基于Creo2.0_Cabling的雷達天線陣面三維布線設計*

戴蘇亞，趙希芳

(南京電子技術研究所, 江蘇 南京 210039)

引 言

隨著數(shù)字化樣機工程的深入開展，雷達等電子設備產(chǎn)品的更新日益加快。天線陣面作為雷達的核心設備，具有高度集成、輕量化、多功能等特點。為實現(xiàn)產(chǎn)品高性能、低成本、短周期的研制目標，對電纜的設計生產(chǎn)過程提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的電纜設計模式是結構設計師根據(jù)電訊設計師提供的接線圖和接線表，在二維CAD平面圖中布置電纜，估算出電纜的長度，將電纜信息反饋給電訊設計師設計電纜。這種傳統(tǒng)的設計模式存在以下問題：

1)在估算電纜長度時，為避免電纜因過短報廢，設計師會預留較多余量，導致長度冗余、浪費。同時冗余的電纜也增加了布線難度。

2)布線設計人員難以考慮到走線空間的所有細節(jié)，線纜的通過性存在風險。

3)由于接線圖和接線表無法明確走線路徑，所以難以保證布線工藝的準確性、合理性以及產(chǎn)品布線的一致性。

總之，這種傳統(tǒng)設計方法極大地制約了天線陣面的快速研制。要在電纜生產(chǎn)加工前精確地生成其走線路徑、線長、連接關系等關鍵信息，采用基于數(shù)字化樣機的三維布線技術是一個很好的選擇。

三維布線是指依靠帶有電氣屬性的元件，在三維模型上進行模擬布線。常見的三維布線軟件有PROE、CATIA、UG、EPLAN等。目前，三維布線技術已經(jīng)廣泛應用于汽車[1]、通訊、電力電子[2-5]等行業(yè)。

本文基于Creo2.0_Cabling模塊，以某雷達天線陣面為布線設計對象，研究分析了其布線特點和布線設計流程，通過布線設計模型可以更便捷、有效地指導生產(chǎn)。

1 某陣面的布線特點

天線陣面作為雷達的核心部分，它可以保證天線電性能的實現(xiàn)，它具有設備量大、線纜多、連接關系復雜等特點。陣面內(nèi)部包含電源、信號等多種類型的電纜。陣面中電纜的布線空間緊湊，多為扁平狹長的形狀，如箱梁、筋板側壁的位置，如圖1所示。因此，對布線的精心設計就顯得尤為重要，需要高效利用陣面內(nèi)的寶貴空間，合理分配線束分布，最終實現(xiàn)陣面內(nèi)部各類電子設備的合理互聯(lián)并滿足其電性能指標。

圖1 某陣面布線空間示意圖

2 三維布線設計過程

2.1 設計流程簡介

本文使用的三維布線工具是基于Creo2.0_Cabling的二次開發(fā)軟件，其設計流程如圖2所示。三維布線不是一個孤立的設計過程，而是一個與結構設計、電訊設計相互迭代、不斷優(yōu)化的過程。

圖2 三維布線設計流程

在三維布線工作開展之前，結構設計師需要建立天線陣面的三維模型，確定陣面內(nèi)部各個組成設備之間的位置關系，預留一定的走線空間。電訊設計師需要建立接線圖和接線表，確定陣面內(nèi)部設備的設備代號、各設備之間的電氣連接關系、電纜種類等信息。

在三維布線設計過程中，可將走線空間不足、線纜干涉等情況反饋給結構設計師，進行三維模型調(diào)整，更新布線裝配。布線完成后，生成電纜信息，并可將生成的電纜信息輸出至接線表中，以完善接線表信息。

2.2 布線設計原則

布線設計需遵循以下基本原則[6]：

1)不同類型的電纜需要分類捆扎成束，防止串擾；

2)所有走線盡量沿距離最近的路徑進行鋪設；

3)所有導線必須避開熱源和管路；

4)線束打彎需要設計合理的轉(zhuǎn)彎半徑，避免銳角轉(zhuǎn)彎；

5)線纜的可操作性、可維修性要好。

2.3 布線準備

1)簡化模型。從2.1節(jié)可知，布線模型是建立在結構設計師事先確定好的三維裝配模型基礎上的。對于天線陣面這種設備量大、模型復雜、層次多的整件，在三維布線開始之前，需要通過收縮包絡、骨架模型等方式對其進行裝配簡化。這樣不僅可以提高布線的速度，還可減少發(fā)布模型的信息量。

2)建立電氣坐標系。設備模型應包含線纜接入點的接線坐標系和每個接線端的位置號，接線坐標系Z向指向出線方向，如圖3所示。

圖3 帶電氣坐標系的某器件模型

3)準備線軸庫。需要建立包含電纜的型號、外徑、顏色、最小折彎半徑、密度等信息的線軸數(shù)據(jù)庫，供后續(xù)布線調(diào)用。

2.4 三維布線

2.4.1 設備指定

在進行三維布線設計時，需要將三維模型中各個電氣設備與接線表中的電氣設備代號對應起來。通過Creo軟件的位號標簽來定義電氣設備。

2.4.2 創(chuàng)建線束組件

在布線總裝中，為不同類型的電纜各自創(chuàng)建一個線纜組件，以便分別對不同類型的電纜進行查看、標注等操作。

2.4.3 創(chuàng)建網(wǎng)絡路徑

好的布線設計離不開網(wǎng)絡路徑的規(guī)劃。布線網(wǎng)絡是由多個定位點組成的，是自動布線遵循的電纜鋪設通路。自動布線鋪設的電纜在離指定的連接點最近的位置進入和退出網(wǎng)絡。圖4為電源網(wǎng)絡路徑。

圖4 電源網(wǎng)絡路徑(設備隱藏)

2.4.4 布線

通過自動布線，按邏輯關系對接線表中的所有電纜進行鋪設。線纜沿2.4.3小節(jié)中創(chuàng)建的網(wǎng)絡路徑自動走線。圖5為電源電纜圖。

圖5 電源電纜圖(設備隱藏)

自動布線完成后，若出現(xiàn)以下幾種情況，則需要對鋪設好的線纜進行檢查和調(diào)整：

1)網(wǎng)絡路徑位置不合理，導致線纜鋪設失?。?/p>

2)線纜未按照預想的路徑鋪設；

3)電纜端頭出線不合理。

調(diào)整的方法包括調(diào)整布線網(wǎng)絡、手動設置走線路徑、沿纜布線、手動布線等。

2.5 電纜信息輸出

布線完成后，設計師將線纜信息(線纜長度、連接關系、電纜種類等)輸出，用于電纜圖紙的完善，見表1。同時，將三維布線模型發(fā)送給工藝部門和現(xiàn)場。工藝設計師基于布線模型編寫電裝工藝，使工藝文件更加直觀清晰。工廠依據(jù)布線模型指導現(xiàn)場生產(chǎn)裝配，以減少對設計師跟產(chǎn)的依賴。

表1 電纜信息輸出表

3 三維布線的優(yōu)勢

1)設計更加精確，節(jié)約成本。三維布線模型可以將電纜的折彎半徑、分叉電纜的節(jié)點、走線路徑等信息精確地表達出來。基于這些信息可以得到準確的線纜長度值，避免了由過大設計余量造成的線纜浪費。

2)便于進行更改和優(yōu)化。在設計階段，不可避免地會出現(xiàn)設備排布、尺寸的調(diào)整。關聯(lián)的三維布線模型可以同步進行更改，并及時給予結構、電訊反饋。

3)設計效率更高。對于天線陣面這種線纜數(shù)量大、品種多的系統(tǒng)，布線工具能夠得到線纜的準確信息，統(tǒng)一導出，避免了人工對電纜長度逐根進行計算與復核。

4)縮短生產(chǎn)周期。電纜設計工作可以與陣面設計工作同步開展，避免了根據(jù)樣機現(xiàn)場量取長度配做電纜。

5)便于指導現(xiàn)場生產(chǎn)。三維布線模型將線纜的連接、走向、排布信息直觀地展現(xiàn)出來，工人可以參考發(fā)布的模型對產(chǎn)品進行電裝，有利于保證產(chǎn)品批次之間的統(tǒng)一性。

4 結束語

本文通過研究某雷達天線陣面的布線設計，分析了布線設計與結構設計、電訊設計的協(xié)同設計過程和三維布線設計方法。通過布線模型生成的數(shù)據(jù)可以準確高效地指導電纜生產(chǎn)和陣面裝聯(lián)。實踐表明，該三維布線設計方法比傳統(tǒng)設計方法更能有效地釋放布線風險，提高布線效率，縮短產(chǎn)品的研發(fā)時間。