基于CATIA 的后處理系統(tǒng)三維布線技術(shù)應(yīng)用研究

王盈旭，趙瑞俊，李兆杰，錢廷億

（中國重型汽車集團(tuán)有限公司汽車研究總院，山東 濟(jì)南 250101）

線束系統(tǒng)作為車輛的“神經(jīng)”，起著連接中央控制器與電氣單元的重要作用［1］。目前，車輛系統(tǒng)的線束設(shè)計(jì)主要采用AutoCAD等軟件進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，其線束長度和走向大多采用現(xiàn)場測量或人工經(jīng)驗(yàn)的方式確定［2］。這種方式主要存在以下幾個(gè)問題：①重卡零部件多，線束分支繁雜，人工測量難以獲取完整布線信息，測量結(jié)果存在較大誤差，增加后期施工的難度；②線束設(shè)計(jì)需要在整機(jī)完成之后進(jìn)行，增加了開發(fā)周期；③布線過程中發(fā)現(xiàn)問題需要更改，其過程復(fù)雜易出錯(cuò)，增加了后期維護(hù)的成本；④布線過程中人為因素對產(chǎn)品品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定影響［3-4］。傳統(tǒng)的布線方式缺乏指導(dǎo)性，制約了產(chǎn)品生產(chǎn)效率和品質(zhì)提升。三維線束設(shè)計(jì)很大程度彌補(bǔ)了傳統(tǒng)布線方式的不足。CATIA作為一款功能強(qiáng)大的三維仿真設(shè)計(jì)軟件，廣泛應(yīng)用于航天、汽車以及船舶等領(lǐng)域［5-6］。本文以某重卡后處理系統(tǒng)為研究對象，論述了CATIA在三維線束設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為生產(chǎn)提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 后處理系統(tǒng)布線要求

重卡零部件眾多，對線束布設(shè)方式和品質(zhì)有極高的要求。線束的長短、走向影響車輛系統(tǒng)的整體性和美觀性。尤其是線束分支繁多且集中的區(qū)域，如何合理規(guī)劃線束路徑是設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)考慮的問題。后處理系統(tǒng)作為處理車輛尾氣的主要設(shè)備，集中分布在車架兩側(cè)，如圖1所示。后處理系統(tǒng)主要包括消聲器（車架右前）、蓄電池箱 （車架右后）、尿素箱（車架左側(cè)）3部分。

對于不同車型，后處理系統(tǒng)放置位置略有差異。為了進(jìn)一步改善空氣品質(zhì)，國VI法規(guī)對車輛尾氣提出了更高的要求，后處理系統(tǒng)隨之增加了更多的傳感器。以尿素箱為例，包含了氮氧傳感器、冷卻水閥、壓力傳感器、溫度傳感器等。尿素箱空間狹小，傳感器眾多，需要精確設(shè)計(jì)線束長度和走向。三維設(shè)計(jì)的提出，使得后處理系統(tǒng)線束設(shè)計(jì)更方便、精準(zhǔn)。

2 CATIA三維布線設(shè)計(jì)

CATIA軟件在三維線束設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)突出，其操作簡單，功能強(qiáng)大，深受線束設(shè)計(jì)人員的喜愛。文中利用CATIA軟件對后處理系統(tǒng)進(jìn)行三維線束設(shè)計(jì)，主要包括插接件的定義和裝配，線束的創(chuàng)建和修正以及最后生成技術(shù)文件。

2.1 插接件的定義與裝配

后處理系統(tǒng)包括環(huán)境溫度傳感器、壓力傳感器、冷卻水閥、蓄電池箱正負(fù)極等12個(gè)插接件。插接件的裝配是線束設(shè)計(jì)的重要一步，該過程確定了線束的端點(diǎn)。裝配過程如下：首先，選擇裝配設(shè)計(jì)（Assembly Design）環(huán)境，新建“product”文件，將后處理系統(tǒng)數(shù)模導(dǎo)入該文件下；其次，把所需的插接件依次添加到“product”下，分別對插接件進(jìn)行屬性定義。以尿素箱回液管加熱器插接件202080-1為例，屬性定義包括名稱、編號(hào)、版本等信息，如圖2所示。設(shè)計(jì)人員根據(jù)定義標(biāo)準(zhǔn)或個(gè)人習(xí)慣進(jìn)行命名，方便后續(xù)查找和修改。最后，將插接件裝配到正確的位置，如圖3所示，將選中的插接件通過約束、智能移動(dòng)等操作，裝配到后處理系統(tǒng)數(shù)模的相應(yīng)位置。根據(jù)層級(jí)劃分，利用樹結(jié)構(gòu)管理各個(gè)層級(jí)的零部件，方便后續(xù)調(diào)配使用［7］。

2.2 線束的創(chuàng)建與修正

線束設(shè)計(jì)主要在電氣線束裝配設(shè)計(jì) （Electrical Harness Assembly）模塊中完成。首先，確定線束構(gòu)造點(diǎn)，點(diǎn)的類型可以通過坐標(biāo)、曲面、平面、圓心等確定；其次，確定線束的名稱、直徑、彎曲半徑和松弛度 （一般為0～3）等參數(shù)，通過線束將定位點(diǎn)進(jìn)行連接。線束的幾何信息、接線端子等都放在同一節(jié)點(diǎn)下，便于最后線束總成的創(chuàng)建生成。最后，線束創(chuàng)建完畢，參考實(shí)際情況對線束進(jìn)行局部的調(diào)整和修改，主要方法包括：①線束分割，用于將一段線束分割成2段，便于分段修改；②線束連接，用于平緩地連接兩段獨(dú)立的線束分支；③松弛度修改，使得布線效果更貼近實(shí)際；④增減扎帶、支架等支撐，方便線束的固定；⑤CATIA自帶干涉檢查功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)行修正。零部件的形狀、結(jié)構(gòu)以及屬性更改之后只需更新保存即可，使得線束設(shè)計(jì)與零件裝配完全集成［8］。另外，為了獲得線束長度，可以通過“測量間距”選項(xiàng)獲得精確的線束長度，節(jié)約用料。后處理系統(tǒng)三維線束如圖4所示，包括線束和插接件 （隱藏掉后處理系統(tǒng)數(shù)模）。圖5為尿素箱的局部線束設(shè)計(jì)圖。

圖4 后處理系統(tǒng)線束圖

圖5 尿素箱局部線束圖

2.3 技術(shù)文件生成

線束設(shè)計(jì)完成，設(shè)計(jì)人員需要將線束進(jìn)行存儲(chǔ)，常用的保存格式有2種：一種是存儲(chǔ)為stp格式。stp格式的文件支持UG、Proe等大部分三維設(shè)計(jì)軟件，能有效避免不同部門不同設(shè)計(jì)人員之間由于使用軟件不同而出現(xiàn)的格式不兼容問題。但是，stp格式的文件主要針對簡單的小模型，模型較大、較復(fù)雜情況下保存易出錯(cuò)，且復(fù)雜模型打開速度較慢。第2種是將線束以及其他各部件單獨(dú)生成Part格式，整個(gè)數(shù)模生成Product文件，所有文件放在同一文件夾中，整體保存。其中，Part格式的文件后續(xù)不能進(jìn)行修改，避免圖紙?jiān)诹魍ㄟ^程中由于誤操作導(dǎo)致線束出現(xiàn)誤差。另外，根據(jù)線束長度與走向，將三維線束映射到二維圖紙，最終生成二維和三維文件，作為圖紙留存以及指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)操作。

3 結(jié)論

三維布線一定程度上解決了傳統(tǒng)布線帶來的問題，主要優(yōu)勢包括以下幾個(gè)方面。

1）三維布線技術(shù)將串行設(shè)計(jì)變?yōu)椴⑿性O(shè)計(jì)，使得結(jié)構(gòu)、部件以及線束設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，縮短了開發(fā)周期。

2）三維布線在設(shè)計(jì)過程中，更改簡單不易出錯(cuò)，可以直觀發(fā)現(xiàn)線束之間以及線束和零部件之間的干涉情況，方便設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少了線束反復(fù)修改帶來的時(shí)間和費(fèi)用成本。

3）三維布線可以在項(xiàng)目評估過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的各種問題，將問題解決在開發(fā)階段，不必造出樣機(jī)才能修改，同時(shí)減少由于人為因素造成的產(chǎn)品品質(zhì)差異［9-11］。

文中系統(tǒng)介紹了CATIA三維布線的流程和方法，驗(yàn)證了運(yùn)用三維技術(shù)進(jìn)行后處理系統(tǒng)布線的可行性。利用CATIA進(jìn)行三維布線不僅可以規(guī)范線束布線標(biāo)準(zhǔn)，解決傳統(tǒng)布線的弊端，同時(shí)提高了工作效率和布線品質(zhì)，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。