UG/Wiring在电子设备布线设计中的应用

崔亮

（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）

0 引言

在电子设备设计中，内部各功能模块的连接线缆组件一般根据整机实体的装配情况及个人的经验进行设计，过程中又依据工艺布线的原则和整机实体的具体情况来不断纠正不合理的布线，最终实现整机线缆组件。这种设计方式存在以下方面的问题［1］：首先，线缆设计与电子设备结构的数字样机设计相脱节，没有很好地利用三维设计软件提供的线缆设计功能；其次，由于线缆二维工程图的设计并不是由数字样机直接提供，而是根据三维模型进行简单走线设计或进行粗略的估算，这就造成线缆的实际设计生产中各个参数没有一致的数据来源，受人为影响比较大，从而造成产品的准确性和质量较差，甚至出现与设备的实体干涉问题；最后，由于线缆设计必须以实体模型为依据，则必定在生产节点上放在整个产品的最后一环，导致电缆的设计生产和设备的其他环节变成了串行设计，产品的开发周期延长，也无法对产品设计中产生的更改做出迅速的反应。

另一方面，激烈的市场竞争要求电子设备研制周期短，响应快，尤其对于电子设备的重要组成部分线缆组件，也必须有新的设计手段去适应。因此为了克服传统线缆设计方法的缺陷并满足电子设备发展带来的新要求，在结构设计实现数字样机设计的基础上实现线缆组件的数字样机设计势在必行。目前在三维设计领域应用较多的UG、Pro/E等大型软件基本都含有三维线缆设计模块，其具有三维线缆设计与结构设计有机融合，三维设计环境和二维工程图生成环境互相关联，三维布线设计规则规范、丰富，所有的制作信息自动生成等功能，能实现布线功能的快速设计。

我院的结构设计采用就是UG的CAD平台，UG/Wiring模块即三维布线模块是UG的基本功能之一，应用该模块进行线缆设计可以实现和电子设备结构样机的无缝结合。本文将结合实例，对UG/Wiring在电子设备线缆数字化样机设计中的应用作出初步探讨［2］。

1 UG/Wiring布线功能简介

UG作为大型三维辅助设计软件，集CAD/CAM/CAE于一体，功能强大，其中UG/Wiring是实现三维布线的主要功能模块。利用UG/Wiring进行电子设备的三维立体布线设计的优势在于［3］：1）我院在结构样机设计方面采用UG软件为三维设计平台，因此采用UG/Wiring能够很好地实现设计平台的统一；2）UG/Wiring模块可以从电原理图和ASCII文本文件中获取电讯的接线信息，实现了与电讯数据的融合；3）UG/Wiring通过元器件列表和接线表线实现手动或自动的布线，在对线缆路径赋予导线材料属性后即生成三维立体模型；4）UG/Wiring模块的Formboard功能模块能够在三维的线束模型设计以后，将三维线缆模型展平，生成生产用钉板图；5）UG/Wiring具有表报统计功能，设计中的各种参数，如线缆的长度、重量、成本等信息均可以以报表的形式进行自动统计。

一般来讲，利用UG/Wiring进行布线的基本步骤如下：1）创建电接插件的三维模型，同时定义必要的端口（PORT）；2）导入电子设备的三维模型，作为布线装配的主体；3）加载创建的电接插件，在此必须采用PART功能引入，而不能通过ASSEMBLE模块以装配的方式加载，否则布线模块将无法识别线缆路径；4）创建元器件列表和接线表，UG/Wiring模块依靠元器件表和接线表来建立布线路径的逻辑关系；5）创建布线路径，各端口之间的连接关系要和接线表保持一致；6）手动或自动布线；7）对建立的线缆模型进行干涉分析；8）由三维的线缆装配模型生成二维的工程图。

2 UG/Wiring布线技术实现途径

UG/Wiring模块依托于UG的三维CAD建模环境，输入为元器件列表和接线列表，输出为三维的线缆数字样机和二维的线缆工程图，其实现线缆快速设计的框架如图1所示。

图1 UG/Wiring设计流程图

通过此流程图可以看出，在利用UG/Wiring实现三维布线的过程中有以下几点关键技术：

1）电子设备的精确数字样机的建立。在此既可以通过UG/CAD直接建模的方法实现，也可以利用电路设计软件生成IDF格式文件，通过UG/PCB.Xchang模块生成电路组件的模型。

2）元器件库的建立。这里的元器件主要指连接线缆的各类电接插件，UG/Wiring自身具有一定规模的接插件库，但是在实际的应用中往往需要自己建立适合设计需要的接插件。

3）元件表及接线表的建立、导入。对于简单的线缆模型，由于线缆数量较少，涉及的管脚不多，可以采用按照标准格式手工填写的方式建立。而对于比较复杂的模型元件数量多，布线路径复杂，手动填写的方式不仅效率低，且准确率不高。UG/Open API是系统提供给用户用C语言进行二次开发的接口，利用OPEN API进行UG布线的二次开发，能自动将从电路设计软件中读取的线缆连接信息生成元件表和接线表，实现线缆组件中各接插件管脚之间的三维自动连接，很好地解决了复杂线缆模型元件表及接线表的创建问题。

3 UG/Wiring布线技术应用实例

在此以某型号记录舱检查仪为实例，具体说明UG/Wiring在电子设备三维布线设计中的应用。

UG/Wiring模块中本身具有电连接器库，但是多数情况下需要根据实际的情况自行建立电连接器的模型，并定义相关的端口属性［4］。接插件端口一般要进行配合端口（Fitting Port）和分线端口（Multi Port）的属性设置。电连接器如SMA、J30J都是成对配合实用，配合端口（Fitting Port）属性的设置就是在两个连接器配合处设置定位矢量，矢量的原点决定装配的位置，而矢量的方向决定配合的朝向，只有当正确的设置端口属性时，一对连接器才可以正确装配。分线端口（Multi Port）的属性设置就是使用UG/Wiring软件对接插件的接线点进行唯一的编号，从而保证接线表中各连接器之间点对点的一一对应关系。如图2为15芯J30J电连接器的三维实体模型，在UG/Wiring中定义了两个端口：配合端口（Fitting Port）、分线端口（Multi Port），如图2和图3所示。

图2 15芯J30J连接器端口定义

图3 扭子开关的端口定义

图4 元件表实例

完成连接器的端口属性定义，需要通过元件表和接线表建立UG/Wiring可以识别的各个端口之间联系逻辑关系。在UG/Wiring模块中，元件表和接线表是实现布线设计的核心要素，是对电子设备数字模型进行布线顶层文件。这其中元件表中包含所有连接器的属性信息，包括连接器类型、名称、唯一识别的ID，是模型与路径之间的桥梁。接线表包含各个连接器之间的总线连接关系以及各连接器之间的不同端口之间的对应关系。元件表是接线表的建立的基础，只有先建立元件表，给各接插件指定ID号，才能编写接线表。而且在布线过程中元件表导入在先，接线表导入在后，否则系统可能会发生无法识别路径的错误。在UG/Wiring模块中元件表和接线表有不同的表达方式，而每种类型都有各自的格式，Example类型是在实际设计中使用较多的一种。元件表的文本格式如图4所示。

其中Part_name是连接器等电子器件的三维模型的文件名，Unique_id每个元器件在布线模型中的唯一名称，Connector_id是连接器类型编号，同一种类型的连接器可以为同一ID。在UG/wiring中需要通过手动或者自动的方式将Unique_id和该器件的三维实体模型一一对应。

接线表的格式如图5所示。其中wire_id为电缆的编号，from_comp、from_conn、from_pin 描述了电缆起始端的信息，to_comp、to_conn、to_pin描述了电缆终端的信息。

图5 接线表实例

当基本的准备工作完成之后即可以进行具体的装配和布线工作，首先导入电子设备的结构模型，通过已定义的配合端口属性实现电接连器的子件和母件的配合，利用UG/Wring的路径（path）功能实现各个端口的之间的走线路径，保证和接线表的端口连接关系一致。按以上步骤完成某型号记录舱检查仪的布线效果如图6所示。

图6 记录舱检查仪布线效果图

为了得到电缆的长度等尺寸以用来生产，需要把其余的结构模型剔除，只留下电缆组件本身，通过UG/Wiring的Formboard功能把三维的空间布线转换称二维的平面线扎图，隐藏主体机构而只保留电缆装配组件的模型如图7所示，生成的线扎图如图8所示。

在二维图模块中可以直接调入通过UG/Wiring生成的电缆平面展开图，采用和工程图一样的方法在视图中标注电缆尺寸,生成技术条件，明细栏、接线表、材料清单等，这样就完成了二维工程图的创建，通过必要的手工修改工作即可输出可用于电缆生产的二维工程图。

图7 电缆装配组件

图8 记录舱检查仪线扎图

4 结论

针对传统电子设备线缆设计的缺陷，提出了将三维布线技术应用到电缆设计中来的方法，着重介绍了UG/Wiring模块的功能、特点以及具体的布线流程，并以某型号记录舱检查仪为实例说明的UG/Wiring的使用方法，通过三维布线软件进行设计，使得电子设备的电缆组件的设计工作效率得到明显的提高、资源合理配制得到明显的优化、设计合理性及质量等方面都有显著的提高。同时利用三维线缆设计模块可以为电子设备的质量之心、干涉检查、甚至电磁兼容等方面的分析提供支持，从而设计出性能更加优异的电缆组件，并有助于推进电子设备的小型化和模块化进程［5］。同时，降低了研发费用，改变了传统线扎制作的滞后性的缺点。

［1］ 米西来,刘鹏.Pro/E三维线缆布线及生产应用［J］.船舶电子工程，2009（3）：184-185.

［2］ 刘小虎,吴兆华,吴银锋,等.UG/Wiring在通信整机三维布线中的应用研究［J］.沿海企业与科技，2005（7）：121-122.

［3］ 张红,魏建,张黎.整机三维立体布线设计［J］.电子工艺技术，2007（9）：291-292.

［4］ 杨宗亮,吴赵华.基于UG的标准接插件库系统开发研究［J］.机械设计与制造，2008（1）：77-78.

［5］ 袁国强,王美娥,张述新,等.基于Pro/ENGINEER的电子设备自动布线技术应用研究［J］.航天控制，2009（2）：80-81.