一種基于CATIA V6三維模板的電纜組件建模方法

王馳鵬 劉建軍 劉緒弟

摘 要：電纜組件一般依托于產品結構模型進行三維建模，對于多廠家聯合開發的電子產品系統級互聯電纜組件，由于各子系統研制廠家缺少主系統模型，子系統間互聯電纜三維建模在現有三維布線設計平臺中存在“斷點”。文章通過分析柔性電纜建模相關的要素，基于CATIA V6平臺進行二次開發，提出了一種不依賴于產品結構三維模型的電纜組件獨立三維建模方法。

關鍵詞：三維布線；電纜組件；CATIA；二次開發

中圖分類號：TP391.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0127-03

Abstract： Cable assembly is generally based on the product structure model for three-dimensional modeling. For the joint development of multi-manufacturers of electronic product system-level interconnection cable assembly， due to the lack of the main system model of the sub-system manufacturers， there are "breakpoints" in the 3D modeling of inter-subsystem cables in the existing 3D cabling design platform. Based on the secondary development of CATIA V6 platform， an independent 3D modeling method for cable components independent of the 3D model of product structure is proposed by analyzing the factors related to flexible cable modeling.

Keywords： 3D wiring； cable assembly； CATIA； secondary development

1 概述

三維數字化設計與制造技術已在眾多電子設備廠家進行了廣泛的應用。在產品設計過程中，依托三維數字化設計平臺，實現了多專業協同設計與模型仿真分析，提高了設計質量，有效縮短產品開發周期；在產品實現過程中，通過BOM轉換，實現以MBOM為基礎的制造，為計劃決策、材料采購、生產排程、資源調度、物料準備、數據統計等生產活動提供全程數據支撐。三維數字化設計與制造技術已成為電子設備廠家產品開發不可或缺的技術手段。

柔性電纜組件是電子設備系統級互聯的重要組成部分，電纜組件三維建模是產品建模的重要組成部分，對后續的工藝性審查、可制造性分析及實現全產品三維數字化制造不可或缺。目前，多廠家聯合開發的電子設備系統級互聯電纜組件，各子系統研制廠家一般無法獲取主系統模型，子系統間互聯電纜三維建模在現有三維布線設計軟件中存在“斷點”。針對缺少模型的單個柔性電纜組件三維建模，需要在現有的布線軟件平臺上尋求新的解決辦法。

2 電纜組件建?，F狀

電纜組件三維建模一般通過三維設計軟件中的布線功能模塊完成，常用的具備三維布線功能的三維設計軟件有CATIA、UG、PRO/E和SOLIDWORKS等。線纜建模流程為：（1）構建產品結構模型；（2）依托結構模型進行線纜空間敷設建模；（3）抽取電纜組件；（4）電纜組件編輯、三維標注。通過三維布線模擬真實產品電纜裝配場景，對產品布局方案、防護處理、電纜空間等進行檢查、優化；使其在滿足設計性能參數的同時，具備較高的制造性、可維修性及實現較好的成本控制。

目前，三維布線應用場景在柔性電纜建模方面還存在一定的局限性。由于保密、軟件兼容性、任務分工等原因，特別是大型特種任務設備，作為載荷平臺的艦船、車輛、飛機等主機廠不生產特種任務設備，主機廠只負責載荷設備、系統管路和系統電纜敷設空間設計與裝機；設備供應商無法獲取載荷平臺模型及與主機廠開展實時跨廠家協同進行電纜組件三維建模設計，設備供應商一般是根據與主機廠確定的互聯接口控制文件與電纜編號、長度清單，采用AutoCAD進行電纜組件二維圖設計。基于三維設計軟件現有布線功能、流程，對電纜組件進行獨立三維建模，耗時費力，其效率遠遠低于AutoCAD二維設計，僅以接口定義和長度為輸入條件的獨立組件三維布線不具備經濟性；同時，AutoCAD二維設計圖、表分離，無法實現電纜設計數據結構化，與目前基于MBOM數據的制造模式存在不可調和的矛盾。因此，在三維布線設計平臺中構建一種快速高效的單個電纜組件獨立建模方法，是所有開展三維數字化設計與制造工作廠家三維布線需要解決的問題。

3 獨立電纜組件建模方法研究

3.1 電纜組件建模過程分析

電纜組件三維建模過程主要包括輸入數據準備、模型創建、輔料與技術標注添加。分析、研究電纜組件設計有關要素、過程， 基于CATIA V6的電纜組件詳細設計過程新舊模式對比分析見表1。制約單個組件快速獨立進行三維建模設計的因素主要有以下兩個方面：（1）在沒有設備結構模型作為邊界參考，對于長達數米甚至數百米的電纜組件，難以實現對電纜組件長度與分支點位置的精確建模；（2）電纜組件制造所需的導線、防波套等物料數據提取自電纜三維模型，難以獲得準確的物料數據。針對存在的問題，利用CATIA V6良好的接口開放性，利用軟件已開放的API進行CAA二次開發，電纜組件模型采用復制已有相似模型進行創建，采用尺寸標注對組件分支點、分支長度進行控制；放棄軟件默認導線數據獲取功能，采用CAA二次開，根據尺寸標注值創建制造實際需要長度的導線特征。

3.2 模板創建

通過3.1中表1對比分析，歸納、構建典型電纜組件線束模型模板是開展單個電纜組件高快速高效建模的關鍵。收集、分類歸納電纜組件典型形態，構建一分一、一分多、二分二、射頻集束、高低頻混裝等典型三維電纜組件模板，與A0至A4的圖紙規格進行適配，并考慮非典型情況時可自定義添加電纜組件模板，構建適應企業產品特點的柔性電纜組件模板庫。模板庫的構建完全采用CATIA V6的OOTB功能實現，保證庫的構建、管理及后續組件創建、編輯等過程，與基于CATIA結構模型進行電纜組件三維建模設計使用的功能完全兼容。

3.3 組件布線流程

基于CATIA V6三維模板的電纜組件建模設計流程圖如圖1所示。

在單個柔性線纜組件建模設計過程中，首先獲取經電氣設計師確認過的電氣接口定義、長度，根據電纜組件連接器數量選擇數量一致，線束網絡構成相似度高的組件模板作為設計參考對象；CAA開發功能調用模板，創建新電纜組件，根據輸入條件同步替換連接器、尾附件模型；并對電纜組件進行編輯，進行線、纜工藝性檢查；應用CATIA軟件OOTB功能創建標識、護套；根據外部輸入尺寸值對電纜組件各分支長度采用假尺寸進行標注；最后，調用CAA開發功能，以標注假的尺寸為驅動創建組件導線特征，并進行技術標注，以滿足最終實物制造需求。

3.4 電纜組件建模應用

經過對CATIA V6資源庫進行適應性配置與二次開發，使其三維建模設計功能更加完善，可以參考產品結構三維模型進行電纜三維建模，也可以對單個電纜組件進行獨立三維建模設計。為了對電纜組件獨立建模的可行性進一步進行驗證，三維布線能力建設團隊選取了某課題的系統級互聯電纜進行了實際建模應用，建模模型詳見圖2、圖3。

通過具體研制課題應用驗證，基于CATIA V6三維模板的電纜組件建模方法能夠滿足我所交付主機廠安裝的系統級互聯電纜組件三維建模設計需求，改變了電纜組件設計中使用二維CAD設計與CATIA三維設計軟件并存的現狀?；贑ATIA的知識規則庫進行工藝性檢查，提高了電纜組件產品設計質量。

4 結束語

基于CATIA V6三維模板的電纜組件建模方法，依托現有的三維布線軟件，通過應用方法創新，結合CAA二次開發，成功解決了無結構模型情況下單個電纜組件快速三維建模設計，實現了電子設備成套電纜全三維設計，有利于構建完備的基于MBD技術的協同設計平臺。將電纜組件模板調入三維設計環境后，布線公共資源、電纜編輯、檢查、標注、出圖等充分復用CATIA V6現有的結構設計、布線設計協同環境中建設成果，無需獨立開發新功能。

應用基于模板的單個電纜組件獨立三維建模設計方法，可以有效解決單根電纜組件三維設計；隨著基礎公共資源庫不斷完善，典型模板庫的不斷豐富，相對于目前二維電纜設計、更改效率可大幅度提高；隨著三維布線設計工藝性檢查知識規則累加與完善，可以有效提高設計質量、縮短研制周期、節約生產成本。采用模板對設計過程進行約束，可以減少電纜設計格式性、規范性等失誤；同時，結構化的電纜組件數據為后續結構化工藝設計提供了前題條件，為后續電纜組件數字化、智能制造生產線實施提供必備數據。

參考文獻：

[1]王騰，王俊祥，漆寶運，等.特種車輛三維布線工藝技術應用研究[J].新技術新工藝，2017，11：001-003.

[2]李宏，王玉磊.基于CATIA三維布線應用[J].科技創新與生產力，2016（01）：85.

[3]張永濤，閆靜，左敦穩，等.懸掛約束下線纜裝配仿真建模[J].系統仿真學報，2013，7：1513-1517.