张 曼，任 龙，杜昌立，杨勇强

（1.陕西科技大学机电工程学院，陕西 西安 710021；2.陕西浩唐工贸有限责任公司，陕西 西安 710000）

1 引言

来图加工模式 （Build-to-Print）和同步开发模式是国内汽车线束制造企业主要的供应方式。来图加工模式中，客户线束图纸已然锁定，似乎只需线束制造企业按图生产即可，然而现实并非如此。通常企业获得的只是PDF或TIFF格式的客户线束图纸［1］。生产所必须的设计和工艺信息，如物料BOM、电线关系表、裁线工艺卡、短路工艺卡等，并不能直接从客户图纸中快捷获取。制造企业需要根据自身的工艺能力、供应体系等客观条件，利用CAD（Computer Aided Design计算机辅助设计）软件进行优化设计，重新输出线束图纸。而在同步开发模式中，客户线束图纸已充分考虑了制造企业的客观条件，但也需要重新输出工艺信息完备的线束图纸。无论哪种模式，线束图纸必须优先考虑各用电器和模块的尺寸形状、布置情况及其相互之间的电连接关系，同时还要对线束的分支节点、包覆方式和固定方式进行标识和指定。通常会导致线束图纸中绘制的线束长度并非呈1:1等比例显示。而在汽车线束的总装配流水线上，又始终需要指定图框尺寸规格的、全尺寸的工装板布局图，用以指导现场装配作业。因此还需要重新输出全尺寸工装板图纸。如图1所示。

图1 线束图纸输出及用途

2 生成工装板图的解决方案

2.1 现有技术

在现有技术中，往往需要依据既有的线束图纸，在指定的图框尺寸规格中，手工重新布置全尺寸的工装板图。图纸转化所需的工作量大，效率低下且容易出现错漏。尤其随着汽车线束回路数量和支路数量增加，其转化时的工作效率和数据准确度会大幅下降。众所周知，同一款产品的线束图纸和工装板图纸具有设计和工艺信息的一致性，仅仅是在表述方式上的侧重点不同而已。如果我们可以利用其设计和工艺信息的一致性，辅以必要的调整，将线束图纸自动、快捷地转换为全尺寸工装板图纸，既可以提高图纸绘制工作的效率，更有利于保证设计和工艺数据传递的一致性和连续性。

CHS和Ldorado等专业线束设计软件已有自动转化工装板图纸的功能。以CHS为例，线束图纸和工装板图纸只是一个设计的两个不同视图。在完成线束图纸的设计后，仅需要进行少量的设置，就可以获得工装板图［2］。

但是受限于客观条件，目前国内绝大多数的线束制造企业使用的线束设计软件，仍然是AutoCAD为代表的通用型CAD软件，其软件本身并不具有这种功能。

2.2 解决方案

本文介绍的基于CAD平台的全尺寸线束工装板图生成方法，是在以C++语言的ObjectARX开发环境下开发的上一版本［3］基础上，利用AutoLISP开发环境，编辑并优化命令模块，同时结合AutoCAD的原始命令模块，进行二次开发［4-5］。与上版相比，操作更简易、稳定性更好、适用范围更广。

本方法利用树状结构的CAD属性块功能，对汽车线束的物料信息、电气信息和机械信息进行分别设置，以满足软件后续步骤中对设计和工艺数据的提取需求，同时保证线束图纸中的任何设计变更，可以在工装板图中得以直接体现；以线束的节点和支路路径长度作为基本计算单元，进行抽象和模拟，建立平面连杆机构的运动学模型，将AutoCAD中对线束支点和路径的各种操作直接转换成平面连杆机构的运动轨迹，同时保证各个杆件之间拓扑关系的连续性和一致性，使工装板布置过程中的运动和操作得以顺利进行，从而实现线束图纸的自动展开和摆平；以指定的线束工装板尺寸规格为图框的边界界限，对超出图框范围的线束支点和路径，在所建立的平面连杆机构模型的基础上，通过对连杆件的拖拽来实现在图框范围内的重新布置。

3 生成方法的步骤与特征

本文介绍的全尺寸线束工装板图的生成方法可以通过以下步骤来实现。

1）转化目标线束图纸

将客户线束图纸中记录的电线长度参数、节点参数、连接器参数、连接器对应电线类型参数、线束包覆方式和固定方式的参数形成树状结构的CAD属性块，从而获得适宜转化的目标线束图纸，既保证了线束设计和工艺信息的提取，同时也是后续转化工装板图纸的基础。如图2所示，实例中的目标线束图不仅包括了节点、电线、线束、连接器的参数数据，还包括电线走向和节点处线束分布；并将其固定在CAD属性块中，从而能够进行快捷读取和调用操作。

图2 目标线束图纸实例

2）自动展开为全尺寸线束图

选取线束图纸中的任意节点作为转换的起始点，根据相关CAD属性块中的参数以及与相邻节点之间路径的长度和方向，保持原方向不变的基础上，对路径进行1:1等比例的缩放；然后以此为原点，按照上述展开方式依次对相邻节点之间的路径进行自动的等比例展开，从而自动生成实际尺寸和图纸尺寸呈1:1等比例的全尺寸线束图。此时，CAD属性块参数隐藏。如图3所示，本实例中以第一节点1为起点开始，对第一路径9、第二路径10和第三路径11进行等比例的缩放，然后以第二节点2上的第四路径12和第五路径13进行等比例缩放，依次到第八节点8上的第十七、十八、十九路径25、26、27的等比例缩放后，生成全尺寸线束图 （图3）。

3）建立连杆机构模型

以自动生成的全尺寸线束图为基础，以线束节点有阻尼系数的弹性铰接点，以相邻两个节点之间路径的长度和关联关系，作为钢性连杆。在保持同一铰接点上所有连杆不会脱开、且相互之间的位置关系不变的前提下，建立平面连杆机构的运动学模型。

具体而言，在工装板连杆机构模型的拓扑关系中，线束应用上要求线束必须保证连惯性，即各节点之间的路径不能脱开，因此在连杆机构模型中，利用静力平衡方程保证连接到各铰接点的连杆不可脱离。线束应用上要求到达同一支点上的支线路径之间相互之间的位置关系不变，即保持其顺序在成品工装板上与线束图纸一致，因此在同一铰接点上连杆之间建立碰撞分析模型、排斥力模型，保持同一铰接点上所有连杆之间互不接触且相对位置关系不变。

4）调整连杆机构，布置工装板

将已建立连杆机构模型的全尺寸线束图拖入指定的线束工装板图框内，对各个线束支路对应的连杆及与其铰接的临近连杆，分别进行拖动，直至连杆机构模型的所有连杆均匀地、互不交叉地布置在线束工装板边界框图内，从而得到全尺寸线束工装板草图。

各节点可以通过用户的操作来实时动态地拖拽，保证用户在操作任意一根连杆时，该连杆、与其相连的连杆及次级相连的连杆均在此操作下，默认根据连杆机构模型的运动学平衡条件，按客户意愿实时动态地移动或旋转，从而实现了用户操作与CAD软件的交互。已经满足工装板布置要求的连杆，也可进行锁定，以避免调整其他连杆时再次偏移。对于拖拽无法满足工装板布置要求的连杆，可以通过设置临时铰接点，再次实行拖拽，直至满足布置要求。如图4所示。

图4 全尺寸线束工装板草图实例

5）调入属性块，生成工装板图纸

在全尺寸线束工装板草图上，以线束的各个节点为定位基准，将目标线束图中对应CAD属性块，一键命令自动生成。再通过轻微调整，即可获得指导现场装配作业所需的全尺寸工装板图纸，如图5所示。

图5 全尺寸线束工装板图实例

在执行连杆机构模型拖拽操作时，AutoCAD软件操作界面上暂停原始命令模块与CAD内核的交互，而使用AutoLISP开发环境下二次开发的命令模块与CAD内核的交互。

4 小结

本文以线束图纸为对象，采用基于AutoCAD的二次开发，并融入关系理念和工业工程思想，运用AutoLISP、AutoCAD、平面连杆机构等技术和工具开发了一种汽车线束全尺寸工装板图的生成方法。该方法的实现可有效地解决汽车线束图纸工艺信息提取效率低、图纸转化效率低的问题，具有一定的推广价值。