基于Pro/E Cabling的三维电缆布线设计（一）

　　一、引言

　　CAD/CAM技术在制造业的应用，使制造业发生了全面、根本性的变革，使传统的制造业产生了质的飞跃，在全球范围内受到普遍关注和重视。同时，在全球数字化的时代背景下，我国制造业逐步运用CAD技术进行产品的数字化形式的开发，先从二维的方式进行“甩图板”工程，目前更是以三维的方式进入数字化虚拟样机开发阶段，可以说数字化的设计推动着产品开发的升级。系统整体的数字化开发离不开电气系统的数字化，Pro/ENGINEER不仅拥有设计原理图的Diagram模块，还有构建线缆模型的Pro/ENGINEER Cabling三维布线模块，利用Cabling的三维布线技术，可在Pro/ENGINEER装配组件中定义三维的电缆线束，并且三维布线可与电气及机械元件的设计与装配同步进行。

　　二、三维布线软件应用与现状

　　国内外学者与工程师从20世纪80年代开始，开始利用CAD技术和虚拟现实技术对线缆束数字化设计和规划进行研究。在Caudell等提出了将虚拟环境与线缆布线相结合的思想以后，Loock等在前人工作的基础上提出了线缆弹簧模型，并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。Hergenrother等也从动力学的角度，开发了一套在虚拟环境下的实时线缆装配布线系统，该系统通过头盔显示器以及三维鼠标等设备与系统交互，并对虚拟环境下进行线缆布线的效率进行了检验，实现了线缆静态干涉检测。但只能验证线缆布局设计的可行性，并没有对虚拟环境下的线缆布线规划技术进行更深一步的研究。

　　目前商业化的3D设计软件主要还是以Pro/ENGINEER、NX和CATIA等软件为主导，而且这些软件都基本提供了电气设计模块，电气布线设计软件的选择主要根据之前采用三维的机械设计软件，这样方便三维模型的导入和进行线束的三维布置，有些软件也支持其他原理图构建的逻辑图，只是需要转换格式，而且这方面运用也不是很成熟，一般还是沿着机械设计选用的软件，再使用其中的原理图模块与布线模块。

　　三、Pro/ENGINEER Cabling三维布线设计

　　为了实现柴油机Harness的3D化，同时与我厂机械三维Pro/ENGINEER Wildfire开发的模型数据结合，所以采用Pro/Cabling软件进行柴油机电气线束设计。

　　Pro/ENGINEER软件的线束设计模块具有强大的线束设计功能，而且软件的3D设计环境与2D线束工程图生成环境互相关联，在任何一个环境中所作的改变，都会体现在另一个环境中，这减少了更改机械及电讯设计时出错的机会。而且Cabling可以从电气原理图和ASCII文本文件中获取电讯的接线信息，实现与电讯数据的融合。图1为Pro/ENGINEER软件的线束设计工作流程图，从逻辑图中提取逻辑信息的能力极大地推动了线束数字化设计的自动化。

　　1.建立布线环境

　　三维布线包括Harness(线束)的创建、Spool(线缆规格)的创建、Feature(具体线缆)的创建、Component(接插件或者元件)的创建和进入布线设计等几个步骤。但是这几个步骤不是每个都是必须的，如果线缆规格已在原理图中创建，就不需要创建，直接读取就可以。

　　布线模块只存在于装配组件的模式下，在零件模式下并没有。所以需要创建装配组件，然后选择“应用程序”→“电缆”，进入电缆设计模式，如图2所示。

　　线束在装配组件里是作为一个零件、一个prt文件，是组件的零件，但不能独立作为零件打开。线束模块也不能在“零件”模式中打开。对于制造输出，零件需从组件中抽取，并表示成平整零件。

　　如图3所示创建线束零件，在菜单管理器中选择“电缆”→“线束”→“创建”。随后“新建”对话框打开(如图4所示)，缺省情况下，在“类型”、“零件”和“子类型”下，“线束”已被选取，另外在“新建”对话框上的其他选项都为灰色显示，无法选用。

　　在“名称”框中，为新线束零件键入名称，随后进行模板的选择，如果要用缺省的模板，单击“确定”，这样Pro/ ENGINEER会打开一个新线束零件。如果要使用定制的模板，需要在去除对话框中的“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”。打开“新文件选项”对话框(如图5所示)，然后浏览到所需模板，并选择相应的模板。如果需要创建多个独立的电缆线束，可以选择“设置”→“创建子配线(线束)”。

　　2.构建三维装配结构

　　新线束零件创建完后在模型树里是活动线束或工作线束，显示在图形窗口的右下角(如图6所示)，也可在组件中创建多条线束，但是每次只有一个线束是活动的。在电缆组件中，只可选取和编辑活动线束的电缆图元，所创建的任何项目都保存到活动线束中。线束零件创建完成后，需要在线束装配组件中添加电气接插件与元件，将他们按照布置要求进行装配，如图7所示。显示线缆颜色可以在配置文件里设置，也可以从外观编辑器中打开，如图8所示读入电缆颜色文件，如果不进行读取电缆颜色文件或进行配置文件，线缆的颜色将不会得到正确的显示。布线的线缆规格可以使用“电缆”→“线轴”→“创建”，向数据库中添加新的线轴定义，但是创建原理图的过程中已经设计了线缆规格，这里不需要再新建，可以直接从逻辑参照中将其读入，如图9所示使用“创建”→“从逻辑”，从指定的逻辑参照中引入选定线轴。

　　注意：线缆特征的创建与线缆规格的输入类似，可以使用“电缆”→“特征”→“创建”→“电线”或“电缆”，向线束中添加电线和电缆。同样，在Diagram原理图设计时已经设计过线缆的特征，可以直接输入逻辑参照，使用“从逻辑”命令输入电缆，否则Pro/ENGINEER系统将提示您键入一个新的电线或电缆名。

　　3.创建接插件元器件

　　布线原理图里创建的元器件是符号，而这里新建的电气元件是对应原理符号的三维，这是线束三维连接的目标。

　　使用“电缆”→“元件”命令(如图10所示)，进入元件的创建过程。随后在Pro/ENGINEER的右上角会弹出元件菜单管理器(如图11所示)，使用“指定”，将组件中的3D零件指定为连接器，如图12所示。同时，可以向元件定义中添加参数设置，使元件成为电缆的起点和终点，插针级参数可在使用逻辑参照从布线原理图中读取时指定。

　　由于线束的复杂材料构成，加上线缆的柔性结构对于布线设计与装配规划带来了构建数字模型的复杂度，可以通过配置模型树(如图13与图14所示)，这样在今后的布线设计过程中可以提供定制和显示大量有用的信息，方便将模型树的配置保存。

　　四、结论

　　本文主要简单介绍了Pro/ENGINEER Cabling的三维布线绘制环境的建立、Harness(线束)的创建、Spool(线缆规格)的创建、Feature(具体线缆)的创建及Component(接插件或者元件)的创建，线束的3D设计带来了电气数字化设计的变革，将以往电气连接设计只能在二维空间上体现向3D空间转换，极大提高了电气工程师的电气设计能力，也增加了机械设计和电气设计的集成度与关联度。