I-Deas軟件仿真設(shè)計(jì)艦載電子設(shè)備布線

翟其建，許小明，呂文發(fā)

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222006）

1 概述

目前，艦載電子設(shè)備線纜所傳送的信號(hào)越來(lái)越多，功率越來(lái)越大，頻率也越來(lái)越高。艦載電子設(shè)備內(nèi)各模塊之間的通信變得越來(lái)越復(fù)雜，因此，設(shè)備內(nèi)部的通信需要敷設(shè)大量的導(dǎo)線。傳統(tǒng)電子設(shè)備的布線設(shè)計(jì)，一般采用 CAD軟件及文字處理軟件設(shè)計(jì)接線圖和接線表等文件，設(shè)計(jì)不明確[1]。通過(guò)I-Deas軟件可以模擬艦載電子設(shè)備內(nèi)部的三維布線設(shè)計(jì)，模擬設(shè)備內(nèi)部線纜的走線路徑、折彎方向、安裝方式等特征。

I-Deas軟件的Harness design可以在設(shè)計(jì)的初期，就明確電子設(shè)備布線所需要的空間，找出線纜和其它零部件之間的相互位置。通過(guò)I-Deas軟件的模擬，可以確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要細(xì)化的設(shè)計(jì)內(nèi)容，提高了艦載電子設(shè)備布線設(shè)計(jì)的正確性[2]。

I-Deas軟件的布線設(shè)計(jì)的主要步驟如下：

1）建立線表文件；

2）進(jìn)行線纜設(shè)計(jì)；

3）生成實(shí)體線纜。

2 建立線表文件

I-Deas軟件的布線設(shè)計(jì)(Harness Design)模塊，識(shí)別特定格式的線表文件，每根導(dǎo)線是用獨(dú)立唯一的標(biāo)識(shí)名和屬性關(guān)鍵詞來(lái)表述的。線表文件包括布線設(shè)計(jì)中的每根導(dǎo)線的邏輯連接、邏輯數(shù)據(jù)，并包含每根邏輯連接導(dǎo)線的屬性，如導(dǎo)線的獨(dú)立標(biāo)識(shí)名等。

線表文件必須包含一個(gè)格式行和對(duì)應(yīng)每一根導(dǎo)線的導(dǎo)線數(shù)據(jù)行。如果使用了多導(dǎo)線電纜，則在導(dǎo)線數(shù)據(jù)行后再增加電纜格式行和電纜數(shù)據(jù)行。線表文件中，導(dǎo)線的格式行必須用%wire開(kāi)頭，電纜的格式行必須用%cable開(kāi)頭。

線表文件中，格式行中的每個(gè)關(guān)鍵詞之間用空格隔開(kāi)，但在數(shù)據(jù)行中則用逗號(hào)“，”代替空格隔開(kāi)關(guān)鍵詞，除電纜數(shù)據(jù)行中的wire_list段的每根導(dǎo)線的wire_id之間用空格隔開(kāi)外，在數(shù)據(jù)行中不能有空格存在。固定格式的線表文件中，格式行中的每個(gè)關(guān)鍵詞之間也是用空格隔開(kāi)，但在每個(gè)關(guān)鍵詞之后要用括號(hào)注明該項(xiàng)所占的列數(shù)，并且在數(shù)據(jù)行中要在對(duì)應(yīng)的列中輸入對(duì)應(yīng)的屬性值。下面提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的線表文件示例。

3 進(jìn)行線纜設(shè)計(jì)

I-Deas軟件的Harness Design模塊設(shè)計(jì)的布線裝配，用Harness命令，創(chuàng)建一個(gè)Harness的對(duì)話框見(jiàn)圖1，布線裝配不是一般用途的裝配。布線裝配包括電連接器、導(dǎo)線等零部件，布線裝配可以作為其它裝配下的一個(gè)子裝配。I-Deas布線裝配是單層結(jié)構(gòu)，它沒(méi)有子裝配，不能將一個(gè)布線裝配作為另外一個(gè)布線裝配的引用。與其它裝配相同，布線裝配可以進(jìn)行下面的操作：

1）一個(gè)布線裝配可以有多個(gè)Configuration；

2）將一個(gè)布線裝配作為多個(gè)普通裝配的引用；

3）將布線裝配進(jìn)行出入庫(kù)操作。

圖1 Harness對(duì)話框

3.1 定義電連接器

布線裝配中的電連接器，需要對(duì)電器接頭零件增加“Attach points”，使其具有布線裝配中電氣元件的特征。利用Attach points命令在零件上建立（增加）導(dǎo)線路徑（Path）連接點(diǎn)，把普通零件轉(zhuǎn)換為布線設(shè)計(jì)用的零件，Attach point是一個(gè)局部坐標(biāo)系，在進(jìn)行布線設(shè)計(jì)時(shí)，導(dǎo)線路徑（Path）可以通過(guò)或終止在坐標(biāo)系的原點(diǎn)其設(shè)置如圖2所示。未定義Attach point的布線設(shè)計(jì)零件見(jiàn)圖3，定義Attach point的布線設(shè)計(jì)零件見(jiàn)圖4。

?General：用General連接點(diǎn)模擬電纜（Cable）或多根導(dǎo)線（Wire）的端點(diǎn)連接到一個(gè)連接點(diǎn)（Attach point）上。

?Pin：用Pin連接點(diǎn)模擬單根導(dǎo)線的端點(diǎn)連接點(diǎn)。

圖2 Attach point設(shè)置

圖3 未定義Attach point

圖4 定義Attach point

3.2 對(duì)應(yīng)電連接器

對(duì)應(yīng)電連接器，是將邏輯連接器與物理連接器對(duì)應(yīng)起來(lái)。邏輯連接器在線表文件中已經(jīng)定義，通過(guò)“Manage Harness Components”命令將這些邏輯連接器和創(chuàng)建的電連接器對(duì)應(yīng)起來(lái)。I-Deas軟件Harness Design模塊對(duì)應(yīng)的電連接器的對(duì)話框見(jiàn)圖5。

圖5 連接器設(shè)計(jì)

不同的邏輯電連接器使用同一個(gè)物理連接器時(shí)，用“control”進(jìn)行多選，可以一次選擇多個(gè)電連接器。更換邏輯電連接器對(duì)應(yīng)物理連接器時(shí)，用“Removes Selected Harness Components”命令刪除要更換的物理連接器，刪除后重新選擇新的電連接器。

3.3 定位電連接器

用控制面板上的“Constrain and Dimension”圖標(biāo)，約束電連接器到需要安裝的裝配。約束后的電連接器必須注意“z–axis”的方向，因?yàn)椤皕–axis”方向的錯(cuò)誤，會(huì)直接導(dǎo)致布線無(wú)法正確實(shí)施。必要時(shí)，用“Flip Previous ”命令來(lái)調(diào)整“z–axis”的方向。

定位電連接器的一般步驟：

1）執(zhí)行“Coincident Collinear”命令；

2）選擇電連接器的安裝面；

3）選擇設(shè)備的安裝面；

4）檢查“z–axis”的方向是否滿足設(shè)計(jì)要求，用“Flip Previous ”等命令調(diào)整“z–axis”的方向；

5）執(zhí)行“Coincident Collinear”命令；

6）選擇電連接器的中心線；

7）選擇設(shè)備的安裝孔的中心線，完成電連接器的定位。

4 裝配及實(shí)體的生成

4.1 建立走線路徑

建立走線路徑，是創(chuàng)建一個(gè)從一個(gè)連接點(diǎn)到與其相關(guān)的連接點(diǎn)的路徑，使其滿足線表文件的連接要求。路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)要選擇連接點(diǎn)（Attach point），一般情況下，走線路徑需要確定經(jīng)過(guò)的中間點(diǎn)，中間點(diǎn)用“Creat Path Segment”創(chuàng)建一個(gè)走線路徑，在“Path Segment Tangency”對(duì)話框下，勾選的“Endpoint Tangency”和“Thru-point Tangency”兩個(gè)選項(xiàng)?！癙ath Segment Tangency”對(duì)話框見(jiàn)圖6。

圖6 走線路徑

建立走線路徑的一般步驟：

1）執(zhí)行“Creat Path Segment”命令；

2）選擇第一個(gè)電連接器連接點(diǎn)的“z–axis”；

3）選擇距離連接器最近的固定裝置點(diǎn)；

4）選擇固定裝置上的中心線（或零件的其它邊界線）；

5）根據(jù)提示 用“Yes”、“No”或“Backup”確定走線方向；

6）根據(jù)提示重復(fù)上述操作，確定其它的走線路徑；

7）選擇第二個(gè)電連接器連接點(diǎn)的“z–axis”，完成路徑設(shè)計(jì)。

在創(chuàng)建一個(gè)路徑的過(guò)程中最常用的右鍵命令是：follow curve，on path，Tangency，on curve，on surface等，可以根據(jù)需要選擇“follow curve”使路徑沿著曲線方向走線，或選擇“on path”沿著已經(jīng)設(shè)計(jì)的路徑走線。

4.2 裝配設(shè)計(jì)

三維布線設(shè)計(jì)好的線纜三維造型，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，模擬空間布局，用于指導(dǎo)工人現(xiàn)場(chǎng)施工。三維布線設(shè)計(jì)，應(yīng)表示出線纜的整體特征，并表示出具體的形狀、安裝位置、固定點(diǎn)、安裝凸臺(tái)、安裝零部件、裝配關(guān)系，標(biāo)明必要的安裝數(shù)據(jù)[3-4]。裝配示意圖見(jiàn)圖7。

圖7 裝配示意圖

4.3 生成實(shí)體

I-Deas軟件建立的布線裝配實(shí)體模型，這個(gè)裝配是一個(gè)拉直、拉平的形式，通過(guò)這個(gè)模型獲得線纜的數(shù)據(jù)及其加工信息。這個(gè)拉直線模型示例見(jiàn)圖8。

圖8 實(shí)體模型

創(chuàng)建拉直、拉平實(shí)體的一般步驟如下：

1）執(zhí)行“Auto straighten”命令；

2）選擇線纜段實(shí)體，在選擇多個(gè)段實(shí)體時(shí)，用“shift”鍵多重選擇；

3）選擇平面作為實(shí)體的布置平面；

4）按照?qǐng)D9的內(nèi)容，設(shè)置對(duì)話框；

5）設(shè)置實(shí)體的名稱。

圖9 拉平、拉直選擇

5 結(jié)束語(yǔ)

I-Deas軟件通過(guò)線表文件設(shè)計(jì)，電連接器設(shè)計(jì)，建立走線路徑，生成實(shí)體等內(nèi)容，真實(shí)模擬了艦載電子設(shè)備內(nèi)部的布線情況。I-Deas軟件模擬艦載電子設(shè)備內(nèi)部線纜的走線路徑、折彎方向、安裝方式等特征，在設(shè)計(jì)的初期，就確定了艦載電子設(shè)備內(nèi)部布線所需要的空間，找出了線纜和其它零部件之間的相互位置，提高了艦載電子設(shè)備布線設(shè)計(jì)的正確性。I-Deas 軟件的三維布線設(shè)計(jì)，需要做到電氣設(shè)計(jì)與三維機(jī)械設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，緊密配合[5]。

[1]朱文華. 虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2004,6(20).

[2]謝忠佑,等. I-DEAS進(jìn)階段[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

[3]Metor Graphics. Capital Harness System Workbook[M].2007.

[4]Metor Graphics. Metor Graphics Expedition 培訓(xùn)教材,2006.

[5]許小明,等. 艦載電子設(shè)備電纜零部件的設(shè)計(jì)方法及制造[J].指揮控制與仿真,2009(6):114-118.