孙福德 马政 路波

摘  要：介绍了某三维设计软件三维布线设计的功能及优点，总结了三维线缆设计流程、方法、规则，设计一种三维布线框架。给出了某型电子测量仪器三维布线设计实例，为传统线缆设计周期长、效率低、成本高、效果差等问题提供了解决方案。

关键词：三维布线;缆模块;布线框架

中图分类号：O212.1        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）27-0079-03

Abstract： This paper introduces the functions and advantages of a 3D design software， summarizes the process， method and rules of 3D cable design， and designs a 3D wiring framework. An example of 3D wiring design for an electronic measuring instrument is given， which provides a solution for the problems of long design cycle， low efficiency， high cost and poor effect of traditional cable design.

Keywords： cable and harness; cable module; wiring frame

1 概述

传统布线为结构设计和布线规划串行的工作方式，仪器通过结构设计人员设计、投产、加工、装配完成后，电子装联工程师在样机基础上，对线缆进行路径规划，根据测量结果设计线缆、加工、装配。首先，这种布线方式拥有串行工作模式的固有缺点，有时甚至需要在结构件上补充加工线缆固定点或者增加结构加固点，由此导致的结构件变更会加剧生产周期的延长。其次，手工测量结果存在一定的不确定度，线缆长度测量存在误差，增加装配难度。再次，传统布线方式无法评估线缆的布局对于整机热仿真、谐振仿真、电磁仿真等计算机辅助设计方面的影响。三维布线的方式改为结构和布线并行设计的方式，可以显著缩短设计周期[1]，提高整机可靠性和线缆布局美观性，有效为后续仿真提供支持，实现工艺信息化。

2 基于某三维设计软件缆模块的三维布线

某三维设计中缆模块作为内置于其中的三维布线模块，其对三维布线发挥着举足轻重的作用，在该模块中，可以方便地创建、修改连接器到连接器之间的线缆路径。线缆种类基本分为三类：单芯线缆、多芯线缆和扁平线缆，遵循内置于模块中的规则，即可创建三种反应真实线缆信息的三维数字化模型。三维线缆设计主要有以下优点：

（1）可有效控制线缆种类和数量，独立性强，路径修改方便;

（2）可以获取线缆规格，检查线缆的电气间隙，并且可以验证其可折弯性;

（3）可以整体把控线缆布线情况，直观性强;

（4）对于整机结构而言，可以提前设置线缆固定点，协同设置整机结构加强点，为后续整机热仿真、谐振仿真、电磁仿真等计算机辅助设计提供技术保障。

某三维设计软件缆模块有自动布线和手动布线之分，自动布线需要从整体把控接插件之间的逻辑关系，理清线缆接线原理图，存在布线失败、需要手动修复的缺点;手动布线的特点是布线过程清晰、灵活、线缆路径调整方便。本文以三维布线中的手动布线为例，系统的介绍三维布线流程。

3 布线原则

布线原则作为三维布线的指导规范，关系到整机布线的可靠性、可装配性、可维修性等，一般按照以下原则进行布线：

（1）交流导线与直流导线分开，高电压信号与低电压信号分开，强电流信号与弱电流信号分开，高频信号与低频信号分开。

（2）线缆忌靠近发热元件，如电源变压器、大功率管、散热器等，无法避免应隔热。

（3）线缆切忌悬空布设，不能有较大长度的无固定走线，应与底板或结构件捆扎固定。

（4）在线缆装配所要求的最大公差内，相对运动件附近布置的线束，距离运动件之间要设置足够的间隙。

（5）线缆与元器件距離不小于2mm。

（6）保证线缆的弯曲半径，一般以大于3倍直径为宜。

（7）线缆布设避开印制板焊点和印制板的边缘，保证5mm安全间隙。

（8）线缆如果平行走线，长度大于150mm时，在不产生干扰和耦合的情况下，需将其捆扎。

（9）一般不从印制板底部布线，以防器件引脚损坏线缆，迫不得已时需要对线缆采取保护措施。

（10） 线束在过孔和跨钣金边缘时注意保护线束，线束转弯处增加固定点[2]。

4 三维布线设计流程及实例

模型前处理：在基础虚拟样机A0中建立三维布线组件A1，并且激活此组件，然后插入骨架模型A1-S，激活骨架模型，对基础虚拟样机进行收缩包络，以此作为布线参考。

线缆组件创建：按照线缆类型分类，同类编组，以B1，Bi，……，Bn表示，将其插入到A1中，分别激活这些组件，独立布线。

模型前处理和线缆组件创建步骤作为三维布线框架设计，对三维布线起到至关重要的作用。三维布线框架设计如图 2所示，其中虚线方向为两个元素的参照方向，即A1-S参照A0，B1-S、Bi-S、Bn-S参照A1-S，各线缆Bi，1、Bi，2、Bi，mi参照Bi-S。

信息输出：布线完成后，线缆规格和长度信息已经确定，通过线束制造模块即可输出多根线缆制造信息在某型电子测量仪器研发过程中，成功地应用某三维设计软件缆模块对其进行三维布线设计。根据上述布线原则和布线流程，共完成了88根线缆的布线规划。图3为某型电子测量仪器基础模型，图4为三维布线模型，图5为独立出的三维线缆布线图。

5 结束语

一改传统的结构设计-布线设计串行工作方式，三维布线设计可以使结构设计和布线设计并行进行，一方面可以显著提高整体工作效率，缩短产品生产周期，降低生产成本，另一方面可使电装人员明确线缆布局的三维数字化成果，保证线缆布局整齐、美观。

某三维设计软件缆模块为三维布线设计提供了便捷、直观的数字化平台，协同结构设计阶段生成的虚拟样机，可以有效的避免产品在研制阶段因结构设计、布线设计之间的协调性差问题。因此基于某三维设计软件缆模块的三维布线设计为传统线缆设计周期长、效率低、成本高、效果差等问题提供了优质解决方案。

参考文献：

[1]郑超，曹伦等.基于Creo/Cabling的电力电子设备三维布线应用[J].机械设计与制造工程，2015（6）：27-31.

[2]赵娜，郝骏刚，胡钢.基于Creo2.0/Cabling的载车集成三维布线设计[J].电脑开发与应用，2013（10）：44-46.