CREO／Cabling在电气设备结构设计中的布线仿真应用

袁平定 张 娜 王杨阳

（许继电气股份有限公司，河南 许昌461000）

0 引言

电气设备作为工业领域高附加值的高技术含量电气装备，其结构复杂、机电一体化集成度高、设计和制造周期长、专业化程度高，已成为国际市场上一个重要的竞争领域。而作为企业的设计开发部门，则需要一套合适的软件帮助企业提高竞争力。PTC公司的CREO软件即为一套可伸缩的套件，用它可做三维模型设计、零部件图纸后期加工、结构强度和热仿真分析以及后期的布线仿真设计，反馈电气设备结构设计的合理性和布线的工艺可行性。它能逼真地模拟出产品的外观，生成各种营销宣传资料，大幅度缩短产品的开发周期，提升企业的市场竞争力。在CREO的应用过程中需要做好以下几步：

1 建立布线用的基础模型

在设计出产品的三维模型后，在总装配中建立布线的组件，后通过组件激活，再建立布线用的骨架模型。此时，由于产品的三维模型已设计完毕，模型较大，不利于后期布线的快速查看及参照整体三维模型修改，可通过在骨架模型中对产品的三维模型手动复制几何模型，建立布线的基础组件参考模型，避免在大型装配中占用过多系统资源，尽可能地提升电脑运行速度，也可排除布线时不需要的无用信息，避免对布线仿真设计产生干扰，减少模型再生时间。通过加载线缆色彩外观库文件，可以逼真地模拟出线缆的外观色彩。后续再像组装零件一样装配电气连接件。建立完毕的布线基础模型如图1所示。

图1 建立完毕的布线基础模型

2 布线规划，绘制布线网络图

建立基础参考模型，由“应用程序——缆（Cabling）”进入布线模块。首先指定连接器，并为其输入和设置相应的线缆参数，并指定其为单根线、多股线还是带状多股线属性。建立线轴文件，以备布线时选用。线轴不仅是线缆逼真显示的前提，而且线缆自身带多种参数信息，直接影响到布线效果。具体的线缆布线要建立在线束下，可依据产品的功能模块和走线位置区域，分成若干线束，以每个区域建立一个或多个线束为宜。而布线中走线的路径方便与否则是直接影响到实际生产操作中布线方便与否的关键因素之一。如果布线的线缆数量很少，走线路径较简单，布线设计时在基础参考模型上直接点取合适的位置即可；如果布设的线缆数量多，且走线路径复杂，此时可先建立布线网络，规划好走线路径，供布线时参考。一个产品布线较为复杂时，布线网络是布线仿真设计的总纲。布线网络规划的好坏，直接影响到后期布线的工艺可行性和操作维护的方便性以及最终产品走线的美观。布线较为复杂时，可规划设计数个布线网络，而每个线束通常只能用在其下创建的布线网络图，当需要借用其他线束下创建的布线网络图时，可将想借用的布线网络设置为共享，再调用。在布线网络绘制中，在需要设置空间位置点时，可先绘制出一个点，后把此位置点转换为偏移点，然后再修改其空间三维坐标值，驱动其位置变化到所期望的空间位置。

3 首根线缆的布置，提纲挈领

常选取路径最长的线缆作为布线设计中的第一根线来实施。优点是后续布线时以此线缆为参照做沿缆布线设计，其他线缆可借用整个走线路径，或者借用其中一部分走线路径，快捷方便。在使用沿缆布线时，需要指定具体参照的那根线，并且指定选取参照线缆中使用的初始位置和终止位置供参照创建。当第一根线缆生成以后，由于与连接器相连接的初始段和末段线缆路径连接是系统自动产生的，与所期望不相符时，可事先在连接器中创建合适的空间位置点，给通过与连接器相接的那段线缆插入合适的空间位置点，修改其走线路径，调整其位置，达到预期效果。

4 参照首根线缆设计后续线缆

后续线缆可参照先前创建的线缆布线。当布线需用另外一个布线网络中的一部分，而这两个布线网络又不连接时，需先将借用的那个布线网络设置共享后，对原本两个不相连接的布线网络创建连接，再从一个布线网络到另外一个布线网络借用参考布线，实现线缆跨网络布线；当两个或多个布线网络交叉时，布线时系统不知道哪个布线网络是优先走线路径参考，可将优先考虑的那个布线网络与其他布线网络交叉点后方紧接着的那个位置点属性设置为“必须”，并配合将另外一个布线网络交叉点后方紧接着的那个位置点属性设置为“不允许”，以此来设置布线网络的优先级层次。

5 后期线缆规范调整，美化走线设计

当一个布线网络被多条线缆参照使用时，常出现线缆扭曲交叉干涉的情况。可通过设置线缆扭曲交叉干涉较严重的位置点及其前后位置点的属性，改变角度值，调整理顺线缆；对多股线可修改设置位置点的“最大直径”，增大其间隙，消除干涉。如果线缆很多，常通过增加走线槽加以规整，使其规范。在虚拟布线中，线缆扭曲交叉干涉现象不影响实际布线，可酌情放宽要求。

6 提高布线美观性,优化结构设计完整性,验证布线工艺可行性

增加线号、扎带、走线槽及护套元件，美化和规整线缆，使其更加逼真，与实际工艺相一致。与此同时，它也能反馈虚拟布线的位置是否满足结构设计要求，布线工具是否适用，操作和后期维护是否方便，是否需要对产品增加布线结构工艺件，满足布线工艺可行性，或对某些零部件增加辅助工艺，如扎线孔、引线支架和引线桥等。在总装中，审阅当前布线的工艺和结构，通过对需要增加辅助工艺特征的零部件进行激活，增加辅助工艺开孔特征或引线支架和引线桥等元件。由于CREO统一数据库具有全相关性，对零部件的修改会实时反映到总装上，从而使总装效果的审阅非常方便。当确认所有的工作完成后，可把线缆装配下的骨架模型隐藏，消除总装配中复制几何模型和原来零部件模型干涉造成的显示重影问题，完整的布线仿真三维模型全部生成。布完线的骨架模型和完整布线三维模型如图2所示。

图2 布完线的骨架模型和完整布线三维模型

7 结语

基于CREO／Cabling虚拟技术，对电气设备布线结构进行仿真设计，能够优化产品结构设计，适时反馈产品结构布线设计工艺可行性，逼真模拟产品最终效果。利用CREO统一数据库的全相关性，快速修改虚拟制造中反馈的实际布线结构的不合理处，同时反映到总装配中，解决了以往需要实际生产才能验证的结构设计合理性和工艺可行性问题，改变了需生产出样机才能做出产品推广的各种宣传图片的现状，可显著缩短产品开发周期，降低产品试制加工费用。利用CREO提前做好产品的企业宣传资料，还能为产品的快速投入市场赢得宝贵时间，提升企业的市场竞争力。

［1］黄国振.构建数字化样机——Pro／ENGINEER Wildfire钣金设计与三维布线［M］.北京：人民邮电出版社，2006