UG/Wiring在電子設備布線設計中的應用

崔亮

（中國空空導彈研究院，河南洛陽471009）

0 引言

在電子設備設計中，內部各功能模塊的連接線纜組件一般根據整機實體的裝配情況及個人的經驗進行設計，過程中又依據工藝布線的原則和整機實體的具體情況來不斷糾正不合理的布線，最終實現整機線纜組件。這種設計方式存在以下方面的問題［1］：首先，線纜設計與電子設備結構的數字樣機設計相脫節，沒有很好地利用三維設計軟件提供的線纜設計功能；其次，由于線纜二維工程圖的設計并不是由數字樣機直接提供，而是根據三維模型進行簡單走線設計或進行粗略的估算，這就造成線纜的實際設計生產中各個參數沒有一致的數據來源，受人為影響比較大，從而造成產品的準確性和質量較差，甚至出現與設備的實體干涉問題；最后，由于線纜設計必須以實體模型為依據，則必定在生產節點上放在整個產品的最后一環，導致電纜的設計生產和設備的其他環節變成了串行設計，產品的開發周期延長，也無法對產品設計中產生的更改做出迅速的反應。

另一方面，激烈的市場競爭要求電子設備研制周期短，響應快，尤其對于電子設備的重要組成部分線纜組件，也必須有新的設計手段去適應。因此為了克服傳統線纜設計方法的缺陷并滿足電子設備發展帶來的新要求，在結構設計實現數字樣機設計的基礎上實現線纜組件的數字樣機設計勢在必行。目前在三維設計領域應用較多的UG、Pro/E等大型軟件基本都含有三維線纜設計模塊，其具有三維線纜設計與結構設計有機融合，三維設計環境和二維工程圖生成環境互相關聯，三維布線設計規則規范、豐富，所有的制作信息自動生成等功能，能實現布線功能的快速設計。

我院的結構設計采用就是UG的CAD平臺，UG/Wiring模塊即三維布線模塊是UG的基本功能之一，應用該模塊進行線纜設計可以實現和電子設備結構樣機的無縫結合。本文將結合實例，對UG/Wiring在電子設備線纜數字化樣機設計中的應用作出初步探討［2］。

1 UG/Wiring布線功能簡介

UG作為大型三維輔助設計軟件，集CAD/CAM/CAE于一體，功能強大，其中UG/Wiring是實現三維布線的主要功能模塊。利用UG/Wiring進行電子設備的三維立體布線設計的優勢在于［3］：1）我院在結構樣機設計方面采用UG軟件為三維設計平臺，因此采用UG/Wiring能夠很好地實現設計平臺的統一；2）UG/Wiring模塊可以從電原理圖和ASCII文本文件中獲取電訊的接線信息，實現了與電訊數據的融合；3）UG/Wiring通過元器件列表和接線表線實現手動或自動的布線，在對線纜路徑賦予導線材料屬性后即生成三維立體模型；4）UG/Wiring模塊的Formboard功能模塊能夠在三維的線束模型設計以后，將三維線纜模型展平，生成生產用釘板圖；5）UG/Wiring具有表報統計功能，設計中的各種參數，如線纜的長度、重量、成本等信息均可以以報表的形式進行自動統計。

一般來講，利用UG/Wiring進行布線的基本步驟如下：1）創建電接插件的三維模型，同時定義必要的端口（PORT）；2）導入電子設備的三維模型，作為布線裝配的主體；3）加載創建的電接插件，在此必須采用PART功能引入，而不能通過ASSEMBLE模塊以裝配的方式加載，否則布線模塊將無法識別線纜路徑；4）創建元器件列表和接線表，UG/Wiring模塊依靠元器件表和接線表來建立布線路徑的邏輯關系；5）創建布線路徑，各端口之間的連接關系要和接線表保持一致；6）手動或自動布線；7）對建立的線纜模型進行干涉分析；8）由三維的線纜裝配模型生成二維的工程圖。

2 UG/Wiring布線技術實現途徑

UG/Wiring模塊依托于UG的三維CAD建模環境，輸入為元器件列表和接線列表，輸出為三維的線纜數字樣機和二維的線纜工程圖，其實現線纜快速設計的框架如圖1所示。

圖1 UG/Wiring設計流程圖

通過此流程圖可以看出，在利用UG/Wiring實現三維布線的過程中有以下幾點關鍵技術：

1）電子設備的精確數字樣機的建立。在此既可以通過UG/CAD直接建模的方法實現，也可以利用電路設計軟件生成IDF格式文件，通過UG/PCB.Xchang模塊生成電路組件的模型。

2）元器件庫的建立。這里的元器件主要指連接線纜的各類電接插件，UG/Wiring自身具有一定規模的接插件庫，但是在實際的應用中往往需要自己建立適合設計需要的接插件。

3）元件表及接線表的建立、導入。對于簡單的線纜模型，由于線纜數量較少，涉及的管腳不多，可以采用按照標準格式手工填寫的方式建立。而對于比較復雜的模型元件數量多，布線路徑復雜，手動填寫的方式不僅效率低，且準確率不高。UG/Open API是系統提供給用戶用C語言進行二次開發的接口，利用OPEN API進行UG布線的二次開發，能自動將從電路設計軟件中讀取的線纜連接信息生成元件表和接線表，實現線纜組件中各接插件管腳之間的三維自動連接，很好地解決了復雜線纜模型元件表及接線表的創建問題。

3 UG/Wiring布線技術應用實例

在此以某型號記錄艙檢查儀為實例，具體說明UG/Wiring在電子設備三維布線設計中的應用。

UG/Wiring模塊中本身具有電連接器庫，但是多數情況下需要根據實際的情況自行建立電連接器的模型，并定義相關的端口屬性［4］。接插件端口一般要進行配合端口（Fitting Port）和分線端口（Multi Port）的屬性設置。電連接器如SMA、J30J都是成對配合實用，配合端口（Fitting Port）屬性的設置就是在兩個連接器配合處設置定位矢量，矢量的原點決定裝配的位置，而矢量的方向決定配合的朝向，只有當正確的設置端口屬性時，一對連接器才可以正確裝配。分線端口（Multi Port）的屬性設置就是使用UG/Wiring軟件對接插件的接線點進行唯一的編號，從而保證接線表中各連接器之間點對點的一一對應關系。如圖2為15芯J30J電連接器的三維實體模型，在UG/Wiring中定義了兩個端口：配合端口（Fitting Port）、分線端口（Multi Port），如圖2和圖3所示。

圖2 15芯J30J連接器端口定義

圖3 扭子開關的端口定義

圖4 元件表實例

完成連接器的端口屬性定義，需要通過元件表和接線表建立UG/Wiring可以識別的各個端口之間聯系邏輯關系。在UG/Wiring模塊中，元件表和接線表是實現布線設計的核心要素，是對電子設備數字模型進行布線頂層文件。這其中元件表中包含所有連接器的屬性信息，包括連接器類型、名稱、唯一識別的ID，是模型與路徑之間的橋梁。接線表包含各個連接器之間的總線連接關系以及各連接器之間的不同端口之間的對應關系。元件表是接線表的建立的基礎，只有先建立元件表，給各接插件指定ID號，才能編寫接線表。而且在布線過程中元件表導入在先，接線表導入在后，否則系統可能會發生無法識別路徑的錯誤。在UG/Wiring模塊中元件表和接線表有不同的表達方式，而每種類型都有各自的格式，Example類型是在實際設計中使用較多的一種。元件表的文本格式如圖4所示。

其中Part_name是連接器等電子器件的三維模型的文件名，Unique_id每個元器件在布線模型中的唯一名稱，Connector_id是連接器類型編號，同一種類型的連接器可以為同一ID。在UG/wiring中需要通過手動或者自動的方式將Unique_id和該器件的三維實體模型一一對應。

接線表的格式如圖5所示。其中wire_id為電纜的編號，from_comp、from_conn、from_pin 描述了電纜起始端的信息，to_comp、to_conn、to_pin描述了電纜終端的信息。

圖5 接線表實例

當基本的準備工作完成之后即可以進行具體的裝配和布線工作，首先導入電子設備的結構模型，通過已定義的配合端口屬性實現電接連器的子件和母件的配合，利用UG/Wring的路徑（path）功能實現各個端口的之間的走線路徑，保證和接線表的端口連接關系一致。按以上步驟完成某型號記錄艙檢查儀的布線效果如圖6所示。

圖6 記錄艙檢查儀布線效果圖

為了得到電纜的長度等尺寸以用來生產，需要把其余的結構模型剔除，只留下電纜組件本身，通過UG/Wiring的Formboard功能把三維的空間布線轉換稱二維的平面線扎圖，隱藏主體機構而只保留電纜裝配組件的模型如圖7所示，生成的線扎圖如圖8所示。

在二維圖模塊中可以直接調入通過UG/Wiring生成的電纜平面展開圖，采用和工程圖一樣的方法在視圖中標注電纜尺寸,生成技術條件，明細欄、接線表、材料清單等，這樣就完成了二維工程圖的創建，通過必要的手工修改工作即可輸出可用于電纜生產的二維工程圖。

圖7 電纜裝配組件

圖8 記錄艙檢查儀線扎圖

4 結論

針對傳統電子設備線纜設計的缺陷，提出了將三維布線技術應用到電纜設計中來的方法，著重介紹了UG/Wiring模塊的功能、特點以及具體的布線流程，并以某型號記錄艙檢查儀為實例說明的UG/Wiring的使用方法，通過三維布線軟件進行設計，使得電子設備的電纜組件的設計工作效率得到明顯的提高、資源合理配制得到明顯的優化、設計合理性及質量等方面都有顯著的提高。同時利用三維線纜設計模塊可以為電子設備的質量之心、干涉檢查、甚至電磁兼容等方面的分析提供支持，從而設計出性能更加優異的電纜組件，并有助于推進電子設備的小型化和模塊化進程［5］。同時，降低了研發費用，改變了傳統線扎制作的滯后性的缺點。

［1］ 米西來,劉鵬.Pro/E三維線纜布線及生產應用［J］.船舶電子工程，2009（3）：184-185.

［2］ 劉小虎,吳兆華,吳銀鋒,等.UG/Wiring在通信整機三維布線中的應用研究［J］.沿海企業與科技，2005（7）：121-122.

［3］ 張紅,魏建,張黎.整機三維立體布線設計［J］.電子工藝技術，2007（9）：291-292.

［4］ 楊宗亮,吳趙華.基于UG的標準接插件庫系統開發研究［J］.機械設計與制造，2008（1）：77-78.

［5］ 袁國強,王美娥,張述新,等.基于Pro/ENGINEER的電子設備自動布線技術應用研究［J］.航天控制，2009（2）：80-81.