三維設計軟件在衛星電纜網協同設計中的應用

王 歡 陳茂勝 戴 路 孔林

三維設計軟件在衛星電纜網協同設計中的應用

王 歡 陳茂勝 戴 路 孔林

（長光衛星技術有限公司，長春 130000）

針對當前商業衛星研發中存在的周期、成本和裝配等幾個主要問題，提出了一種電纜網三維建模方法，此方法將電纜網的研發和衛星裝配有效結合起來。結果表明：此方法的應用縮短了衛星研制周期，提高了衛星線束長度精度、裝配效率以及衛星電纜網的質量估算精度等。實現了商業衛星電纜網的三維快速協同設計。

三維布線；質心精度；協同設計；商業衛星

1 引言

衛星電纜網的設計是電器專業人員、結構專業人員和電裝實施人員協同設計的過程。傳統的衛星電纜接線關系設計由電器專業人員設計完成，電纜長度的測量和電纜網的裝配則由電裝實施人員完成，結構專業人員輔助電纜網的裝配等工作。傳統電纜長度的測量和電纜網的裝配一般采用三維模型與二維布局結合的方式，或者通過實物模型對電纜進行裝配驗證和長度測量。然而上述兩種方法需要電裝實施人員具有較豐富的電纜裝配和線束實施經驗。傳統的衛星電纜網設計過程效率低下，而且難以發現電纜網設計初期存在的問題，同時會有以下幾個弊端：電纜質量估算誤差大、電纜長度冗余、裝配散亂、裝配干涉、裝配周期長等問題。

結合當前商業衛星電纜網研制的特點，衛星電纜網的設計不可避免地要經過幾個版本的更新。一定程度上影響了衛星電纜網設計的有序進行，拖慢了研制周期。衛星電纜網的研制工作已經成為了商業衛星研制周期的短板之一。

為了縮短電纜網的研制周期，并減少其對衛星生產周期的影響,采用基于三維軟件的電纜網設計方案，不以最終的電器系統接線關系表作為系統輸入，就可以開展衛星電纜網的前期裝配工作，通過與結構專業人員的協同設計確保在電纜網設計的初始階段得到最優的分支走向。本文重點闡述了基于三維設計軟件的衛星電纜三維協同設計的原理及實現方法。

2 衛星電纜三維協同設計方法研究

2.1 軟件介紹

文中使用的軟件是一款三維機械設計軟件，該軟件以其優異的性能和易用性得到了廣泛的應用，本文主要運用他的布線功能插件實現衛星電纜網的協同設計工作。

2.2 商業衛星電纜網三維設計協同原理

圖1 衛星電纜網協同設計工作原理流程圖

衛星電纜的協同設計，指衛星研發階段在衛星三維模型上對電纜進行模擬布局和裝配，滿足電器性能、結構力學要求，達到最優的裝配路徑和裝配順序。通常由衛星總體電路人員提供電器系統接線關系表，衛星結構人員提供衛星三維模型，電裝實施人員結合電器系統接線關系表和衛星的三維模型對星上電纜進行初步裝配，將裝配完成后的電纜三維模型分別提供給電器專業人員、結構專業人員和熱設計人員確認及反饋，完成后續電纜網的詳細設計工作。衛星電纜網三維協同設計工作主要流程如圖1所示。衛星采用三維電纜協同設計具有以下幾方面優點：

a. 能夠對復雜電纜和剛性電纜的設計進行裝配驗證，復雜電纜線束具有多種信號，且連接關系復雜，直徑較粗且線束呈現剛性的趨勢，在狹小的空間內布線存在一定的難度。利用電纜三維建模可以定義裝配順序和打散位置，從設計初始階段就可以有效解決狹小空間內電纜裝配問題。

b. 有效解決了電纜裝配路徑與衛星結構干涉電纜鋪設凌亂和裝配順序的問題，此方法的應用減少了電纜網質量和長度冗余，提高了電纜裝配效率。傳統衛星電纜網的裝配集中在衛星總裝階段，在此階段可能會發現線束直徑與光路干涉、單機視場干涉、安裝位置干涉、活動件干涉等問題。為了解決以上不可預見的問題，采用電纜網的三維建模可以對電纜、線束直徑賦值，模擬電纜與星上設備的干涉情況，電纜直徑計算公式[5]如下。

式中：D為線束的直徑，dmax為最單根導線最大直徑，N為線束中導體的數量。通過三維建模仿真裝配后完全可以規避星上線束的干涉情況。線束直徑與天線視場的干涉情況如圖2所示。

c. 可以多人并行同時進行電纜網三維設計，縮短了衛星電纜網的研制周期。

d. 簡化了電纜網的設計步驟；電纜網三維建模可以將最終的電纜模型生成可加工的圖紙，包括電纜的分支方向、T型分支和Y型分支、物料清單，以及長度參考點位置等信息。

e. 衛星電纜網的三維建模更利保密管理，實現無紙化辦公。

2.3 衛星電纜三維協同設計步驟

圖3 衛星電纜設計主要步驟示意圖

衛星電纜網的研制是一個動態的過程，衛星總體電路設計人員和衛星結構設計人員，分別將衛星總體電路接線關系表和衛星裝配后的三維模型輸入給電裝電纜網裝配實施人員。隨著衛星總體電路不斷的更新，電器系統接線關系表最終完成于衛星研制的中后期。為了適應衛星電纜網這一動態的研制過程，通過電纜網的三維建模，電纜網裝配實施人員可以在衛星研制的初期對衛星實施電纜網裝配驗證，而不需要最終的電器系統接線關系，減少了衛星研制中后期電纜網研制的任務壓力。衛星電纜設計主要步驟如圖3所示。

2.3.1 布線準備工作

主要包括衛星接插件建模、導線和線束建模。接插件的三維建模主要包括電器屬性和物理屬性兩方面。接插件物理屬性建模主要包括配合和材質密度。接插件配合屬性的建模可以實現接插件頭孔的自動吸合功能，簡化接插件模型擺放流程。材質建模主要用于電纜質量評估和衛星質心輔助確定。接插件電器屬性設置主要是確定布線過程中的電纜接入點。圖4為某型號接插件的物理屬性和電器屬性建模示意圖。對于大型的衛星裝配體可采取輕量化配置，提高電腦運行的流暢度，提高布線效率。導線、線束建模主要完成標準電纜和線束的電器屬性配置，包括截面積、彎折半徑、線纜型號等設置，方便布線調用和后期的圖紙展開工作。電纜電器屬性模型建庫示意表如表1所示。

圖4 接插件的結構屬性和電器屬性建模示意圖

表1 電纜電器屬性建模示意表

2.3.2 路徑規劃

路徑規劃主要完成電纜的預裝配驗證工作，通過電纜的預裝配可以確定電纜網走線路徑、彎折半徑、分支位置、電纜固定位置、裝配路徑上的結構板開孔位置和尺寸等信息，以避開結構敏感位置的電纜裝配。圖5為某衛星布線網絡路徑規劃示意圖。

圖5 線網絡路徑規劃示意圖

2.3.3 三維布線調整

三維布線調整主要對規劃完成的電纜網絡進行相關干涉和裝配順序的調整，通過結構設計人員、整星裝配人員和熱設計人員對走線干涉位置提出調整意見，提高布線空間的利用率，為星上熱控實施和其它操作留出空間。

2.3.4 圖紙生成

圖6 電纜展開加工圖紙

為了避免電纜的分支方向與三維空間中的布線路徑不符。需要在圖紙中標注分支角度以及方向等信息，展開后的電纜加工圖紙如圖6所示，其中④⑤為線束加工所需導線物料信息，數字1至3為線束加工所需要的連接器型號信息。

2.4 應用實例

該方法已在某型號衛星的電纜網研制工作中成功應用，主要工作流程如圖7所示。首先由衛星結構設計人員提供衛星裝配模型，結合電氣接口位置或電纜接線關系對衛星電纜網進行初步裝配，電纜布線需要注意星上特殊位置對電纜網的設計約束，經過優化后確定電纜彎折半徑以及電纜的分支位置。圖8所示為某衛星電纜網的布局示意圖。

圖7 某衛星電纜網設計流程

圖8 衛星電纜網布局示意圖

3 結束語

電纜網的研制工作需要多部門共同參與設計，隨著衛星的集成度增加以及衛星設計更趨于模塊化，衛星電纜的裝配面臨諸多挑戰，通過對衛星電纜網的三維設計，可以對電纜進行可裝配性驗證。本方法結合線束直徑計算公式為局促空間內以及模塊化衛星電纜網的裝配提供了仿真方法。結果表明，該方法解決了衛星電纜網面臨的裝配凌亂、電纜網冗余和裝配干涉等問題，提高了衛星電纜網的研制效率。本方法對商業衛星電纜網的設計與裝配具有參考與借鑒意義。

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Application of 3D Design Software in Cooperative Design of Satellite Cable Network

Wang Huan Cheng Mao sheng Dai Lu Kong Lin

(Chang Guang Satellite Technology Co., Ltd., Changchun 130000)

In response to several major issues such as cycle, cost and assembly in the current commercial satellite research and development, the article proposes a 3D modeling method for cable network, which combines the development of cable network with satellite assembly.The results show that the application of this method shortens the satellite development cycle, improves the accuracy of the satellite harness length, the assembly efficiency, and the quality estimation accuracy of the satellite cable network.Realize the three-dimensional rapid collaborative design of commercial satellite cable network.

three-dimension laying；centroid accuracy；collaborative design；commercial satellite

王歡（1989），工程師，電子信息科學與技術專業；研究方向：電子學裝聯工藝。

2020-09-22