在傳統的生產工藝中，使用常規方法會產生很多問題。本文系統地介紹了三維立體佈線CAD軟體的最新技術，舉例分析了應用Pro/ENGINEER軟 件解決三維佈線設計問題的一般過程，以及應用該軟體所需的一些關鍵技術。本文提倡應用Pro/ENGINEER軟體進行三維佈線，為線紮的設計提供了一個 很好的思路。
一、緒論
??? 1.三維立體佈線在電子設備設計及製造中的作用
??? 本文所指的三維佈線，即指線紮圖的設計。在傳統的生產工藝中，線紮的設計和生產一般都在總裝階段進行，因此，線紮的設計和生產是電子設備製造過程中一個最為重要的環節。
??? 2.電子設備對三維佈線的要求
??? 隨著設計技術的飛速發展，對製造業提出了日益嚴格的要求，主要體現在以下幾個方面。
??? (1)隨著電子設備的更新速度日益加快，產品從設計到面向市場的過程所用時間也越來越短，這就要求製造業能儘快地適應市場的節奏及設計的迅速變化，在設計時同步進行三維佈線，將三維佈線可能帶來的問題解決在設計階段。
??? (2)隨著電子設備向小型化、模組化發展以及設備和結構的內部走線日益複雜，設備的內部結構和電磁環境對走線提出了更高的要求。
??? (3)除了功能這個重要因素以外，製作成本也是比較電子設備優劣的一個重要因素。在產品功能相近的情況下，縮短產品生產週期、降低勞動力費用及減少原材料消耗和浪費將極大地提高電子產品的競爭力。
??? 3.使用傳統工藝進行三維佈線帶來的問題
??? 在傳統的生產工藝中，基本流程包括設計圖紙的下達、準備工作、建立電子設備的三維結構模型、線紮的規劃、走線路徑的測量、繪製紮線板圖和原材料清單、製造第一個線紮、更改錯誤、新線紮的製造和測試以及最終檔產生等。
??? 由於線紮的大小及規模有區別，各個企業的管理及工藝也有所不同，因此在具體的流程上可能有所差別。總的來說，設計及製作工序比上述流程要簡單，一般情況下是直接在實物上進行線紮的製作。
從常規的工藝流程中可以看出，使用常規工藝製作線紮，可能會帶來以下問題：
??? (1)結構設計導致的走線空間問題；
??? (2)走線不合理帶來的電磁相容性問題；
??? (3)線紮設計及製作過程的反復帶來的時間浪費；
??? (4)線紮的製作費用高；
??? (5)線紮製作過程中人為因素導致產品品質的變化；
??? (6)更改過程很複雜且易出錯。
??? 要解決以上這些問題，就必須使用三維立體佈線CAD軟體。
??? 4.三維佈線實現的可能
??? 實現三維佈線，首先是生產的客觀要求；其次，隨著三維設計軟體的引入和普及，國內許多企業和研究所都實現了三維設計，這為三維佈線在客觀上提供了條件；而三維立體佈線軟體本身的發展也給三維佈線提供了可能。
二、三維立體佈線CAD軟體
??? 三維立體佈線CAD軟體也稱作Harness軟體，目前國外的品種較多，功能也日益完善。這些軟體主要有以下特點。
??? (1)三維立體佈線CAD軟體將線紮圖的設計和繪製與現有的3D機械設計軟體完美地融合到一起，使設計過程非常流暢。軟體的3D設計環境和2D線紮圖生成 環境是互相關聯的，在任何一個環境中所作的改變，都會體現在另一個環境中，這減少了更改機械及電訊設計時出錯的機會。
??? (2)三維立體佈線CAD軟體可以從電原理圖和ASCII文字檔中獲取電訊的接線資訊，實現了與電訊資料的融合。
??? (3)三維立體佈線CAD軟體直接在3D機械模型中工作，節省了在常規線紮製作工藝中測量及建立三維結構模型所需要的時間。
??? (4)三維立體佈線CAD軟體線上紮圖的設計過程中，可以綜合所有針對線紮設計的要求和規則。這些要求和規則包括電氣方面、機械方面和製作工藝方面的，用來校驗線紮圖的設計，使設計出的線紮符合產品各方面的要求。
??? (5)三維立體佈線CAD軟體線上紮設計完成後，能夠從3D設計資料中自動生成所有生產所需的資訊，如原材料清單、導線清單和紮線板圖等，從而消除了人工製作產生的影響。
??? (6)三維立體佈線CAD軟體線上紮設計完成後，所有的設計資訊都存儲在3D模型中，並且可以隨時調用，可維護批產的一致性。
??? (7)三維立體佈線CAD軟體實現了設計中所見即所得。
??? 隨著三維機械設計軟體的發展，Harness軟體也真正進入了三維時代。下面我們將結合PTC公司出品的Pro/ENGINEER設計軟體，認識三維Harness軟體的基本特點以及線上紮圖的設計和製作中的應用。
三、Pro/ENGINEER軟體與三維立體佈線相關的基本功能
??? 1.Pro/ENGINEER軟體簡介
??? Pro/ENGINEER是美國PTC公司開發的大型三維機械輔助設計軟體，集設計、分析、測試和製造於一體。Pro/ENGINEER軟體由多個模組組成，三維佈線模組Pro/CABLING是Pro/ENGINEER眾多模組中實現三維佈線功能的基本模組。
??? 2.Pro/CABLING模組的基本功能
??? Pro/CABLING模組與其他Pro/ENGINEER模組是協同工作的，它需要的三維立體模型由Pro/ENGINEER軟體中的Pro /ENGINEER模組提供。Pro/CABLING模組包括一些子模組，如Pro/ROUTING和Pro/DIAGRAM等，主要解決三維空間的立體 佈線問題，功能如下。
??? (1)線紮設計，即所生成的線紮圖為三維立體模型圖。
??? (2)紮線板製作，即三維的線紮圖生成以後，可在此轉化為二維的紮線圖，供生產所用。
??? (3)表報統計，即生成整個線紮的各項參數，如線纜的長度、線紮的重量和線紮的製作成本等。
四、實踐應用Pro/ENGINEER的三維立體佈線功能
??? 我們以電子設備中的一個分機為例，對三維佈線的CAD流程加以論述。
??? 1.先期工作
??? 先期工作主要是指建立設計線紮圖所必需的結構及電訊模型，這些模型的建立及參數的生成由其他模組完成。先期工作主要包括兩大部分，即建立符合三維佈線要求的結構三維立體模型以及生成該模型的接線原理圖等資訊。
??? (1)組裝實體模型的建立
??? 組裝的實體模型，即用Pro/ENGINEER機械設計模組製作的分機及機櫃的3D組裝圖，應包括設計線紮圖所必需的部分，並可適當去除無用部分以簡化模型。
??? (2)接線原理圖繪製
??? 這一部分主要由繪製原理圖的子模組Pro/DIAGRAM完成，其中包含設計線紮時所需的邏輯連接資訊、連接器和線纜資訊等。電訊資訊是從電理圖檔或 ASCII 文字檔中輸入的，需要電訊部門提供相應的符合要求的檔。在這個實例中，電訊資訊是由子模組Pro/DIAGRAM完成。
局部顯示，如圖1所示。
圖1 局部顯示圖
??? 2.建立連接器及與接線相關器件的資訊
??? 建立連接器的資訊包括建立連接器的三維資訊和連接器的連接資訊兩個方面。
??? 連接器的三維資訊是連接器的3D模型。在一般情況下，連接器的外形在組裝實體模型建立過程中已建好，可直接使用；在另一種情況下，某些三維立體佈線CAD軟體附帶常用的連接器資訊，這些連接器資訊可直接引入到組裝實體模型中。
??? 連接器三維資訊建立完畢後，下一步就是建立連接器的連接資訊。在連接器中加入插芯的資訊，即導線連接的插芯位置和數量等。
??? 建立完畢的連接器三維模型，如圖2所示。
圖2 建立完畢的連接器的三維模型
??? 建立器件資訊的過程與建立連接器的過程相似，在此就不做描述了。
??? 3.三維佈線實體模型的建立
??? 三維佈線實體模型符合線紮圖的設計要求，是包含結構及電訊相關資訊的機櫃或分機的3D組裝模型。
??? (1)連接器及器件資訊的引入
??? 這一步驟主要是將連接器及器件按各自的X、Y、Z座標定位在組裝的實體模型中，使連接器與三維模型合為一體。
??? 該步驟完成後的分機三維模型，如圖3所示。
圖3 分機的三維模型
??? (2)輸入電訊資訊
??? Diagram生成以後，可由結構3D組裝模型引入，將Diagram中的元器件、連接器的參數和接線資訊引入到結構的3D實體模型中，與三維模型中的實體相對應。
??? 通過上述步驟，三維佈線實體模型的建立工作結束，在此基礎上可以進行後續的三維佈線工作。
??? 4.三維佈線
??? 三維佈線由Pro/CABLING模組完成，通過手動或自動功能生成三維 harness模型，工作流程如下。
??? (1)Network的建立
??? Network是線紮的佈線網路圖，即定義線纜的走線方向和位置，也可稱作佈線通道或者虛擬管道。定義Network是生成harness最關鍵的一步， 用戶可以設計出符合要求的全部可能的走線路徑，從而通知電腦哪些走線路徑是允許的，而哪些是不允許的。因此，定義這些路徑時應儘量定義出所有可能的路 徑，讓電腦加以識別，選出最佳路徑。
??? Network定義是否合理，將直接關係到自動佈線的成功與否，應重點對待。通過佈線通道的建立，Pro/CABLING完成了電連接資訊和機械資訊的融合。
??? (2)佈線
??? 佈線分為手動佈線和自動佈線兩種方式。其中，手動佈線是點擊導線和電纜通過的路徑，通過Harness軟體的使用者互動式佈線功能完成佈線。而自動佈線就是通過一次點擊自動佈線，所有的導線都將自動佈設完畢。
??? 自動佈線完成的結果，如圖4所示。
圖4 自動佈線完成的結果
??? 孤立出來的線紮，如圖5所示。
圖5 孤立出來的線紮
??? 在佈線過程中，可以單根佈線，也可以多根同時佈線。Pro/ROUTING子模組將檢驗創建的Network，計算出連接點之間的最短距離，生成線紮。
??? 在佈線過程中，不論是互動式佈線還是自動佈線，使用者都可以根據實際需要，設立佈線規則。諸如確定導線可以經過的佈線通道或不能通過的佈線通道，並線上紮的設計過程中對線紮進行調整和修改，使生成的線紮更加符合要求。
??? 5.生成設計檔
??? (1)建立導線清單和清單
??? 這一步驟完全由軟體自動完成，在佈線的同時，導線的實際長度等資訊和附加特性被存儲在Harness軟體的資料庫中，報表可以按設定的格式輸出，並且隨著 佈線的更改，報表中的資料均可自動更新。生成的圖表包括多個與製作線紮相關的選項，一般包括導線的連接點及導線的長度等，選項可以根據實際需要進行修改。
??? (2)從3D模型中建立紮線板圖
??? 在實際製造時，紮線板圖用於平鋪導線，組裝實際的線紮。從3D的線紮裝配模型中，Harness軟體自動將3D模型展開成一個2D的紮線板圖，用戶可以對展開圖加以修改，如移動導線和線束以及加入字元和線紮名稱等，以保證圖紙符合生產要求。
五、三維立體佈線CAD軟體實踐的關鍵技術
??? 因為整機的三維佈線是綜合性工程，所以應用三維立體佈線CAD軟體，需要用到以下關鍵技術：
??? (1)成熟的電子裝聯及相關技術；
??? (2)根據企業實際需求購買合適的三維立體佈線CAD軟體；
??? (3)根據企業實際需求構建理想的工作模式；
??? (4)機械三維設計技術；
??? (5)與電訊設計部門的資料轉換；
??? (6)三維立體佈線CAD軟體的二次開發；
??? (7)相關的技術配合。
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