CATIA下的动车组电气系统三维布线优化设计

孙金玲

（青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，山东 青岛 266111）

现代高速动车组电气系统布线工艺在设计过程中缺少信息化技术的使用，其中的全部信息都是利用二维层面开展，AutoCAD 为主要的设计工具，利用CAD 技术实现图纸的编制，通过2D AutoCAD 技术设计平面电气图纸。该方法在设计过程中会出现部分问题，例如无法展现空间的布置，从而导致在实际生产过程中出现无法干涉的情况，提高了设计复杂度，降低了设计效率，增加了出错率[1]。所以，为了提高电气配线的工艺水平，提高三维电气设计生产的可靠性、高效性尤为重要。

1 车内布线的优化工艺流程

传统的动车组布线的工艺流程为先粘贴地板线槽后，再进行车内地板、天花板的返线和布线的工作，2 个部分操作人员在工作过程中会相互干涉。要通过梯子才能够进行天花板布线，梯子下面为地板线槽与线束，影响地板布线人员的操作，并且梯子会对线束造成损伤，容易带来事故隐患。另外，高处作业人员工具还会坠落伤人。因此，就要及时地调整工序过程，先进行天花板布线，然后进行地板线槽粘贴及其他布线工作，并且实现三维布线，合理分配工作人员，从而提高劳动生产率，降低布线过程中的线束损坏概率，使产品质量和产能得到提高[2]。

2 三维布线的工艺设计

2.1 工程图的设计

传统的二维布线图只有线束的信息，没有线束和电气模块、结构件的相对位置信息，并且内容不直观，操作人员在读图的时候比较困难，降低了布线的设计精度。因为软件功能有限，使用三维布线软件中的三维转二维设计，得出二维布线图与传统二维布线图的对比并没有提高质量，无法添加大量的布线工艺信息。为了实现直观、工艺参数完整的目的，在设计三维布线工程图的过程中，将其划分成工程图、整体示意图与工艺信息图3 个部分。

整体示意图指的是线缆布设的整体情况展示图，为操作人员整机布线的路径提供直观形象，方便操作人员能够在短时间内操作布线。整体示意图要设置三维视角，使二维图能够无遮挡、清晰且完整的在结构模型中将线束位置展现出来，通过三维软件中的隐藏、隐含、渲染透明度等技术，避免由于三维视角不当导致遮挡线束或者无法完整显示的问题出现[3]。

以三维布线的模式明确布线路径中的绑扎紧固位置，并且对线缆布设、线缆束注释信息等进行设计。通过三维布线工程实现详细工程图的设计，具体有3 点内容。1）对紧固点和绑扎点的编号。2）对布线工艺信息进行注释。2 个主绑扎点之间的注释布线工艺信息主要包括线缆数量、编号和各个绑扎点所使用的绑扎方式等信息.主线束中的分支线束注释布线工艺信息主要包括分支线束中线缆编号、汇入主线束位置、绑扎方式与汇入点等。主线束中分支线束注释布线工艺信息主要包括线缆编号、位置等。明确各个分支线束引出、汇入主线束方向，明确各个分支线束中的线缆编号、分支线束引出和汇入主线束的位置，明确分支线束汇入和引出的主线束内线数量和编号。3）工艺信息图中要定义各紧固点、绑扎点，在定义此点位置前要设置基准位置[4]。

2.2 三维布线的流程

基于CATIA 电气设计过程中的模块，要结合电气系统分布、高速动车组结构、线束回路的特点进行设计，图1为CATIA 下的动车组电气系统三维布线的流程。

2.3 前期准备

在准备设计三维布线的过程中，要全面掌握配线线路、设计的结构，结合线束布局的特点实现配线机械模型的创建，也就是电线支架、线槽、车体等机械外形的构造。以设计图纸尺寸精准的装配，实现三维布线机械环境的创建。另外，要根据设计的图纸对需要的电器零部件3D 外形进行设置，例如各型号连接器、插头、端子等电气零件，利用EPD 模块定义电气零件的类型，为普通三维零件实现电器属性的设置，在Catalog 中存储，实现电气零件库的创建，在使用时只需要调用就行[5]。

2.4 设计主线束

在设计主线束过程中，可以在电气线束设计模块与安装模块中进行，线束创建的方法包括分支文件与束段。将创建的束段进行弯曲半径、直径和长度的相应属性定义。

图1 CATIA 下的动车组电气系统三维布线的流程

2.5 主线束到连接器点位三维线束的敷设

三维设计软件大部分都只能够实现主线束和电连接器相互连接的布线设计，无法反映连接器点位的连接信息，并且无法将线束布设的路径与空间排布充分展现出来，降低了三维布线效果和后期工艺设计直观性。该文利用二次开发程序工具条，实现了基于三维环境中对预先设计的接线表与器件表的调用，利用XML 实现功能模块的创建，使器件表与接线表转变成程序能够识别的XML 格式文件，通过分组电子布线功能在整机中自动实现三维布线，使目前电子整机布线设计的问题得到解决，并且结合工艺设计与布线设计，有效地验证了线束敷设路径、空间排布、转弯半径等排布情况[6]。

2.6 电线铺设

由于线束自身为路径，其是空心的，并没有实现电线铺设，并且直径为估计值，与真实值具有一定的差别，因此要将电线铺设到线束内部。依据电线直径、数量等信息对线束直径真实值进行计算，通过二次开发程序实现电气元件针脚到针脚电线铺设。

2.7 报表数据的输出

在铺设线束之后，根据实际需求展现生产电缆的铺设情况，例如线束的名称、类别、线径、长度等数据。通过EHF模块展开线束，方便用户对线束进行整理。实现Product类型文档的创建，在EHF 模块中进入，定义线束参数。通过实际需求实现所有或者一部分线束的开展，基于完成3D模型，利用工程制图模块输出平面工程图，对于企业标准制定图框。

3 动车组电气系统的三维布线实现

该文基于CATIA V5R20 SP7 平台，利用二次开发实现整体三维虚拟布线设计的装配仿真与验证，将整机三维线束铺设路径与转弯半径等信息直观的反映出来，紧密地结合设计与工艺，缩短工艺规划的时间，使生产效率得到提高，降低生产成本。解决传统电子整机布线设计弊端，改善整体电气性能设计的可靠性。图2 为整体示意图。

图2 整体示意图

4 结语

利用CATIA 设计三维布线工艺，能够及时发现设计过程中的问题，以此实现优化与改进，生成在指导生产中使用的精准二维生产数据。该文运用CATIA 三维布线流程和规则进行分析，通过三维技术验证动车组的电气布线工艺可行性，从而提高动车组电气布线工艺智能化、信息化程度。另外，还能够节约线束用料，使劳动成本降低，降低实际生产制造过程中的修改和返工概率，提高生产制造的效率。