一种基于CATIA V6三维模板的电缆组件建模方法

王驰鹏 刘建军 刘绪弟

摘 要：电缆组件一般依托于产品结构模型进行三维建模，对于多厂家联合开发的电子产品系统级互联电缆组件，由于各子系统研制厂家缺少主系统模型，子系统间互联电缆三維建模在现有三维布线设计平台中存在“断点”。文章通过分析柔性电缆建模相关的要素，基于CATIA V6平台进行二次开发，提出了一种不依赖于产品结构三维模型的电缆组件独立三维建模方法。

关键词：三维布线；电缆组件；CATIA；二次开发

中图分类号：TP391.7 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0127-03

Abstract： Cable assembly is generally based on the product structure model for three-dimensional modeling. For the joint development of multi-manufacturers of electronic product system-level interconnection cable assembly， due to the lack of the main system model of the sub-system manufacturers， there are "breakpoints" in the 3D modeling of inter-subsystem cables in the existing 3D cabling design platform. Based on the secondary development of CATIA V6 platform， an independent 3D modeling method for cable components independent of the 3D model of product structure is proposed by analyzing the factors related to flexible cable modeling.

Keywords： 3D wiring； cable assembly； CATIA； secondary development

1 概述

三维数字化设计与制造技术已在众多电子设备厂家进行了广泛的应用。在产品设计过程中，依托三维数字化设计平台，实现了多专业协同设计与模型仿真分析，提高了设计质量，有效缩短产品开发周期；在产品实现过程中，通过BOM转换，实现以MBOM为基础的制造，为计划决策、材料采购、生产排程、资源调度、物料准备、数据统计等生产活动提供全程数据支撑。三维数字化设计与制造技术已成为电子设备厂家产品开发不可或缺的技术手段。

柔性电缆组件是电子设备系统级互联的重要组成部分，电缆组件三维建模是产品建模的重要组成部分，对后续的工艺性审查、可制造性分析及实现全产品三维数字化制造不可或缺。目前，多厂家联合开发的电子设备系统级互联电缆组件，各子系统研制厂家一般无法获取主系统模型，子系统间互联电缆三维建模在现有三维布线设计软件中存在“断点”。针对缺少模型的单个柔性电缆组件三维建模，需要在现有的布线软件平台上寻求新的解决办法。

2 电缆组件建模现状

电缆组件三维建模一般通过三维设计软件中的布线功能模块完成，常用的具备三维布线功能的三维设计软件有CATIA、UG、PRO/E和SOLIDWORKS等。线缆建模流程为：（1）构建产品结构模型；（2）依托结构模型进行线缆空间敷设建模；（3）抽取电缆组件；（4）电缆组件编辑、三维标注。通过三维布线模拟真实产品电缆装配场景，对产品布局方案、防护处理、电缆空间等进行检查、优化；使其在满足设计性能参数的同时，具备较高的制造性、可维修性及实现较好的成本控制。

目前，三维布线应用场景在柔性电缆建模方面还存在一定的局限性。由于保密、软件兼容性、任务分工等原因，特别是大型特种任务设备，作为载荷平台的舰船、车辆、飞机等主机厂不生产特种任务设备，主机厂只负责载荷设备、系统管路和系统电缆敷设空间设计与装机；设备供应商无法获取载荷平台模型及与主机厂开展实时跨厂家协同进行电缆组件三维建模设计，设备供应商一般是根据与主机厂确定的互联接口控制文件与电缆编号、长度清单，采用AutoCAD进行电缆组件二维图设计。基于三维设计软件现有布线功能、流程，对电缆组件进行独立三维建模，耗时费力，其效率远远低于AutoCAD二维设计，仅以接口定义和长度为输入条件的独立组件三维布线不具备经济性；同时，AutoCAD二维设计图、表分离，无法实现电缆设计数据结构化，与目前基于MBOM数据的制造模式存在不可调和的矛盾。因此，在三维布线设计平台中构建一种快速高效的单个电缆组件独立建模方法，是所有开展三维数字化设计与制造工作厂家三维布线需要解决的问题。

3 独立电缆组件建模方法研究

3.1 电缆组件建模过程分析

电缆组件三维建模过程主要包括输入数据准备、模型创建、辅料与技术标注添加。分析、研究电缆组件设计有关要素、过程， 基于CATIA V6的电缆组件详细设计过程新旧模式对比分析见表1。制约单个组件快速独立进行三维建模设计的因素主要有以下两个方面：（1）在没有设备结构模型作为边界参考，对于长达数米甚至数百米的电缆组件，难以实现对电缆组件长度与分支点位置的精确建模；（2）电缆组件制造所需的导线、防波套等物料数据提取自电缆三维模型，难以获得准确的物料数据。针对存在的问题，利用CATIA V6良好的接口开放性，利用软件已开放的API进行CAA二次开发，电缆组件模型采用复制已有相似模型进行创建，采用尺寸标注对组件分支点、分支长度进行控制；放弃软件默认导线数据获取功能，采用CAA二次开，根据尺寸标注值创建制造实际需要长度的导线特征。

3.2 模板创建

通过3.1中表1对比分析，归纳、构建典型电缆组件线束模型模板是開展单个电缆组件高快速高效建模的关键。收集、分类归纳电缆组件典型形态，构建一分一、一分多、二分二、射频集束、高低频混装等典型三维电缆组件模板，与A0至A4的图纸规格进行适配，并考虑非典型情况时可自定义添加电缆组件模板，构建适应企业产品特点的柔性电缆组件模板库。模板库的构建完全采用CATIA V6的OOTB功能实现，保证库的构建、管理及后续组件创建、编辑等过程，与基于CATIA结构模型进行电缆组件三维建模设计使用的功能完全兼容。

3.3 组件布线流程

基于CATIA V6三维模板的电缆组件建模设计流程图如图1所示。

在单个柔性线缆组件建模设计过程中，首先获取经电气设计师确认过的电气接口定义、长度，根据电缆组件连接器数量选择数量一致，线束网络构成相似度高的组件模板作为设计参考对象；CAA开发功能调用模板，创建新电缆组件，根据输入条件同步替换连接器、尾附件模型；并对电缆组件进行编辑，进行线、缆工艺性检查；应用CATIA软件OOTB功能创建标识、护套；根据外部输入尺寸值对电缆组件各分支长度采用假尺寸进行标注；最后，调用CAA开发功能，以标注假的尺寸为驱动创建组件导线特征，并进行技术标注，以满足最终实物制造需求。

3.4 电缆组件建模应用

经过对CATIA V6资源库进行适应性配置与二次开发，使其三维建模设计功能更加完善，可以参考产品结构三维模型进行电缆三维建模，也可以对单个电缆组件进行独立三维建模设计。为了对电缆组件独立建模的可行性进一步进行验证，三维布线能力建设团队选取了某课题的系统级互联电缆进行了实际建模应用，建模模型详见图2、图3。

通过具体研制课题应用验证，基于CATIA V6三维模板的电缆组件建模方法能够满足我所交付主机厂安装的系统级互联电缆组件三维建模设计需求，改变了电缆组件设计中使用二维CAD设计与CATIA三维设计软件并存的现状。基于CATIA的知识规则库进行工艺性检查，提高了电缆组件产品设计质量。

4 结束语

基于CATIA V6三维模板的电缆组件建模方法，依托现有的三维布线软件，通过应用方法创新，结合CAA二次开发，成功解决了无结构模型情况下单个电缆组件快速三维建模设计，实现了电子设备成套电缆全三维设计，有利于构建完备的基于MBD技术的协同设计平台。将电缆组件模板调入三维设计环境后，布线公共资源、电缆编辑、检查、标注、出图等充分复用CATIA V6现有的结构设计、布线设计协同环境中建设成果，无需独立开发新功能。

应用基于模板的单个电缆组件独立三维建模设计方法，可以有效解决单根电缆组件三维设计；随着基础公共资源库不断完善，典型模板库的不断丰富，相对于目前二维电缆设计、更改效率可大幅度提高；随着三维布线设计工艺性检查知识规则累加与完善，可以有效提高设计质量、缩短研制周期、节约生产成本。采用模板对设计过程进行约束，可以减少电缆设计格式性、规范性等失误；同时，结构化的电缆组件数据为后续结构化工艺设计提供了前题条件，为后续电缆组件数字化、智能制造生产线实施提供必备数据。

参考文献：

[1]王腾，王俊祥，漆宝运，等.特种车辆三维布线工艺技术应用研究[J].新技术新工艺，2017，11：001-003.

[2]李宏，王玉磊.基于CATIA三维布线应用[J].科技创新与生产力，2016（01）：85.

[3]张永涛，闫静，左敦稳，等.悬挂约束下线缆装配仿真建模[J].系统仿真学报，2013，7：1513-1517.