基于CATIA 的后處理系統三維布線技術應用研究

王盈旭，趙瑞俊，李兆杰，錢廷億

（中國重型汽車集團有限公司汽車研究總院，山東 濟南 250101）

線束系統作為車輛的“神經”，起著連接中央控制器與電氣單元的重要作用［1］。目前，車輛系統的線束設計主要采用AutoCAD等軟件進行二維設計，其線束長度和走向大多采用現場測量或人工經驗的方式確定［2］。這種方式主要存在以下幾個問題：①重卡零部件多，線束分支繁雜，人工測量難以獲取完整布線信息，測量結果存在較大誤差，增加后期施工的難度；②線束設計需要在整機完成之后進行，增加了開發周期；③布線過程中發現問題需要更改，其過程復雜易出錯，增加了后期維護的成本；④布線過程中人為因素對產品品質會產生一定影響［3-4］。傳統的布線方式缺乏指導性，制約了產品生產效率和品質提升。三維線束設計很大程度彌補了傳統布線方式的不足。CATIA作為一款功能強大的三維仿真設計軟件，廣泛應用于航天、汽車以及船舶等領域［5-6］。本文以某重卡后處理系統為研究對象，論述了CATIA在三維線束設計中的應用，為生產提供了理論和實踐依據。

1 后處理系統布線要求

重卡零部件眾多，對線束布設方式和品質有極高的要求。線束的長短、走向影響車輛系統的整體性和美觀性。尤其是線束分支繁多且集中的區域，如何合理規劃線束路徑是設計人員需要重點考慮的問題。后處理系統作為處理車輛尾氣的主要設備，集中分布在車架兩側，如圖1所示。后處理系統主要包括消聲器（車架右前）、蓄電池箱 （車架右后）、尿素箱（車架左側）3部分。

對于不同車型，后處理系統放置位置略有差異。為了進一步改善空氣品質，國VI法規對車輛尾氣提出了更高的要求，后處理系統隨之增加了更多的傳感器。以尿素箱為例，包含了氮氧傳感器、冷卻水閥、壓力傳感器、溫度傳感器等。尿素箱空間狹小，傳感器眾多，需要精確設計線束長度和走向。三維設計的提出，使得后處理系統線束設計更方便、精準。

2 CATIA三維布線設計

CATIA軟件在三維線束設計方面表現突出，其操作簡單，功能強大，深受線束設計人員的喜愛。文中利用CATIA軟件對后處理系統進行三維線束設計，主要包括插接件的定義和裝配，線束的創建和修正以及最后生成技術文件。

2.1 插接件的定義與裝配

后處理系統包括環境溫度傳感器、壓力傳感器、冷卻水閥、蓄電池箱正負極等12個插接件。插接件的裝配是線束設計的重要一步，該過程確定了線束的端點。裝配過程如下：首先，選擇裝配設計（Assembly Design）環境，新建“product”文件，將后處理系統數模導入該文件下；其次，把所需的插接件依次添加到“product”下，分別對插接件進行屬性定義。以尿素箱回液管加熱器插接件202080-1為例，屬性定義包括名稱、編號、版本等信息，如圖2所示。設計人員根據定義標準或個人習慣進行命名，方便后續查找和修改。最后，將插接件裝配到正確的位置，如圖3所示，將選中的插接件通過約束、智能移動等操作，裝配到后處理系統數模的相應位置。根據層級劃分，利用樹結構管理各個層級的零部件，方便后續調配使用［7］。

2.2 線束的創建與修正

線束設計主要在電氣線束裝配設計 （Electrical Harness Assembly）模塊中完成。首先，確定線束構造點，點的類型可以通過坐標、曲面、平面、圓心等確定；其次，確定線束的名稱、直徑、彎曲半徑和松弛度 （一般為0～3）等參數，通過線束將定位點進行連接。線束的幾何信息、接線端子等都放在同一節點下，便于最后線束總成的創建生成。最后，線束創建完畢，參考實際情況對線束進行局部的調整和修改，主要方法包括：①線束分割，用于將一段線束分割成2段，便于分段修改；②線束連接，用于平緩地連接兩段獨立的線束分支；③松弛度修改，使得布線效果更貼近實際；④增減扎帶、支架等支撐，方便線束的固定；⑤CATIA自帶干涉檢查功能，可以及時發現錯誤，進行修正。零部件的形狀、結構以及屬性更改之后只需更新保存即可，使得線束設計與零件裝配完全集成［8］。另外，為了獲得線束長度，可以通過“測量間距”選項獲得精確的線束長度，節約用料。后處理系統三維線束如圖4所示，包括線束和插接件 （隱藏掉后處理系統數模）。圖5為尿素箱的局部線束設計圖。

圖4 后處理系統線束圖

圖5 尿素箱局部線束圖

2.3 技術文件生成

線束設計完成，設計人員需要將線束進行存儲，常用的保存格式有2種：一種是存儲為stp格式。stp格式的文件支持UG、Proe等大部分三維設計軟件，能有效避免不同部門不同設計人員之間由于使用軟件不同而出現的格式不兼容問題。但是，stp格式的文件主要針對簡單的小模型，模型較大、較復雜情況下保存易出錯，且復雜模型打開速度較慢。第2種是將線束以及其他各部件單獨生成Part格式，整個數模生成Product文件，所有文件放在同一文件夾中，整體保存。其中，Part格式的文件后續不能進行修改，避免圖紙在流通過程中由于誤操作導致線束出現誤差。另外，根據線束長度與走向，將三維線束映射到二維圖紙，最終生成二維和三維文件，作為圖紙留存以及指導實際生產操作。

3 結論

三維布線一定程度上解決了傳統布線帶來的問題，主要優勢包括以下幾個方面。

1）三維布線技術將串行設計變為并行設計，使得結構、部件以及線束設計同步進行，縮短了開發周期。

2）三維布線在設計過程中，更改簡單不易出錯，可以直觀發現線束之間以及線束和零部件之間的干涉情況，方便設計優化，減少了線束反復修改帶來的時間和費用成本。

3）三維布線可以在項目評估過程中發現設計中的各種問題，將問題解決在開發階段，不必造出樣機才能修改，同時減少由于人為因素造成的產品品質差異［9-11］。

文中系統介紹了CATIA三維布線的流程和方法，驗證了運用三維技術進行后處理系統布線的可行性。利用CATIA進行三維布線不僅可以規范線束布線標準，解決傳統布線的弊端，同時提高了工作效率和布線品質，具有極其廣泛的應用前景。