随着电子产品多功能、小型化的发展趋势，系统内各整机结构空间越来越狭小，如何利用整机内有效空间实施三维布线是通过电子整机互联的重要内容之一，传统线缆三维布线主要是凭经验手工布线，其速度和可靠性都无法满足电子整机快速研制和生产的要求。且现有的布线设计大部分只是止于二维平面，布线效果不够逼真，往往不能真实地反映线束在整机中的铺设效果，为后续的工艺带来很多麻烦。本文以CATIA V5R20 SP7为平台，通过二次开发程序实现了三维线束的自动铺设，直观地反映整机中线束的铺设路径、走线方向以及转弯半径，便于后续的工艺设计和仿真验证，从而提高了设计和生产的工作效率。
1 三维布线设计的原理
目前大部分的自动布线软件都是在二维平面内完成线束的铺设，无法实现电子整机中三维空间的路径捕捉和布线设计。针对此弊端，本文基于现有的三维CAD软件提出了二次开发程序实现三维布线的思路和方法，通过配置后台文件，读取接线表和器件表信息，利用空间搜索连接器针脚位置和电气属性的算法，进行路径最优化计算，完成三维线束的自动铺设。
布线设计流程如图1所示。各流程模块的功能分别为：(1)定制电气设计环境：包括特征树上的设计参数和关系的显示、模型自动更新，线束创建规则的设置以及铺设电线规则的建立。(2)建立电气元件库：包括各种连接器3D模型的建立，电气属性的添加、入库方法及文件管理规范。(3)搭建电气结构图，放置电气元件：在Assembly design模块下，系统自动创建一个Product1总装配节点，通过Insert>New Product继续新建Product节点，命名为Structure。同样方法分别建立Electircal及GBN节点，其中在GBN节点下放置电气元件及几何线束。(4)铺设主线束：在Electrical Harness Assembly模块下完成主线束的铺设，同时设置主线束的直径和转弯半径。(5)导入接线表和器件表：利用二次开发模块中的“创建有效的XML原理图文件”命令，将准备好的EXCEL格式的接线表和器件表读取到三维空间中，并转化为可以识别的XML格式的文件。(6)创建线束：根据读取的接线表和器件表中的接线关系信息，利用二次开发程序中的三维自动布线模块，完成主线束到连接器每个点位的线束铺设。(7)铺设电线：由于铺设完成的线束只代表一种路径，且是空心的，某些情况下与真实值存在偏差，而通过二次开发程序，可实现电气元器件之间针脚至针脚的真实电线铺设。
图1 三维布线设计流程
2 整机布线过程的实现
2.1 连接器3D模型库的创建
本文以J30J压接系列的连接器为例创建模型库，根据针脚的个数分为9、15、21、25、31、37、51、74、100芯等9种规格的连接器。通过参数表驱动模型的方式建立了J30J矩形连接器的插头和插座的外形图，存放于3D文件夹中，再根据需要将模型解析至3D文件夹中并赋予电气属性；3D模型库的驱动参数表和带电气属性的J30J-9TJ.CATPart模型分别如表1和图2所示。
表1 驱动参数表
图2 J30J-9TJ模型（带电气属性）
2.2 搭建电气结构特征树
进入Assembly design模块，系统将自动新建装配节点作为总装配节点，通过Inser>New Product创建Stucture、Flectrical节点以及自装配节点GBN，在Stucture节点下放置不带电气属性的零部件，在GBN节点下放置电气元件及几何线束。
在电气设计中，零部件通常被分成两部分，一部分是不直接连接线束端点的电气元件，另一部分是线束端点直接相连的电气元件。在调入电气元件之前，需先将GBN节点生成为GBN文件，生成方法是：将模型切换至Electrical Harness Design模块，点击Ceometrical Bundle命令，并在结构树上选择CBN节点，此文件将变成CBN电气属性文件。
2.3 设计主线束
主线束的设汁可在电气线束设计模块和电气线束安装模块中实现。创建线束的方法有两种，分别是多分支文件Multi-Branchable Document和束段Bundle Segment。创建的线束可以进行直径、弯曲半径以及长度相关属性定义，主线束的创建如图3所示。
图3 主线求创建效果图
2.4 铺设主线束到连接器点位的三维线束
目前的三维设计软件大部分只能实现主线束直接与电连接器相连接的布线设计，这种方法不能直观地反映出连接器点位的连接信息，而且也不能表示线束的布设路径和空间排布，使得三维布线的效果不够逼真，导致后期的工艺设计直观性较差本文通过二次开发程序工具条，实现了三维环境下，调用预先设计好的接线表和器件表，通过XML创建功能模块，将接线表和器件表转化为程序可识别的XML格式文件，利用分组电子布线功能在整机中自动完成三维布线的方法，解决了目前电子整机布线设计的问题，使得布线设计与工艺设计紧密结合，可以直观有效地验证线束铺设的路径、转弯半径以及空间的排布。布线效果如图4所示。
图4 自动布线效果图
2.5 铺设电线
线束本身只代表一种路径，它是空心的，里面没有铺设电线，其直径也只是一个估计值，某些情况下与真实值存在很大的偏差，因此有必要在线束内部铺设电线根据电线的数量、直径等信息精确计算出线束的直径真实值、利用二次开发程序，能够实现电气元件之间针脚至针脚的电线铺设，铺设电线后的效果图如图5所示。
图5 铺设电线后的效果图
本文在CATIA V5R20 SP7平台的基础上，通过二次开发实现了整机三维虚拟布线设计的装配仿真和验证直观地反应了整机中三维线束的铺设路径和转弯半径等信息，使设计和工艺紧密结合，缩短了工艺规划时间，提高了生产效率并降低了生产成本。解决了传统电子整机布线设计的弊端，改善了整机电气性能设计的可靠性。
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本文标题：基于CATIA的三维自动布线系统开发
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