基于Creo的飛行器電纜三維協同設計研究*

蔡 敏,王博哲,陳興峰,楊 攀

(湖北航天技術研究院總體設計所,武漢 430040)

基于Creo的飛行器電纜三維協同設計研究*

蔡 敏,王博哲,陳興峰,楊 攀

(湖北航天技術研究院總體設計所,武漢 430040)

針對飛行器電纜傳統設計方法存在效率低、偏差大、電纜走向不合理、設計階段難以估算質量特性等問題,文中在研究電纜設計原理及Creo三維電纜設計模塊的基礎上,給出了一種電纜三維協同設計方法,提高飛行器電纜設計效率和電纜網布局的合理性,對飛行器電纜設計有重要的推廣意義。文中以某飛行器艙段電纜設計為例,驗證了該方法的可行性。

飛行器;電纜;三維;協同設計

0 引言

火箭、導彈等航天飛行器上電纜包括控制系統電纜、遙測系統電纜,電纜將各分系統的單機設備、電源等連接成一個有機的整體,如同飛行器的“神經系統”,是飛行器的重要組成部分。目前國內飛行器結構設計已經普遍采用三維建模軟件設計,但由于電纜設計涉及電氣專業和結構專業協同工作,并沒有完全實現電纜的全三維協同設計。傳統的電纜設計方式需要設計師有較豐富的工程經驗并結合實物模裝,存在設計效率較低、設計階段難以估算質量特性及電纜敷設較為凌亂、無效長度冗余的問題。隨著數字化飛行器工業體系的推進及飛行器產品設計的研制周期要求,電纜設計已經成為飛行器產品研制周期的短線,需要一種新的方法提高飛行器電纜設計效率,縮短研發周期。

Creo是PTC公司的一款三維設計軟件,在航天行業應用較為廣泛,運用它的Schematics及Piping模塊能實現電纜的三維協同設計。文獻[1-4]主要介紹了Creo三維布線流程和方法等,文中在上述文獻的基礎上重點研究并闡述了基于Creo的電纜三維協同設計的原理及實現方法,并在某型號飛行器研制設計過程中,實際運用該方法進行電纜三維協同設計,得到了合理的電纜網分支、布局及各電纜長度,提高了電纜設計效率和準確性,對飛行器電纜三維協同設計有較高的參考價值。

1 飛行器電纜三維協同設計方法研究

1.1 飛行器電纜三維協同設計原理

飛行器電纜的三維協同設計是電氣專業和結構專業協同設計過程,必須打通兩個專業之間的接口才能實現。電氣專業完成其電氣原理設計后,在工具軟件里完成電路連接圖,導出能被結構三維設計軟件自動識別的格式文件并提供給結構專業,結構專業在三維設計軟件里布局相應的接插件和初步的布線網絡,再讀取電氣專業的電路連接圖,實現自動三維布線,并根據布線結果對布線網絡調整、優化,得到最合理的電纜布局和分支長度,最后將結果提供給電氣專業以完成詳細的電纜網設計。電纜三維協同設計工作原理主要流程如圖1所示。采用三維電纜協同設計具有以下幾方面的優點:

a)采用三維方式表達電纜網敷設及安裝,表達更加直觀,能有效避免飛行器艙段內電纜網敷設凌亂的問題。能給出合理、準確的電纜網分支長度,縮短電纜網研制周期;

b)飛行器方案論證、設計階段就可以準確分析電纜質量特性、安裝空間等;

c)可以實現電氣、結構專業之間的協同設計,減少接口數據的人工判讀,提高效率和準確性;

d)電纜修改更加容易,當飛行器艙段內單機結構發生變更時,電纜會隨之更新,修改起來更加直觀、快捷。

圖1 電纜三維協同設計工作原理流程

1.2 飛行器電纜三維協同設計步驟

電氣專業將電路連接圖通過接口文件的形式傳遞給結構專業,典型電路連接圖如圖2所示,結構三維設計軟件能夠根據接口文件的連接信息實現自動布線。在飛行器方案論證初期,由于電氣專業的電路連接圖完成時間較晚,結構專業也可以根據初步的設備布置方案進行手動布線,初步確定電纜網分支。

圖2 電路連接圖示意圖

電纜三維布線設計的主要步驟如圖3所示,主要包括以下幾個方面。

a)布線準備工作。主要包括裝配模型輕量化、接插件定義、線軸定義等。由于飛行器三維模型一般都較大,若直接使用完整的三維模型進行三維布線設計會導致軟件運行較慢、電纜顯示不完整甚至軟件崩潰,降低電纜三維布線效率,因此布線之前需將模型進行輕量化處理;電纜布線時需要定義完整的接插件,且接插件要有一個指定的坐標系為電纜接入點,Creo里規定坐標系的Z軸正向為電纜接入點,如圖4所示為某型號接插件示意圖。

圖3 電纜三維布線操作步驟示意圖

圖4 接插件示意圖

b)繪制network布線網絡。布線網絡是電纜三維布線的關鍵步驟,大部分布線能否成功都取決于布線網絡是否合理,布線網絡(network)規定了電纜的走向,包括分支節點、轉彎半徑等,圖5所示為某布線網絡(network)示意圖。

圖5 布線網絡示意圖

c)三維布線。電纜三維布線有兩種方式,自動布線和手動布線。完成接插件指定和繪制布線網絡后,三維設計軟件可以自動讀取、識別電氣專業的接口文件,自動完成電纜三維布線;若沒有接口文件,可以通過手動布線的方式選擇每根導線起點和終點,并選擇電纜敷設方式完成電纜三維布線,Creo的電纜敷設方式有簡單布線、沿網絡布線、沿管路等方式。

d)完善電纜信息。電纜布線設計完成后,需要對電纜增加修飾以完善電纜信息,包括增加電纜護套、卡箍,電纜捆扎等,如圖6所示為電纜修飾示意圖。

圖6 電纜修飾示意圖

1.3 飛行器電纜三維協同設計基礎工作

根據上述介紹可知,要實現飛行器三維電纜協同設計,需要完成一些基礎性工作,主要包括以下幾個方面:

a)數據無縫傳遞。飛行器上的控制、遙測電纜連接圖一般都比較復雜,如果讓結構設計人員人工讀取、理解再進行布線設計會導致效率低、且極容易出錯,因此電氣專業進行電氣原理圖設計、設備連接圖設計后應該向結構專業提供結構三維CAD設計軟件可以直接識別的接線表(如XML文件),該文件中包含了接插件信息(接插件型號、PIN腳號)、接插件間的連接關系、連接電線的規格(如直徑、顏色、最小拐彎半徑、單位長度重量)等。

b)建接插件庫。插接件是電纜的重要組成部分,三維電纜布線中,接插件不僅需要體現準確的幾何模型,還應具備電氣屬性,插接件信息的準確、完整與否,直接關系到后續設計的效率。

c)建導線庫。需要建立常用的導線,主要包括導線直徑、轉彎半徑、顏色、單位長度重量等信息。

d)建立電纜修飾元件庫。需要建立常用的電纜固定卡箍、電纜護套等元件,并形成系列。

2 應用實例

文中以某飛行器艙段為例,開展了三維電纜設計工作,主要工作流程如圖7所示。首先結構專業設計人員在Creo軟件里將飛行器艙段模型通過提取收縮包絡的方式輕量化,將單機、接插件布局到位后,在艙段內沿艙壁繪制初步的布線網絡,電氣專業設計人員根據總體要求完成控制、遙測系統原理設計、完成電纜連接圖,并以XML格式的數據接口文件傳遞給三維結構設計軟件,軟件讀取文件后驅動自動布線,會出現一部分導線布線走向不合理甚至失敗,此時再返回到繪制布線網絡步驟,對布線網絡進行調整、優化,主要包括網絡走向、轉彎半徑、分支節點設置等,再重新驅動三維布線,直到布線完成為止。圖8所示為艙段內電纜布局示意圖。通過三維電纜協同設計,提高了該飛行器艙段的設計效率和準確性。

圖7 某飛行器艙段三維電纜設計流程

圖8 某飛行器艙段電纜三維布線設計示意圖

與傳統的電纜設計方法相比,設計師不需要根據經驗估算電纜長度,電纜實物模裝顯得沒有那么迫切,電纜設計效率提高了至少3倍以上;設計師給的電纜分支長度準確度可達100%;同時減少了部分模裝試驗電纜產品,節約成本約30%。

3 小結

文中研究了基于三維設計軟件Creo的飛行器電纜三維協同設計方法,重點闡述了電纜三維協同設計原理、流程及主要步驟,在此基礎上,以某飛行器艙段設計為例,運用該方法實現了艙段內電纜三維協同設計,提高了艙段電纜設計效率和準確性,對飛行器電纜設計有重要參考借鑒意義,具有推廣價值。

[1] 范凱, 黃業平, 劉政, 等. 基于Pro/E軟件的衛星三維布局與電纜的協同設計 [J]. 航天器環境工程, 2015, 32(4): 390-394.

[2] 王志軍. 基于Pro/E軟件的衛星三維建模方法的探討 [J]. 航天器工程, 2007, 16(4): 46-50.

[3] 白曉東. Pro/CABLING三維布線實踐 [J]. 航天制造技術, 2006(3): 27-29.

[4] 刁常堃, 劉剛, 侯向陽, 等. 基于Pro/E軟件的電纜三維設計及制造方法 [J]. 信息化技術, 2013(2): 46-48.

[5] 郭林松, 邱兆義, 趙立博. 利用Pro/E進行三維布線工藝設計 [J]. 船電技術應用研究, 2014, 34(1): 5-7.

[6] 魏華賢, 李威, 徐浩, 等. 基于Pro/e的二次接線三維設計研究 [J]. 制造業自動化, 2014, 36(4): 23-26.

Research on 3D Collaborative Design of Aircraft Cable Based on Creo

CAI Min,WANG Bozhe,CHEN Xingfeng,YANG Pan

(Design Institute of Hubei Space Technology Academy, Wuhan 430040, China)

The traditional design method of aircraft cable had the problem as low design efficiency, large error, unreasonable cable way, difficult to estimate the quality characteristics in the design stage and so on. Based on the study of the principle of cable design and the 3D cable design module of Creo, the paper gave a cable 3D collaborative design method, which improved the efficiency and the rationality of cable network layout, and it is of great significance to the design of aircraft cable. Finally, the paper took an certain aircraft cabin cable design as an example to verify the feasibility of the method.

aircraft; cable; three-dimensional; co-design

2015-11-08

蔡敏(1987-),男,安徽蕪湖人,工程師,碩士,研究方向:飛行器結構設計。

TN702

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