某型電子測量儀器三維布線設計

孫福德 馬政 路波

摘? 要：介紹了某三維設計軟件三維布線設計的功能及優點，總結了三維線纜設計流程、方法、規則，設計一種三維布線框架。給出了某型電子測量儀器三維布線設計實例，為傳統線纜設計周期長、效率低、成本高、效果差等問題提供了解決方案。

關鍵詞：三維布線;纜模塊;布線框架

中圖分類號：O212.1? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0079-03

Abstract： This paper introduces the functions and advantages of a 3D design software， summarizes the process， method and rules of 3D cable design， and designs a 3D wiring framework. An example of 3D wiring design for an electronic measuring instrument is given， which provides a solution for the problems of long design cycle， low efficiency， high cost and poor effect of traditional cable design.

Keywords： cable and harness; cable module; wiring frame

1 概述

傳統布線為結構設計和布線規劃串行的工作方式，儀器通過結構設計人員設計、投產、加工、裝配完成后，電子裝聯工程師在樣機基礎上，對線纜進行路徑規劃，根據測量結果設計線纜、加工、裝配。首先，這種布線方式擁有串行工作模式的固有缺點，有時甚至需要在結構件上補充加工線纜固定點或者增加結構加固點，由此導致的結構件變更會加劇生產周期的延長。其次，手工測量結果存在一定的不確定度，線纜長度測量存在誤差，增加裝配難度。再次，傳統布線方式無法評估線纜的布局對于整機熱仿真、諧振仿真、電磁仿真等計算機輔助設計方面的影響。三維布線的方式改為結構和布線并行設計的方式，可以顯著縮短設計周期[1]，提高整機可靠性和線纜布局美觀性，有效為后續仿真提供支持，實現工藝信息化。

2 基于某三維設計軟件纜模塊的三維布線

某三維設計中纜模塊作為內置于其中的三維布線模塊，其對三維布線發揮著舉足輕重的作用，在該模塊中，可以方便地創建、修改連接器到連接器之間的線纜路徑。線纜種類基本分為三類：單芯線纜、多芯線纜和扁平線纜，遵循內置于模塊中的規則，即可創建三種反應真實線纜信息的三維數字化模型。三維線纜設計主要有以下優點：

（1）可有效控制線纜種類和數量，獨立性強，路徑修改方便;

（2）可以獲取線纜規格，檢查線纜的電氣間隙，并且可以驗證其可折彎性;

（3）可以整體把控線纜布線情況，直觀性強;

（4）對于整機結構而言，可以提前設置線纜固定點，協同設置整機結構加強點，為后續整機熱仿真、諧振仿真、電磁仿真等計算機輔助設計提供技術保障。

某三維設計軟件纜模塊有自動布線和手動布線之分，自動布線需要從整體把控接插件之間的邏輯關系，理清線纜接線原理圖，存在布線失敗、需要手動修復的缺點;手動布線的特點是布線過程清晰、靈活、線纜路徑調整方便。本文以三維布線中的手動布線為例，系統的介紹三維布線流程。

3 布線原則

布線原則作為三維布線的指導規范，關系到整機布線的可靠性、可裝配性、可維修性等，一般按照以下原則進行布線：

（1）交流導線與直流導線分開，高電壓信號與低電壓信號分開，強電流信號與弱電流信號分開，高頻信號與低頻信號分開。

（2）線纜忌靠近發熱元件，如電源變壓器、大功率管、散熱器等，無法避免應隔熱。

（3）線纜切忌懸空布設，不能有較大長度的無固定走線，應與底板或結構件捆扎固定。

（4）在線纜裝配所要求的最大公差內，相對運動件附近布置的線束，距離運動件之間要設置足夠的間隙。

（5）線纜與元器件距離不小于2mm。

（6）保證線纜的彎曲半徑，一般以大于3倍直徑為宜。

（7）線纜布設避開印制板焊點和印制板的邊緣，保證5mm安全間隙。

（8）線纜如果平行走線，長度大于150mm時，在不產生干擾和耦合的情況下，需將其捆扎。

（9）一般不從印制板底部布線，以防器件引腳損壞線纜，迫不得已時需要對線纜采取保護措施。

（10） 線束在過孔和跨鈑金邊緣時注意保護線束，線束轉彎處增加固定點[2]。

4 三維布線設計流程及實例

模型前處理：在基礎虛擬樣機A0中建立三維布線組件A1，并且激活此組件，然后插入骨架模型A1-S，激活骨架模型，對基礎虛擬樣機進行收縮包絡，以此作為布線參考。

線纜組件創建：按照線纜類型分類，同類編組，以B1，Bi，……，Bn表示，將其插入到A1中，分別激活這些組件，獨立布線。

模型前處理和線纜組件創建步驟作為三維布線框架設計，對三維布線起到至關重要的作用。三維布線框架設計如圖 2所示，其中虛線方向為兩個元素的參照方向，即A1-S參照A0，B1-S、Bi-S、Bn-S參照A1-S，各線纜Bi，1、Bi，2、Bi，mi參照Bi-S。

信息輸出：布線完成后，線纜規格和長度信息已經確定，通過線束制造模塊即可輸出多根線纜制造信息在某型電子測量儀器研發過程中，成功地應用某三維設計軟件纜模塊對其進行三維布線設計。根據上述布線原則和布線流程，共完成了88根線纜的布線規劃。圖3為某型電子測量儀器基礎模型，圖4為三維布線模型，圖5為獨立出的三維線纜布線圖。

5 結束語

一改傳統的結構設計-布線設計串行工作方式，三維布線設計可以使結構設計和布線設計并行進行，一方面可以顯著提高整體工作效率，縮短產品生產周期，降低生產成本，另一方面可使電裝人員明確線纜布局的三維數字化成果，保證線纜布局整齊、美觀。

某三維設計軟件纜模塊為三維布線設計提供了便捷、直觀的數字化平臺，協同結構設計階段生成的虛擬樣機，可以有效的避免產品在研制階段因結構設計、布線設計之間的協調性差問題。因此基于某三維設計軟件纜模塊的三維布線設計為傳統線纜設計周期長、效率低、成本高、效果差等問題提供了優質解決方案。

參考文獻：

[1]鄭超，曹倫等.基于Creo/Cabling的電力電子設備三維布線應用[J].機械設計與制造工程，2015（6）：27-31.

[2]趙娜，郝駿剛，胡鋼.基于Creo2.0/Cabling的載車集成三維布線設計[J].電腦開發與應用，2013（10）：44-46.