基于MBD的EWIS工藝技術研究及應用

摘" 要：EWIS概念的提出使得電氣互聯(lián)系統(tǒng)的研制越發(fā)得到重視，通過對EWIS研制過程中問題原因的分析，建立基于MBD的EWIS工藝流程，對EWIS研制數(shù)據(jù)模型化，并初步應用于線束層級，實現(xiàn)EWIS工藝數(shù)據(jù)唯一性，將EWIS生產制造問題提早發(fā)現(xiàn)并解決，縮短系統(tǒng)研制周期，提高系統(tǒng)的質量與壽命。

關鍵詞：EWIS；EWIS工藝；模型；MBD；飛機制造

中圖分類號：V242" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0183-06

Abstract： The introduction of the EWIS concept has attracted more and more attention to the development of electrical interconnection systems. Through the analysis of the causes of problems in the EWIS development process， a EWIS process based on MBD is established， the EWIS development data is modeled， and it is initially applied to the wiring harness level to realize the uniqueness of EWIS process data， the EWIS production and manufacturing problems are discovered and solved early， the system development cycle is shortened， and the quality and life of the system are improved.

Keywords： EWIS; EWIS process; model; MBD; aircraft manufacturing

從20世紀80年代晚期開始，因線路的原因造成了多起航空事故，線路的安全問題開始受到廣泛的關注。2007年底，美國聯(lián)邦航空局（FAA）發(fā)布了FAR25部新修正案，將EWIS適航規(guī)章作為獨立的H分部納入FAR 25部《運輸類飛機適航標準》，將EWIS提升到飛機的一個重要的綜合系統(tǒng)。從此，EWIS的研制過程需進行系統(tǒng)性的考慮。

電氣導線互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）是指任何線路、線路裝置或者這兩者的組合，包括安裝在飛機任何區(qū)域的傳輸電能、數(shù)據(jù)和信號的終端部件。線束集成線路和線路的相關部件，作為EWIS性能和壽命的最終產物，其重要程度不言而喻。

從一型飛機小批試制起，設計部門明確規(guī)定：“對線束非原理性更改，如長度、分叉等，由工藝部門根據(jù)現(xiàn)場裝配情況進行控制，設計不再針對此部分內容進行圖紙更改”。該規(guī)定的提出，將原本的設計不精準問題轉化為工藝部門需承接處理的疑難雜癥。通過裝配發(fā)現(xiàn)—制造完善—裝配再驗證的工藝方法，表面看得到顯著的成效，但當改型飛機開始研制，已被工藝部門解決的大量線束問題再次重新出現(xiàn)，根源是設計并未引用工藝數(shù)據(jù)。

初版線束設計數(shù)據(jù)偏差極大，而線束裝配是多人協(xié)作手工工序，導致上述裝配發(fā)現(xiàn)—制造完善—裝配再驗證過程成為周期長、迭代次數(shù)多的過程，結果為即便是型號批產，線束的非原理性更改依舊存在，而線束更改內容因數(shù)量較多已從原純文字表述轉換為工藝圖紙的形態(tài)，該種漫長的修正周期已不滿足研制節(jié)拍，成為線束制造交付、整機交付的制約點。

隨著現(xiàn)階段各型號“敏捷研制”的提出及生產試制過程中設計問題處理緩慢，因此EWIS非原理性更改繼續(xù)沿用工藝部門控制。在一型號設計文件中，首次明確要求工藝參與EWIS設計。至此，工藝部門在型號研制設計階段的重要性已逐漸顯性化。

1" 現(xiàn)有EWIS設計制造模式分析

國內大部分飛機EWIS設計—制造—裝配流程如下。

EWIS初步設計階段，各系統(tǒng)開展相關接口定義設計生成初步原理圖（或框圖）轉換為初步接線圖，EWIS根據(jù)各系統(tǒng)設備安裝位置和EWIS的頂層規(guī)劃與總體協(xié)調通道預留，同時根據(jù)各系統(tǒng)初步接線圖進行通道初步綜合形成半安裝圖，開展三維空間下通道布線。

詳細設計階段，各系統(tǒng)依據(jù)半安裝圖中的線束綜合結果開展詳細接線圖設計，EWIS專業(yè)開展三維通道支架設計、三維線束安裝設計，再由各系統(tǒng)綜合三維線束信息（包括線束長度、分叉等）和接線圖信息（連接器所屬關系、針孔定義等）生成線束圖，線束圖用于生產制造使用，三維線束通道支架數(shù)模、三維線束安裝數(shù)模用于裝配使用。

生產試制過程中，裝配車間依據(jù)設計三維數(shù)模敷設固定線束，以現(xiàn)場問題清單的形式向EWIS設計部門反饋線束裝配問題，依據(jù)設計原理接線圖整理的系統(tǒng)導通庫開展全機線纜測試，以現(xiàn)場問題清單的形式向各系統(tǒng)設計部門反饋測試問題。流程如圖1、2所示。

從圖1和圖2可以得出，EWIS呈現(xiàn)以下特點。

1）EWIS是一個高度綜合化系統(tǒng)，不僅受飛機各系統(tǒng)、結構影響，也影響各系統(tǒng)、結構。

2）EWIS相關設計數(shù)據(jù)種類多。有頂層規(guī)劃、系統(tǒng)間協(xié)調的需求文檔數(shù)據(jù)、半安裝圖的CAD數(shù)據(jù)、原理圖的CAD或CHS數(shù)據(jù)和線束通道圖的CATIA數(shù)據(jù)等，以及線束圖的CHS或PDF數(shù)據(jù)等。

3）EWIS最終呈現(xiàn)的線束圖是一個多輪迭代、多系統(tǒng)參與的結果，原理、環(huán)境、路徑等任一環(huán)節(jié)發(fā)生變化，均會導致線束圖發(fā)生變化。

而在產型號設計流程如圖3所示。

采用“原理性更改由設計控制，非原理性更改由工藝控制”模式，對線束發(fā)起一個更改，流程如圖4所示。

通過圖3和圖4關聯(lián)分析，當前模式存在以下弊端。

1）缺少線束綜合設計，導致機收連接器數(shù)量增大。

2）EWIS三維通道設計的線束長度數(shù)據(jù)沒有對各系統(tǒng)線束圖產生指導性作用，線束圖所有數(shù)據(jù)為人工測量+余量放大，導致線束數(shù)據(jù)誤差極大。

3）原串行關系的各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流失去關聯(lián)性，任一上一環(huán)節(jié)的更改對下一級的變量未考慮。

4）更改數(shù)據(jù)成為孤島，各環(huán)節(jié)重復定義的問題只能在線束制造階段發(fā)現(xiàn)。

5）長度、分叉對各系統(tǒng)的影響無法判別，成為隱形故障。僅當因信號衰減導致系統(tǒng)功能故障或喪失時才能發(fā)現(xiàn)。

究其根本，是EWIS數(shù)據(jù)源不唯一，也是第一部分中工藝反復更改無法根治現(xiàn)場問題的根源所在。

2" 基于MBD的EWIS工藝技術研究

飛機研制過程劃分為概念設計階段，聯(lián)合設計階段，詳細設計階段，全面試制階段和批產階段。EWIS作為飛機系統(tǒng)之一，其設計過程及活動也應當遵循飛機研制過程，具體每個階段的工作見表1。

以詳細設計階段作為工藝參與的起點，包含工藝設計、制造、裝配，由工藝EWIS團隊牽總對EWIS數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管控，降低裝配環(huán)節(jié)問題，提高交付產品的質量。

工藝設計以EWIS設計模型、技術文件為輸入，以MBD為手段，對EWIS需求、設計、分析、驗證與確認等的建模行為全過程的規(guī)范性建模設計，將傳統(tǒng)的基于文件關聯(lián)各因素更改為基于數(shù)字化模型傳遞信息，通過自上而下的迭代過程，構建全新EWIS模式，對EWIS各項工作進行部署及規(guī)劃，以接近最優(yōu)的方式提升EWIS的設計效率和可靠性，包含模型工藝設計、模型仿真設計、模型數(shù)據(jù)評估3部分工作。

模型工藝設計，參與設計部門結構樹搭建，提升EWIS各模型的信息全面性、可操作性；構建具有電氣屬性的元器件模型庫，實現(xiàn)元器件在EWIS通道模型與原理接線模型、線束模型的一致性；開展通道的詳細設計，基于線束敷設工程經驗數(shù)據(jù)和導線、線束物理特征數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)EWIS三維模型的精細化設計；電氣互聯(lián)設計，實現(xiàn)EICD信息在原理接線圖、三維通道模型、線束模型的一致性；線束工藝設計，在設計線束的基礎上進行工藝綜合設計，在破壞設計構型的基礎上形成具有綜合程度更高能夠保證快速生產的工藝線束集。

模型仿真設計，包括動靜態(tài)線束仿真和裝配仿真。動靜態(tài)線束仿真，通過對工藝設計后的線束進行仿真，包括線束在外界約束下產生的彎曲、扭轉等復雜幾何狀態(tài)的受力情況仿真，實時分析線束應力分布、彎曲半徑、扭轉角度等；對運動部位線束的運動狀態(tài)中的受力情況進行仿真分析，繪制運動路徑受力曲線，根據(jù)分析結果提供優(yōu)化改進建議，在三維模型中通過多次迭代優(yōu)化，最終實現(xiàn)EWIS精準設計數(shù)模。裝配仿真，應用工具開展基于模型的工藝裝配流程規(guī)劃，使用新技術、新方法確定各艙段與線束裝配相關系統(tǒng)的裝配關系，以提升飛機研制主線節(jié)點——線束裝配工作效率、規(guī)范性、穩(wěn)定性。

模型數(shù)據(jù)評估，包含工藝-設計數(shù)據(jù)交互和工藝設計-生產數(shù)據(jù)偏差分析兩部分。工藝-設計數(shù)據(jù)交互，是在設計部門各類數(shù)據(jù)的基礎上，開展基于模型的導線級數(shù)據(jù)統(tǒng)籌管理，包括在模型中對各類設計數(shù)據(jù)的差異性比對及更正、設計數(shù)據(jù)向不同生產部門的模型轉換更改和工藝數(shù)據(jù)向設計部門逆向傳輸。工藝設計-生產數(shù)據(jù)偏差分析，是在線束裝配完成后對已精準設計的模型進行現(xiàn)場問題診斷、偏差分析和策略制定。工藝設計-生產數(shù)據(jù)偏差分析，在前期研制過程中較為隱蔽，因為EWIS研制過程中每一個環(huán)節(jié)都會與理論值存在偏差，而偏差結果在線束裝配過程中體現(xiàn)。隨著飛機狀態(tài)趨于穩(wěn)定，基于科學手段的工藝設計-生產數(shù)據(jù)偏差分析將逐步表現(xiàn)出其重要性。

通過本模式的規(guī)劃，將EWIS工藝工作重心前移至工藝設計階段開展設計完善、設計論證工作，制造與裝配開展相應驗證即可。

3" 基于MBD的EWIS工藝技術的應用及優(yōu)勢

基于MBD的EWIS工藝技術在飛機線束三維模型重構中的應用，以正向設計＋生產數(shù)據(jù)比對的綜合設計方法為原則，實現(xiàn)EWIS數(shù)據(jù)模型化。

3.1" 重構設計工作

第一階段：劃分工藝設計階段，建立結構樹。

參考國內各型號EWIS設計模式，EWIS設計按成熟度劃分為初步設計階段（P模型）和詳細設計階段（G模型），詳細設計階段包括通道詳細設計和線束設計（HA模型）。

結構樹的設計，滿足各不同階段設計數(shù)據(jù)的轉換是基礎，隨著三維模型在生產中的使用，發(fā)現(xiàn)結構樹的合理設計直接影響生產使用的便捷度。本次重構型號原結構樹存在設計層級不清、內容平鋪、無法滿足快速提取制定目標相關信息的需求等問題。因此對結構樹進行重新設計并滿足一下要求。

1）結構樹滿足P模型、G模型信息傳遞，滿足通道詳細設計和線束詳細設計信息傳遞使用。

2）結構樹滿足標準件信息、線束通道信息、具體線束信息、裝配要求的分類設計。

3）結構樹應簡潔。如圖5所示。

第二階段：建立各類信息庫。

基于CATIA V6的電氣屬性優(yōu)勢，若設計足夠精細化，能夠在三維環(huán)境中實現(xiàn)導線不重復定義要求，將線束模型細化至導線層級。建立帶電氣屬性的元器件庫、導線關系庫和線束敷設經驗庫。

元器件庫：輔助線束三維環(huán)境下的導線端到端的信息提取，輔助線束的精準設計。

導線關系庫：與電氣設備、端接設備連接，保證三維環(huán)境中設備與設備之間物理層級的暢通。

線束敷設經驗庫：應用3DE自身功能，通過對導線直徑等屬性參數(shù)填寫，自動生成不同種類組合導線的線束彎曲半徑及線束松弛度。

第三階段：初步設計階段（P模型）。

正向設計中，初步設計階段開展三維拓撲網絡設計，通過原理圖定義信號的輸入，開展線束綜合設計，根據(jù)型號需求定義線束綜合的規(guī)則，定義通道類型及各通道內線束布線，完成導線歸屬合理性判斷，完成線束是否在通道內成環(huán)判斷。

重構設計以現(xiàn)場實拍通道圖片為參考，以線束支架圖為設計邊界，以不改變線束設計架構為原則，通過逆向設計在三維環(huán)境中建立導線接線關系，與元器件進行屬性連接，完成通道內的導線敷設，完成指定區(qū)域的通道模型構建。

第四階段：詳細設計階段（G模型）。

詳細設計階段正向設計和重構設計工作內容基本一致，除通道支架調整設計為正向設計內容，均開展通道內線束的細節(jié)布局，開展敷設路徑合理性檢查，開展線束隔離距離檢查，開展滴水環(huán)優(yōu)化，凍結線束安裝模型，凍結線束模型。

原設計模型基于飛控、航電、機電開展的小系統(tǒng)線束綜合，因此在重構設計G模型中，需增加針對機收連接器歸屬進行工藝綜合設計，形成基于工藝構型的新線束模型。

第五階段：線束設計（HA模型）。

線束設計階段正向設計和重構設計工作內容基本一致，從不同區(qū)域線束通道模型提取線束GBN模型并形成完整線束模型，增加標識、保護套、工藝余量設計，開展線束展平設計，通過工具將線束三維數(shù)模精準轉換為二維線束制造圖，從線束三維敷設數(shù)模中提取線束制造相關導線牌號、連接器型號、接線關系、長度及其他物料信息，根據(jù)工藝規(guī)范及材料選用規(guī)范補充部分裝配物料信息，指導線束制造圖的設計、發(fā)放與維護。

第六階段：線束仿真階段。

原正向設計中沒有線束仿真過程，線束設計是否合理大部分通過設計主觀判斷，小部分設計通過將運動部件調整至不同狀態(tài)判斷線束設計是否合理。

隨著各型飛機外場起落架收放線束不合理問題發(fā)生的增多，在裝配前通過工具對線束開展全運動過程的仿真以逐漸被重視起來，因此在工藝設計中增加線束仿真專項，通過對關鍵部位選取的線束段進行測量，實時分析線束應力分布、扭轉角度、與周圍間隙等數(shù)據(jù)，繪制出運動路徑受力分析曲線，在模型中調整不滿足指標的線束區(qū)域段，最終對全段線束長度設計和標識設計進行優(yōu)化，提升線束制造準確度和裝配標準性。

3.2" 基于MBD的EWIS工藝技術應用效果

通過基于MBD的EWIS工藝技術在典型線束重構過程的應用，與對重構數(shù)據(jù)與已穩(wěn)定的生產數(shù)據(jù)進行比對，得到以下發(fā)現(xiàn)。

1）基于MBD的EWIS工藝技術研究能夠實現(xiàn)EWIS中線束層級的模型化，且具備導線級的電氣屬性。

2）重構電纜地面壓接連接器的長度與生產數(shù)據(jù)偏差不超過1%，且基本為重構模型比生產數(shù)據(jù)短。

3）重構電纜機收連接器的分支長度與生產數(shù)據(jù)存在偏離，該部分與機收二次修建分支余量未統(tǒng)計在生產數(shù)據(jù)中有關。

通過對典型區(qū)域運動全過程線束開展受力仿真，發(fā)現(xiàn)：①在詳細設計后開展線束受力仿真是有必要的，受力仿真是在模型中對設計結果的驗證；②原設計提供的關鍵卡箍之間線束長度存在隱患。在全過程運動中，線束存在與周圍邊距小于0的情況。

通過在三維環(huán)境重構模型、細化通道、實例線束、電氣屬性賦予、仿真驗證的工藝設計手段，能夠實現(xiàn)EWIS精細化設計，讓每個環(huán)節(jié)的優(yōu)勢發(fā)揮到最大，縮短項目研發(fā)流程，這對于飛機研制的意義越來越重大。

4" EWIS工藝系統(tǒng)的展望

隨著多電與全電飛機的不斷發(fā)展，EWIS 可靠性將會是飛機性能是否穩(wěn)定的關鍵因素。線束制造、線束裝配處于EWIS研制的末端，基于MBD的EWIS工藝技術的規(guī)劃與應用，打破現(xiàn)有設計-工藝的專業(yè)壁壘，通過工藝工作向前延伸和專業(yè)擴展，實現(xiàn)EWIS模型唯一性、數(shù)據(jù)流動性的完善與提升，在飛機研制過程中形成較精準的工藝設計數(shù)據(jù)，降低生產的不穩(wěn)定性和跳躍性；建立完整的設計—制造—裝配—更改的基于構型管理的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯性和流動性；對不同環(huán)境線束應力分析和基于模型的信息系統(tǒng)建設，最終提高EWIS設計精準性、規(guī)范EWIS研制，減少各環(huán)節(jié)出錯概率，提升可靠性，在飛機的全壽命周期中發(fā)揮關鍵作用，成為穩(wěn)定的一環(huán)，為后續(xù)EWIS工藝技術發(fā)展提出了新的方向。

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