DOI： 10． 3969 /j． issn． 2095 － 509X． 2015． 07． 006
面向线缆组件装配过程的 Ｒouting 建模方法研究
赵 磊，宛新贵
（ 中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009）
摘要： 为了实现复杂产品电装过程中接线表、接线图、线缆组件装配模型数据源的一致性，满足针 脚级别的接线关系，并在三维模型上实现柔性线缆扁平化处理，提出了基于 UG NX Ｒouting 建模 的复杂产品线缆建模方法，通过接线关系数据格式的转化，实现 office 格式接线表与 NX cmp＆hrn 格式电连接器、接线表的自动导入导出，开发扁平化线缆模型特征库，满足线缆扁平化处理过程。
线缆建模过程在某型复杂产品线缆装配中得到应用，验证了该方法的有效性和可靠性。
关键词： 线缆装配； 接线表； 接线图； 扁平化
中图分类号： TP319 文献标志码： A 文章编号： 2095 － 509X（ 2015） 07 － 0023 － 05
面向线缆装配等柔性体结构建模，在考虑导线 走向的同时，还需尽可能缩减线缆实际长度，满足 产品整体配重要求； 另外，企业进行电装过程中，往 往依据接线表、辅助接线图的方式进行线缆实物装 配，其数据源头不一致，导致接线表与接线图存在 信息不一致的风险，对接线人员的专业知识依赖度 极高； 如何实现依据三维数据源，满足线缆模型与 结构件的装配协调及干涉检查，实现线缆局部扁平 化，已成为线缆建模的瓶颈问题。
20世纪 90 年代初，针对航空工业中所存在的 线缆设计的问题，美国的 Conru A B 和 Cutkosky M Ｒ［1］采用并行工程的方法，构建出一个多 Agent 系 统，用于线缆设计者的协同设计，实时显示并比较 多种线缆设计布线方案； Wolter J 和 Kroll E［2］采用 了点线模型来描述多根线之间的相互关系，如打 结、缠绕等； Loock A 和 Schmer E［3］提出了对不同 刚度的线缆在承受重力的状态下进行仿真模拟，取 得了较好的效果； Ｒitchie J M 等［4］开发了一个在 虚拟场景下实时线缆装配布线的系统，并对虚拟 环境下线缆布线的效率进行了检测和分析。万毕 乐等［5］在分析虚拟环境下线缆模型信息构成的基 础上，提出了基于离散控制点思想的线缆几何结构 层次化表达方法，以及基于布线任务的工艺规划过 程描述方法，为在虚拟环境下进行线缆布局设计与 装配工艺规划探讨了底层模型基础。刘检华等［6］
针对活动线缆的细长性与大变形、小应变的特点，
实现了虚拟环境下线缆的物理特性建模与运动仿 真。魏发远等［7］将装配单元划分为“刚性组件”和
“柔性线缆”，提出了含有柔性线缆的复杂系统的 装配工艺规划方法。
综上所述，由于基于三维模型的线缆装配涉及 电路、结构两个环节，需要借助不同的信息化支撑 工具平台，现阶段国内外企业往往依据不同工具开 展相关工作，最终输出不同的文件类型，指导工艺、
车间进行实物装配。若线缆过长，在铺设过程中出 现弯曲，造成线缆包覆层与刚度结构件挤压，严重 时可导致绝缘外皮破损，信号短路，例如美国通用 电气公司对以往研制的发动机在使用中出现的空 中停车事件进行归纳总结后发现，导致空中停车事 件的真正原因中，50% 是由于外部管路、线缆、传感 器损坏、失效引起的［8］； 若线缆过短，振动过程中 导线受到拉拽，可造成导线断裂，信号中断，影响试 验及产品性能； 若导线转弯半径过小，线束较粗，或 在转弯处布置有热缩管、焊锡套管等硬度较大的器 件，会使线缆挤压严重，产生干扰易使信号传输错 误等。
基于上述种种因素，在复杂产品研制过程中利 用三维模型指导线缆铺设是十分重要的。本文提 出基于 NX Ｒouting 的建模方法，综合接线表格式 转化及线缆扁平化处理等技术手段，实现接线表、
接线图、三维模型数据源的一致性，并丰富线缆模 型属性信息，有效指导工艺生产过程。
收稿日期： 2015 － 05 － 22
作者简介： 赵磊（ 1983—） ，男，山东即墨人，中国空空导弹研究院工程师，博士，专业方向为 MBD、数字化装配及连接技术。
第 44 卷 第 7 期 Machine Design and Manufacturing Engineering Vol． 44 No． 7
1 接线表转化
1． 1 word格式转化 excel 格式
将线缆连接顶层控制文件 word 表格中的布线 信息批量迁移至 excel 文件中，顶层控制文件 word 表格见表 1，设计转换 excel 文件格式见表 2。word 和 excel 的表头文件必须和配置信息里面保持一 致。word 和 excel 的列是从 0，1，2，3，……依次开 始。从 word 文件转化到 excel 文件，excel 文件中每
一列内容对应的数字即为 word 文件列对应的数 字，如果对应的数字为“null”，则表示 excel 此列内 容为空白。通过修改 UG NX 转换的配置信息 con- fig． dat文件，对提取的内容进行修改，系统默认原 控制文件中单个表格转换后会产生一个 excel 文 件，假设原控制文件中有 3 个表格，那么系统会依 次保存 3 个 excel 文件。
表 1 顶层控制文件 word 表格
序号 0 名称 1 导线特性 2 来源 3 芯号 4 去向 5 芯号 6 信号特性 7 备注
1 A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
2 B B1 A2 B2 A4 B3 B4 B5
C C1 A2 C2 A4 C3 C4 C5
3 D D1 A2 D2 A4 D3 D4 D5
表 2 设计转换 excel 文件格式
线号 导线牌号 长度 颜色 来源 引脚 目标 引脚 信号名称 线型 来源组件 目标组件
A A2 A3 A4 A5 A6
B A2 B2 A4 B3 B4
C A2 C2 A4 C3 C4
D A2 D2 A4 D3 D4
1． 2 excel、cmp、hrn、word信息提取转化
将控制文件中的布线信息提取至 NX 能够识 别的 hrn 文件中，将此 hrn 文件导入至 NX 中即可 完成自动布线。从 excel 文件生成 hrn 文件，hrn 文 件中每一列内容对应的数字即为 excel 文件列对应 的数字。
1） excel 生成 cmp。
将控制文件中的布线信息提取至 NX 能够识 别的 cmp 文件中，将此 cmp 文件导入至 NX 中即可 完成自动布线。
配置信息： 转换的配置信息在 config． dat 文件 中，用户可根据实际情况，对提取的内容进行修改。
从 excel 文件生成 cmp 文件，cmp 文件中每一 列内容对应的数字即为 excel 文件列对应的数字，
如果对应的数字为“null”，则表示 cmp 此列内容为
空白。
2） 提取 hrn 至 excel。
将 NX 生成的 hrn 文件中的接线关系导入至 excel文件，为接线表和接线图的生成提供数据。
配置 信 息： 转 换 的 配 置 信 息 在 …． ． \ TYD \ translate \ data 文件夹 config． dat 文件中，用户可根 据实际情况，对提取的内容进行修改。
“7 － 2”表示将 hrn 文件“7”这一列内容抓取 到 excel 文件“2”这一列里。
3） 提取 cmp 至 excel。
将 NX 生成的 cmp 文件中的接线关系导入至 excel文件，为接线表和接线图的生成提供数据。
4） 生成接线表。
将 excel 文件中的接线关系导入接线表文件，
为生产提供依据，接线表格式见表 3。
表 3 接线表格式
线缆号 线号 线缆数据 连接点 1 连接点 2
型号及规格 颜色 长度 /mm 项目代号 端子号 参考 项目代号 端子号 参考 备注
675． 377 000 A2 A3 A4 A5
681． 090 000 A2 B3 A4 B3
564． 860 000 A2 C2 A4 C3
557． 179 000 A2 D2 A4 D3
679． 025 000 675． 829 000 673． 014 000
配置信息： 转换的配置信息在 config． dat 文件 中，用户可根据实际情况，对提取的内容进行修改。
配置文件信息如图 1 所示。
5） 生成接线图。
图 1 配置文件信息
将 excel 文件中的接线关系导入接线图文件，
为生产提供依据。接线图符号示例如图 2 所示。
图 2 接线图符号示例
2 线缆组件建模
2． 1 接插件建模三维线缆设计首先需要建立接插件、电器元件 模型，如图 3 所示。对照供货厂家提供的纸质样本 和电子版说明书，利用 UG /NX 工具建立三维模 型。
接插件模型统一存储在 PDM 设计资源库中，
成为三维基础模型库，模型通过 Ｒouting 模块针脚 审核功能构建，建立细化至针脚级别的电连接器模 型，一次建立，重复使用。接插件模型效果如图 4 所示。
图 3 接插件、电器元件模型
图 4 接插件模型效果
2． 2 布线路径规划
利用三维手段按照电气连接图、管路连接逻辑
图的要求，对装配线缆组件进行路径规划，具体过 程如下，线缆参数化定义如图 5 所示：
1） 加载 PDM 资源库电连接器三维模型。
2） 导入电连接器定义 cmp 文件。
3） 导入针脚级别的接线关系 hrn 文件。
4） 定义导线走向控制顶点。
5） 接线关系配对自动生成线缆组件连接三维 模型。
3 线缆扁平化处理
根据 NX 布线路径生成满足设计者需求的扁 平化线缆。线缆扁平化分类如下。
图 5 线缆参数化定义
整线扁平化： 将原整根线缆扁平化。
线缆中部扁平化： 将线缆中部某段扁平化。
单层扁平化： 将原线缆做一层扁平。
多层扁平化： 将原线缆做二层及二层以上扁 平。
奇数线缆扁平化： 扁平化线缆的单层或多层线 缆数为奇数。
偶数线缆扁平化： 扁平化线缆的单层或多层线 缆数为偶数。
开发扁平电缆模板库，插入自定义特征命令，
调入单层扁平化模板，扁平线缆库调用界面如图 6 所示。若线缆数为奇数，选择“Odd Single Flat”； 若 线缆数为偶数，选择“Even Single Flat”。“Ｒ”表示 单条 线 芯 直 径，“round Numble ”表 示 线 缆 数，
“round Spacing”表示线芯之间的间距，“diantance_
X”表示X向单层线芯外层到包裹层的厚度，“di-
图 6 扁平线缆库调用界面
antance_Y”表示 Y 向单层线芯外层到包裹层的厚 度，按顺序依次点击，创建的基准面、基准轴。
完成线缆扁平化建模，保证模型与线缆实物的 一致性。扁平线缆展现效果如图 7 所示。
图 7 扁平线缆展现效果
4 结束语
本文提到的线缆组件三维建模方法，在某型复 杂产品装配过程中得到了应用验证。通过三维模 型装配，表达了精确到针脚级别的接线关系； 线缆 组件模型真实、直观地反映了实物线缆的组成、长 度、质量、线形、厂家、空间走向等信息； 减少了数据 重复存储，可直接生成线缆 EBOM； 实现了三维线 缆设计的工程化，可直接指导生产，按需生成二维 图； 模型可作为工艺、工装提前设计的依据，大大提 高设计和生产效率； 保证各批次产品的一致性，减 少产品不稳定性带来的安全隐患； 作为线缆设计的 基础，建立了统一通用的三维基础模型库，模型中 线缆接口定义至每一针脚，为复杂产品线缆的三维 设计打下基础。
参考文献：
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［7］ 魏发远，王峰军，陈新发． 含有柔性线缆的复杂系统装配仿 真［J］． 工程设计学报，2007，14（ 1） ： 25 － 30．
［8］ 孔瑞莲． 航空发动机可靠性工程［M］． 北京： 航空工业出版 社，1996．
The routing modeling method on the assembly process of cable component
ZHAO Lei，WAN Xingui（ China Airborne Missile Academy，Henan Luoyang，471009，China）
Abstract： In order to achieve data consistency about the complex wiring table，wiring diagram and cable compo- nents assembly model during the process of product，it proposes the complex product modeling method for cable routing modeling based on UG NX． This method meets the level of stitching connection relations，and realizes flexible cable flat processing on the 3d model． Transforming the connection relation data format，it automatically imports and exports the wiring table office format with NX cmp＆hrn format of electrical connectors． It develops the cable model future library． The application of the model in the complex wiring table product proves the meth- od is validity and reliability．
Key words： cable assemblies； wiring table； wiring diagram； flat
