現(xiàn)線束的路徑，線束線纜的詳細信息主要在線束表中進行表達，如線號、線徑、線束來源端和目的端、電纜端部壓接信息等（見圖2）。指導(dǎo)工藝進行線束的制作。圖2

模塊化線束制作表

2.2模塊化布線的特點有利于提高設(shè)計效率、設(shè)計質(zhì)量、布線質(zhì)量；（1）適應(yīng)軌道車輛布線設(shè)計系統(tǒng)化和模塊化的設(shè)計發(fā)展趨勢；（2）避免現(xiàn)車布線配線工序，有利于車輛電氣布線質(zhì)量提高，適應(yīng)精益制造生產(chǎn)要求；（3）采用線槽結(jié)構(gòu)及線束制作地面準備工藝，使總裝現(xiàn)場整潔化、工藝有序化；（4）提高車輛電氣系統(tǒng)的模塊化、集成化、系列化設(shè)計水平；（5）有利于整車總裝質(zhì)量和總裝進度控制。3、基于CATIA下的三維模塊化布線設(shè)計基于CATIA的電氣系統(tǒng)三維模塊化布線設(shè)計應(yīng)用于軌道車輛的電氣布線設(shè)計中，可以提高布線智能化與信息化的程度，最重要的是，相對于早期的使用2DAutoCAD的平面設(shè)計中只能靠想象和經(jīng)驗去估算布線空間和路徑，這種基于CATIA三維模塊化布線設(shè)計方法，可以在裝配好的三維布線機械模型中進行布線設(shè)計（見圖3），設(shè)計完成后可以檢查布線路徑是否有干涉，如有干涉再重新規(guī)劃路徑，直到布線的路徑達到合理，這種布線方法大大提高生產(chǎn)制造的效率，有效提高電氣布線設(shè)計水平。圖3

基于CATIA的三維模塊化布線3.1使用的繪圖工具三維設(shè)計軟件有很多，如：PRO/RSolidWorks等軟件，CATIA三維繪圖軟件功能強大，有很完善的電氣系統(tǒng)設(shè)計功能，該功能廣泛應(yīng)用于很多行業(yè)的電氣系統(tǒng)設(shè)計和三維裝配。現(xiàn)在經(jīng)常使用的CATIA電氣模型一般包括以下幾個：（1）電氣零部件庫（裝配體和零部件）（2）線束敷設(shè)（3）線路的定義（4）線束平面展開通過CATIA的以上四個電氣模塊對軌道車輛布線展開設(shè)計。一般設(shè)計流程如下［2］：

3.2基于CATIA下布線設(shè)計的特點：（1）通過三維仿真布線可以提前發(fā)現(xiàn)布線中的不合理，能將問題在設(shè)計階段進行暴露和解決，避免生產(chǎn)中返工和材料浪費。（2）通過仿真的布線三維可以精確地計算線束長度，減輕下料時間和勞動強度，提高生產(chǎn)效率、節(jié)約材料。（3）設(shè)計階段準備時間長，對于項目進度比較快的項目，會在時間上不能很好滿足生產(chǎn)計劃。4、總結(jié)通過對以上三種線束設(shè)計方法的分析比較可以得出以下結(jié)論：基于CATIA的三維模塊化布線設(shè)計方法優(yōu)于另外兩種，如今的軌道車輛設(shè)計精度要求不斷提高和設(shè)計周期的不斷縮短，要求我們在設(shè)計環(huán)節(jié)必須高度準確，設(shè)計參數(shù)必須準確齊全，這樣在工藝施工階段才會減少線束路徑不對，線束長度不對等會造成返工、停工等嚴重耽誤生產(chǎn)計劃的情況發(fā)生。基于CATIA下的三維模塊化布線設(shè)計方法很好地解決以上這些問題，這種方法在設(shè)計階段時線束布線環(huán)境就采用車體、內(nèi)裝設(shè)備等三維模型，布線路徑、布線空間清晰明了，可以選擇最優(yōu)布線路徑，而且可以精確計算出線束長度，給工藝下線提供準確數(shù)據(jù)，不僅減少材料浪費，還能大大提高生產(chǎn)效率。5．Reference［1］湯恒舟，鐵路客車電氣模塊化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用研究［J］，鐵道車輛，2008(46):13-16.［