CHS線束設(shè)計(jì)軟件功能簡(jiǎn)介及應(yīng)用前景

楊國(guó)超 吳澤民 茍斌

摘要：本文針對(duì)傳統(tǒng)汽車線束設(shè)計(jì)開發(fā)中存在的問題，介紹了CHS軟件的主要功能模塊以及基于CHS軟件的線束設(shè)計(jì)開發(fā)流程。同時(shí)說(shuō)明了基于CHS軟件的線束設(shè)計(jì)方法在汽車領(lǐng)域的重要意義。

關(guān)鍵詞：CHS;線束;設(shè)計(jì)流程

1 引言

線束為汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是汽車系統(tǒng)組成中重要且不可或缺的部分。目前國(guó)內(nèi)汽車線束設(shè)計(jì)主要應(yīng)用AutoCAD、ProE、uc和Catia等機(jī)械軟件完成，主要存在以下問題：

（1）二維設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)脫節(jié)

使用以上軟件進(jìn)行線束設(shè)計(jì)，各系統(tǒng)的電氣屬性關(guān)聯(lián)，與三維軟件的設(shè)計(jì)不能有效結(jié)合，無(wú)法通過接口將接線圖中的信息傳至三維環(huán)境中進(jìn)行自動(dòng)布線，無(wú)法生成與真實(shí)線束幾何尺寸相同的實(shí)體，無(wú)法協(xié)調(diào)電纜和線束通道，達(dá)到合理的總體布置效果。

（2）設(shè)計(jì)與仿真脫節(jié)

機(jī)械的軟件（如AutoCAD）與系統(tǒng)仿真軟件沒有數(shù)據(jù)接口，完成的設(shè)計(jì)沒有電氣屬性，無(wú)法進(jìn)行仿真分析，造成設(shè)計(jì)流程中仿真分析與設(shè)計(jì)脫節(jié)，電氣系統(tǒng)性能驗(yàn)證只能通過實(shí)驗(yàn)室物理驗(yàn)證、試飛驗(yàn)證和外場(chǎng)考核驗(yàn)證三種方式來(lái)完成，造成人力、物力和經(jīng)費(fèi)的巨大浪費(fèi)。

（3）自動(dòng)化程度不高，效率低下

機(jī)械軟件（如AutoCAD）沒有計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)功能，不能自動(dòng)進(jìn)行電氣規(guī)則、機(jī)械屬性匹配等檢查，無(wú)法自動(dòng)生成相關(guān)圖樣的明細(xì)表、導(dǎo)線表，設(shè)計(jì)員統(tǒng)計(jì)、協(xié)調(diào)的工作量很大而且容易出錯(cuò)，以致工作需要重復(fù)多次，效率低下;

（4）缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理

純機(jī)械軟件沒有數(shù)據(jù)庫(kù)的概念，與PDM的數(shù)據(jù)交聯(lián)也僅限于設(shè)計(jì)圖樣的保存，而不涉及電氣屬性，沒有電氣元器件庫(kù)、電氣標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、電氣器材庫(kù)、設(shè)計(jì)特征庫(kù)等內(nèi)容。車型配置豐富或設(shè)計(jì)更改時(shí)，由于缺乏有效的數(shù)據(jù)管理，往往出現(xiàn)設(shè)計(jì)或更改遺漏，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致等問題，不能保證設(shè)計(jì)或更改的完備性。

針對(duì)以上問題，國(guó)內(nèi)外各個(gè)汽車廠商陸續(xù)采用專用化的線束設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行線束設(shè)計(jì)，提高線束的設(shè)計(jì)水平。Mentor Grahpics公司的CHS（Capital Harness System）軟件作為設(shè)計(jì)平臺(tái)擁有先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案及合理人性化的設(shè)計(jì)流程，非常適合汽車線束設(shè)計(jì)工作。

2 CHS特征及應(yīng)用情況

CHS（Capifal Harness System）線束設(shè)計(jì)軟件涵蓋了電氣原理到線束工程化設(shè)計(jì)，直至最后生產(chǎn)制造的整個(gè)流程。CHS為整個(gè)設(shè)計(jì)流程提供了請(qǐng)打的數(shù)據(jù)管理功能，接線圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)域線束圖同步，自動(dòng)生成線束圖的接線表，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)高度重復(fù)，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的大量重復(fù)操作和人工操作，減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。其與線束三維布置設(shè)計(jì)通信，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣一體化設(shè)計(jì)。

CHS線束設(shè)計(jì)軟件特點(diǎn)如下：

基于以數(shù)據(jù)為中心（data-centric）的思想，支持廣泛使用的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，整個(gè)流程中所有的數(shù)據(jù)實(shí)施統(tǒng)一管理，可以被各個(gè)階段的設(shè)計(jì)軟件訪問;

先進(jìn)的線束設(shè)計(jì)理念如復(fù)合設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)派生、選項(xiàng)）、模塊化沒計(jì)等;

支持全面的數(shù)據(jù)管理，提供數(shù)據(jù)、項(xiàng)目、器件庫(kù)、用戶等管理功能;

支持功能強(qiáng)大的仿真和分析;

支持與主流MCAD、PDM軟件的連;

Mentor公司的CHS軟件在國(guó)內(nèi)外汽車領(lǐng)域有廣泛的用戶群。歐洲、美國(guó)和日本（一部分）的主流汽車廠商和線束廠商全部采用CHS的設(shè)計(jì)軟件做線束設(shè)計(jì)，包括標(biāo)致雪鐵龍、福特、馬自達(dá)、捷豹、現(xiàn)代汽車、沃爾沃、路虎、AFL、Delphi、Lear、Yazaki、Sumitomo等。國(guó)為汽車設(shè)計(jì)廠商使用CHS軟件主要包括：長(zhǎng)春一汽轎車股份有限公司、長(zhǎng)春一汽設(shè)計(jì)研究院;奇瑞汽車、東風(fēng)標(biāo)致雪鐵龍、長(zhǎng)安汽車，Lear中國(guó)線束廠、Delphi中國(guó)線束廠等。

3 CHS模塊介紹

CHS主要包括基礎(chǔ)管理模塊（數(shù)據(jù)庫(kù)管理）和設(shè)計(jì)工具模塊。其中基礎(chǔ)管理模塊包括Capital Project、 Capital Symhol、 Capital Lihrary、 Capital User，設(shè)計(jì)工具模塊包括Capital Logic、Capilal HarnessXC、 CHS CATIA V5 Bridge和Capital Report。

3.1 Capital Project（項(xiàng)目管理）

Capital Project是CHS的項(xiàng)目管理工具，主要用來(lái)設(shè)定項(xiàng)目的各種參數(shù)和管理設(shè)計(jì)，比如圖紙參數(shù)設(shè)定、發(fā)布等級(jí)設(shè)定、設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)定、命名規(guī)則設(shè)定，對(duì)象名稱屬性設(shè)定、圖紙變更策略、共享對(duì)象設(shè)定和圖紙版本管理。

3.2 Capital Symbol（符號(hào)庫(kù)管理）

Capnal Symhol是原理圖和線束圖的圖形符號(hào)的建庫(kù)工具，在Capital Symhol中可以建立不同類型的符號(hào)，定義電氣管腳號(hào)和外形，建立完成后可供原理圖、接線圖和線束圖調(diào)用。

3.3 Capital Library（庫(kù)管理）

Capital Lihrary是Part Numher建立工具，用來(lái)創(chuàng)建電氣設(shè)計(jì)中所用到的所有器件的PartNumher，并且該軟件為不同類型器件（Connector/wire/splice/clip/tube等）事先分類，并日.擁有不同類型的特性描述，比如連接器可定義孔位數(shù)、所用端子、適用導(dǎo)線、匹配插座（插頭）等，導(dǎo)線可定義線色、材料、規(guī)格、CSA等。

3.4 Capital User（用戶管理）

Capital LTser是CHS的用戶管理工具，CHS軟件的登陸是需要用戶名和密碼的，每個(gè)設(shè)計(jì)師和管理者都擁有自己的帳戶和密碼，并且有自己所屬的域和所具有的權(quán)限，Capital User就是用來(lái)建立和管理這些帳戶。

3.5 Capital Logic（原理，接線圖設(shè)計(jì)）

Capital Logic是一個(gè)易學(xué)易用的基于電氣特性的專業(yè)原理圖/接線圖設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)中的任何電氣對(duì)象（導(dǎo)線、連接器、設(shè)備）都是可以被軟件識(shí)別的，能夠?qū)λ须姎鈱?duì)象指定Pan Numher，支持高級(jí)自動(dòng)命名功能。

樹狀目錄結(jié)構(gòu)，瀏覽查詢方便，可直接調(diào)用CapiIal Symhol中建立的符號(hào)庫(kù)進(jìn)行繪圖，可用快捷鍵對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)對(duì)象進(jìn)行快速定位和縮放，支持鼠標(biāo)縮放、平移，筆劃命令，操作簡(jiǎn)單、快捷。

3.6 Capital HarnessXC（線束圖設(shè)計(jì)）

Capital HarnessXC是一個(gè)功能完善的線束設(shè)計(jì)工具，能夠從接線圖獲取連接器管腳互連信息和導(dǎo)線信息，能夠從CATIA獲取三維線束的拓?fù)浜头种чL(zhǎng)度信息，以及Clip、Tube、Tape等信息。在Capnal HarnessXC也可以編輯和定義所有的線束細(xì)節(jié)，比如改變分支長(zhǎng)度、改變保護(hù)方式、改變導(dǎo)線連接關(guān)系等等。Capital HarnessXC中還可以對(duì)連接器自動(dòng)選擇所用Terminal和Seal，自動(dòng)計(jì)算所有導(dǎo)線的長(zhǎng)度。所有生產(chǎn)用報(bào)告文檔可在CapitalReport中生成。圖紙可輸出成PDF格式或者dxf格式。

3.7 CHS CATIA V5 Bridge（與CATIA接口）

CHS CATIA V5 Bridge可實(shí)現(xiàn)CHS與Catia之間的數(shù)據(jù)交互。該接口又分成兩部分，第一個(gè)部分是接線圖與CATIA的接口，能夠?qū)⒔泳€圖的導(dǎo)線連接關(guān)系導(dǎo)人CATIA，將連接器進(jìn)行鏈接后布線，得到真實(shí)的導(dǎo)線信息后返回接線圖。對(duì)于交互式流程來(lái)說(shuō)，更重要的是第二部分接口，能夠?qū)ATIA的三維模型，導(dǎo)入到Capilal HarnessXC中，包括導(dǎo)線、連接器、線束包扎、Clip、Grommet等。

3.8 Capital Report（報(bào)告生成器）

Capital Report是用來(lái)輸出各種文檔報(bào)告的工具，可以從不同項(xiàng)日的接線圖、線束圖等圖紙中按照各種屬性查詢提取所需要的信息。并且提供“where used”查詢功能，即可以查詢到某器件在哪些圖紙上用到，具有信息跟蹤能力。文檔可輸出成pdf、csv （excel）、html、xml等格式。

4 CHS線束設(shè)計(jì)基本流程步驟

CHS軟件的設(shè)計(jì)流程為交互式的設(shè)計(jì)流程，主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)建立、接線圖和梳理物料表，其中三維數(shù)據(jù)接口縮短二維圖紙的設(shè)計(jì)時(shí)間，CHS提高了線束圖紙的一致性和可靠性，主要設(shè)計(jì)流程如下：

4.1項(xiàng)目創(chuàng)建

在開始系統(tǒng)功能型設(shè)計(jì)時(shí)，需要先創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，可進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則制訂和版本管理。使用CHS的Capital Project模塊，具體管理的內(nèi)容如下：

管理版本狀態(tài)

設(shè)計(jì)規(guī)則制訂

優(yōu)先選擇規(guī)則一包括設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（ DRc）、圖形符號(hào)及文字的字形、線形選定

預(yù)設(shè)命名一設(shè)置圖中器件屬性名稱

列表（ build list）一可以將一系列設(shè)計(jì)按照不同版本狀態(tài)組合在一起

共享對(duì)象一管理不同設(shè)計(jì)圖中共用的連接器、設(shè)備及互聯(lián)的導(dǎo)線。

設(shè)計(jì)管理一對(duì)Project目錄下的所有設(shè)計(jì)進(jìn)行編輯管理。

4.2建庫(kù)

在進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)之前，庫(kù)的建設(shè)同樣必不可少。其中包括Symhol和Lihrary兩種庫(kù)。

Symbol庫(kù)是設(shè)計(jì)圖中的圖形符號(hào)庫(kù)，由CHS的Capital Symbol完成。

Lihrary庫(kù)是與設(shè)計(jì)圖中器件、信號(hào)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品信息庫(kù)，由CHS的Capital Library完成。

4.3原理設(shè)計(jì)和接線設(shè)計(jì)

原理和接線圖設(shè)計(jì)由CHS軟件的CapitalLogic模塊完成。提供了標(biāo)準(zhǔn)的圖形化電氣設(shè)計(jì)環(huán)境，具有可擴(kuò)展的電氣設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，減少設(shè)計(jì)失誤。

4.4 線束圖設(shè)計(jì)

線束圖設(shè)計(jì)使用Capital HarnessXC模塊，繪制詳細(xì)的電纜圖。

4.5導(dǎo)出報(bào)告

在所有設(shè)計(jì)完成后，使用Capital Report模塊導(dǎo)出相關(guān)的設(shè)計(jì)報(bào)告和各種物料清單、電線表。

5 CHS使用評(píng)估

5.1強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能

CHS軟件的核心模塊是Capital Managei，與之相連接的是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都通過Capital Manager與數(shù)據(jù)庫(kù)相連。

CHS軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，具體表現(xiàn)在以下方面：

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)圖樣的管理，只有三維設(shè)計(jì)的進(jìn)入了VPM系統(tǒng)，二維圖紙沒有進(jìn)行足夠管理。與之相比，CHS可以很方便的進(jìn)行設(shè)計(jì)圖樣的版本管理，生命周期管理，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行批架次有效性管理。可訂制設(shè)計(jì)圖紙的審簽流程，可訂制電氣設(shè)計(jì)規(guī)則。可以將一系列設(shè)計(jì)按照不同版本狀態(tài)組合在一起，成為一個(gè)設(shè)計(jì)列表，便于查詢。若干設(shè)計(jì)人員可以對(duì)一個(gè)方案進(jìn)行并行工作，完成電氣圖樣設(shè)計(jì)，提高了工作效率。

對(duì)設(shè)計(jì)者角色、權(quán)限進(jìn)行管理，使每個(gè)人的設(shè)計(jì)目的更明確，進(jìn)行Capiral Logic設(shè)計(jì)的人，沒有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的元件進(jìn)行更改的權(quán)限。不會(huì)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)混亂的現(xiàn)象。

進(jìn)行報(bào)告管理，可以很方便的查詢?cè)O(shè)計(jì)中的任何一個(gè)元件或者電線的信息。可以進(jìn)行報(bào)告的導(dǎo)入和導(dǎo)出，這使得對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)更加方便，明細(xì)表、電線表、物料清單等自動(dòng)生成，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

Capital Lihrary所涵蓋的信息非常全面，提供了對(duì)各種類型設(shè)備的信息選項(xiàng)。如每種單根電線的線號(hào)、外徑、顏色、單位重量、客戶訂制顏色、供應(yīng)商及用戶標(biāo)識(shí)甚至是進(jìn)入連接器需要切割的長(zhǎng)度（add on、knock off選項(xiàng)）都訂制登記入庫(kù)。另外，可改變成品的狀態(tài)是新品、當(dāng)前貨架產(chǎn)晶還是已淘汰產(chǎn)晶，在進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)的時(shí)候，新品和已淘汰產(chǎn)品會(huì)自動(dòng)提示引起設(shè)計(jì)者的注意。

5.2規(guī)范的設(shè)計(jì)流程

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，二維設(shè)計(jì)圖樣與三維器件、線束安裝圖之間沒有信號(hào)的傳遞，為了在CATIA V5三維環(huán)境中敷設(shè)電纜，必須使用軟件自帶的EFD功能模塊，但該模塊以表格的形式進(jìn)行定義，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)定義，效率低、易出錯(cuò)，十分繁瑣。

CHS軟件與CATIA V5實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫連接，在CATIA V5電氣設(shè)計(jì)環(huán)境中嵌入了CHS的圖標(biāo)，

在CATIA V5中完成線束的敷設(shè)后，調(diào)入電線的接線信息，完成設(shè)備與邏輯關(guān)系之間的匹配，即可實(shí)現(xiàn)電線的自動(dòng)敷設(shè)，并將分支長(zhǎng)度等信息反饋到CHS當(dāng)中，完成最后的電纜圖和電線表，使設(shè)計(jì)的電纜長(zhǎng)度更加準(zhǔn)確，節(jié)省成本、減少了日后修改的工作量。

5.3軟件應(yīng)用特性

5.3.1提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性

CHS軟件具有白查功能，所有的器件和電線符號(hào)標(biāo)示均是唯一的，當(dāng)輸入一個(gè)重復(fù)的名稱時(shí)會(huì)自動(dòng)提示命名錯(cuò)誤。DRC設(shè)計(jì)規(guī)則檢查使得在功能圖設(shè)計(jì)中，沒有連接到設(shè)備端、冗余電線、設(shè)備命名不規(guī)范、共用管腳號(hào)沖突等不容易查出的錯(cuò)誤全部顯現(xiàn)出來(lái)，使得設(shè)計(jì)更加的準(zhǔn)確，減少校對(duì)的工作量。

5.3.2提高設(shè)計(jì)效率

在功能圖設(shè)計(jì)中，器件直接從svmbol庫(kù)中調(diào)用，連線自動(dòng)捕捉到設(shè)備上，能夠自動(dòng)走成規(guī)范線形。

設(shè)備和連線可作為一個(gè)整體進(jìn)行拖曳，與AuroCad設(shè)計(jì)相比，非常容易的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的移位和布局。

圖中所有的器件信息都在左側(cè)的工具欄內(nèi)顯示，與AutoCad設(shè)計(jì)相比，可以很方便的查詢?nèi)魏我粋€(gè)器件的位置并進(jìn)行修改，大大縮短了搜索查找的時(shí)間，提高了工作的效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽車電子電器系統(tǒng)日趨智能化復(fù)雜化，車輛的配置也日益豐富多樣化，這就極大的提高了電氣系統(tǒng)工程師（線束設(shè)計(jì)工程師）的工作量，同時(shí)對(duì)工程師的能力要求也越來(lái)越高。

汽車產(chǎn)品質(zhì)量，與電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和線束設(shè)計(jì)密切相關(guān)。當(dāng)前一般的電氣設(shè)計(jì)流程和方法：冗余繁雜的工程師手工工作、缺乏監(jiān)控的數(shù)據(jù)遷移、缺乏追蹤的版本變更、缺乏仿真驗(yàn)證手段、與三維設(shè)計(jì)與工程制造缺乏接口等問題，成了制約線束設(shè)計(jì)和產(chǎn)品研發(fā)的一個(gè)瓶頸。

CHS軟件具有良好的交互界面、結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)管理、規(guī)則的功能核查和先進(jìn)的設(shè)計(jì)流程，減少了工作中的錯(cuò)誤率，提高了工作效率，縮短了開發(fā)周期，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

在汽車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，應(yīng)用CHS軟件（或同類設(shè)計(jì)軟件）將會(huì)是汽車線束設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)。