基于CATIA的后處理系統(tǒng)三維布線技術應用研究
發(fā)布時間：04/21 —— 2022
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線束系統(tǒng)作為車輛的“神經(jīng)”，起著連接中央控制器與電氣單元的重要作用。
目前，車輛系統(tǒng)的線束設計主要采用AutoCAD等軟件進行二維設計，其線束長度和走向大多采用現(xiàn)場測量或人工經(jīng)驗的方式確定。
①重卡零部件多，線束分支繁雜，人工測量難以獲取完整布線信息，測量結果存在較大誤差，增加后期施工的難度；②線束設計需要在整機完成之后進行，增加了開發(fā)周期；③布線過程中發(fā)現(xiàn)問題需要更改，其過程復雜易出錯，增加了后期維護的成本；④布線過程中人為因素對產(chǎn)品品質(zhì)會產(chǎn)生一定影響。
傳統(tǒng)的布線方式缺乏指導性，制約了產(chǎn)品生產(chǎn)效率和品質(zhì)提升。三維線束設計很大程度彌補了傳統(tǒng)布線方式的不足。
CATIA作為一款功能強大的三維仿真設計軟件，廣泛應用于航天、汽車以及船舶等領域。本文以某重卡后處理系統(tǒng)為研究對象，論述了CATIA在三維線束設計中的應用，為生產(chǎn)提供了理論和實踐依據(jù)。
重卡零部件眾多，對線束布設方式和品質(zhì)有極高的要求。
線束的長短/走向影響車輛系統(tǒng)的整體性和美觀性。尤其是線束分支繁多且集中的區(qū)域，如何合理規(guī)劃線束路徑是設計人員需要重點考慮的問題。后處理系統(tǒng)作為處理車輛尾氣的主要設備，集中分布在車架兩側，如圖1所示。后處理系統(tǒng)主要包括消聲器（車架右前）、蓄電池箱（車架右后）、尿素箱（車架左側） 3部分。對于不同車型，后處理系統(tǒng)放置位置略有差異。為了進一步改善空氣品質(zhì)，國VI法規(guī)對車輛尾氣提出了更高的要求，后處理系統(tǒng)隨之增加了更多的傳感器。
以尿素箱為例，包含了氮氧傳感器、冷卻水閥、壓力傳感器、溫度傳感器等。尿素箱空間狹小，傳感器眾多，需要精確設計線束長度和走向。三維設計的提出，使得后處理系統(tǒng)線束設計更方便、精準。
CATIA軟件在三維線束設計方面表現(xiàn)突出，其操作簡單，功能強大，深受線束設計人員的喜愛。
文中利用CATIA軟件對后處理系統(tǒng)進行三維線束設計，主要包括插接件的定義和裝配，線束的創(chuàng)建和修正、最后生成技術文件。
后處理系統(tǒng)包括環(huán)境溫度傳感器、壓力傳感器、冷卻水閥、蓄電池箱正負極等12個插接件。插接件的裝配是線束設計的重要一步，該過程確定了線束的端點。首先，選擇裝配設計（Assembly Design） 環(huán)境，新建“product”文件，將后處理系統(tǒng)數(shù)模導入該文件下。其次，把所需的插接件依次添加到“product”下，分別對插接件進行屬性定義。 以尿素箱回液管加熱器插接件202080-1為例，屬性定義包括名稱、編號、版本等信息，如圖2所示。設計人員根據(jù)定義標準或個人習慣進行命名，方便后續(xù)查找和修改。最后，將插接件裝配到正確的位置，如圖3所示，將選中的插接件通過約束、智能移動等操作，裝配到后處理系統(tǒng)數(shù)模的相應位置。根據(jù)層級劃分，利用樹結構管理各個層級的零部件，方便后續(xù)調(diào)配使用。線束設計主要在電氣線束裝配設計（Electrical Harness Assembly） 模塊中完成。首先，確定線束構造點。點的類型可以通過坐標、曲面、平面、圓心等確定。其次，確定線束的名稱、直徑、彎曲半徑和松弛度（一般為0~3） 等參數(shù)，通過線束將定位點進行連接。 線束的幾何信息、接線端子等都放在同一節(jié)點下，便于最后線束總成的創(chuàng)建生成。
最后，線束創(chuàng)建完畢，參考實際情況對線束進行局部的調(diào)整和修改。主要方法包括： ①線束分割，用于將一段線束分割成2段，便于分段修改； ⑤CATIA自帶干涉檢查功能，可以及時發(fā)現(xiàn)錯誤，進行修正。零部件的形狀、結構以及屬性更改之后只需更新保存即可，使得線束設計與零件裝配完全集成。另外，為了獲得線束長度，可以通過“測量間距”選項獲得精確的線束長度，節(jié)約用料。后處理系統(tǒng)三維線束如圖4所示，包括線束和插接件（隱藏掉后處理系統(tǒng)數(shù)模）。線束設計完成，設計人員需要將線束進行存儲，常用的保存格式有2種：一種是存儲為stp格式。stp格式的文件支持UG、Proe等大部分三維設計軟件，能有效避免不同部門不同設計人員之間由于使用軟件不同而出現(xiàn)的格式不兼容問題。但是，stp格式的文件主要針對簡單的小模型，模型較大、較復雜情況下保存易出錯，且復雜模型打開速度較慢。第2種是將線束以及其他各部件單獨生成Part格式，整個數(shù)模生成Product文件，所有文件放在同一文件夾中，整體保存。其中，Part格式的文件后續(xù)不能進行修改，避免圖紙在流通過程中由于誤操作導致線束出現(xiàn)誤差。另外，根據(jù)線束長度與走向，將三維線束映射到二維圖紙，最終生成二維和三維文件，作為圖紙留存以及指導實際生產(chǎn)操作。
三維布線一定程度上解決了傳統(tǒng)布線帶來的問題。主要優(yōu)勢包括以下幾個方面：
1）三維布線技術將串行設計變?yōu)?/span>并行設計，使得結構、部件以及線束設計同步進行，縮短了開發(fā)周期。2）三維布線在設計過程中，更改簡單不易出錯，可以直觀發(fā)現(xiàn)線束之間以及線束和零部件之間的干涉情況，方便設計優(yōu)化，減少了線束反復修改帶來的時間和費用成本。3）三維布線可以在項目評估過程中發(fā)現(xiàn)設計中的各種問題，將問題解決在開發(fā)階段，不必造出樣機才能修改，同時減少由于人為因素造成的產(chǎn)品品質(zhì)差異。
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