电子设备三维布线工艺技术应用研究

电子设备三维布线工艺技术应用研究
摘要：电子设备传统的工艺布线主要是根据实物及其接线关系构建线束，绘制二维平面图，在样板上制作线束。

因应电子设备模块化、集成化和批量化的发展趋势，介绍了在Pro/E软件制作三维图的基础上进行三维布线构建数字化样机，并与二维布线比较，分析了三维布线对电子设备带来的影响，介绍了三维布线工艺的应用研究情况。

关键词：数字化样机；三维布线；线缆展平
随着越来越多的电子设备向模块化、集成化和批量化的方向发展，对电子设备整机布线设计提出了更高的要求。

传统的电子设备布线方式主要是按实物并结合图纸技术要求及工艺要求，确定走线路径，再量取尺寸，按1∶1的比例方式绘制二维平面图，放置在样板上制作线束。

由于这种布线方式是在有了实物以后才进行的，因此经常会出现电子设备内部空间狭小、布线路径受阻或不合理，甚至布线路径无法实施等问题。

基于Pro/E软件制作的三维模型进行三维布线，通过构建成的数字化样机，可以清晰地观察到电子设备中分机、插箱和机柜等内部所有零部件的结构模型、工艺布线模型以及所处的位置、路径和空间，非常形象直观，从而知道线缆应该从某点接到某点，模拟布线过程清楚，布线过程中可及时发现问题，及时进行设计改进以解决问题[1]。

布设的线缆（束）不仅更加美观，而且更改容易。

这样在电子设备投产前即完成其布线，有效避免或大幅减少了电子设备在设计阶段中结构、电讯设计和布线工艺存在的一些问题。

1 三维布线技术
基于Pro/E软件的三维布线技术是以三维模型为基础，通过其Pro/Cabling模块对电子设备进行模拟布线的一项工艺技术。

三维布线可分为自动布线和手工布线。

自动布线实际上“自动化”程度并不高，它需要利用Pro/Diagram模块，在自动布线前对数量庞大的非参数化接插件和元器件创建符号，对同种规格的接插件进行指定操作。

自动布线实际上就是将大量的工作转移到设计Pro/Diagram中，并不能大幅提高工作效率。

在很多情况下，自动布线完全成功布线率不高，需要借助于手动布线方能完成其“自动化”，布线过程非常不灵活，这样自动布线在很大程度上失去“自动化”的意义。

本文主要介绍手工布线的应用。

1.1 手工布线
手工布线可不参照Pro/Diagram模块，其概念更容易让人理解。

通过一些必要的建模及参数操作等前期工作，直接将线缆（束）相应的连接点连接，布线过程清楚，更改起来容易。

我们根据自身产品特点对Pro/E软件布线模块Pro/Cabling进行了二次开发，增加一些功能，这样可以非常快捷方便地将电子设备的接线表和元件目录表等文件导入。

1.2 手工布线流程
手工布线前需要熟悉电子设备的三维视图、整个内部结构及其空间，并对视图进行必要的管理或修改。

同时根据图纸中布线技术要求及工艺布线要求，对布线路径进行规划，择优确定路径。

再在Pro/E 软件布线模块Pro/Cabling中进行布线前必要的参数设置后开始布线，其工艺流程图如图1所示。

1.3 手工布线操作
三维布线是在装配中进行的，在零件模式下不能进行布线，所以布线之前，首先要进入三维布线模块，在Pro/Cabling中，通过相关
布线命令去创建各种性质的定位，而线缆则是通过创建定位点来确定线缆位置，定位的性质和位置确定了，线缆的路径也就确定了。

需要注意的是，在确定定位点位置和性质时，必须满足图纸中相关的结构、电讯技术要求及工艺要求。

同时不要创建无用的定位点，否则不仅浪费时间，而且给后续线缆束修改带来不必要的麻烦。

线缆是由定位点来控制，而两个定位之间的线段是系统按固有的算法程序自动生成，例如，在拐弯处线缆有可能进入结构件里面，所以其布线路径智能化程度并不高，需人工干预才行。

布线操作实质上就是用布线命令创建各种定位点的过程。

在实际布线时，线缆有单芯、多芯和扁平等不同类型，以及一些悬空线缆缺乏必要的参考，其布线操作也不尽相同，尤其是悬空线缆布置起来较困难，这些在操作时也需加以区别对待。

对于布线中一些重复性的工作，通过创建网络操作，并将其设置成共享，在一定程度上可以减少布线的工作量，给布线操作带来方便。

图2为某分机三维布线后的整体效果图及局部放大效果图。

1.4 整理线缆束
三维布线结束后，有必要对其从整体或局部进行生产适应性修改及整理，为后面的线缆展平等做准备，同时让布设出来线缆更加美观合理，而不是线缆布线仅满足电气性能要求。

此外还需对布设好的线缆加入装饰特征修饰，这种特征标记在很多实际情况下可以只起个示意和告知操作者其作用，简化三维布线此类操作，可节省很多时间，而真正具体实施可放在二维图中做详细要求或说明。

1.5 线缆束展平并创建二维线缆图
为便于适应生产，在三维布线完全结束后，根据需要对线缆进行全部或局部展平工作，然后在此基础上转换创建二维线缆平面图，这项工作对整个三维布线来说，是至关重要的一步。

其转换结果直接影响后续线缆束的准确性及可生产性。

在Pro/E软件中，线缆展平（Pro/Harness）是相对独立的一个功能模块，该模块不同于其他模块，有其自己的特点，需要充分正确地掌握这些特点，在线缆展平操作时才能进行正确的选择。

值得注意的是：在实际操作中，线缆展平虽然操作比较简单，但对于复杂的电子设备三维布线后的线缆展平，无论是自动展平还是手工展平都很难百分之百成功，需要在展平后的线缆基础上创建的二维图中进行必要的整理修改，并增加对制作线缆束时必要的技术要求和说明。

完成线缆二维图制作后，需要创建钉板图，此类操作既可在Pro/E中进行，也可在AutoCAD中进行[2]，两者相比有着各自的优缺点，本文在这里不做介绍。

2 三维布线工艺在设计中的应用
传统的电子设备线缆工艺布线设计多采用二维布线，且在电子设备设计完成并投产后进行，与产品设计属于串行设计，与设计师缺乏必要的沟通，而设计师没有吃透电装走线，在结构设计时，给后续的线缆走线预留的路径和空间受“大概” 的指导思想影响，这样往往在很多情况下，设计出来的产品在投产过程中才发现存有诸多的不合理的地方，问题严重的甚至直接报废。

有的即使勉强使用，但由于设计问题造成的后续维护费用，在以后量化生产中可能成倍增长。

通过对三维布线工艺在电子设备设计中的并行应用，可以有效地避免上述问题的存在，缩短了电子设备研发周期，降低成本，提高产品生命周期[3,4]。

在应用三维布线工艺时，不同的企业应根据自身的特点，建立适应本企业电子设备产品三维布线必须用到的线缆库和接线端子库等，用时直接调用，避免无谓的重复劳动，提高工作效率。

对运行无纸化生产的企业来说，三维布线的应用价值得到了进一步延伸，实际装配电子设备的操作者可直接在显示屏上全方位和多角度地看到逼真的数字化样机，也可以随意对任何局部放大细看。

这样生产制造出的电子设备其质量、可靠性和一致性得到了强有力的保证。

在信息数字化飞速发展的时代，及时缩短产品的研发及生产周期，推行产品研发期内的工艺提前介入，实行结构、电讯、工艺并行设计和协同工作是企业提高核心竞争力的重要体现。

使用基于Pro/E标准模块进行结构设计，Pro/Cabling进行三维布线，是并行设计的运用。

通过其建立的虚拟工厂数字化样机制造，对数字化样机模拟分析，研发小组成员可以直观地分析结构和布线的工艺性，可以将问题解决在设计阶段；评审小组成员也可对数字化样机进行评审，从而在很大程度上保证了电子设备的设计质量及可生产性，是企业的核心竞争力之一。

3 结束语
进行三维布线工艺应用，需要工艺人员熟练掌握运用三维模型，在无纸化生产中，对实际装配操作者进行必要的基础知识培训。

通过集中有限的工艺力量，开展三维布线工艺技术研究应用意义重大，但需灵活运用。

参考文献
[1] 黄国振. 构建数字化样机－Pro/ENGINEER Wildfire钣金设计与三维布线[M]. 北京：人民邮电出版社，2006.
[2] 杨老记,董晓英. AutoCAD2002工程制图实用教程[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[3] 李晓麟.低频电缆及机柜的装联[J]. 电子工艺技术，2003，24 （5）：227-228.
[4] 刘振宇，周德俭，吴兆华，等. 一种面向电子整机的三维布线算法研究与实现[J].电子工艺技术，2010，31（1）：6-8.。