电缆虚拟布线与安装仿真技术研究

摘 要：电缆是机电产品的重要组成部分，电缆的布局直接影响着机电产品的散热性能、抗震性能以及电磁兼容性能，虚拟样机技术就是一种基于智能技术、仿真工程以及网络化的陷阱设计手段，可以才产品加工前对产品的功能、性能以及可制造性进行科学的预测，以便对设计方案进行优化和评估，从而达到最优设计目标。将虚拟技术用在电缆布线的设计过程中，可以在开发初期就得到需要的各种信息，就对布线的结果进行检验。

关键词：电缆虚拟布线；安装仿真技术

电缆是机电产品的重要组成部分，电缆的布局直接影响着机电产品的散热性能、抗震性能以及电磁兼容性能，如果电缆的布局不合理，那么机电产品在工作的过程中常常会出现摇摆的情况，端头也会出现脱落和松动，直接造成机电产品在后续的使用过程中出现安全隐患，因此，电缆的布线已经成为机电产品布局和设计中的重点问题，传统机电产品电缆的布线一般使用柔性线缆和胶布进行，在布局前会对产品的实物做好模拟实验，以便确定好电缆的长度、路径以及卡箍的位置。但是，由于传统的模拟布线方法属于串行设计的方法，必须在实物建立完成之后才可以进行布线，且这种布线方法布线的效率低，需要进行反复的修改才能够确定，产品的设计问题往往在模拟试验的阶段才能够暴露出来，也难以对整个布局进行整体的规划，产品的开发周期长、开发成本高，因此，继续探讨一种新型的布线方法，虚拟样机技术就是一种基于智能技术、仿真工程以及网络化的陷阱设计手段，可以才产品加工前对产品的功能、此女岗位、性能以及可制造性进行科学的预测，以便对设计方案进行优化和评估，从而达到最优设计目标。将虚拟技术用在电缆布线的设计过程中，可以在开发初期就得到需要的各种信息，就对布线的结果进行检验，下面就对电缆虚拟布线以及安装仿真技术进行研究。

1 电缆虚拟布线技术

电缆虚拟布线即在机电产品中，用电气系统需求作为性能约束、用刚性组件装配模型作为空间约束，合理的对电缆进行分叉和合并，正确的规划卡箍以及电缆路径的位置，计算出电缆的重量、长度等布线信息，为实际的工程安装提供科学合理的指导。电缆虚拟布线技术是一种综合性很强的设计技术，涉及着几何建模技术等，还要对电缆的对象模型进行建模，规划好电缆的起点、终点以及路径，在电缆虚拟布线技术中，电缆路径的规划是其中的核心技术，也是电缆虚拟布线技术中研究的关键问题。

1.1 布线思路

现阶段下的布线方法有两种，即人工智能布线和人机交互布线的方法，人工智能布线代表方法是Conru自动化布线法，这种布线方法可以在空间约束下进行电缆路径的自动搜索，布线的准确率较高，但是这种布线方法仍然有一定的局限性，突出表现就是性能约束难以实现，布线成功率不高，布线结果误差大。布线的目的就是为了对电缆路径进行科学合理的规划，从而获取关于电缆重量以及长度的信息，人工智能方法在这些方面还存在一些局限性，因此，现阶段下使用人机交互的布线方法进行布线。

1.2 电缆几何建模

电缆几何建模即电缆数学模型的建立，并将建立起来的模型利用现代可视化手段、计算机图形技术将数学模型转化为三维模型，电缆是具有界面信息的曲线，因此需要使用能量优化的方式进行几何建模，电缆几何建模需要满足几个要求：

电缆几何模型必须可以近似的反映出电缆的形态，这种形态包括物理特性以及几个特性，此外，几何建模还需要具备一定的精度。

电缆的长度不宜过长，由于机电产品中布线的空间相对较小，因此，在满足实际需求的情况下，电缆的长度要尽量短，以便满足机电产品的经济性原则。

几何模型的建立应该保证电缆的变形能较小，从力学的角度而言，最小性能的物体可以处在稳定状态，这样就可以在很大程度上延长电缆的寿命，提高电缆工作的可靠性。

几何模型的建立必须要满足电缆最小弯曲半径，电缆在实际的工作条件下，大多会有最小弯曲半径的需求，即电缆的几何模型必须要满足弯曲半径且大于电气系统的最小弯曲半径。

1.3 虚拟布线中的对象模型

1.3.1 刚性组件装配模型

刚性组件就是产品中除了卡箍、电缆等组件以外的刚性部件，包括电气元器件以及机械零部件两种，刚性组件装配模型的信息包括零件信息、装配关系信息以及层次关系信息三种，零件信息就是刚性组件的工程设计属性、物理属性、电气元部件与机械零部件之间的约束关系；装配关系信息就是产品装配模型中的各种电气元器件、机械零部件的相对位置和方向关系；层次关系信息就是产品虚拟样机的转配结构。

1.3.2 电缆路径的规划准则

电缆路径的规划涉及这多种学科，在实际的规划过程中，需要遵循以下的原则：

在电缆的布局过程中必须要考虑到电磁的散热、兼容、抗震以及拆装与维修是否方面，在满足系统需求的前提之下，电缆的长度要尽量短，避免电缆的往返穿越，同时，信号电缆与电源电缆之间要避免距离过近和发生交叉的情况，如果必须要有交叉，相互之间要保持垂直。

电缆应该远离设备内部的部件以及发热元件，且电缆不能应先冷却风道，同时，电缆路径的设置好综合装配工艺进行考虑，保证电缆的长度和路径要满足产品的可装配性。

2 电缆的安装仿真技术

在产品的设计过程中，设计的失误的影响较大，设计中的问题常常会在整个产品的装配阶段中才会暴露，这就会导致开发成本增加，因此，为了较早的检查出电缆设计的合理性，可以将虚拟装配技术应用到电缆的安装方针过程中。

2.1 电缆运动学建模技术

电缆组件在其安装过程中不仅存在形状的变化，也存在位置的变化，因此，可以采用逆运动学法进行建模，在实际的建模过程中，需要对装配件进行完全拆卸，在拆卸过程中，要遵循以下原则：

2.1.1 自由平面的规则

自由平面就是在装配单元中，留有具有自由平面的候选件，在拆卸的过程中，需要根据自由平面法线原则进行拆卸，这种规则可以将深层次的装配单元过滤。

2.1.2 线性自由的原则

作为装配单元，需要具备一定的线性自由度，线性自由度可以保证候选件从装配单元中拆卸出来。

2.1.3 拆卸测试规则

拆卸测试规则可以保证候选件的拆卸可能性，实现具备相互运动趋势两个装配单元之间的可拆卸性。

2.2 装配序列的优化

对于产品的装配问题，除了要考虑装配的可行性，还要考虑到装配的成本、装配的精度以及装配的工时，对于复杂机电产品的装配，装配的顺序变化较多，但是并不是所有的顺序都适宜产品的开发，因此，必须要对装配的序列进行优化。考虑到基准件的选取原则，一般建议选择体积大、重量中、重心位置低，可以用于辅助定位的零件最为基准件，同时，在装配过程中应该从同一方向进行装配，控制好定向的次数，减少消耗的时间，此外，从工程学的角度而言，刚性组件和电缆组件的交叉装配常常发生，但是前者的装配技术更加成熟，因此，在装配过程中要尽量减少交叉的程度，具体的安装过程应该遵循先拆后装的原则，当然，具体的产品对于装配序列有着不同的要求，因此，还要综合考虑其实际要求。

参考文献

[1] 刘检华，万毕乐，孙刚，尚炜，刘佳顺.线缆虚拟布线与敷设过程仿真技术[J].计算机集成制造系统，2012，03（01）.

[2] 原彬，熊伟，王祖温.缆虚拟装配的关键技术及其发展[J].机械科学与技，2010，05（15）.