3D技術在半剛電纜組件制造領域的應用研究

摘 要：作為信號的傳輸介質和載體，半剛電纜組件廣泛地應用于軍用電子產品中。發展半剛電纜組件制造工藝是電氣互聯專業技術的一個重要方向。文章依據半剛電纜組件制造工藝要求，介紹了一種新的制造流程及方法，即綜合應用先進的3D布纜技術及3D裝配工藝技術，以提升了工藝設計質量，增強了工藝數據對的制造過程的指導性，優化了半剛電纜組件制造工藝流程與方法，從而縮短產品的制造周期、提升質量并降低成本。

關鍵詞：半剛電纜組件；3D布纜；3D裝配工藝

引言

3D布纜是以3D結構模型為基礎，在3D環境下，充分考慮電子產品內部器件結構布局和空間干涉情況，并根據電纜連接關系，完成各電纜的走向規劃和形狀設計，并依此生成各種用于電纜制造的工程圖紙與數據的過程。

3D裝配工藝是直接利用包含電纜的產品3D模型，在3D環境下，通過合理規劃裝配流程、定義裝配工藝要求并直觀的模擬裝配過程，最終形成3D可視化、結構化的裝配工藝，并進一步發布到車間現場實現可視化裝配作業指導的技術。

隨著現代集成制造技術、制造業信息化技術的迅猛發展及其在我國國防制造業的推廣和應用，三維CAD技術和PLM技術正在成為企業產品創新的基礎條件，這對傳統的工藝技術能力提出了新的挑戰，同時也推動了3D技術在制造工藝領域的應用研究。半剛電纜組件作為電子產品中傳輸電信號的重要元器件，使用相當廣泛，其制造裝配過程是電子設備制造一個最為重要的環節。如何將3D技術，尤其是3D布纜技術和3D裝配工藝技術，應用在半剛電纜組件制造領域，探索出一種新的制造流程與方法，以縮短產品的制造周期、提升質量并降低成本，就成為我們電氣互聯工藝專業需要解決的問題。

1 傳統的半剛電纜組件制造所面臨的問題

在傳統的半剛電纜組件制造過程中，制造和裝配一般都在產品總裝階段進行。由操作人員自行規劃電纜的走向和形狀，并進行制造、測試與裝配。隨著產品小型化進程的推進及用戶的對于產品質量及供貨周期要求的提高，這樣的裝配流程與方法逐漸凸顯出了諸多的問題。

（1）質量可靠性問題：由于缺少有效的工藝文件指導制造、裝配及檢驗作業，使得一些工藝技術要求，如成型要求，可靠性要求等難以在制造及裝配過程中得到保證，檢驗過程也難以發現問題，形成了質量隱患。

（2）產品一致性問題：不同批次的產品由不同的操作人員完成制造與裝配，半剛電纜組件的工藝參數和最終形態不能有效落實在工藝文件中，必然使得各批次產品的交付形態不一致，對產品形象造成不利影響。

（3）裝配效率問題：一方面產品內部的結構越來越緊湊，留給半剛電纜裝配的空間越來越小，另一方面由于電氣性能的要求，對半剛電纜組件長度要求越來越嚴格。這增加了電纜配裝難度，許多產品需要進行多層交叉式的裝配。由于設計前期的在可裝配性方面的疏漏以及操作人員對裝配順序規劃的不合理，經常造成電纜裝配反復，極大的影響了裝配效率。

（4）產品制造周期問題：由于半剛電纜組件的制造、測試及裝配過程必須在結構及電氣器件實物裝配完成后進行，需要極長的時間。這樣的串行制造模式使得產品的制造周期延長，影響到產品的交付計劃。

（5）產能瓶頸問題：隨著產品訂單的增加，半剛電纜組件的生產規模也隨之增加，在操作技能人員不能大量擴充的情況，企業產能已無法滿足產品生產規模的需求，產能瓶頸問題逐漸凸顯。

（6）制造成本問題：由于缺乏準確的工藝數據，使得半剛電纜線材下料過程缺乏控制，管理粗放，材料浪費極大。同時由于制造和裝配過程的反復，消耗了大量的電纜驗證樣件，從一定程度上也增加了制造的成本。

2 半剛電纜組件工藝要求

半剛電纜組件的工藝要求直接關系到其質量的優劣，為保證半剛電纜組件能夠滿足產品使用要求，其制造及裝配過程需要考慮以下幾方面。

2.1 電纜的可靠性

（1）應盡量減少裝配后硬連接產生的應力，這些應力可能會造成電纜焊點的失效，或電纜的本身的機械損傷，所以我們需要合理的設計電纜成型形狀，來消減這些應力，如圖1：

（2）保證電纜最小彎曲半徑，防止電纜因彎曲半徑過小，造成導體上產生皺褶和破裂，影響電纜電氣性能。

（3）根據電纜類型，確保電纜端頭最小直線段長度，避免在實際加工成型過程中，對組件同心度造成影響。

（4）充分考慮電纜振動要求，電纜盡量緊貼結構件走線，避免過長電纜懸空，在振動過程中造成電纜失效，形成質量隱患。

2.2 電纜易于成型，提高電纜組件的制造效率

（1）滿足可靠性的前提下，電纜長度應盡量短，成型形狀應盡量簡單，做到橫平豎直，彎曲半徑、角度以及直線段長度盡量規整，便于成型。

（2）盡量減少折彎的數量，如可以通過適當改變電纜的折彎半徑，將兩個相臨的折彎點，變成一個折彎點，提高成型的效率，如圖2。

（3）在電纜的成型過程中，兩個折彎點中間的直線段的長度都要大于或等于折彎用導輪的直徑，否則電纜很難成型。

2.3 電纜易于裝取

（1）工藝設計需要考慮電纜層疊安裝順序，盡量避免交叉干涉，便于電纜的裝取。

（2）在保證電纜可靠性的前提下，電纜端頭直線段長度不宜過長，特別出線位置靠近分機和模塊內壁時，需要留一定的裝配間隙，否則影響電纜裝取。

3 3D技術的應用流程

以上述的半剛電纜裝配工藝要求為前提，3D布纜技術及3D裝配工藝技術在半剛電纜組件制造過程的應用流程如圖3所示。

4 3D技術應用的技術難點

目前一些主流的3D設計軟件雖然具備3D布纜和3D裝配仿真模塊，但就軟件功能和設計效率方面而言，距離工程應用的還存在極大的差距，開展3D技術在半剛電纜組件制造領域的應用研究，必須解決以下技術難點。

4.1 3D布纜應用技術難點

（1）如何定義電纜連接器電氣屬性和布纜基準點；

（2）如何管理線材庫、連接件庫及標識庫，并進行高效調用；

（3）如何管理布纜的工藝要求，并在布纜設計時進行正確性校驗；

（4）如何進行高效的電纜形狀設計，并抽取用于制造的3D電纜組件模型；

（5）如何依據制造工藝要求，從3D模型中提取和處理制造工藝參數，從而快速的生成電纜成型圖和相關表格。

4.2 3D裝配工藝應用技術難點

（1）如何對3D模型進行輕量處理，并保留裝配工藝設計必需的模型要素；

（2）如何管理3D裝配工藝設計，包含任務管理、模型管理、審簽流程管理、變更管理、工藝資源管理、工藝知識管理等；

（3）如何進行結構化的裝配工藝流程規劃，并進行工序及工步的裝配仿真與驗證；

（4）如何生成3D可視化裝配作用指導書，并發布到裝配車間，實現瀏覽，指導裝配作業。

5 3D技術應用的效果

5.1 3D布纜應用效果

通過3D布纜產出的電纜成型圖及相關表格，表達了半剛電纜組件制造過程中所需的工藝參數，包含了成型折彎半徑、折彎角度、扭轉角度、分段長度等，可用于電纜的批量制造，如圖4所示。半剛電纜組件3D模型如圖5所示。

5.2 3D裝配工藝應用效果

結構化的3D裝配工藝設計，可以通過波特圖表達工序間的串聯和并聯關系，并為制造執行系統解析，為工序之間的并行制造提供了基礎，如圖6所示。通過3D可視化裝配作用指導書，可以直觀，有效的指導半剛電纜組件的實物裝配，如圖7所示。

6 3D技術應用的價值

通過3D布纜技術及3D裝配工藝技術的應用，可以顯著改善半剛電纜組件制造工藝，進一步提高產品的裝配制造技術優勢和生產能力，其價值具體體現在以下幾個方面。

（1）提升產品質量可靠性和一致性：在產品設計階段完成電纜工藝設計和裝配過程仿真與驗證，真正實現面向制造的工藝設計。將半剛電纜組件制造及裝配工藝要求通過成型圖紙、表格及直觀的3D可視化作業指導文件，準確、直觀傳遞給操作人員，可有效的指導其制造裝配作業，從而提升了產品的質量與一致性。

（2）提高裝配效率：通過3D裝配工藝設計仿真與驗證，能將多數半剛電纜裝配問題在工藝設計階段發現解決，提升了實物裝配一次成功率，極大的較少返修與報廢，提高了裝配效率。

（3）縮短了產品制造的周期：以詳細的工藝數據和結構化的3D裝配工藝為基礎，實現了工序間的并行制造，半剛電纜組件可以在結構件及電器件加工、采購及裝配的同時，進行半剛電纜組件的焊接、成型及電氣性能測試，極大的縮短了電纜裝配的時間，從而縮短產品的整個制造周期。

（4）解決產能不足的問題：3D布纜后產生的詳細的電纜工藝成型數據，可以保障半剛電纜組件的制造外包，從而在一定程度上緩解了企業自身制造產能不足的問題。

（5）節約成本： 3D布纜后產生的詳細線材下料數據，將線材下料長度精確到毫米，減少了下料過長造成的材料損耗，同時通過3D仿真驗證，也減少的實物樣件的制作與報廢，極大的節約了材料成本和人力成本。

7 結束語

工藝設計正在由經驗設計走向科學分析，由樣件驗證走向虛擬仿真驗證。實踐證明3D技術，尤其是3D布纜技術和3D裝配工藝技術在半剛電纜組件制造領域的應用是可行的，也具有一定的先進性，對于半剛電纜組件的制造具有重要的價值。該項技術所凸現的作用，也使我們更加堅定的將其作為電氣互聯技術發展的重要方向，并加以發展和推廣。