3D技術(shù)在半剛電纜組件制造領(lǐng)域的應(yīng)用研究

摘 要：作為信號的傳輸介質(zhì)和載體，半剛電纜組件廣泛地應(yīng)用于軍用電子產(chǎn)品中。發(fā)展半剛電纜組件制造工藝是電氣互聯(lián)專業(yè)技術(shù)的一個重要方向。文章依據(jù)半剛電纜組件制造工藝要求，介紹了一種新的制造流程及方法，即綜合應(yīng)用先進(jìn)的3D布纜技術(shù)及3D裝配工藝技術(shù)，以提升了工藝設(shè)計質(zhì)量，增強(qiáng)了工藝數(shù)據(jù)對的制造過程的指導(dǎo)性，優(yōu)化了半剛電纜組件制造工藝流程與方法，從而縮短產(chǎn)品的制造周期、提升質(zhì)量并降低成本。

關(guān)鍵詞：半剛電纜組件；3D布纜；3D裝配工藝

引言

3D布纜是以3D結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，在3D環(huán)境下，充分考慮電子產(chǎn)品內(nèi)部器件結(jié)構(gòu)布局和空間干涉情況，并根據(jù)電纜連接關(guān)系，完成各電纜的走向規(guī)劃和形狀設(shè)計，并依此生成各種用于電纜制造的工程圖紙與數(shù)據(jù)的過程。

3D裝配工藝是直接利用包含電纜的產(chǎn)品3D模型，在3D環(huán)境下，通過合理規(guī)劃裝配流程、定義裝配工藝要求并直觀的模擬裝配過程，最終形成3D可視化、結(jié)構(gòu)化的裝配工藝，并進(jìn)一步發(fā)布到車間現(xiàn)場實現(xiàn)可視化裝配作業(yè)指導(dǎo)的技術(shù)。

隨著現(xiàn)代集成制造技術(shù)、制造業(yè)信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在我國國防制造業(yè)的推廣和應(yīng)用，三維CAD技術(shù)和PLM技術(shù)正在成為企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)條件，這對傳統(tǒng)的工藝技術(shù)能力提出了新的挑戰(zhàn)，同時也推動了3D技術(shù)在制造工藝領(lǐng)域的應(yīng)用研究。半剛電纜組件作為電子產(chǎn)品中傳輸電信號的重要元器件，使用相當(dāng)廣泛，其制造裝配過程是電子設(shè)備制造一個最為重要的環(huán)節(jié)。如何將3D技術(shù)，尤其是3D布纜技術(shù)和3D裝配工藝技術(shù)，應(yīng)用在半剛電纜組件制造領(lǐng)域，探索出一種新的制造流程與方法，以縮短產(chǎn)品的制造周期、提升質(zhì)量并降低成本，就成為我們電氣互聯(lián)工藝專業(yè)需要解決的問題。

1 傳統(tǒng)的半剛電纜組件制造所面臨的問題

在傳統(tǒng)的半剛電纜組件制造過程中，制造和裝配一般都在產(chǎn)品總裝階段進(jìn)行。由操作人員自行規(guī)劃電纜的走向和形狀，并進(jìn)行制造、測試與裝配。隨著產(chǎn)品小型化進(jìn)程的推進(jìn)及用戶的對于產(chǎn)品質(zhì)量及供貨周期要求的提高，這樣的裝配流程與方法逐漸凸顯出了諸多的問題。

（1）質(zhì)量可靠性問題：由于缺少有效的工藝文件指導(dǎo)制造、裝配及檢驗作業(yè)，使得一些工藝技術(shù)要求，如成型要求，可靠性要求等難以在制造及裝配過程中得到保證，檢驗過程也難以發(fā)現(xiàn)問題，形成了質(zhì)量隱患。

（2）產(chǎn)品一致性問題：不同批次的產(chǎn)品由不同的操作人員完成制造與裝配，半剛電纜組件的工藝參數(shù)和最終形態(tài)不能有效落實在工藝文件中，必然使得各批次產(chǎn)品的交付形態(tài)不一致，對產(chǎn)品形象造成不利影響。

（3）裝配效率問題：一方面產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)越來越緊湊，留給半剛電纜裝配的空間越來越小，另一方面由于電氣性能的要求，對半剛電纜組件長度要求越來越嚴(yán)格。這增加了電纜配裝難度，許多產(chǎn)品需要進(jìn)行多層交叉式的裝配。由于設(shè)計前期的在可裝配性方面的疏漏以及操作人員對裝配順序規(guī)劃的不合理，經(jīng)常造成電纜裝配反復(fù)，極大的影響了裝配效率。

（4）產(chǎn)品制造周期問題：由于半剛電纜組件的制造、測試及裝配過程必須在結(jié)構(gòu)及電氣器件實物裝配完成后進(jìn)行，需要極長的時間。這樣的串行制造模式使得產(chǎn)品的制造周期延長，影響到產(chǎn)品的交付計劃。

（5）產(chǎn)能瓶頸問題：隨著產(chǎn)品訂單的增加，半剛電纜組件的生產(chǎn)規(guī)模也隨之增加，在操作技能人員不能大量擴(kuò)充的情況，企業(yè)產(chǎn)能已無法滿足產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模的需求，產(chǎn)能瓶頸問題逐漸凸顯。

（6）制造成本問題：由于缺乏準(zhǔn)確的工藝數(shù)據(jù)，使得半剛電纜線材下料過程缺乏控制，管理粗放，材料浪費極大。同時由于制造和裝配過程的反復(fù)，消耗了大量的電纜驗證樣件，從一定程度上也增加了制造的成本。

2 半剛電纜組件工藝要求

半剛電纜組件的工藝要求直接關(guān)系到其質(zhì)量的優(yōu)劣，為保證半剛電纜組件能夠滿足產(chǎn)品使用要求，其制造及裝配過程需要考慮以下幾方面。

2.1 電纜的可靠性

（1）應(yīng)盡量減少裝配后硬連接產(chǎn)生的應(yīng)力，這些應(yīng)力可能會造成電纜焊點的失效，或電纜的本身的機(jī)械損傷，所以我們需要合理的設(shè)計電纜成型形狀，來消減這些應(yīng)力，如圖1：

（2）保證電纜最小彎曲半徑，防止電纜因彎曲半徑過小，造成導(dǎo)體上產(chǎn)生皺褶和破裂，影響電纜電氣性能。

（3）根據(jù)電纜類型，確保電纜端頭最小直線段長度，避免在實際加工成型過程中，對組件同心度造成影響。

（4）充分考慮電纜振動要求，電纜盡量緊貼結(jié)構(gòu)件走線，避免過長電纜懸空，在振動過程中造成電纜失效，形成質(zhì)量隱患。

2.2 電纜易于成型，提高電纜組件的制造效率

（1）滿足可靠性的前提下，電纜長度應(yīng)盡量短，成型形狀應(yīng)盡量簡單，做到橫平豎直，彎曲半徑、角度以及直線段長度盡量規(guī)整，便于成型。

（2）盡量減少折彎的數(shù)量，如可以通過適當(dāng)改變電纜的折彎半徑，將兩個相臨的折彎點，變成一個折彎點，提高成型的效率，如圖2。

（3）在電纜的成型過程中，兩個折彎點中間的直線段的長度都要大于或等于折彎用導(dǎo)輪的直徑，否則電纜很難成型。

2.3 電纜易于裝取

（1）工藝設(shè)計需要考慮電纜層疊安裝順序，盡量避免交叉干涉，便于電纜的裝取。

（2）在保證電纜可靠性的前提下，電纜端頭直線段長度不宜過長，特別出線位置靠近分機(jī)和模塊內(nèi)壁時，需要留一定的裝配間隙，否則影響電纜裝取。

3 3D技術(shù)的應(yīng)用流程

以上述的半剛電纜裝配工藝要求為前提，3D布纜技術(shù)及3D裝配工藝技術(shù)在半剛電纜組件制造過程的應(yīng)用流程如圖3所示。

4 3D技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)難點

目前一些主流的3D設(shè)計軟件雖然具備3D布纜和3D裝配仿真模塊，但就軟件功能和設(shè)計效率方面而言，距離工程應(yīng)用的還存在極大的差距，開展3D技術(shù)在半剛電纜組件制造領(lǐng)域的應(yīng)用研究，必須解決以下技術(shù)難點。

4.1 3D布纜應(yīng)用技術(shù)難點

（1）如何定義電纜連接器電氣屬性和布纜基準(zhǔn)點；

（2）如何管理線材庫、連接件庫及標(biāo)識庫，并進(jìn)行高效調(diào)用；

（3）如何管理布纜的工藝要求，并在布纜設(shè)計時進(jìn)行正確性校驗；

（4）如何進(jìn)行高效的電纜形狀設(shè)計，并抽取用于制造的3D電纜組件模型；

（5）如何依據(jù)制造工藝要求，從3D模型中提取和處理制造工藝參數(shù)，從而快速的生成電纜成型圖和相關(guān)表格。

4.2 3D裝配工藝應(yīng)用技術(shù)難點

（1）如何對3D模型進(jìn)行輕量處理，并保留裝配工藝設(shè)計必需的模型要素；

（2）如何管理3D裝配工藝設(shè)計，包含任務(wù)管理、模型管理、審簽流程管理、變更管理、工藝資源管理、工藝知識管理等；

（3）如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的裝配工藝流程規(guī)劃，并進(jìn)行工序及工步的裝配仿真與驗證；

（4）如何生成3D可視化裝配作用指導(dǎo)書，并發(fā)布到裝配車間，實現(xiàn)瀏覽，指導(dǎo)裝配作業(yè)。

5 3D技術(shù)應(yīng)用的效果

5.1 3D布纜應(yīng)用效果

通過3D布纜產(chǎn)出的電纜成型圖及相關(guān)表格，表達(dá)了半剛電纜組件制造過程中所需的工藝參數(shù)，包含了成型折彎半徑、折彎角度、扭轉(zhuǎn)角度、分段長度等，可用于電纜的批量制造，如圖4所示。半剛電纜組件3D模型如圖5所示。

5.2 3D裝配工藝應(yīng)用效果

結(jié)構(gòu)化的3D裝配工藝設(shè)計，可以通過波特圖表達(dá)工序間的串聯(lián)和并聯(lián)關(guān)系，并為制造執(zhí)行系統(tǒng)解析，為工序之間的并行制造提供了基礎(chǔ)，如圖6所示。通過3D可視化裝配作用指導(dǎo)書，可以直觀，有效的指導(dǎo)半剛電纜組件的實物裝配，如圖7所示。

6 3D技術(shù)應(yīng)用的價值

通過3D布纜技術(shù)及3D裝配工藝技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著改善半剛電纜組件制造工藝，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的裝配制造技術(shù)優(yōu)勢和生產(chǎn)能力，其價值具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）提升產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和一致性：在產(chǎn)品設(shè)計階段完成電纜工藝設(shè)計和裝配過程仿真與驗證，真正實現(xiàn)面向制造的工藝設(shè)計。將半剛電纜組件制造及裝配工藝要求通過成型圖紙、表格及直觀的3D可視化作業(yè)指導(dǎo)文件，準(zhǔn)確、直觀傳遞給操作人員，可有效的指導(dǎo)其制造裝配作業(yè)，從而提升了產(chǎn)品的質(zhì)量與一致性。

（2）提高裝配效率：通過3D裝配工藝設(shè)計仿真與驗證，能將多數(shù)半剛電纜裝配問題在工藝設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)解決，提升了實物裝配一次成功率，極大的較少返修與報廢，提高了裝配效率。

（3）縮短了產(chǎn)品制造的周期：以詳細(xì)的工藝數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化的3D裝配工藝為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了工序間的并行制造，半剛電纜組件可以在結(jié)構(gòu)件及電器件加工、采購及裝配的同時，進(jìn)行半剛電纜組件的焊接、成型及電氣性能測試，極大的縮短了電纜裝配的時間，從而縮短產(chǎn)品的整個制造周期。

（4）解決產(chǎn)能不足的問題：3D布纜后產(chǎn)生的詳細(xì)的電纜工藝成型數(shù)據(jù)，可以保障半剛電纜組件的制造外包，從而在一定程度上緩解了企業(yè)自身制造產(chǎn)能不足的問題。

（5）節(jié)約成本： 3D布纜后產(chǎn)生的詳細(xì)線材下料數(shù)據(jù)，將線材下料長度精確到毫米，減少了下料過長造成的材料損耗，同時通過3D仿真驗證，也減少的實物樣件的制作與報廢，極大的節(jié)約了材料成本和人力成本。

7 結(jié)束語

工藝設(shè)計正在由經(jīng)驗設(shè)計走向科學(xué)分析，由樣件驗證走向虛擬仿真驗證。實踐證明3D技術(shù)，尤其是3D布纜技術(shù)和3D裝配工藝技術(shù)在半剛電纜組件制造領(lǐng)域的應(yīng)用是可行的，也具有一定的先進(jìn)性，對于半剛電纜組件的制造具有重要的價值。該項技術(shù)所凸現(xiàn)的作用，也使我們更加堅定的將其作為電氣互聯(lián)技術(shù)發(fā)展的重要方向，并加以發(fā)展和推廣。