一、引言

　　CAD/CAM技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，使制造業(yè)發(fā)生了全面、根本性的變革，使傳統(tǒng)的制造業(yè)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，在全球范圍內(nèi)受到普遍關(guān)注和重視。同時，在全球數(shù)字化的時代背景下，我國制造業(yè)逐步運用CAD技術(shù)進行產(chǎn)品的數(shù)字化形式的開發(fā)，先從二維的方式進行“甩圖板”工程，目前更是以三維的方式進入數(shù)字化虛擬樣機開發(fā)階段，可以說數(shù)字化的設(shè)計推動著產(chǎn)品開發(fā)的升級。系統(tǒng)整體的數(shù)字化開發(fā)離不開電氣系統(tǒng)的數(shù)字化，Pro/ENGINEER不僅擁有設(shè)計原理圖的Diagram模塊，還有構(gòu)建線纜模型的Pro/ENGINEER Cabling三維布線模塊，利用Cabling的三維布線技術(shù)，可在Pro/ENGINEER裝配組件中定義三維的電纜線束，并且三維布線可與電氣及機械元件的設(shè)計與裝配同步進行。

　　二、三維布線軟件應(yīng)用與現(xiàn)狀

　　國內(nèi)外學(xué)者與工程師從20世紀(jì)80年代開始，開始利用CAD技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)對線纜束數(shù)字化設(shè)計和規(guī)劃進行研究。在Caudell等提出了將虛擬環(huán)境與線纜布線相結(jié)合的思想以后，Loock等在前人工作的基礎(chǔ)上提出了線纜彈簧模型，并對不同剛度的線纜在承受重力的狀態(tài)下進行仿真模擬，取得了較好的效果。Hergenrother等也從動力學(xué)的角度，開發(fā)了一套在虛擬環(huán)境下的實時線纜裝配布線系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過頭盔顯示器以及三維鼠標(biāo)等設(shè)備與系統(tǒng)交互，并對虛擬環(huán)境下進行線纜布線的效率進行了檢驗，實現(xiàn)了線纜靜態(tài)干涉檢測。但只能驗證線纜布局設(shè)計的可行性，并沒有對虛擬環(huán)境下的線纜布線規(guī)劃技術(shù)進行更深一步的研究。

　　目前商業(yè)化的3D設(shè)計軟件主要還是以Pro/ENGINEER、NX和CATIA等軟件為主導(dǎo)，而且這些軟件都基本提供了電氣設(shè)計模塊，電氣布線設(shè)計軟件的選擇主要根據(jù)之前采用三維的機械設(shè)計軟件，這樣方便三維模型的導(dǎo)入和進行線束的三維布置，有些軟件也支持其他原理圖構(gòu)建的邏輯圖，只是需要轉(zhuǎn)換格式，而且這方面運用也不是很成熟，一般還是沿著機械設(shè)計選用的軟件，再使用其中的原理圖模塊與布線模塊。

　　三、Pro/ENGINEER Cabling三維布線設(shè)計

　　為了實現(xiàn)柴油機Harness的3D化，同時與我廠機械三維Pro/ENGINEER Wildfire開發(fā)的模型數(shù)據(jù)結(jié)合，所以采用Pro/Cabling軟件進行柴油機電氣線束設(shè)計。

　　Pro/ENGINEER軟件的線束設(shè)計模塊具有強大的線束設(shè)計功能，而且軟件的3D設(shè)計環(huán)境與2D線束工程圖生成環(huán)境互相關(guān)聯(lián)，在任何一個環(huán)境中所作的改變，都會體現(xiàn)在另一個環(huán)境中，這減少了更改機械及電訊設(shè)計時出錯的機會。而且Cabling可以從電氣原理圖和ASCII文本文件中獲取電訊的接線信息，實現(xiàn)與電訊數(shù)據(jù)的融合。圖1為Pro/ENGINEER軟件的線束設(shè)計工作流程圖，從邏輯圖中提取邏輯信息的能力極大地推動了線束數(shù)字化設(shè)計的自動化。

　　1.建立布線環(huán)境

　　三維布線包括Harness(線束)的創(chuàng)建、Spool(線纜規(guī)格)的創(chuàng)建、Feature(具體線纜)的創(chuàng)建、Component(接插件或者元件)的創(chuàng)建和進入布線設(shè)計等幾個步驟。但是這幾個步驟不是每個都是必須的，如果線纜規(guī)格已在原理圖中創(chuàng)建，就不需要創(chuàng)建，直接讀取就可以。

　　布線模塊只存在于裝配組件的模式下，在零件模式下并沒有。所以需要創(chuàng)建裝配組件，然后選擇“應(yīng)用程序”→“電纜”，進入電纜設(shè)計模式，如圖2所示。

　　線束在裝配組件里是作為一個零件、一個prt文件，是組件的零件，但不能獨立作為零件打開。線束模塊也不能在“零件”模式中打開。對于制造輸出，零件需從組件中抽取，并表示成平整零件。

　　如圖3所示創(chuàng)建線束零件，在菜單管理器中選擇“電纜”→“線束”→“創(chuàng)建”。隨后“新建”對話框打開(如圖4所示)，缺省情況下，在“類型”、“零件”和“子類型”下，“線束”已被選取，另外在“新建”對話框上的其他選項都為灰色顯示，無法選用。

　　在“名稱”框中，為新線束零件鍵入名稱，隨后進行模板的選擇，如果要用缺省的模板，單擊“確定”，這樣Pro/ ENGINEER會打開一個新線束零件。如果要使用定制的模板，需要在去除對話框中的“使用缺省模板”復(fù)選框，然后單擊“確定”。打開“新文件選項”對話框(如圖5所示)，然后瀏覽到所需模板，并選擇相應(yīng)的模板。如果需要創(chuàng)建多個獨立的電纜線束，可以選擇“設(shè)置”→“創(chuàng)建子配線(線束)”。

　　2.構(gòu)建三維裝配結(jié)構(gòu)

　　新線束零件創(chuàng)建完后在模型樹里是活動線束或工作線束，顯示在圖形窗口的右下角(如圖6所示)，也可在組件中創(chuàng)建多條線束，但是每次只有一個線束是活動的。在電纜組件中，只可選取和編輯活動線束的電纜圖元，所創(chuàng)建的任何項目都保存到活動線束中。線束零件創(chuàng)建完成后，需要在線束裝配組件中添加電氣接插件與元件，將他們按照布置要求進行裝配，如圖7所示。顯示線纜顏色可以在配置文件里設(shè)置，也可以從外觀編輯器中打開，如圖8所示讀入電纜顏色文件，如果不進行讀取電纜顏色文件或進行配置文件，線纜的顏色將不會得到正確的顯示。布線的線纜規(guī)格可以使用“電纜”→“線軸”→“創(chuàng)建”，向數(shù)據(jù)庫中添加新的線軸定義，但是創(chuàng)建原理圖的過程中已經(jīng)設(shè)計了線纜規(guī)格，這里不需要再新建，可以直接從邏輯參照中將其讀入，如圖9所示使用“創(chuàng)建”→“從邏輯”，從指定的邏輯參照中引入選定線軸。

　　注意：線纜特征的創(chuàng)建與線纜規(guī)格的輸入類似，可以使用“電纜”→“特征”→“創(chuàng)建”→“電線”或“電纜”，向線束中添加電線和電纜。同樣，在Diagram原理圖設(shè)計時已經(jīng)設(shè)計過線纜的特征，可以直接輸入邏輯參照，使用“從邏輯”命令輸入電纜，否則Pro/ENGINEER系統(tǒng)將提示您鍵入一個新的電線或電纜名。

　　3.創(chuàng)建接插件元器件

　　布線原理圖里創(chuàng)建的元器件是符號，而這里新建的電氣元件是對應(yīng)原理符號的三維，這是線束三維連接的目標(biāo)。

　　使用“電纜”→“元件”命令(如圖10所示)，進入元件的創(chuàng)建過程。隨后在Pro/ENGINEER的右上角會彈出元件菜單管理器(如圖11所示)，使用“指定”，將組件中的3D零件指定為連接器，如圖12所示。同時，可以向元件定義中添加參數(shù)設(shè)置，使元件成為電纜的起點和終點，插針級參數(shù)可在使用邏輯參照從布線原理圖中讀取時指定。

　　由于線束的復(fù)雜材料構(gòu)成，加上線纜的柔性結(jié)構(gòu)對于布線設(shè)計與裝配規(guī)劃帶來了構(gòu)建數(shù)字模型的復(fù)雜度，可以通過配置模型樹(如圖13與圖14所示)，這樣在今后的布線設(shè)計過程中可以提供定制和顯示大量有用的信息，方便將模型樹的配置保存。

　　四、結(jié)論

　　本文主要簡單介紹了Pro/ENGINEER Cabling的三維布線繪制環(huán)境的建立、Harness(線束)的創(chuàng)建、Spool(線纜規(guī)格)的創(chuàng)建、Feature(具體線纜)的創(chuàng)建及Component(接插件或者元件)的創(chuàng)建，線束的3D設(shè)計帶來了電氣數(shù)字化設(shè)計的變革，將以往電氣連接設(shè)計只能在二維空間上體現(xiàn)向3D空間轉(zhuǎn)換，極大提高了電氣工程師的電氣設(shè)計能力，也增加了機械設(shè)計和電氣設(shè)計的集成度與關(guān)聯(lián)度。