直升機(jī)總裝電纜數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用初探

單逵路

【摘 要】本文將對(duì)航空產(chǎn)品電纜的數(shù)字化布局進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上探索電纜數(shù)字化布局設(shè)計(jì)流程、產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的建立、電纜交互式布局設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】航空產(chǎn)品；電纜數(shù)字化布局；分析

電纜數(shù)字化布局作為一項(xiàng)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，已經(jīng)在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中得到有效應(yīng)用，但是我國(guó)運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)相對(duì)較，實(shí)際的應(yīng)用中還存在一定問(wèn)題。所以相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)重視，通過(guò)有效地運(yùn)用航空產(chǎn)品電纜數(shù)字化布局技術(shù)提升生產(chǎn)水平。

一、電纜數(shù)字化布局設(shè)計(jì)概述

航空產(chǎn)品中電纜的布局設(shè)計(jì)指的是，以保證產(chǎn)品整體電磁兼容性、安全性、可靠性、維修性、公益性為前提，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件裝配體中為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品電氣功能，設(shè)置整機(jī)產(chǎn)品中電纜的端頭處理方式、連接器接線、綁扎方式、分支形式、走線等內(nèi)容，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

機(jī)械制造、電氣技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的知識(shí)在電纜布局設(shè)計(jì)中都會(huì)涉及，其主要作用在于對(duì)產(chǎn)品中電纜的固定、綁扎、走線路徑進(jìn)行選擇，其特點(diǎn)是通過(guò)多種技術(shù)的運(yùn)用解決多項(xiàng)問(wèn)題。

在進(jìn)行電纜數(shù)字化布局的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意以下內(nèi)容：首先，應(yīng)當(dāng)滿足電氣連接功能需求。電氣連接功能需求是完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能應(yīng)當(dāng)具備的傳遞電能、電信號(hào)等功能。其次，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間約束，要求電纜的安裝和敷設(shè)應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)品裝配體空間內(nèi)完成。再次，電磁兼容性約束。要求電氣設(shè)備、電纜正組成部分在產(chǎn)品整體工作中不會(huì)彼此造成電磁干擾。最后，可靠性約束。需保證電纜自身結(jié)構(gòu)、固定、捆扎、分支符合技術(shù)要求。

已經(jīng)完成的電纜布局設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有以下電纜相關(guān)屬性：首先，在具體產(chǎn)品空間中電纜設(shè)置的路線和方向。其次，和多個(gè)不同電氣設(shè)備模塊連寫(xiě)的電纜構(gòu)成什么樣的分支結(jié)構(gòu)。再次，電纜之間、電纜和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的固定和捆扎在什么位置、以什么樣的形式實(shí)現(xiàn)。最后，怎樣連接電連接器和電纜，具有怎樣的出現(xiàn)方向。

二、電纜數(shù)字化布局設(shè)計(jì)流程

電纜數(shù)字化布局設(shè)計(jì)的電纜布局設(shè)計(jì)工作，是以產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)為基礎(chǔ)運(yùn)用數(shù)字化工具實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)空間約束、描述和定義電氣系統(tǒng)邏輯原理圖中的電纜連接功能、電磁兼容性和電纜可靠性方面的要求和方法是這里進(jìn)行電纜布局設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮的核心因素，確定電纜空間路徑和分支結(jié)構(gòu)是主要任務(wù)。在定義好電纜結(jié)構(gòu)和路徑后，應(yīng)當(dāng)驗(yàn)證設(shè)計(jì)產(chǎn)品整機(jī)的可維護(hù)性、整機(jī)可裝配性、電纜可靠性，對(duì)于存在的問(wèn)題應(yīng)當(dāng)進(jìn)行修改和優(yōu)化。最后，應(yīng)當(dāng)通過(guò)電纜平面展示圖、電纜三維模型、電纜材料報(bào)表形式將驗(yàn)證合格的電纜布局結(jié)果。產(chǎn)品裝配部門(mén)和電纜制作車(chē)間會(huì)據(jù)此進(jìn)行電纜安裝制作的指導(dǎo)。

與傳統(tǒng)電纜布局設(shè)計(jì)方式相比，電纜數(shù)字化布局設(shè)計(jì)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：第一，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后的數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)，去除了制造物理樣機(jī)環(huán)節(jié)。第二，整體布局設(shè)計(jì)通過(guò)結(jié)合智能布局和人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)，并且在該環(huán)境中集中了工藝流程、機(jī)械、電氣等計(jì)算機(jī)輔助

算法和工具，提升了決策水平。第三，實(shí)現(xiàn)電纜布局方案的數(shù)字化描述，裝配部門(mén)和電纜制作部門(mén)能夠據(jù)此獲得材料報(bào)表和三維模型，進(jìn)而更加直觀和精確的了解設(shè)計(jì)內(nèi)容。

實(shí)現(xiàn)電纜數(shù)字化布局設(shè)計(jì)，需要滿足以下條件：首先，產(chǎn)品數(shù)字化定義。在產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)CAD模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建的數(shù)字樣機(jī)夠反映產(chǎn)品功能特點(diǎn)和幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其次，電纜數(shù)字化建模。在電腦中全面表達(dá)電纜信息。第三，電纜數(shù)字化布局工具。包括智能算法和交互三維環(huán)境或虛擬環(huán)境，兩者的作用分別為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化布局設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)具體布局設(shè)計(jì)。第四，數(shù)字化輸出和描述電纜布局方案。將電纜布局方案通過(guò)電纜材料報(bào)表、平面展開(kāi)圖、三維模型的形式輸出和表達(dá)出來(lái)。

三、產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的建立

計(jì)算機(jī)中產(chǎn)品的數(shù)字化描述和定義即是產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)，電纜數(shù)字化布局設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)以此為基礎(chǔ)和前提。通常來(lái)說(shuō)產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)應(yīng)當(dāng)包含產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件、電纜，并對(duì)以下的模型和信息進(jìn)行定義：首先，零部件模擬實(shí)體模型。CAD模型將零部件結(jié)構(gòu)特征通過(guò)幾何形體描述出來(lái)，在三維圖形渲染中不可直接使用零部件的實(shí)體模型，需要在片面化獲得多邊模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行渲染。其次，幾何特征。將反應(yīng)產(chǎn)品零部件CAD模型幾何特征的點(diǎn)、線、面，同反應(yīng)相應(yīng)模型幾何特征的點(diǎn)、線、面進(jìn)行映射。第三，產(chǎn)品裝配。一系列零部件模型根據(jù)裝配關(guān)系形成了產(chǎn)品裝配體，其中的裝配關(guān)系包括幾何約束、位置約束等。產(chǎn)品的組成層次關(guān)系能夠通過(guò)裝配關(guān)系展現(xiàn)出來(lái)，從某種角度上說(shuō)也發(fā)揮產(chǎn)品部件或整機(jī)的功能。第三，運(yùn)用機(jī)構(gòu)。能夠通過(guò)兩部件幾何特征間的幾何函數(shù)確定，也可以幾何特征為基礎(chǔ)設(shè)置產(chǎn)品的運(yùn)功機(jī)構(gòu)。機(jī)械產(chǎn)品的性能和功能能夠通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真反映出來(lái)。

四、電纜交互式布局設(shè)計(jì)

定義、修改、建立電纜數(shù)字化模型構(gòu)成了電纜數(shù)字化布局。交互式電纜布局設(shè)計(jì)指的是在產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電纜數(shù)字化模型的交互式定義、修改、創(chuàng)建，完成數(shù)字樣機(jī)的布局設(shè)計(jì)程序。在布局設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行以下操作和信息定義：首先，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息部分是電纜數(shù)字化模型中電纜結(jié)構(gòu)信息定義的對(duì)象，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行刪除電纜分支、增加電纜分支等操作。其次，電纜的空間路徑。電纜空間路徑與電纜數(shù)字化模型中幾何信息部分相對(duì)應(yīng)，它一方面修改和定義了電纜橫截面，另一方面修改、刪除、定義電纜關(guān)鍵點(diǎn)。再次，固定、安裝、使用卡箍和電連接器。在電纜末端關(guān)鍵點(diǎn)上定義后才能使用電連接器。最后，電纜材料。通常運(yùn)用線束中指定兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)間的電纜部分、電纜段為實(shí)際中的電纜材料和輔助材料。

五、數(shù)字化電纜檢測(cè)技術(shù)

（一）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

航空導(dǎo)線電纜的測(cè)試內(nèi)容主要包括導(dǎo)線電纜的導(dǎo)通檢查、導(dǎo)線電纜對(duì)機(jī)體的絕緣電阻測(cè)量以及導(dǎo)線電纜對(duì)機(jī)體的耐壓試驗(yàn)。特設(shè)專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行導(dǎo)通檢査排故時(shí)，工作人員采用導(dǎo)通鈴等導(dǎo)通設(shè)備，依據(jù)系統(tǒng)接線圖，逐一對(duì)線束的通斷進(jìn)行判斷。該檢測(cè)方法在實(shí)施過(guò)程中，有如下不足：

（1）人工導(dǎo)通，效率不髙；

（2）未對(duì)短路故障進(jìn)行判斷；

（3）未對(duì)導(dǎo)線電纜阻值大小進(jìn)行判斷；

（4）回路中有較大電流流過(guò)易對(duì)導(dǎo)線電纜本身造成損傷。

（二）國(guó)外現(xiàn)狀

在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，航空導(dǎo)線電纜的測(cè)試巳經(jīng)進(jìn)入到數(shù)字時(shí)代。以美國(guó)電纜檢測(cè)設(shè)備為例，該電纜檢測(cè)設(shè)備能夠通過(guò)上位機(jī)軟件設(shè)置檢測(cè)參數(shù)并自動(dòng)完成所有電纜測(cè)試工作。

六、關(guān)鍵技術(shù)

由于國(guó)內(nèi)尚無(wú)整機(jī)電纜測(cè)試的成功案例，基于美國(guó)公司型電纜綜合檢測(cè)設(shè)備的全機(jī)數(shù)字化電纜檢測(cè)技術(shù)需要成功實(shí)施，存在以下難點(diǎn)：

（1）清理全機(jī)插座型號(hào)及安裝位置信息，確定各系統(tǒng)轉(zhuǎn)接電纜長(zhǎng)度；

（2）編制導(dǎo)線導(dǎo)通、絕緣等信息數(shù)據(jù)庫(kù)表；

（3）設(shè)計(jì)并制造與被測(cè)機(jī)型工裝相配套的測(cè)試型架；

（4）導(dǎo)線電纜測(cè)試系統(tǒng)的安裝與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

七、結(jié)語(yǔ)

本文分析了航空產(chǎn)品電纜的數(shù)字化布局，但本文還存在一定局限，希望行業(yè)人員能夠加強(qiáng)重視，不斷提升產(chǎn)品電纜數(shù)字化布局技術(shù)的應(yīng)用水平，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

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[2]全機(jī)數(shù)字化電纜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究_侯隆斌