戴蘇亞，趙希芳

(南京電子技術(shù)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(shè)備產(chǎn)品的更新日益加快。天線陣面作為雷達的核心設(shè)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(shè)計生產(chǎn)過程提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的電纜設(shè)計模式是結(jié)構(gòu)設(shè)計師根據(jù)電訊設(shè)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(shè)計師設(shè)計電纜。這種傳統(tǒng)的設(shè)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(shè)計師會預(yù)留較多余量，導(dǎo)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(shè)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(fēng)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(shè)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(guān)系等關(guān)鍵信息，采用基于數(shù)字化樣機的三維布線技術(shù)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(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)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(shè)計對象，研究分析了其布線特點和布線設(shè)計流程，通過布線設(shè)計模型可以更便捷、有效地指導(dǎo)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(shè)備量大、線纜多、連接關(guān)系復(fù)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(cè)壁的位置，如圖1所示。因此，對布線的精心設(shè)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(shè)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(shè)計過程

2.1 設(shè)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(shè)計流程如圖2所示。三維布線不是一個孤立的設(shè)計過程，而是一個與結(jié)構(gòu)設(shè)計、電訊設(shè)計相互迭代、不斷優(yōu)化的過程。

圖2 三維布線設(shè)計流程

在三維布線工作開展之前，結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)備之間的位置關(guān)系，預(yù)留一定的走線空間。電訊設(shè)計師需要建立接線圖和接線表，確定陣面內(nèi)部設(shè)備的設(shè)備代號、各設(shè)備之間的電氣連接關(guān)系、電纜種類等信息。

在三維布線設(shè)計過程中，可將走線空間不足、線纜干涉等情況反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計原則

布線設(shè)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(shè)；

3)所有導(dǎo)線必須避開熱源和管路；

4)線束打彎需要設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計師事先確定好的三維裝配模型基礎(chǔ)上的。對于天線陣面這種設(shè)備量大、模型復(fù)雜、層次多的整件，在三維布線開始之前，需要通過收縮包絡(luò)、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(shè)備模型應(yīng)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(shè)備指定

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

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

圖4 電源網(wǎng)絡(luò)路徑(設(shè)備隱藏)

2.4.4 布線

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

圖5 電源電纜圖(設(shè)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(shè)好的線纜進行檢查和調(diào)整：

1)網(wǎng)絡(luò)路徑位置不合理，導(dǎo)致線纜鋪設(shè)失敗；

2)線纜未按照預(yù)想的路徑鋪設(shè)；

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(luò)、手動設(shè)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(shè)計師將線纜信息(線纜長度、連接關(guān)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(shè)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(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)裝配，以減少對設(shè)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(shè)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?；谶@些信息可以得到準確的線纜長度值，避免了由過大設(shè)計余量造成的線纜浪費。

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

3)設(shè)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(dǎo)出，避免了人工對電纜長度逐根進行計算與復(fù)核。

4)縮短生產(chǎn)周期。電纜設(shè)計工作可以與陣面設(shè)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(dǎo)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(jié)束語

本文通過研究某雷達天線陣面的布線設(shè)計，分析了布線設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計、電訊設(shè)計的協(xié)同設(shè)計過程和三維布線設(shè)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(dǎo)電纜生產(chǎn)和陣面裝聯(lián)。實踐表明，該三維布線設(shè)計方法比傳統(tǒng)設(shè)計方法更能有效地釋放布線風(fēng)險，提高布線效率，縮短產(chǎn)品的研發(fā)時間。