基于軟件應(yīng)用的汽車線束設(shè)計(jì)流程分析

吳震云，余世運(yùn)，李越

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230009）

基于軟件應(yīng)用的汽車線束設(shè)計(jì)流程分析

吳震云，余世運(yùn)，李越

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230009）

針對(duì)汽車線束設(shè)計(jì)流程提出了基于信息化設(shè)計(jì)流程方法，通過(guò)基于信息化的電氣原理及線束設(shè)計(jì)流程項(xiàng)目電氣線路建立了能原理設(shè)計(jì)+拓?fù)湮恢迷O(shè)計(jì)及接插件孔位定義+車型配置+設(shè)計(jì)規(guī)則到自動(dòng)生成線束連接的流水化，專業(yè)化設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)項(xiàng)目建立了電氣線路設(shè)計(jì)的部件和圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，規(guī)范了零部件選用過(guò)程，達(dá)到了設(shè)計(jì)模塊化/通用化要求；新的流程交付物如接線圖等引入提高了設(shè)計(jì)水平；設(shè)計(jì)規(guī)則檢查及仿真功能將設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的識(shí)別過(guò)程提早到設(shè)計(jì)初期階段；通過(guò)自動(dòng)生成的EBOM結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)可賦予零部件等重量，成本將工程計(jì)算能力大大提升。通過(guò)項(xiàng)目的開(kāi)展，線束設(shè)計(jì)能力得到了提升，并積累了信息化設(shè)計(jì)工具應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。

線束設(shè)計(jì)流程；信息化工具應(yīng)用；規(guī)范；設(shè)計(jì)水平提升

引言

汽車電器設(shè)備總線路設(shè)計(jì)和仿真是汽車設(shè)計(jì)公司必須進(jìn)行的一項(xiàng)工作，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。但隨著汽車電氣技術(shù)開(kāi)發(fā)日趨智能、復(fù)雜、電子器件比例的增加，要求汽車設(shè)計(jì)工程師面對(duì)多樣化復(fù)雜化的電子原理圖設(shè)計(jì)中解決系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量增加、縮短線束設(shè)計(jì)周期、降低線束設(shè)計(jì)成本、原理設(shè)計(jì)平臺(tái)化及規(guī)范化的課題。目前國(guó)內(nèi)各汽車設(shè)計(jì)廠商都已將應(yīng)用和發(fā)展信息化軟件應(yīng)用的原理線束設(shè)計(jì)流程作為解決該課題的有效途徑之一，通過(guò)軟件的應(yīng)用（基于Mentor Graphics的CHS軟件）將傳統(tǒng)的接線圖設(shè)計(jì)方式—依賴工程師經(jīng)驗(yàn)將設(shè)計(jì)結(jié)果描繪到設(shè)計(jì)工具中變?yōu)楣δ茉碓O(shè)計(jì)+拓?fù)湮恢迷O(shè)計(jì)及接插件孔位定義+車型配置+設(shè)計(jì)規(guī)則到自動(dòng)生成線束連接的流水化，專業(yè)化設(shè)計(jì)過(guò)程。

基于軟件應(yīng)用的汽車線束設(shè)計(jì)流程實(shí)質(zhì)是通過(guò)對(duì)電氣原理至線束實(shí)物設(shè)計(jì)流程系統(tǒng)的分析，通過(guò)這樣流程的應(yīng)用達(dá)到幾個(gè)目標(biāo)收益：

1）以數(shù)據(jù)庫(kù)形式重用正確數(shù)據(jù)，支持線束模塊化設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高設(shè)計(jì)效率；

2）增強(qiáng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查及配置管理保證設(shè)計(jì)質(zhì)量；

3）快速響應(yīng)設(shè)計(jì)變化及車型配置管理，提高設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化產(chǎn)品成本；

4）自動(dòng)化圖紙格式定義，提高設(shè)計(jì)效率；

5）設(shè)計(jì)階段仿真分析檢查，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，防范召回風(fēng)險(xiǎn)。

1 信息化電氣設(shè)計(jì)流程

1.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

傳統(tǒng)的汽車線束設(shè)計(jì)流程大多是基于Auto CAD和Catia軟件應(yīng)用基礎(chǔ)上的，電氣設(shè)計(jì)人員依照自身經(jīng)驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)部門編制的設(shè)計(jì)規(guī)范和方法進(jìn)行，通過(guò)電氣系統(tǒng)工程師收集電氣子系統(tǒng)信息，根據(jù)子系統(tǒng)信息構(gòu)建整車原理，確定線束附件設(shè)置，繪制線束數(shù)模及二維圖紙，在這過(guò)程中，軟件的應(yīng)用是純圖形的開(kāi)發(fā)工具，并不具備檢查、仿真、約束設(shè)計(jì)的功能；電氣原理到線束三維安裝到線束生產(chǎn)二維圖三者之間也并無(wú)關(guān)聯(lián)，信息相互脫節(jié)；這種基于工程師設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累的設(shè)計(jì)流程方法往往在原理設(shè)計(jì)時(shí)就已存在錯(cuò)誤百出的可能，隨著汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程的推進(jìn)，圖形及參數(shù)會(huì)愈加累積和放大并最終爆發(fā)；同樣對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的修正和更新也沒(méi)有有效的約束手段，多配置多車型的設(shè)置和變更響應(yīng)速度慢更是無(wú)法避免。

1.2 軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)流程

基于軟件應(yīng)用的汽車線路設(shè)計(jì)流程如下圖示，按照設(shè)計(jì)流程的描述可以把它描述為“交互式的生成流程”，它包含了以下幾個(gè)階段：

1）項(xiàng)目的創(chuàng)建和管理階段：完成設(shè)計(jì)規(guī)則、權(quán)限管理、命名規(guī)則等項(xiàng)目基礎(chǔ)工作。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建和管理階段：創(chuàng)建圖形設(shè)計(jì)庫(kù)、零部件數(shù)據(jù)庫(kù)，這是實(shí)際設(shè)計(jì)文件的基礎(chǔ)。

3）原理設(shè)計(jì)階段：包含電路原理和拓?fù)鋱D的繪制及仿真過(guò)程。

4）接線圖設(shè)計(jì)階段：利用邏輯原理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換生成的接線設(shè)計(jì)包含整車的導(dǎo)線插接件信息，及基于整車定義的配置管理。

5）3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段：導(dǎo)出原理設(shè)計(jì)的導(dǎo)線及內(nèi)聯(lián)點(diǎn)信息至3D數(shù)據(jù)中，并通過(guò)3D數(shù)據(jù)的平鋪功能計(jì)算導(dǎo)線的長(zhǎng)度。

6）線束工程圖階段：通過(guò)拓?fù)浼敖泳€，3D數(shù)據(jù)同步生成的線束工程圖，提供多種數(shù)據(jù)供工程計(jì)算用。

7）PLM 的數(shù)據(jù)管理階段：軟件設(shè)計(jì)流程交付物應(yīng)納入整車的PLM系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，提供涉及協(xié)同的環(huán)境。

由此在這線束軟件應(yīng)用的設(shè)計(jì)流程內(nèi)涉及到了三個(gè)軟件平臺(tái)：

1）CHS軟件（Capital Harness System）：MentorGraphics公司的集成線束設(shè)計(jì)環(huán)境，涵蓋了線束原理設(shè)計(jì)到線束工程化設(shè)計(jì)，直至最后生產(chǎn)制造的整個(gè)過(guò)程。

2）3D繪制軟件（CATIA）：三維設(shè)計(jì)軟件中的電氣設(shè)計(jì)模塊可以完成電氣線束的布線過(guò)程。

3）PLM 系統(tǒng)：汽車產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)，提供整車的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境。

2 設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建

以軟件應(yīng)用的線束設(shè)計(jì)流程基礎(chǔ)是建立完備準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器上，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)終端直接調(diào)用或查詢相關(guān)電氣部件及模型的詳細(xì)信息。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一創(chuàng)建和管理，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，在完善管理的同時(shí)提高了工作效率。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)包含兩個(gè)部分：圖形符號(hào)庫(kù)和零部件信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖形符號(hào)庫(kù)為電氣設(shè)備的圖形表示，即用電路符號(hào)簡(jiǎn)化表示電氣設(shè)備，它包含了基本的電氣屬性，如針腳定義，內(nèi)部電路等等信息。

圖3

零部件符號(hào)庫(kù)則定義了線束設(shè)計(jì)的各類零部件的特性信息，通過(guò)建立各類零部件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)并賦予零部件設(shè)計(jì)屬性，如材料、重量、價(jià)格及相關(guān)零部件的關(guān)聯(lián)關(guān)系（如插接件和選用端子的關(guān)聯(lián)關(guān)系）等來(lái)滿足設(shè)計(jì)及工程計(jì)算需求。

圖4

通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)可以建立管理機(jī)制：零部件的數(shù)據(jù)查詢，條件查詢；關(guān)聯(lián)零部件的使用情況，零部件被借用的項(xiàng)目查詢等等，并可賦予特定零部件狀態(tài)特性，如“新增（new）”、“在用（current）”、“廢止（obsolete）”等狀態(tài)，為生產(chǎn)和后續(xù)車型選用提供依據(jù)。

管理和維護(hù)CHS軟件中的各類代碼：插接件和導(dǎo)線顏色代碼、零部件類型代碼、線徑及材料代碼、零部件供應(yīng)商代碼等等，在建立新的零部件時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)直接選用代碼來(lái)定義零部件，達(dá)到部件建立高效率和準(zhǔn)確性。

圖5

2.2 項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程

基于CHS的軟件設(shè)計(jì)流程線束設(shè)計(jì)過(guò)程通過(guò)CHS軟件中的Capital project模塊與汽車車型的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一，項(xiàng)目中的線束設(shè)計(jì)概要流程如下圖：

圖6

Project模塊是CHS的項(xiàng)目管理模塊，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)它設(shè)定項(xiàng)目的系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)計(jì)使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建線束設(shè)計(jì)模板，如圖紙參數(shù)設(shè)定，發(fā)布等級(jí)設(shè)定、設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)定、命名規(guī)則設(shè)定、對(duì)象名稱/屬性設(shè)定、圖紙變更策略、車型選項(xiàng)/配置設(shè)定及圖紙版本和權(quán)限管理（草圖、發(fā)布、廢止）等，并通過(guò)“域”的概念來(lái)設(shè)定項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)人員的權(quán)限控制（設(shè)計(jì)人員，庫(kù)管理人員、項(xiàng)目管理人員等等）。

項(xiàng)目建立完成后，就進(jìn)入整車電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交付物的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)員根據(jù)設(shè)計(jì)方案運(yùn)用 CHS平臺(tái)的Capital Logic設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，通過(guò)直接調(diào)用圖形符號(hào)庫(kù)中的圖形符號(hào)，把器件、系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系通過(guò)軟件提供的功能聯(lián)系起來(lái)。

2.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電氣總線路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含拓?fù)湓O(shè)計(jì)/原理設(shè)計(jì)/接線圖設(shè)計(jì)/二維生產(chǎn)圖設(shè)計(jì)，是整個(gè)設(shè)計(jì)流程的核心部分，在此過(guò)程輸出整車開(kāi)發(fā)的電氣線路設(shè)計(jì)交付物，具體的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

設(shè)計(jì)布置階段根據(jù)整車開(kāi)發(fā)的造型及配置設(shè)計(jì)要求繪制整車topology架構(gòu)，定義A-Ⅱ整車電氣零部件的布置位置和Inline的分布情況，輔助原理接線圖設(shè)計(jì)。

使用已建立的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，繪制完成開(kāi)發(fā)型項(xiàng)目基礎(chǔ)原理圖，并通過(guò)基礎(chǔ)原理圖復(fù)用功能可移植在共電氣平臺(tái)車型上，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

通過(guò)共用原理圖轉(zhuǎn)換成接線圖紙，定義各電氣部件的功能，線束的規(guī)格、整車的配置Code，完成開(kāi)發(fā)車型整車電氣原理和線束的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

圖7

通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件繪制完成A-Ⅱ整車線束數(shù)模，并導(dǎo)入各線束附件的電氣設(shè)備屬性定義。利用3D模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將線束的導(dǎo)線長(zhǎng)度，直徑和分支直徑、插接件位置功能信息導(dǎo)入軟件，完成A-Ⅱ的線束基線圖紙繪制。

基于基線，自動(dòng)抽取原理圖中回路信息進(jìn)入A-Ⅱ線束二維圖，并通過(guò)Style設(shè)置，自動(dòng)生成回路切線表和物料清單BOM、配置選項(xiàng)表等。

圖8

3.4 設(shè)計(jì)規(guī)則的檢查

圖9

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定義設(shè)計(jì)規(guī)則，再把具體的設(shè)計(jì)規(guī)則定義到系統(tǒng)綜合中。規(guī)則的種類有：屬性規(guī)則定義 (Attributes and Properties)、放置規(guī)則定義 ( Placement)接地規(guī)則定義(Ground Refinement)、布線規(guī)則定義 (Routing) 規(guī)則可定義到 Slot、Ground、Connector、nline Connector、Bundle等，也可以對(duì)整個(gè)車型定義規(guī)則，也可以對(duì)整個(gè)線束定義規(guī)則，也可以整個(gè)接地定義規(guī)則，規(guī)則定義可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件的準(zhǔn)確性和完整性進(jìn)行檢查。

2.5 設(shè)計(jì)的仿真

通過(guò)工具的仿真功能能將整車電氣系統(tǒng)的功能兼容性測(cè)試，器件篩選和極限測(cè)試，失效模式影響分析等工作提前到設(shè)計(jì)階段；

將整車電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬、功能對(duì)比，對(duì)整車電氣系統(tǒng)質(zhì)量的提高，研發(fā)成本降低，工程更改的減少有非常積極的作用，“設(shè)計(jì)階段”的仿真分析結(jié)果，也能為“驗(yàn)證階段”進(jìn)行的實(shí)體測(cè)試提供案例指導(dǎo)和關(guān)注重點(diǎn)。

圖10

3 結(jié)論

基于信息化工具的汽車線束設(shè)計(jì)流程充分體現(xiàn)了汽車設(shè)計(jì)中在信息化產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中可以取得更大的進(jìn)步，而此流程的建立和應(yīng)用也為主機(jī)廠提供規(guī)范輸出文件和零部件選用提供方案，也為設(shè)計(jì)校核時(shí)間提前至設(shè)計(jì)初及工程設(shè)計(jì)結(jié)果的成本重量校核奠定了基礎(chǔ)。

Analysis of the design process of automotive wire bundles based on software applications

Wu Zhenyun, Yu Shiyun, Li Yue
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In the automotive wiring harness design process is presented based on the information design process method,based on the information of the electric principle and wiring harness design process project can established the principle of electric circuitry design + topology location design and connector hole defined + + model configuration design rules to automatically generate streamline of wire connection, professional design process. The design of parts and graphics database of electrical circuit was established through the project, and the selection process of parts was standardized, and the design modularization/generalization requirement was achieved. New process deliverables, such as wiring diagrams, are introduced to improve design levels; Design rule checking and simulation will design the wrong identification process early in the design phase; The cost of the project will be greatly enhanced by the auto-generated EBOM combination of the database to the components and other weights. Through the development of the project, the design capability of the linear beam is improved, and the experience of the application of information design tools is accumulated.

the wiring design process; Application of information tools; Specification; Design level improvement

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-76-04

U462.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-76-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.024

吳震云，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。