面向线缆组件装配过程的Routing建模方法研究

赵磊，宛新贵

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009)

面向线缆组件装配过程的Routing建模方法研究

赵磊，宛新贵

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009)

为了实现复杂产品电装过程中接线表、接线图、线缆组件装配模型数据源的一致性，满足针脚级别的接线关系，并在三维模型上实现柔性线缆扁平化处理，提出了基于UG NX Routing建模的复杂产品线缆建模方法，通过接线关系数据格式的转化，实现office格式接线表与NX cmp＆hrn格式电连接器、接线表的自动导入导出，开发扁平化线缆模型特征库，满足线缆扁平化处理过程。线缆建模过程在某型复杂产品线缆装配中得到应用，验证了该方法的有效性和可靠性。

线缆装配;接线表;接线图;扁平化

面向线缆装配等柔性体结构建模，在考虑导线走向的同时，还需尽可能缩减线缆实际长度，满足产品整体配重要求;另外，企业进行电装过程中，往往依据接线表、辅助接线图的方式进行线缆实物装配，其数据源头不一致，导致接线表与接线图存在信息不一致的风险，对接线人员的专业知识依赖度极高;如何实现依据三维数据源，满足线缆模型与结构件的装配协调及干涉检查，实现线缆局部扁平化，已成为线缆建模的瓶颈问题。

20世纪90年代初，针对航空工业中所存在的线缆设计的问题，美国的Conru A B和Cutkosky M R［1］采用并行工程的方法，构建出一个多Agent系统，用于线缆设计者的协同设计，实时显示并比较多种线缆设计布线方案;Wolter J和Kroll E［2］采用了点线模型来描述多根线之间的相互关系，如打结、缠绕等;Loock A和Schömer E［3］提出了对不同刚度的线缆在承受重力的状态下进行仿真模拟，取得了较好的效果;Ritchie J M等［4］开发了一个在虚拟场景下实时线缆装配布线的系统，并对虚拟环境下线缆布线的效率进行了检测和分析。万毕乐等［5］在分析虚拟环境下线缆模型信息构成的基础上，提出了基于离散控制点思想的线缆几何结构层次化表达方法，以及基于布线任务的工艺规划过程描述方法，为在虚拟环境下进行线缆布局设计与装配工艺规划探讨了底层模型基础。刘检华等［6］针对活动线缆的细长性与大变形、小应变的特点，实现了虚拟环境下线缆的物理特性建模与运动仿真。魏发远等［7］将装配单元划分为“刚性组件”和“柔性线缆”，提出了含有柔性线缆的复杂系统的装配工艺规划方法。

综上所述，由于基于三维模型的线缆装配涉及电路、结构两个环节，需要借助不同的信息化支撑工具平台，现阶段国内外企业往往依据不同工具开展相关工作，最终输出不同的文件类型，指导工艺、车间进行实物装配。若线缆过长，在铺设过程中出现弯曲，造成线缆包覆层与刚度结构件挤压，严重时可导致绝缘外皮破损，信号短路，例如美国通用电气公司对以往研制的发动机在使用中出现的空中停车事件进行归纳总结后发现，导致空中停车事件的真正原因中，50%是由于外部管路、线缆、传感器损坏、失效引起的［8］;若线缆过短，振动过程中导线受到拉拽，可造成导线断裂，信号中断，影响试验及产品性能;若导线转弯半径过小，线束较粗，或在转弯处布置有热缩管、焊锡套管等硬度较大的器件，会使线缆挤压严重，产生干扰易使信号传输错误等。

基于上述种种因素，在复杂产品研制过程中利用三维模型指导线缆铺设是十分重要的。本文提出基于NX Routing的建模方法，综合接线表格式转化及线缆扁平化处理等技术手段，实现接线表、接线图、三维模型数据源的一致性，并丰富线缆模型属性信息，有效指导工艺生产过程。

1 接线表转化

1.1 word格式转化excel格式

将线缆连接顶层控制文件word表格中的布线信息批量迁移至excel文件中，顶层控制文件word表格见表1，设计转换excel文件格式见表2。word和excel的表头文件必须和配置信息里面保持一致。word和excel的列是从0，1，2，3，……依次开始。从word文件转化到excel文件，excel文件中每一列内容对应的数字即为word文件列对应的数字，如果对应的数字为“null”，则表示excel此列内容为空白。通过修改UG NX转换的配置信息config.dat文件，对提取的内容进行修改，系统默认原控制文件中单个表格转换后会产生一个excel文件，假设原控制文件中有3个表格，那么系统会依次保存3个excel文件。

表1 顶层控制文件word表格

表2 设计转换excel文件格式

1.2 excel、cmp、hrn、word信息提取转化

将控制文件中的布线信息提取至NX能够识别的hrn文件中，将此hrn文件导入至NX中即可完成自动布线。从excel文件生成hrn文件，hrn文件中每一列内容对应的数字即为excel文件列对应的数字。

1)excel生成cmp。

将控制文件中的布线信息提取至NX能够识别的cmp文件中，将此cmp文件导入至NX中即可完成自动布线。

配置信息:转换的配置信息在config.dat文件中，用户可根据实际情况，对提取的内容进行修改。

从excel文件生成cmp文件，cmp文件中每一列内容对应的数字即为excel文件列对应的数字，如果对应的数字为“null”，则表示cmp此列内容为空白。

2)提取hrn至excel。

将NX生成的hrn文件中的接线关系导入至excel文件，为接线表和接线图的生成提供数据。

配置信息:转换的配置信息在…..TYD translatedata文件夹config.dat文件中，用户可根据实际情况，对提取的内容进行修改。

“7-2”表示将hrn文件“7”这一列内容抓取到excel文件“2”这一列里。

3)提取cmp至excel。

将NX生成的cmp文件中的接线关系导入至excel文件，为接线表和接线图的生成提供数据。

4)生成接线表。

将excel文件中的接线关系导入接线表文件，为生产提供依据，接线表格式见表3。

表3 接线表格式

配置信息:转换的配置信息在config.dat文件中，用户可根据实际情况，对提取的内容进行修改。配置文件信息如图1所示。5)生成接线图。

图1 配置文件信息

将excel文件中的接线关系导入接线图文件，为生产提供依据。接线图符号示例如图2所示。

图2 接线图符号示例

2 线缆组件建模

2.1 接插件建模

三维线缆设计首先需要建立接插件、电器元件模型，如图3所示。对照供货厂家提供的纸质样本和电子版说明书，利用UG/NX工具建立三维模型。

接插件模型统一存储在PDM设计资源库中，成为三维基础模型库，模型通过Routing模块针脚审核功能构建，建立细化至针脚级别的电连接器模型，一次建立，重复使用。接插件模型效果如图4所示。

图3 接插件、电器元件模型

图4 接插件模型效果

2.2 布线路径规划

利用三维手段按照电气连接图、管路连接逻辑图的要求，对装配线缆组件进行路径规划，具体过程如下，线缆参数化定义如图5所示:

1)加载PDM资源库电连接器三维模型。

2)导入电连接器定义cmp文件。

3)导入针脚级别的接线关系hrn文件。

4)定义导线走向控制顶点。

5)接线关系配对自动生成线缆组件连接三维模型。

3 线缆扁平化处理

根据NX布线路径生成满足设计者需求的扁平化线缆。线缆扁平化分类如下。

图5 线缆参数化定义

整线扁平化:将原整根线缆扁平化。

线缆中部扁平化:将线缆中部某段扁平化。

单层扁平化:将原线缆做一层扁平。

多层扁平化:将原线缆做二层及二层以上扁平。

奇数线缆扁平化:扁平化线缆的单层或多层线缆数为奇数。

偶数线缆扁平化:扁平化线缆的单层或多层线缆数为偶数。

开发扁平电缆模板库，插入自定义特征命令，调入单层扁平化模板，扁平线缆库调用界面如图6所示。若线缆数为奇数，选择“Odd Single Flat”;若线缆数为偶数，选择“Even Single Flat”。“R”表示单条线芯直径，“round Numble”表示线缆数，“round Spacing”表示线芯之间的间距，“diantance_ X”表示X向单层线芯外层到包裹层的厚度，“diantance_Y”表示Y向单层线芯外层到包裹层的厚度，按顺序依次点击，创建的基准面、基准轴。

完成线缆扁平化建模，保证模型与线缆实物的一致性。扁平线缆展现效果如图7所示。

图6 扁平线缆库调用界面

图7 扁平线缆展现效果

4 结束语

本文提到的线缆组件三维建模方法，在某型复杂产品装配过程中得到了应用验证。通过三维模型装配，表达了精确到针脚级别的接线关系;线缆组件模型真实、直观地反映了实物线缆的组成、长度、质量、线形、厂家、空间走向等信息;减少了数据重复存储，可直接生成线缆EBOM;实现了三维线缆设计的工程化，可直接指导生产，按需生成二维图;模型可作为工艺、工装提前设计的依据，大大提高设计和生产效率;保证各批次产品的一致性，减少产品不稳定性带来的安全隐患;作为线缆设计的基础，建立了统一通用的三维基础模型库，模型中线缆接口定义至每一针脚，为复杂产品线缆的三维设计打下基础。

［1］Conru A B，Cutkosky M R.Computational support for interactive cable harness routing and design［C］//In Proc.19th ASME Design Automation Conference，19-22，Sept，1993，Albuquerque， New Mexico，1993:551-558.

［2］Wolter J，Kroll E.Toward assembly sequence planning with flexible parts［C］//Robotics and Automation，1996.Proceedings，1996 IEEE International Conference on，22-28，Apr，1996，Minneapolis，MN，1996:1517-1524.

［3］Loock A，Schömer E.A virtual environment for interactive assembly simulation:from rigid bodies to deformable cables［C］// In 5th World Multi-conference on Systemics，Cybernetics and Informatics，2001，Orlando，USA.2001:325-332.

［4］Ritchie J M，Robinson G，Day P N，et al.System design and user evaluation of Co-Star.An immersive stereoscopic system for cable harness design［J］.Computer Aided Design，2007，39 (4):245-257.

［5］万毕乐，宁汝新，刘检华，等.虚拟环境下的线缆装配建模技术研究［J］.系统仿真学报，2006，18(1):267-274.

［6］刘检华，赵涛，王春生，等.虚拟环境下的活动线缆物理特性建模与运动仿真技术［J］.机械工程学报，2011，47(9): 117-124.

［7］魏发远，王峰军，陈新发.含有柔性线缆的复杂系统装配仿真［J］.工程设计学报，2007，14(1):25-30.

［8］孔瑞莲.航空发动机可靠性工程［M］.北京:航空工业出版社，1996.

The routing modeling method on the assembly process of cable component

ZHAO Lei，WAN Xingui
(China Airborne Missile Academy，Henan Luoyang，471009，China)

In order to achieve data consistency about the complex wiring table，wiring diagram and cable components assembly model during the process of product，it proposes the complex product modeling method for cable routing modeling based on UG NX.This method meets the level of stitching connection relations，and realizes flexible cable flat processing on the 3d model.Transforming the connection relation data format，it automatically imports and exports the wiring table office format with NX cmp＆hrn format of electrical connectors.It develops the cable model future library.The application of the model in the complex wiring table product proves the method is validity and reliability.

cable assemblies;wiring table;wiring diagram;flat

TP319

A

2095-509X(2015)07-0023-05

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.07.006

2015-05-22

赵磊(1983—)，男，山东即墨人，中国空空导弹研究院工程师，博士，专业方向为MBD、数字化装配及连接技术。