三維電氣布線技術在引信中的應用研究

中國空空導彈研究院 婁心豪 王 燕 翟紅旗 苗晉玲

基于模型的數字化定義技術已經發展了多年，是軍工企業推進設計制造一體化和提升核心競爭力的必由之路。其中，實現線纜設計的數字化定義是重要的基礎之一。

引信通過線纜將各個分系統有機連接在一起形成一個整體，使各分系統能按相應的工作時序和控制邏輯完成電氣信號的交換和傳遞。目前，對于引信線纜設計，傳統的設計方式主要是按實物并結合圖紙技術要求及工藝要求，繪制二維平面圖，放置在樣板上制作線纜。這種布線方式經常會出現引信內部空間狹小、布線路徑受阻或不合理，甚至布線無法實施等問題[1]。同時存在著主觀性強、盲目性大、設計周期長等諸多不足之處，不利于設計信息的可靠傳遞，同時也不能和已有的結構樣機完美地結合在一起[2]。

UG軟件中的Routing Electrical電氣布線模塊是一個用于生成電氣布線數據的三維設計工具，具有為機械工程師、電氣工程師和工藝人員提供生成電氣布線系統虛擬樣機的功能。利用Routing Electrical模塊，可以建立數字化的引信線纜,從而使設計過程流暢，保證數字樣機裝配模型中線纜模型的正確性和完整性，利于檢查與修改[3]。

本文基于UG 6.0軟件的Routing Electrical模塊，以某引信為背景，詳細研究了引信三維線纜模型的建立過程，重點分析了元器件端口的定義、元件表和接線表建立、導入和配置、終端線路的創建等關鍵步驟，并生成了二維制造模板。此外，還對幾個關鍵問題進行了分析。

1 引信線纜的數字化設計

1.1 建立引信線纜的子裝配

本文中將引信線纜上的接插件稱為子件，與子件相配的、電路板上的接插件成為母件。首先進入Modeling模塊，在原有的引信樣機目錄下創建一個空的線纜子裝配，并將這個子裝配設置為當前工作部件，引信線纜模型的設計，均在該空的子裝配中進行。然后進入Routing Electrical模塊，進行引信線纜建模。

用wave link命令將電路板上接插件（母件）的端口拷貝到線纜組件裝配中，為后面接插件的放置做好準備。

1.2 定義接插件的端口屬性

導線與零件的連接不僅指物理連接，還指其邏輯連接。為了成功地配通連接，首先必須為接插件待連接的端口提供標識符，接線表借助于標識符建立起邏輯連接。

引信中使用的接插件為微矩形接插件，對微矩形接插件端口屬性的定義分為兩部分：定義適配端口（Fitting port）和多端口(Multi port)。兩者的標識符號，如圖1所示。

1.2.1 定義適配端口

適配端口用于連接母件和子件，允許端到端的匹配和正確的接頭方位。定義適配端口，就是在微矩形接插件相互配對的母件和子件上分別設置一完全配合的矢量，在裝配子件時，可以利用已定義好的適配端口，快捷地和母件裝配在一起。

在定義子件和母件的適配端口屬性時，尤其要注意原點（Origin）和旋轉矢量（Rotation vector）的選取，正確選擇對應參數，是子件和母件正確配合的充分條件。

圖1 端口屬性標識符Fig.1 The port attribute identifier

1.2.2 定義多端口

在引信線纜的制造中，每根導線需要和微矩形接插件上相應的插針焊接起來，形成一個線纜整體。微矩形接插件上的插針提供了導線連接到接插件上的準確位置。因此，可以通過為每個插針定義唯一的標識符來表示一系列的連接，也就是說需要創建一個線纜主路徑到接插件的邏輯接頭。在Routing Electrical模塊中，通過對接插件定義多端口屬性，可以實現對每根插針的定義和辨識。多端口屬性被定義后可以永久地保存在接插件上。引信線纜中的9腳微矩形接插件的適配端口和多端口，如圖2所示。

圖2 9腳微矩形接插件端口屬性圖Fig.2 Port attribute graph of 9 pins micro rectangular connector

本文中的引信線纜包括2個25腳微矩形接插件和2個9腳微矩形接插件，在對線纜接插件子件端口屬性定義完畢后，就可以利用端口定位方式把它們和電路板上相配對的母件裝配起來。9腳微矩形接插件裝配后的效果，如圖3所示。

1.3 繪制布線路徑

圖3 9腳微矩形接插件裝配圖Fig.3 Assembly graph of 9 pins micro-rectangular connector

在繪制布線路徑前，需要熟悉引信樣機的三維視圖、整個內部結構及其空間，并對視圖進行必要的管理或修改。同時，根據圖紙中布線技術要求和工藝要求，對布線路徑進行規劃，擇優確定路徑。三維布線結束后，對其從整體或局部進行適應性修改及整理，為后面生成制造模板做準備，同時讓布設出來線纜更加美觀合理。

最后，利用Routing path工具條中的Spline path命令，可以在結構樣機上繪制出布線路徑。引信線纜的布線路徑，如圖4所示。

圖4 引信線纜布線路徑Fig.4 Routing path of fuze cable

1.4 元件表和接線表

在配通引信線纜連接之前，還要根據實際的接線關系，建立起元件表和接線表。元件表中列出線纜中所有的接插件，并對其進行規范命名，給每個接插件按照具體要求賦一個唯一ID，使UG系統能夠精確識別；而接線表列出線纜中所有導線的連接關系，給出每根導線從何處連接到何處的信息。

1.4.1 建立元件表和接線表

元件表和接線表有多種類型，本文中利用Example格式建立。對于此種類型的元件表，格式一般是相同的，可以根據實際的接線關系，利用文本編輯器修改UG安裝目錄下的CFG文件，并保存為對應的格式來實現。元件表的格式為*.cmp，接線表的格式為*.hrn。

本文中利用Example格式建立的引信線纜元件表和接線表，如圖5和圖6。圖 5 中，part_name 為UG裝配中連接器的名稱；unique_id為連接器的ID號；connector_id 為連接器標識，當有多個相同名稱的連接器參與裝配時，可通過標識進行區分；signal 為信號名稱；description 為連接器說明。 圖 6 中，unique_id 為導線號；from_comp 為信號來源的零組件；from_conn 為信號來源的連接器；from_port為信號來源的連接器端口號；to_comp 為信號去向的零組件；to_conn 為信號去向連接器；to_port 為信號去向的連接器端口號；gauge 為線號；type 為線纜類型；color 為線纜顏色；length 為線纜長度；cut_length 為剝線長度；fabrication 為線纜構成；description 為接線說明。

1.4.2 導入元件表和接線表

在導入元件表和接線表之前，需要先在裝配導航器中將線纜子裝配設置為當前工作零部件。

圖5 引信線纜元件表Fig.5 Components list of fuze cable

圖6 引信線纜接線表Fig.6 Wiring table of fuze cable

元件表的導入步驟為：打開組件導航器，選擇MB3→Import→Merge，選擇之前建立引信線纜元件表。

接線表的導入過程和元件表相似：打開接線導航器，選擇MB3→Import→Merge，選擇引信線纜接線表。

此時，元件表和接線表并沒有和相應的接插件或者路徑建立關系，還需要對二者進行配置。

1.4.3 配置元件表和接線表

該過程包括2個部分：元件表的配置和接線表的配置。配置元件表目的是把元件表中的標識分配給對應的接插件；配置接線表則是根據接線表中的邏輯關系生成電氣路線。

首先在組件導航器中，在導入的元件表中任何一行前選擇MB3→Select all，然后選擇Auto assign，即可自動配置接插件。但是，對于多處使用的接插件，由于并非唯一的，系統不能正確識別，需要進行手動配置（Manual assign）。

在接線導航器中，點擊MB3，選擇AutoRoute→Pin level即可配通接插件各管腳之間的邏輯連接。

配置完成后，系統可以自動計算每根導線的長度和捆扎線纜直徑。最終配置完畢的引信線纜元件表和接線表如圖7和圖8所示，表中每一行前的“√”，表示該項已經配置成功。

圖7 引信線纜元件表的配置Fig.7 Components list configuration of fuze cable

圖8 引信線纜接線表的配置Fig.8 Wiring table configuration of fuze cable

1.5 創建終端線路

創建終端線路可以形象地在線纜和接插件子件之間繪制出單根導線，創建完終端線路的引信線纜模型在引信結構樣機上的裝配效果，如圖9所示。

圖9 引信線纜三維模型Fig.9 3D model of fuze cable

至此，引信線纜的三維裝配模型已經完整地建立出來。

1.6 生成制造模板（Formboard）

為便于適應生產，在三維布線完全結束后，根據需要對線纜進行全部或局部展平工作，然后在此基礎上轉換創建二維制造模板，這項工作對整個三維布線來說，是至關重要的一步。其轉換結果直接影響后續線纜的準確性及可生產性。

制造模板是用一個平面的和直線的模型來描述一個3D的線纜模型。模板中的線纜模型看起來像是將空間3D的線路放在一個平板上并將其拉直。它能夠維持線纜的基本輪廓并保持原有的規格，只是將部分或者全部的線纜拉直而已。本質上講，制造模板的目的是為了使線纜的制造變得更加容易，制造模板是引信線纜制造最基本的輸入。

在制造模板上，可以根據需要，選擇性地列出工人施工時所需要的信息，比如節點之間的路徑長度、每根導線的長度、連接信息等。圖10為引信線纜的制造模板，右上方列出的是N1、N2、N3、N4四個節點之間的線路長度和捆扎線纜的直徑。

圖10 引信線纜制造模板Fig.10 Formboard of fuze cable

2 關鍵問題分析

2.1 端口參數

在進行接插件的端口定義時，會遇到3個參數：Cutback length、Extension、Engagement，這 3個參數的正確理解和設置是端口定義成功的前提。

如圖11所示，Cutback length指的是創建終端線路過程中，終端線路沿著主路徑從端口回退的距離。而Extension則指的是一個樣條曲線路徑在接近端口時保持直線的長度。

圖11 端口參數Fig.11 Parameters of port definition

如圖12所示，Engagement指的是所創建的終端線路末端，距多端口原點的距離。

2.2 布線路徑

創建布線路徑通過定義一組控制點來擬合電氣線束的實際形狀，通常情況下有“過極點”和“通過點”2種形式。布線路徑決定著整個引信線纜的美觀性及合理性，在實際設計過程中，布線路徑往往要經過多次修整才能滿足要求。

引信線纜的布線路徑通常是樣條路徑，而不是直線或者圓弧，可以根據需要對路徑進行分割或者合并。

除此之外，還可以利用過線孔或者卡箍等，控制路徑的走向，在本文引信線纜的設計中，線纜要通過如圖13中的孔，則可以選擇孔的中心為控制點，對路徑進行控制，使線纜的形狀更為真實。

圖12 Engagement參數Fig.12 Parameters of engagement

圖13 引信線纜過線孔Fig.13 Wire through hole of fuze cable

3 結論

對于引信線纜的制作，由于引信內部空間體積限制、線纜傳輸信號的復雜性等，對線纜設計提出了較高的要求。傳統的引信線纜制作以人工經驗為主，具有主觀性和盲目性，不易在設計初期發現和改進線纜設計中的問題。本文以引信整機三維電氣布線技術為研究對象，利用UG 6.0軟件的Routing Electrical模塊建立了完整的引信線纜三維模型，詳細分析了布線的關鍵步驟，并生成引信線纜的制造模板供制作使用。通過引信線纜設計方法的革新，實現了線纜設計的數字化定義，進一步完善了原有的結構樣機模型，同時縮短了引信線纜的研制周期，極大地提高了引信線纜的研制效率和可靠性。

[1]周三三,劉恩福. 電子設備三維布線工藝技術應用研究. 電子工藝技術, 2011,32(4)：227-233.

[2]劉振宇,周德儉,吳兆華,等. 一種面向電子整機的三維布線算法研究與實現. 電子工藝技術,2010,31(1)：6-8.

[3]周德儉,吳兆華.電氣互聯技術及其發展動態.電子工藝技術 ,2002(1)：1-4.