CATIA下的動車組電氣系統三維布線優化設計

孫金玲

（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司，山東 青島 266111）

現代高速動車組電氣系統布線工藝在設計過程中缺少信息化技術的使用，其中的全部信息都是利用二維層面開展，AutoCAD 為主要的設計工具，利用CAD 技術實現圖紙的編制，通過2D AutoCAD 技術設計平面電氣圖紙。該方法在設計過程中會出現部分問題，例如無法展現空間的布置，從而導致在實際生產過程中出現無法干涉的情況，提高了設計復雜度，降低了設計效率，增加了出錯率[1]。所以，為了提高電氣配線的工藝水平，提高三維電氣設計生產的可靠性、高效性尤為重要。

1 車內布線的優化工藝流程

傳統的動車組布線的工藝流程為先粘貼地板線槽后，再進行車內地板、天花板的返線和布線的工作，2 個部分操作人員在工作過程中會相互干涉。要通過梯子才能夠進行天花板布線，梯子下面為地板線槽與線束，影響地板布線人員的操作，并且梯子會對線束造成損傷，容易帶來事故隱患。另外，高處作業人員工具還會墜落傷人。因此，就要及時地調整工序過程，先進行天花板布線，然后進行地板線槽粘貼及其他布線工作，并且實現三維布線，合理分配工作人員，從而提高勞動生產率，降低布線過程中的線束損壞概率，使產品質量和產能得到提高[2]。

2 三維布線的工藝設計

2.1 工程圖的設計

傳統的二維布線圖只有線束的信息，沒有線束和電氣模塊、結構件的相對位置信息，并且內容不直觀，操作人員在讀圖的時候比較困難，降低了布線的設計精度。因為軟件功能有限，使用三維布線軟件中的三維轉二維設計，得出二維布線圖與傳統二維布線圖的對比并沒有提高質量，無法添加大量的布線工藝信息。為了實現直觀、工藝參數完整的目的，在設計三維布線工程圖的過程中，將其劃分成工程圖、整體示意圖與工藝信息圖3 個部分。

整體示意圖指的是線纜布設的整體情況展示圖，為操作人員整機布線的路徑提供直觀形象，方便操作人員能夠在短時間內操作布線。整體示意圖要設置三維視角，使二維圖能夠無遮擋、清晰且完整的在結構模型中將線束位置展現出來，通過三維軟件中的隱藏、隱含、渲染透明度等技術，避免由于三維視角不當導致遮擋線束或者無法完整顯示的問題出現[3]。

以三維布線的模式明確布線路徑中的綁扎緊固位置，并且對線纜布設、線纜束注釋信息等進行設計。通過三維布線工程實現詳細工程圖的設計，具體有3 點內容。1）對緊固點和綁扎點的編號。2）對布線工藝信息進行注釋。2 個主綁扎點之間的注釋布線工藝信息主要包括線纜數量、編號和各個綁扎點所使用的綁扎方式等信息.主線束中的分支線束注釋布線工藝信息主要包括分支線束中線纜編號、匯入主線束位置、綁扎方式與匯入點等。主線束中分支線束注釋布線工藝信息主要包括線纜編號、位置等。明確各個分支線束引出、匯入主線束方向，明確各個分支線束中的線纜編號、分支線束引出和匯入主線束的位置，明確分支線束匯入和引出的主線束內線數量和編號。3）工藝信息圖中要定義各緊固點、綁扎點，在定義此點位置前要設置基準位置[4]。

2.2 三維布線的流程

基于CATIA 電氣設計過程中的模塊，要結合電氣系統分布、高速動車組結構、線束回路的特點進行設計，圖1為CATIA 下的動車組電氣系統三維布線的流程。

2.3 前期準備

在準備設計三維布線的過程中，要全面掌握配線線路、設計的結構，結合線束布局的特點實現配線機械模型的創建，也就是電線支架、線槽、車體等機械外形的構造。以設計圖紙尺寸精準的裝配，實現三維布線機械環境的創建。另外，要根據設計的圖紙對需要的電器零部件3D 外形進行設置，例如各型號連接器、插頭、端子等電氣零件，利用EPD 模塊定義電氣零件的類型，為普通三維零件實現電器屬性的設置，在Catalog 中存儲，實現電氣零件庫的創建，在使用時只需要調用就行[5]。

2.4 設計主線束

在設計主線束過程中，可以在電氣線束設計模塊與安裝模塊中進行，線束創建的方法包括分支文件與束段。將創建的束段進行彎曲半徑、直徑和長度的相應屬性定義。

圖1 CATIA 下的動車組電氣系統三維布線的流程

2.5 主線束到連接器點位三維線束的敷設

三維設計軟件大部分都只能夠實現主線束和電連接器相互連接的布線設計，無法反映連接器點位的連接信息，并且無法將線束布設的路徑與空間排布充分展現出來，降低了三維布線效果和后期工藝設計直觀性。該文利用二次開發程序工具條，實現了基于三維環境中對預先設計的接線表與器件表的調用，利用XML 實現功能模塊的創建，使器件表與接線表轉變成程序能夠識別的XML 格式文件，通過分組電子布線功能在整機中自動實現三維布線，使目前電子整機布線設計的問題得到解決，并且結合工藝設計與布線設計，有效地驗證了線束敷設路徑、空間排布、轉彎半徑等排布情況[6]。

2.6 電線鋪設

由于線束自身為路徑，其是空心的，并沒有實現電線鋪設，并且直徑為估計值，與真實值具有一定的差別，因此要將電線鋪設到線束內部。依據電線直徑、數量等信息對線束直徑真實值進行計算，通過二次開發程序實現電氣元件針腳到針腳電線鋪設。

2.7 報表數據的輸出

在鋪設線束之后，根據實際需求展現生產電纜的鋪設情況，例如線束的名稱、類別、線徑、長度等數據。通過EHF模塊展開線束，方便用戶對線束進行整理。實現Product類型文檔的創建，在EHF 模塊中進入，定義線束參數。通過實際需求實現所有或者一部分線束的開展，基于完成3D模型，利用工程制圖模塊輸出平面工程圖，對于企業標準制定圖框。

3 動車組電氣系統的三維布線實現

該文基于CATIA V5R20 SP7 平臺，利用二次開發實現整體三維虛擬布線設計的裝配仿真與驗證，將整機三維線束鋪設路徑與轉彎半徑等信息直觀的反映出來，緊密地結合設計與工藝，縮短工藝規劃的時間，使生產效率得到提高，降低生產成本。解決傳統電子整機布線設計弊端，改善整體電氣性能設計的可靠性。圖2 為整體示意圖。

圖2 整體示意圖

4 結語

利用CATIA 設計三維布線工藝，能夠及時發現設計過程中的問題，以此實現優化與改進，生成在指導生產中使用的精準二維生產數據。該文運用CATIA 三維布線流程和規則進行分析，通過三維技術驗證動車組的電氣布線工藝可行性，從而提高動車組電氣布線工藝智能化、信息化程度。另外，還能夠節約線束用料，使勞動成本降低，降低實際生產制造過程中的修改和返工概率，提高生產制造的效率。