基于Creo的飞行器电缆三维协同设计研究*

蔡 敏,王博哲,陈兴峰,杨 攀

(湖北航天技术研究院总体设计所,武汉 430040)

基于Creo的飞行器电缆三维协同设计研究*

蔡 敏,王博哲,陈兴峰,杨 攀

(湖北航天技术研究院总体设计所,武汉 430040)

针对飞行器电缆传统设计方法存在效率低、偏差大、电缆走向不合理、设计阶段难以估算质量特性等问题,文中在研究电缆设计原理及Creo三维电缆设计模块的基础上,给出了一种电缆三维协同设计方法,提高飞行器电缆设计效率和电缆网布局的合理性,对飞行器电缆设计有重要的推广意义。文中以某飞行器舱段电缆设计为例,验证了该方法的可行性。

飞行器;电缆;三维;协同设计

0 引言

火箭、导弹等航天飞行器上电缆包括控制系统电缆、遥测系统电缆,电缆将各分系统的单机设备、电源等连接成一个有机的整体,如同飞行器的“神经系统”,是飞行器的重要组成部分。目前国内飞行器结构设计已经普遍采用三维建模软件设计,但由于电缆设计涉及电气专业和结构专业协同工作,并没有完全实现电缆的全三维协同设计。传统的电缆设计方式需要设计师有较丰富的工程经验并结合实物模装,存在设计效率较低、设计阶段难以估算质量特性及电缆敷设较为凌乱、无效长度冗余的问题。随着数字化飞行器工业体系的推进及飞行器产品设计的研制周期要求,电缆设计已经成为飞行器产品研制周期的短线,需要一种新的方法提高飞行器电缆设计效率,缩短研发周期。

Creo是PTC公司的一款三维设计软件,在航天行业应用较为广泛,运用它的Schematics及Piping模块能实现电缆的三维协同设计。文献[1-4]主要介绍了Creo三维布线流程和方法等,文中在上述文献的基础上重点研究并阐述了基于Creo的电缆三维协同设计的原理及实现方法,并在某型号飞行器研制设计过程中,实际运用该方法进行电缆三维协同设计,得到了合理的电缆网分支、布局及各电缆长度,提高了电缆设计效率和准确性,对飞行器电缆三维协同设计有较高的参考价值。

1 飞行器电缆三维协同设计方法研究

1.1 飞行器电缆三维协同设计原理

飞行器电缆的三维协同设计是电气专业和结构专业协同设计过程,必须打通两个专业之间的接口才能实现。电气专业完成其电气原理设计后,在工具软件里完成电路连接图,导出能被结构三维设计软件自动识别的格式文件并提供给结构专业,结构专业在三维设计软件里布局相应的接插件和初步的布线网络,再读取电气专业的电路连接图,实现自动三维布线,并根据布线结果对布线网络调整、优化,得到最合理的电缆布局和分支长度,最后将结果提供给电气专业以完成详细的电缆网设计。电缆三维协同设计工作原理主要流程如图1所示。采用三维电缆协同设计具有以下几方面的优点:

a)采用三维方式表达电缆网敷设及安装,表达更加直观,能有效避免飞行器舱段内电缆网敷设凌乱的问题。能给出合理、准确的电缆网分支长度,缩短电缆网研制周期;

b)飞行器方案论证、设计阶段就可以准确分析电缆质量特性、安装空间等;

c)可以实现电气、结构专业之间的协同设计,减少接口数据的人工判读,提高效率和准确性;

d)电缆修改更加容易,当飞行器舱段内单机结构发生变更时,电缆会随之更新,修改起来更加直观、快捷。

图1 电缆三维协同设计工作原理流程

1.2 飞行器电缆三维协同设计步骤

电气专业将电路连接图通过接口文件的形式传递给结构专业,典型电路连接图如图2所示,结构三维设计软件能够根据接口文件的连接信息实现自动布线。在飞行器方案论证初期,由于电气专业的电路连接图完成时间较晚,结构专业也可以根据初步的设备布置方案进行手动布线,初步确定电缆网分支。

图2 电路连接图示意图

电缆三维布线设计的主要步骤如图3所示,主要包括以下几个方面。

a)布线准备工作。主要包括装配模型轻量化、接插件定义、线轴定义等。由于飞行器三维模型一般都较大,若直接使用完整的三维模型进行三维布线设计会导致软件运行较慢、电缆显示不完整甚至软件崩溃,降低电缆三维布线效率,因此布线之前需将模型进行轻量化处理;电缆布线时需要定义完整的接插件,且接插件要有一个指定的坐标系为电缆接入点,Creo里规定坐标系的Z轴正向为电缆接入点,如图4所示为某型号接插件示意图。

图3 电缆三维布线操作步骤示意图

图4 接插件示意图

b)绘制network布线网络。布线网络是电缆三维布线的关键步骤,大部分布线能否成功都取决于布线网络是否合理,布线网络(network)规定了电缆的走向,包括分支节点、转弯半径等,图5所示为某布线网络(network)示意图。

图5 布线网络示意图

c)三维布线。电缆三维布线有两种方式,自动布线和手动布线。完成接插件指定和绘制布线网络后,三维设计软件可以自动读取、识别电气专业的接口文件,自动完成电缆三维布线;若没有接口文件,可以通过手动布线的方式选择每根导线起点和终点,并选择电缆敷设方式完成电缆三维布线,Creo的电缆敷设方式有简单布线、沿网络布线、沿管路等方式。

d)完善电缆信息。电缆布线设计完成后,需要对电缆增加修饰以完善电缆信息,包括增加电缆护套、卡箍,电缆捆扎等,如图6所示为电缆修饰示意图。

图6 电缆修饰示意图

1.3 飞行器电缆三维协同设计基础工作

根据上述介绍可知,要实现飞行器三维电缆协同设计,需要完成一些基础性工作,主要包括以下几个方面:

a)数据无缝传递。飞行器上的控制、遥测电缆连接图一般都比较复杂,如果让结构设计人员人工读取、理解再进行布线设计会导致效率低、且极容易出错,因此电气专业进行电气原理图设计、设备连接图设计后应该向结构专业提供结构三维CAD设计软件可以直接识别的接线表(如XML文件),该文件中包含了接插件信息(接插件型号、PIN脚号)、接插件间的连接关系、连接电线的规格(如直径、颜色、最小拐弯半径、单位长度重量)等。

b)建接插件库。插接件是电缆的重要组成部分,三维电缆布线中,接插件不仅需要体现准确的几何模型,还应具备电气属性,插接件信息的准确、完整与否,直接关系到后续设计的效率。

c)建导线库。需要建立常用的导线,主要包括导线直径、转弯半径、颜色、单位长度重量等信息。

d)建立电缆修饰元件库。需要建立常用的电缆固定卡箍、电缆护套等元件,并形成系列。

2 应用实例

文中以某飞行器舱段为例,开展了三维电缆设计工作,主要工作流程如图7所示。首先结构专业设计人员在Creo软件里将飞行器舱段模型通过提取收缩包络的方式轻量化,将单机、接插件布局到位后,在舱段内沿舱壁绘制初步的布线网络,电气专业设计人员根据总体要求完成控制、遥测系统原理设计、完成电缆连接图,并以XML格式的数据接口文件传递给三维结构设计软件,软件读取文件后驱动自动布线,会出现一部分导线布线走向不合理甚至失败,此时再返回到绘制布线网络步骤,对布线网络进行调整、优化,主要包括网络走向、转弯半径、分支节点设置等,再重新驱动三维布线,直到布线完成为止。图8所示为舱段内电缆布局示意图。通过三维电缆协同设计,提高了该飞行器舱段的设计效率和准确性。

图7 某飞行器舱段三维电缆设计流程

图8 某飞行器舱段电缆三维布线设计示意图

与传统的电缆设计方法相比,设计师不需要根据经验估算电缆长度,电缆实物模装显得没有那么迫切,电缆设计效率提高了至少3倍以上;设计师给的电缆分支长度准确度可达100%;同时减少了部分模装试验电缆产品,节约成本约30%。

3 小结

文中研究了基于三维设计软件Creo的飞行器电缆三维协同设计方法,重点阐述了电缆三维协同设计原理、流程及主要步骤,在此基础上,以某飞行器舱段设计为例,运用该方法实现了舱段内电缆三维协同设计,提高了舱段电缆设计效率和准确性,对飞行器电缆设计有重要参考借鉴意义,具有推广价值。

[1] 范凯, 黄业平, 刘政, 等. 基于Pro/E软件的卫星三维布局与电缆的协同设计 [J]. 航天器环境工程, 2015, 32(4): 390-394.

[2] 王志军. 基于Pro/E软件的卫星三维建模方法的探讨 [J]. 航天器工程, 2007, 16(4): 46-50.

[3] 白晓东. Pro/CABLING三维布线实践 [J]. 航天制造技术, 2006(3): 27-29.

[4] 刁常堃, 刘刚, 侯向阳, 等. 基于Pro/E软件的电缆三维设计及制造方法 [J]. 信息化技术, 2013(2): 46-48.

[5] 郭林松, 邱兆义, 赵立博. 利用Pro/E进行三维布线工艺设计 [J]. 船电技术应用研究, 2014, 34(1): 5-7.

[6] 魏华贤, 李威, 徐浩, 等. 基于Pro/e的二次接线三维设计研究 [J]. 制造业自动化, 2014, 36(4): 23-26.

Research on 3D Collaborative Design of Aircraft Cable Based on Creo

CAI Min,WANG Bozhe,CHEN Xingfeng,YANG Pan

(Design Institute of Hubei Space Technology Academy, Wuhan 430040, China)

The traditional design method of aircraft cable had the problem as low design efficiency, large error, unreasonable cable way, difficult to estimate the quality characteristics in the design stage and so on. Based on the study of the principle of cable design and the 3D cable design module of Creo, the paper gave a cable 3D collaborative design method, which improved the efficiency and the rationality of cable network layout, and it is of great significance to the design of aircraft cable. Finally, the paper took an certain aircraft cabin cable design as an example to verify the feasibility of the method.

aircraft; cable; three-dimensional; co-design

2015-11-08

蔡敏(1987-),男,安徽芜湖人,工程师,硕士,研究方向:飞行器结构设计。

TN702

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