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三维布线技术在辅变项目中的难点解析

作者:www.cechina.cn2014.04.08阅读 4211

    一、背景介绍
  (一)传统的布线工艺介绍
   1、对完成的柜体进行预布线处理,完整的把整套线束有柜体上拆卸下来,进行局部拍照,在图片上编辑点位,对图片拼接处理,完成1:1预布线图纸,并进行小批量验证后才能正式批量使用,如图1、图2。
 
图1 客车预布线图   图2 某单元预布线图纸
  (二)三维布线简介
  总体概括 基于三维模型,依靠带有电气属性的元件,在三维模型上进行模拟布线,最终输出需要的报表及预布线图纸。三维立体布线CAD软件又称HARNESS软件,本文使用的是EPLAN公司的Harness pro D,以下简称HpD。
   可行性分析:
  1、三维模型,HpD与PROE模型无缝隙兼容,可直接导入,并形成连体关系,PROE改动会直接作用于HpD中的导入模型;
  2、电气连接关系,传统工艺中,设计师会提供EXCEL格式的电路接线表。对表格进行模板处理后便可以导入HpD中;
  3、需求分析,HpD模拟布线功能可满足目前生产中的任何细节问题,基本做到真实模拟,可用于前期布线分析,省去科研阶段再研究布线的问题。后期可以输出线束长度,端子型号,辅料详单,以及预布线图;
  4、三维布线目的,运用三维布线,完成布线工艺,做到协同设计,科研试制阶段直接投入使用预布线图纸。
  (三)三维布线工艺流程
  对于三维布线如何实现的基本操作,已在去年的三维布线论文基础篇中做了详细介绍,这里只用流程图简单介绍,方便读者了解,如图3。

图3 三维布线作业流程
  二、三维布线工艺难点解析
  (一)案例项目背景介绍
  模块导线数量约200根,模块尺寸434mm*382mm*432mm,空间紧凑度极高。
  (二)模型处理的关键点
  基础篇中已经介绍过了,如果要很好的进行三维布线,对模型的处理必不可少,消除不需要和有遮挡的部分,这方面的工作做的越细致后面的布线工作越方便。依靠实例,介绍模型处理重点步骤。
  三维模型预处理,原则是简化到最方便布线为止。
  1、删除所有螺栓与外围盖板,外壳影响布线效果,并且线束不会与外壳发生绑扎关系,螺栓对布线没有任何作用,并且会影响模型生成速率,如图4;

点击看原图

图4 模型处理前后对比图
  2、删除无影响器件,透视干涉但有影响的器件。如充电机模块中的圆柱电容组件,其中电容位于组件框架内部,对线束有绑扎作用的是电容支撑杆,电容本身没有任何影响CONTROL ENGINEERING China版权所有,如图5。
图5 上部圆柱电容处理对比图
  模块背面矩形电容组件,由于完全遮盖了背面www.cechina.cn,影响了布线视角,经分析只需要留下外框架提示布线路径即可,故也可以删除,如图6。
图6 背部矩形电容处理对比图
  模块中层的电抗器变压器过大,影响布线视角,但是由于影响走线路径,故不能删除,需要透视处理,如图7。

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图7 背部矩形电容处理对比图

  其余的依照这一原则逐一分析元件,处理模型,最终得到最适合布线的模型,对比图片可以看出,无论再复杂的模型,都可以简化到清晰明了的地步,如图8;

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图8 模型处理前后对比图

  3、建立剖面视图,某些关键部位,估计在后期布线时,对其影响很大的,就需要做剖视图,甚至连环剖视图,这一步的原则是只要有可能用,就需要建立,如图9;

图9 剖视效果图
  (三)接线表的处理关键
  主要讲解在线束较多的情况下,如何避免整体加载导致异常混乱的问题。
  分离接线表:,首先根据电路原理图将表单分离成主回路,控制回路,高压线束,低压线束等多个分接线表。命名为harness1至harness4,分开命名可保证路径的唯一性。举例说明,专为主回路线束harness1设计的走线路径harness1不会被其他线束所占用。HpD模板选项可见下图,如图10;

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图10 HPD接线表模板

  (四)电线路径的绘制技巧
  电线的路径设置方法根据笔者的操作经验分为了两种,一种情况是线束单一较少的快速绘制路径方式,一种是线束情况复杂的精确绘制方式。如三维布线基础知识论文中涉及到的某单元,就是只有20根成一束线的简单模型。那么建议使用快速绘制路径的方法,即画闭环回路的方式完成路径控制工程网版权所有,再依靠自动走线的方式完成布线,简单检查一下即可,具体请参照“浅析三维布线工艺”论文。
  1、设置路径,这里只谈论电线的路径问题,如何布置电缆会在问题3中讲解。
  重点分析充电机模块这种线束复杂,空间狭小,不同类型线束必须严格分离的情况。首先明确划分出整个模块中线束分布情况,规划不同线束走线区域。然后由主回路走线路径开始绘制,依次完各线束成路径后,在加载接线表之前先整体检查一遍是否存在明显干涉或不符合布线分离准则的问题,下面左图为运用基础快速布线方式对复杂产品布线效果图,右图为运用作者总结的方式布线效果图,为清晰明了,隐去了模型,如图11。

图11 整体路径效果对比图
  2、加载导线,最后一步要求逐一加载步骤一完成的分接线表,每加载一个表,便会生成一部分杂乱的线束,再利用半自动走线功能,点选起始结束两端的关键点,确保线束走对路径,这样做的优势会明显比整体加载逐一处理的要更快更工整,如图12。

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图12 模块电线完成效果图

  (五)如何布置电缆
  电缆与电线的在HPD中属于完全不相同的两个概念,电缆的布置相对于电线更为复杂严谨。如果是初学者可以使用设置电线的属性让其结果与电缆相似,再依靠运用CAD修改二维预布线图纸,最终得到相似的工艺文件和预布线图纸。本节重点讲解如何运用正确的方式布置电缆以及布置电缆中的一些经验技巧。
  1、构建电缆
  同电线一样,电缆也是在HpD的Library里构建。这里讲解的重点是属性参数如何设置正确。除了电缆外绝缘半径,芯线数量半径等基本参数,最重要的是建立每一根芯线和对应的电连接点的唯一关系。
  这里介绍一个简单实用的方法,利用芯线的名称产生对应关系。举例说明,现有GKW-LW\\2*0.5的2芯电缆,接线要求Z3:IN+接XT1:1,Z3:IN-接XT1:2,传统的接线表提供的信息中无法满足虚拟布线时一对一的关系,电脑不知道芯线的对应关系从而加载失败。可首先对GKW-LW\\2*0.5的2根芯线单独命名为wire-1和wire-2,再在HpD加载电缆时的模板中设置芯线对应关系,如图13。

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图13 电缆芯线命名规则

  2、电缆布线方法
  HpD中对电缆的处理很特殊,不同于电线控制工程网版权所有,不能先构建路径,然后加载电缆整体处理。而必须是选定一根CONTROL ENGINEERING China版权所有,制作一个路径,加载一根,如图14。

图14 电缆布线步骤图
  一根根布置电缆便会产生一些电线没有的问题,如同一方向同一属性的电线使用的是同一路径,导线自动成为一束线,布线美观方便。但是电缆每一根之间没有关系,更不能借用其他电缆路径,即使是同一方向同一属性的,也要多次反复建立电缆路径。解决的方式是在完成电缆放置的基础上,再建立一个空路径,方法和电线路径一致,然后使用手动或半自动布线方式把电缆全部放进去,注意不可以借用电线的,电线和电缆不可以兼容路径,完成后效果清晰明了,如图15。

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图15

  (六)如何添加合适的防护
  在实际布线过程中,对于一些棱角处,线束的防护是至关重要的,在虚拟布线和预布线图纸上就要反应出准确的包裹防护材料的位置及包裹长度。下面介绍如何放置防护材料及扎线必要的线托等辅料。
  1、在HpD的库library里建立相关属性,如热缩套管,关键参数是热缩后直接范围。完成后即可调用。
  2、放置热缩管等保护的步骤在布线完成后,注意无论是保护或是线托只能在路径上做,不可以直接针对导线。
  3、利用路径上的控制点,点击同一路径上的不同控制点,两者之间会自动生成热缩套管。如果直接点击路径,那么整个路径将覆盖热缩套管。
  4、利用控制点还可以加载线托,关联线托与控制点后线托边代替控制点移动固定导线。注意连接多根导线的控制点不可以与线托关联,更不可以多条线径关联一个线托,线托可以设置独立的控制点,如图16。

图16 线托与热缩管效果图
  (七)预布线生成中的重点问题
  二维预布线和下线表是三维布线的重点意义,只有快速输出预布线和下线表等工艺文件才能真正帮助生产制造,在三维模型上的虚拟布线只有检查设计合理性,规划布线及指导布线的作用,下面以动车主辅一体化平台充电机为例,介绍预布线生成中的重点问题。
  1、属性表格不易选多,HpD软件生成二维预布线时会有充足的参数供你选择,但是不要每一项都选,要选择有实际用途的,如连接器点位,导线规格,结合点即可。
  2、展开后再对需要放置连接器点位表格的点手动放置,这样有效避免杂乱无章现象。对于此模块线束过大的,就要调整线束,分开打印多幅预布线。
  3、整理线束的原则是三化两注意,集约化,简洁化,直线化,注意转弯半径合理,注意点位信息正确。如图17是线束处理前后对比图,如图18是按照本文所述,得出的比较美观简捷的预布线图,并且每一个图框都是A0大小的大型预布线图。

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图17


图18
  4、生成所需要的报表文件,即指的是工艺文件。三维布线工作完成后,生成的工艺文件种类齐全,自动生成,只需要转化成企业要求的模板即可,这方面的内容在三维布线基础篇中已有详细介绍,在这里只做演示,如图19。

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图19

  三、三维布线工艺技术总结
  三维布线技术的真正运用,在国内其实只有短短的几年,但是作者在这三年的试用期里,明显可以感觉到软件的成熟变化,从只有理论难以实现到现在可以满足公司动车变流器这类复杂的路内产品,说明这项技术是可行的,是有利于公司工艺技术提升的。希望可以凭借此类先进技术,能更好的实现公司产品的理论设计,能更好的体现现代制造业的工程化水平。
  参考文献
  Harness Expert软件说明书.
  Pro/CABLING 2.0.中国电力出版社.2006.1(1).
  铁路产品相关标准
  丁祖辉  .浅析三维布线工艺 .制造中心 .2011
  丁祖辉  .三维布线工艺技术探索及电气产品的应用 .制造中心 .2012
  作者简介:
  丁祖辉,男,1988年,助理工程师,主要从事变流器产品的系统集成工艺研究工作。
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