基于CAD平臺的線束工裝板圖的快速生成方法

張 曼，任 龍，杜昌立，楊勇強

（1.陜西科技大學(xué)機電工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2.陜西浩唐工貿(mào)有限責任公司，陜西 西安 710000）

1 引言

來圖加工模式 （Build-to-Print）和同步開發(fā)模式是國內(nèi)汽車線束制造企業(yè)主要的供應(yīng)方式。來圖加工模式中，客戶線束圖紙已然鎖定，似乎只需線束制造企業(yè)按圖生產(chǎn)即可，然而現(xiàn)實并非如此。通常企業(yè)獲得的只是PDF或TIFF格式的客戶線束圖紙［1］。生產(chǎn)所必須的設(shè)計和工藝信息，如物料BOM、電線關(guān)系表、裁線工藝卡、短路工藝卡等，并不能直接從客戶圖紙中快捷獲取。制造企業(yè)需要根據(jù)自身的工藝能力、供應(yīng)體系等客觀條件，利用CAD（Computer Aided Design計算機輔助設(shè)計）軟件進行優(yōu)化設(shè)計，重新輸出線束圖紙。而在同步開發(fā)模式中，客戶線束圖紙已充分考慮了制造企業(yè)的客觀條件，但也需要重新輸出工藝信息完備的線束圖紙。無論哪種模式，線束圖紙必須優(yōu)先考慮各用電器和模塊的尺寸形狀、布置情況及其相互之間的電連接關(guān)系，同時還要對線束的分支節(jié)點、包覆方式和固定方式進行標識和指定。通常會導(dǎo)致線束圖紙中繪制的線束長度并非呈1:1等比例顯示。而在汽車線束的總裝配流水線上，又始終需要指定圖框尺寸規(guī)格的、全尺寸的工裝板布局圖，用以指導(dǎo)現(xiàn)場裝配作業(yè)。因此還需要重新輸出全尺寸工裝板圖紙。如圖1所示。

圖1 線束圖紙輸出及用途

2 生成工裝板圖的解決方案

2.1 現(xiàn)有技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中，往往需要依據(jù)既有的線束圖紙，在指定的圖框尺寸規(guī)格中，手工重新布置全尺寸的工裝板圖。圖紙轉(zhuǎn)化所需的工作量大，效率低下且容易出現(xiàn)錯漏。尤其隨著汽車線束回路數(shù)量和支路數(shù)量增加，其轉(zhuǎn)化時的工作效率和數(shù)據(jù)準確度會大幅下降。眾所周知，同一款產(chǎn)品的線束圖紙和工裝板圖紙具有設(shè)計和工藝信息的一致性，僅僅是在表述方式上的側(cè)重點不同而已。如果我們可以利用其設(shè)計和工藝信息的一致性，輔以必要的調(diào)整，將線束圖紙自動、快捷地轉(zhuǎn)換為全尺寸工裝板圖紙，既可以提高圖紙繪制工作的效率，更有利于保證設(shè)計和工藝數(shù)據(jù)傳遞的一致性和連續(xù)性。

CHS和Ldorado等專業(yè)線束設(shè)計軟件已有自動轉(zhuǎn)化工裝板圖紙的功能。以CHS為例，線束圖紙和工裝板圖紙只是一個設(shè)計的兩個不同視圖。在完成線束圖紙的設(shè)計后，僅需要進行少量的設(shè)置，就可以獲得工裝板圖［2］。

但是受限于客觀條件，目前國內(nèi)絕大多數(shù)的線束制造企業(yè)使用的線束設(shè)計軟件，仍然是AutoCAD為代表的通用型CAD軟件，其軟件本身并不具有這種功能。

2.2 解決方案

本文介紹的基于CAD平臺的全尺寸線束工裝板圖生成方法，是在以C++語言的ObjectARX開發(fā)環(huán)境下開發(fā)的上一版本［3］基礎(chǔ)上，利用AutoLISP開發(fā)環(huán)境，編輯并優(yōu)化命令模塊，同時結(jié)合AutoCAD的原始命令模塊，進行二次開發(fā)［4-5］。與上版相比，操作更簡易、穩(wěn)定性更好、適用范圍更廣。

本方法利用樹狀結(jié)構(gòu)的CAD屬性塊功能，對汽車線束的物料信息、電氣信息和機械信息進行分別設(shè)置，以滿足軟件后續(xù)步驟中對設(shè)計和工藝數(shù)據(jù)的提取需求，同時保證線束圖紙中的任何設(shè)計變更，可以在工裝板圖中得以直接體現(xiàn)；以線束的節(jié)點和支路路徑長度作為基本計算單元，進行抽象和模擬，建立平面連桿機構(gòu)的運動學(xué)模型，將AutoCAD中對線束支點和路徑的各種操作直接轉(zhuǎn)換成平面連桿機構(gòu)的運動軌跡，同時保證各個桿件之間拓撲關(guān)系的連續(xù)性和一致性，使工裝板布置過程中的運動和操作得以順利進行，從而實現(xiàn)線束圖紙的自動展開和擺平；以指定的線束工裝板尺寸規(guī)格為圖框的邊界界限，對超出圖框范圍的線束支點和路徑，在所建立的平面連桿機構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，通過對連桿件的拖拽來實現(xiàn)在圖框范圍內(nèi)的重新布置。

3 生成方法的步驟與特征

本文介紹的全尺寸線束工裝板圖的生成方法可以通過以下步驟來實現(xiàn)。

1）轉(zhuǎn)化目標線束圖紙

將客戶線束圖紙中記錄的電線長度參數(shù)、節(jié)點參數(shù)、連接器參數(shù)、連接器對應(yīng)電線類型參數(shù)、線束包覆方式和固定方式的參數(shù)形成樹狀結(jié)構(gòu)的CAD屬性塊，從而獲得適宜轉(zhuǎn)化的目標線束圖紙，既保證了線束設(shè)計和工藝信息的提取，同時也是后續(xù)轉(zhuǎn)化工裝板圖紙的基礎(chǔ)。如圖2所示，實例中的目標線束圖不僅包括了節(jié)點、電線、線束、連接器的參數(shù)數(shù)據(jù)，還包括電線走向和節(jié)點處線束分布；并將其固定在CAD屬性塊中，從而能夠進行快捷讀取和調(diào)用操作。

圖2 目標線束圖紙實例

2）自動展開為全尺寸線束圖

選取線束圖紙中的任意節(jié)點作為轉(zhuǎn)換的起始點，根據(jù)相關(guān)CAD屬性塊中的參數(shù)以及與相鄰節(jié)點之間路徑的長度和方向，保持原方向不變的基礎(chǔ)上，對路徑進行1:1等比例的縮放；然后以此為原點，按照上述展開方式依次對相鄰節(jié)點之間的路徑進行自動的等比例展開，從而自動生成實際尺寸和圖紙尺寸呈1:1等比例的全尺寸線束圖。此時，CAD屬性塊參數(shù)隱藏。如圖3所示，本實例中以第一節(jié)點1為起點開始，對第一路徑9、第二路徑10和第三路徑11進行等比例的縮放，然后以第二節(jié)點2上的第四路徑12和第五路徑13進行等比例縮放，依次到第八節(jié)點8上的第十七、十八、十九路徑25、26、27的等比例縮放后，生成全尺寸線束圖 （圖3）。

3）建立連桿機構(gòu)模型

以自動生成的全尺寸線束圖為基礎(chǔ)，以線束節(jié)點有阻尼系數(shù)的彈性鉸接點，以相鄰兩個節(jié)點之間路徑的長度和關(guān)聯(lián)關(guān)系，作為鋼性連桿。在保持同一鉸接點上所有連桿不會脫開、且相互之間的位置關(guān)系不變的前提下，建立平面連桿機構(gòu)的運動學(xué)模型。

具體而言，在工裝板連桿機構(gòu)模型的拓撲關(guān)系中，線束應(yīng)用上要求線束必須保證連慣性，即各節(jié)點之間的路徑不能脫開，因此在連桿機構(gòu)模型中，利用靜力平衡方程保證連接到各鉸接點的連桿不可脫離。線束應(yīng)用上要求到達同一支點上的支線路徑之間相互之間的位置關(guān)系不變，即保持其順序在成品工裝板上與線束圖紙一致，因此在同一鉸接點上連桿之間建立碰撞分析模型、排斥力模型，保持同一鉸接點上所有連桿之間互不接觸且相對位置關(guān)系不變。

4）調(diào)整連桿機構(gòu)，布置工裝板

將已建立連桿機構(gòu)模型的全尺寸線束圖拖入指定的線束工裝板圖框內(nèi)，對各個線束支路對應(yīng)的連桿及與其鉸接的臨近連桿，分別進行拖動，直至連桿機構(gòu)模型的所有連桿均勻地、互不交叉地布置在線束工裝板邊界框圖內(nèi)，從而得到全尺寸線束工裝板草圖。

各節(jié)點可以通過用戶的操作來實時動態(tài)地拖拽，保證用戶在操作任意一根連桿時，該連桿、與其相連的連桿及次級相連的連桿均在此操作下，默認根據(jù)連桿機構(gòu)模型的運動學(xué)平衡條件，按客戶意愿實時動態(tài)地移動或旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了用戶操作與CAD軟件的交互。已經(jīng)滿足工裝板布置要求的連桿，也可進行鎖定，以避免調(diào)整其他連桿時再次偏移。對于拖拽無法滿足工裝板布置要求的連桿，可以通過設(shè)置臨時鉸接點，再次實行拖拽，直至滿足布置要求。如圖4所示。

圖4 全尺寸線束工裝板草圖實例

5）調(diào)入屬性塊，生成工裝板圖紙

在全尺寸線束工裝板草圖上，以線束的各個節(jié)點為定位基準，將目標線束圖中對應(yīng)CAD屬性塊，一鍵命令自動生成。再通過輕微調(diào)整，即可獲得指導(dǎo)現(xiàn)場裝配作業(yè)所需的全尺寸工裝板圖紙，如圖5所示。

圖5 全尺寸線束工裝板圖實例

在執(zhí)行連桿機構(gòu)模型拖拽操作時，AutoCAD軟件操作界面上暫停原始命令模塊與CAD內(nèi)核的交互，而使用AutoLISP開發(fā)環(huán)境下二次開發(fā)的命令模塊與CAD內(nèi)核的交互。

4 小結(jié)

本文以線束圖紙為對象，采用基于AutoCAD的二次開發(fā)，并融入關(guān)系理念和工業(yè)工程思想，運用AutoLISP、AutoCAD、平面連桿機構(gòu)等技術(shù)和工具開發(fā)了一種汽車線束全尺寸工裝板圖的生成方法。該方法的實現(xiàn)可有效地解決汽車線束圖紙工藝信息提取效率低、圖紙轉(zhuǎn)化效率低的問題，具有一定的推廣價值。