UG/Wiring在電子設(shè)備布線設(shè)計中的應(yīng)用

崔亮

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽471009）

0 引言

在電子設(shè)備設(shè)計中，內(nèi)部各功能模塊的連接線纜組件一般根據(jù)整機(jī)實(shí)體的裝配情況及個人的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，過程中又依據(jù)工藝布線的原則和整機(jī)實(shí)體的具體情況來不斷糾正不合理的布線，最終實(shí)現(xiàn)整機(jī)線纜組件。這種設(shè)計方式存在以下方面的問題［1］：首先，線纜設(shè)計與電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的數(shù)字樣機(jī)設(shè)計相脫節(jié)，沒有很好地利用三維設(shè)計軟件提供的線纜設(shè)計功能；其次，由于線纜二維工程圖的設(shè)計并不是由數(shù)字樣機(jī)直接提供，而是根據(jù)三維模型進(jìn)行簡單走線設(shè)計或進(jìn)行粗略的估算，這就造成線纜的實(shí)際設(shè)計生產(chǎn)中各個參數(shù)沒有一致的數(shù)據(jù)來源，受人為影響比較大，從而造成產(chǎn)品的準(zhǔn)確性和質(zhì)量較差，甚至出現(xiàn)與設(shè)備的實(shí)體干涉問題；最后，由于線纜設(shè)計必須以實(shí)體模型為依據(jù)，則必定在生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上放在整個產(chǎn)品的最后一環(huán)，導(dǎo)致電纜的設(shè)計生產(chǎn)和設(shè)備的其他環(huán)節(jié)變成了串行設(shè)計，產(chǎn)品的開發(fā)周期延長，也無法對產(chǎn)品設(shè)計中產(chǎn)生的更改做出迅速的反應(yīng)。

另一方面，激烈的市場競爭要求電子設(shè)備研制周期短，響應(yīng)快，尤其對于電子設(shè)備的重要組成部分線纜組件，也必須有新的設(shè)計手段去適應(yīng)。因此為了克服傳統(tǒng)線纜設(shè)計方法的缺陷并滿足電子設(shè)備發(fā)展帶來的新要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)線纜組件的數(shù)字樣機(jī)設(shè)計勢在必行。目前在三維設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用較多的UG、Pro/E等大型軟件基本都含有三維線纜設(shè)計模塊，其具有三維線纜設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計有機(jī)融合，三維設(shè)計環(huán)境和二維工程圖生成環(huán)境互相關(guān)聯(lián)，三維布線設(shè)計規(guī)則規(guī)范、豐富，所有的制作信息自動生成等功能，能實(shí)現(xiàn)布線功能的快速設(shè)計。

我院的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用就是UG的CAD平臺，UG/Wiring模塊即三維布線模塊是UG的基本功能之一，應(yīng)用該模塊進(jìn)行線纜設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)和電子設(shè)備結(jié)構(gòu)樣機(jī)的無縫結(jié)合。本文將結(jié)合實(shí)例，對UG/Wiring在電子設(shè)備線纜數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用作出初步探討［2］。

1 UG/Wiring布線功能簡介

UG作為大型三維輔助設(shè)計軟件，集CAD/CAM/CAE于一體，功能強(qiáng)大，其中UG/Wiring是實(shí)現(xiàn)三維布線的主要功能模塊。利用UG/Wiring進(jìn)行電子設(shè)備的三維立體布線設(shè)計的優(yōu)勢在于［3］：1）我院在結(jié)構(gòu)樣機(jī)設(shè)計方面采用UG軟件為三維設(shè)計平臺，因此采用UG/Wiring能夠很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計平臺的統(tǒng)一；2）UG/Wiring模塊可以從電原理圖和ASCII文本文件中獲取電訊的接線信息，實(shí)現(xiàn)了與電訊數(shù)據(jù)的融合；3）UG/Wiring通過元器件列表和接線表線實(shí)現(xiàn)手動或自動的布線，在對線纜路徑賦予導(dǎo)線材料屬性后即生成三維立體模型；4）UG/Wiring模塊的Formboard功能模塊能夠在三維的線束模型設(shè)計以后，將三維線纜模型展平，生成生產(chǎn)用釘板圖；5）UG/Wiring具有表報統(tǒng)計功能，設(shè)計中的各種參數(shù)，如線纜的長度、重量、成本等信息均可以以報表的形式進(jìn)行自動統(tǒng)計。

一般來講，利用UG/Wiring進(jìn)行布線的基本步驟如下：1）創(chuàng)建電接插件的三維模型，同時定義必要的端口（PORT）；2）導(dǎo)入電子設(shè)備的三維模型，作為布線裝配的主體；3）加載創(chuàng)建的電接插件，在此必須采用PART功能引入，而不能通過ASSEMBLE模塊以裝配的方式加載，否則布線模塊將無法識別線纜路徑；4）創(chuàng)建元器件列表和接線表，UG/Wiring模塊依靠元器件表和接線表來建立布線路徑的邏輯關(guān)系；5）創(chuàng)建布線路徑，各端口之間的連接關(guān)系要和接線表保持一致；6）手動或自動布線；7）對建立的線纜模型進(jìn)行干涉分析；8）由三維的線纜裝配模型生成二維的工程圖。

2 UG/Wiring布線技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑

UG/Wiring模塊依托于UG的三維CAD建模環(huán)境，輸入為元器件列表和接線列表，輸出為三維的線纜數(shù)字樣機(jī)和二維的線纜工程圖，其實(shí)現(xiàn)線纜快速設(shè)計的框架如圖1所示。

圖1 UG/Wiring設(shè)計流程圖

通過此流程圖可以看出，在利用UG/Wiring實(shí)現(xiàn)三維布線的過程中有以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：

1）電子設(shè)備的精確數(shù)字樣機(jī)的建立。在此既可以通過UG/CAD直接建模的方法實(shí)現(xiàn)，也可以利用電路設(shè)計軟件生成IDF格式文件，通過UG/PCB.Xchang模塊生成電路組件的模型。

2）元器件庫的建立。這里的元器件主要指連接線纜的各類電接插件，UG/Wiring自身具有一定規(guī)模的接插件庫，但是在實(shí)際的應(yīng)用中往往需要自己建立適合設(shè)計需要的接插件。

3）元件表及接線表的建立、導(dǎo)入。對于簡單的線纜模型，由于線纜數(shù)量較少，涉及的管腳不多，可以采用按照標(biāo)準(zhǔn)格式手工填寫的方式建立。而對于比較復(fù)雜的模型元件數(shù)量多，布線路徑復(fù)雜，手動填寫的方式不僅效率低，且準(zhǔn)確率不高。UG/Open API是系統(tǒng)提供給用戶用C語言進(jìn)行二次開發(fā)的接口，利用OPEN API進(jìn)行UG布線的二次開發(fā)，能自動將從電路設(shè)計軟件中讀取的線纜連接信息生成元件表和接線表，實(shí)現(xiàn)線纜組件中各接插件管腳之間的三維自動連接，很好地解決了復(fù)雜線纜模型元件表及接線表的創(chuàng)建問題。

3 UG/Wiring布線技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

在此以某型號記錄艙檢查儀為實(shí)例，具體說明UG/Wiring在電子設(shè)備三維布線設(shè)計中的應(yīng)用。

UG/Wiring模塊中本身具有電連接器庫，但是多數(shù)情況下需要根據(jù)實(shí)際的情況自行建立電連接器的模型，并定義相關(guān)的端口屬性［4］。接插件端口一般要進(jìn)行配合端口（Fitting Port）和分線端口（Multi Port）的屬性設(shè)置。電連接器如SMA、J30J都是成對配合實(shí)用，配合端口（Fitting Port）屬性的設(shè)置就是在兩個連接器配合處設(shè)置定位矢量，矢量的原點(diǎn)決定裝配的位置，而矢量的方向決定配合的朝向，只有當(dāng)正確的設(shè)置端口屬性時，一對連接器才可以正確裝配。分線端口（Multi Port）的屬性設(shè)置就是使用UG/Wiring軟件對接插件的接線點(diǎn)進(jìn)行唯一的編號，從而保證接線表中各連接器之間點(diǎn)對點(diǎn)的一一對應(yīng)關(guān)系。如圖2為15芯J30J電連接器的三維實(shí)體模型，在UG/Wiring中定義了兩個端口：配合端口（Fitting Port）、分線端口（Multi Port），如圖2和圖3所示。

圖2 15芯J30J連接器端口定義

圖3 扭子開關(guān)的端口定義

圖4 元件表實(shí)例

完成連接器的端口屬性定義，需要通過元件表和接線表建立UG/Wiring可以識別的各個端口之間聯(lián)系邏輯關(guān)系。在UG/Wiring模塊中，元件表和接線表是實(shí)現(xiàn)布線設(shè)計的核心要素，是對電子設(shè)備數(shù)字模型進(jìn)行布線頂層文件。這其中元件表中包含所有連接器的屬性信息，包括連接器類型、名稱、唯一識別的ID，是模型與路徑之間的橋梁。接線表包含各個連接器之間的總線連接關(guān)系以及各連接器之間的不同端口之間的對應(yīng)關(guān)系。元件表是接線表的建立的基礎(chǔ)，只有先建立元件表，給各接插件指定ID號，才能編寫接線表。而且在布線過程中元件表導(dǎo)入在先，接線表導(dǎo)入在后，否則系統(tǒng)可能會發(fā)生無法識別路徑的錯誤。在UG/Wiring模塊中元件表和接線表有不同的表達(dá)方式，而每種類型都有各自的格式，Example類型是在實(shí)際設(shè)計中使用較多的一種。元件表的文本格式如圖4所示。

其中Part_name是連接器等電子器件的三維模型的文件名，Unique_id每個元器件在布線模型中的唯一名稱，Connector_id是連接器類型編號，同一種類型的連接器可以為同一ID。在UG/wiring中需要通過手動或者自動的方式將Unique_id和該器件的三維實(shí)體模型一一對應(yīng)。

接線表的格式如圖5所示。其中wire_id為電纜的編號，from_comp、from_conn、from_pin 描述了電纜起始端的信息，to_comp、to_conn、to_pin描述了電纜終端的信息。

圖5 接線表實(shí)例

當(dāng)基本的準(zhǔn)備工作完成之后即可以進(jìn)行具體的裝配和布線工作，首先導(dǎo)入電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)模型，通過已定義的配合端口屬性實(shí)現(xiàn)電接連器的子件和母件的配合，利用UG/Wring的路徑（path）功能實(shí)現(xiàn)各個端口的之間的走線路徑，保證和接線表的端口連接關(guān)系一致。按以上步驟完成某型號記錄艙檢查儀的布線效果如圖6所示。

圖6 記錄艙檢查儀布線效果圖

為了得到電纜的長度等尺寸以用來生產(chǎn)，需要把其余的結(jié)構(gòu)模型剔除，只留下電纜組件本身，通過UG/Wiring的Formboard功能把三維的空間布線轉(zhuǎn)換稱二維的平面線扎圖，隱藏主體機(jī)構(gòu)而只保留電纜裝配組件的模型如圖7所示，生成的線扎圖如圖8所示。

在二維圖模塊中可以直接調(diào)入通過UG/Wiring生成的電纜平面展開圖，采用和工程圖一樣的方法在視圖中標(biāo)注電纜尺寸,生成技術(shù)條件，明細(xì)欄、接線表、材料清單等，這樣就完成了二維工程圖的創(chuàng)建，通過必要的手工修改工作即可輸出可用于電纜生產(chǎn)的二維工程圖。

圖7 電纜裝配組件

圖8 記錄艙檢查儀線扎圖

4 結(jié)論

針對傳統(tǒng)電子設(shè)備線纜設(shè)計的缺陷，提出了將三維布線技術(shù)應(yīng)用到電纜設(shè)計中來的方法，著重介紹了UG/Wiring模塊的功能、特點(diǎn)以及具體的布線流程，并以某型號記錄艙檢查儀為實(shí)例說明的UG/Wiring的使用方法，通過三維布線軟件進(jìn)行設(shè)計，使得電子設(shè)備的電纜組件的設(shè)計工作效率得到明顯的提高、資源合理配制得到明顯的優(yōu)化、設(shè)計合理性及質(zhì)量等方面都有顯著的提高。同時利用三維線纜設(shè)計模塊可以為電子設(shè)備的質(zhì)量之心、干涉檢查、甚至電磁兼容等方面的分析提供支持，從而設(shè)計出性能更加優(yōu)異的電纜組件，并有助于推進(jìn)電子設(shè)備的小型化和模塊化進(jìn)程［5］。同時，降低了研發(fā)費(fèi)用，改變了傳統(tǒng)線扎制作的滯后性的缺點(diǎn)。

［1］ 米西來,劉鵬.Pro/E三維線纜布線及生產(chǎn)應(yīng)用［J］.船舶電子工程，2009（3）：184-185.

［2］ 劉小虎,吳兆華,吳銀鋒,等.UG/Wiring在通信整機(jī)三維布線中的應(yīng)用研究［J］.沿海企業(yè)與科技，2005（7）：121-122.

［3］ 張紅,魏建,張黎.整機(jī)三維立體布線設(shè)計［J］.電子工藝技術(shù)，2007（9）：291-292.

［4］ 楊宗亮,吳趙華.基于UG的標(biāo)準(zhǔn)接插件庫系統(tǒng)開發(fā)研究［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2008（1）：77-78.

［5］ 袁國強(qiáng),王美娥,張述新,等.基于Pro/ENGINEER的電子設(shè)備自動布線技術(shù)應(yīng)用研究［J］.航天控制，2009（2）：80-81.