综合布线技术在列车电气柜线束设计中的应用研究「综合布线方案设计」

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综合布线技术是运用三维布线软件，结合实际安装经验，对实际安装物体上用于两个或多个端点之间传输 电能的电线、器件或其组合进行布线设计的一门先进技术。目前，综合布线技术已经在飞机电气线路互连系统中得到应用，机车电气柜中涉及的接线关系数量极大， 将飞机领域的设计理念与轨道交通上机车车辆布线等 规范、经验相结合，应用于机车电气柜中，形成一套专用的设计、装配方法。

1 综合布线软件

综合布线技术，目前在 CATIA、SOLIDWORKS、 INVENTOR、PROE、UG 等综合设计软件上均有应用。本文是以 CATIA 的电气设计模块为例，说明其在线束 设计中的应用。

CATIA 的电气设计模块主要由Electrical Part Design、Electrical Assembly Design、Electrical Harness Assembly， Electrical Wire Routing、Electrical Harness Flattening。在 CATIA 中进行机车电气柜进行布线设计， 主要需要确定的是主线束的走向，走向是由连接器、尾 部附件、卡箍、扎带等节点组成。

2 综合布线流程

综合布线的设计流程如图 1 所示。

图 1 综合布线设计流程

图 2 元器件电气属性点设置

（1）空间预置数模设计阶段。首先，目前电气工程师和结构工程师在实际项目中基本上是根据自己的经验在独立完成自己项目，完成二者的前期融合是很有必 要的。当电气工程师拿到比较合理的结构图纸后，要对 电气柜柜内跟柜外线的交界处等细节进行设计；其次， 通过参数化设计建立的标准化零部件库是必需的。企业 筹划并建立常用的连接器、端子、导线等库，调用并不 断的充实库中元器件的参数和数量。CATIA 电气模块中， 电气属性有 Connector（连接器）、Support（支撑）等。如图 2 所示是建立带有电气属性点的连接器等元器件。

（2）综合线束数模设计阶段。首先，电磁兼容性 （EMC）是指电气控制设备在电磁环境中正常工作的能 力。机车常用线缆分为以下三种：第一种 A 类是高电压 或大功率的电缆，即供电电缆，比如电动机电缆、辅助 设备供电电缆、内燃机起机电缆等；第二种 B 类是中电 压或中功率电缆，即辅助供电电缆，比如蓄电池线路；第三种 C 类是低电压或低功率电缆，即信号发送器线路、 数据总线线路等等。

对不同种类电缆之间应留有间距或用绝缘隔板。电缆与电缆束之间所要求的距离理论上取决于功率、频率、 井行敷设的长度以及辐射抗扰度。空气中敷设的不同种 类的电缆，其最小间距 [3] 应按如表 1 所示选取。

表 1 不同 EMC 电缆间的最小间距

其次，根据已经发布的电气原理图、结构初步数模等信息，采用 CATIA 线束的专用设计模块，进行线束 主通道的几何线束的数模设计。

（3）3D 线束安装设计阶段。首先，综合线束设计完成后，生成和电气柜真实安装细节相一致的几何线束 数模，包括所有分叉、松弛度、弯曲半径等细节；其次， 生成完整的与电气走线节点结构接口数模，包括结构开 孔、接地位置、建议的安装支架数模等，如图 3 所示。

图 3 综合线束数模设计及结构开孔

（4）3D 线束组件设计阶段。首先，线束组件设计主要包括 2D 线束组件图、导线表、物料清单，如图 4、 图 5 所示。

图 4 2D 线束示意图（其一）

图 5 部分导线图

其次，实际线束的生产在结合 2D 线束图、导线表 做成线束，并完成线束的安装，如图 6 所示，同时将实 际生产过程中遇到的问题反馈到综合布线中，并形成生 产经验库。虽然该技术存在一定的误差，但是还是显著提高了设计和生产的效率。

图 6 实际总装图

3 线束组件设计的初步研究

虽然引用了 3D 布线设计，但是 CATIA 的自动化程度还不是很高，效率低 , 存在以下问题：（1）在进行较 大数量和线束较大弯扭线束自动布线的时候，CATIA 会 经常大量报错；（2）难以在二维图上显示布线路径。

本文提出两种解决方案。方案一：目前市场上主要的综合线缆设计软件，主要有 CHS 和 See Electrical PLM 两种。这两种软件均是国外开发的软件，比较适合于大型飞机，船舶、整车等领域，可以利用该软件的线束设计模块，将在 CATIA 布线的信息提取到该模块中， 进行分析后，将信息导出到 CATIA 中获得具体的线束 的详细信息。方案二：可以在 CATIA 已有的功能上进行一些总结，将 CATIA 报错信息做成信息库，以便后续分析处理，比如将线束的弯曲半径调节在合适的范围以便 CATIA 能够顺利地进行自动布线。同时，可以将 CATIA 的三维布线图展平投影后进行分析总结，利用路径搜索算法 [4] 合并接线表中导线通道总长度，并记录路径信息，提高工作效率。

4 结束语

本文通过对综合布线技术在机车线束中的应用研究，并介绍了两种处理线束设计方法。可以发现，即使综合布线技术已经很发达，在实际布线过程中，仍然存在一些不能在综合布线中体现的因素，比如线缆只是对弯曲半径进行体现、电缆（或汇流排）的截面积与布线 应考虑预计在机车车辆上的特殊应力、所用材料与布线 方法如何防止拉伸或摩擦。因此，在实际工作中综合布线是一个将设计理念跟实际工作经验相互结合、相互提 升的过程。