汪文斌 劉海明 景莉莉 王京京 董少華

2019年航天科技集團有限公司裝配工藝技術中心交流會專欄

通信衛(wèi)星高頻電纜數字化設計與總裝的可視化驗證

汪文斌 劉海明 景莉莉 王京京 董少華

（中國空間技術研究院西安分院，西安 710100）

分析了通信衛(wèi)星傳統(tǒng)的高頻電纜數字化研制模式，并提出了一種基于PRO/E的全新高頻電纜數字化研制和總裝的可視化驗證模式。在此模式下，設計、工藝、總裝的各環(huán)節(jié)實現了無縫銜接，設計效率和準確率極大提高，工藝過程記錄便捷、可追溯性強，總裝可視化驗證簡潔直觀，大大提高了國內通信衛(wèi)星高頻電纜數字化設計與總裝可視化驗證水平。

通信衛(wèi)星；高頻電纜；數字化研制；數字化總裝

1 引言

隨著我國航天事業(yè)快速發(fā)展，航天器高頻電纜數字化研制進步飛快，傳統(tǒng)的二維CAD軟件高頻電纜設計已經逐漸被PRO/E、CATIA等三維軟件設計取代，解決了傳統(tǒng)高頻電纜研制模式效率低、無法模擬真實形狀、長度不準確的問題[1]。即便如此，依然存在高頻電纜設計效率低、連接關系易出錯、精細化設計費時費力、復合復審效率低、總裝的可視化驗證差等問題。本文結合設計、工藝、總裝的現狀，通過PRO/E二次開發(fā)提出了一種高頻電纜數字化設計與總裝的可視化驗證方式，旨在解決當前存在的問題。

2 傳統(tǒng)設計方式和總裝面臨的問題

傳統(tǒng)通信衛(wèi)星高頻電纜研制整個過程中電原理設計、三維模型設計、工藝設計、總裝可視化驗證等環(huán)節(jié)無法很好的銜接，高頻電纜設計中存在著節(jié)點關系錯誤的情況，高頻電纜工藝設計時存在指導性不強，高頻電纜可視化模型存在不直觀、查看效率低的情況。針對以上問題從設計、工藝、總裝驗證三個方面進行論述。

2.1 傳統(tǒng)高頻電纜數字化設計中存在的問題

a. 高頻電纜數字化設計過程中，電設計師在繪制原理框圖過程中，采用CAD、Visio等工具，繪制、修改等工作效率較低，并且無法自動生成結構化數據的高頻接點關系表，下一環(huán)節(jié)的高頻電纜三維設計采用的高頻電纜節(jié)點關系表與原理框圖無關聯(lián)性，系人工手動創(chuàng)建錄入，低效且存在錯誤風險，如圖1所示。

圖1 電原理框圖示意圖

b. 高頻電纜三維數字化設計中設備之間連接采用手動創(chuàng)建，三維設計過程中需要在龐大的通信衛(wèi)星艙體中查找單機接口，電纜走向需要較多人工干預，雖能實現三維數字化設計，但效率較低，且存在人為帶入錯誤的風險，如圖2所示。

圖2 高頻電纜三維數字化設計示意圖

c. 高頻電纜三維數字化模型中接插件等信息無法全部反映，三維數字化電纜不能夠模擬真實走向和裝配，訂購電纜長度余量偏大，因而增加了系統(tǒng)損耗[2]。

2.2 傳統(tǒng)高頻電纜數字化工藝存在的問題

a. 高頻電纜支架定位無法快速查找

圖3 通信衛(wèi)星艙板高頻電纜支架編號示意圖

衛(wèi)星艙板上高頻電纜支架采用人工編號，人工編號無法與衛(wèi)星三維數字化模型中高頻電纜支架關聯(lián)，高頻電纜總裝過程中無法做到人工編號、三維模型、高頻電纜實物的快速一一匹配，大大降低了高頻電纜總裝的效率，增加了因電纜敷設路徑與設計路徑偏離導致返工安裝的風險，如圖3所示。

b. 高頻電纜總裝記錄與數字化模型無聯(lián)動

雖然高頻電纜總裝時先查看數字化三維模型，再進行總裝敷設，但電纜總裝記錄均通過人工錄入紙質工藝或總裝記錄系統(tǒng)中，數字化三維模型、電纜實物、電纜記錄三者之間無直接關聯(lián)，存在總裝記錄漏、缺、錯等人為引入的風險。

c. 高頻電纜總裝操作指導性不強

雖然在高頻電纜敷設總裝環(huán)節(jié)中，總裝操作人員可以通過查看高頻電纜三維數字化模型進行總裝，但PRO/E軟件操作繁瑣，模型查看效率低。

2.3 傳統(tǒng)高頻電纜數字化總裝驗證存在的問題

a. 高頻電纜數字化模型可視化驗證不直觀

高頻電纜總裝過程中，操作人員無法從高頻電纜數字化模型中匹配高頻電纜的端口信息，故數字化總裝驗證不充分。

b. 高頻電纜數字化模型可用性不強

采用PRO/E基礎模塊設計的三維高頻電纜數字化模型無法拆分成單根的高頻電纜模型，總裝操作人員只能查看高頻電纜主束模型進行指導性總裝，數字化總裝驗證效果不理想。

3 高頻電纜數字化研制和總裝可視化驗證的實現

針對目前高頻電纜數字化研制和總裝可視化驗證存在的不足，重新對高頻電纜整個研制業(yè)務過程進行了梳理和分析，如圖4、圖5所示。

圖4 通信衛(wèi)星高頻電纜設計流程

圖5 通信衛(wèi)星高頻電纜數字化總裝驗證流程

根據梳理的新的高頻電纜數字化研制業(yè)務流程和實現流程，提出了以下幾個方面的解決方案。

3.1 高頻電纜數字化原理圖與節(jié)點關系的交互解決

對于高頻電纜電原理框圖，從傳統(tǒng)的CAD、Visio等工具模式進行轉變，基于PRO/E底層開發(fā)一種更加便于繪制、調整，并可導出結構化數據節(jié)點關系表的電原理框圖軟件，實現高頻電纜電原理框圖與節(jié)點關系表直接交互，避免了人為參與導致的數據錯誤，如圖6所示。

圖6 基于PRO/E的高頻電纜原理框圖示意圖

3.2 高頻電纜數字化設計要求與三維設計的關聯(lián)

為了解決高頻電纜設計要求與最終數字化三維設計的快速關聯(lián)與切換，需要通過開發(fā)一種機制，使電原理框圖導出的結構化節(jié)點關系表以及高頻電纜線徑、線材密度、電纜顏色、連接器等參數信息直接驅動PRO/E三維數字化設計軟件，使高頻電纜能夠真實反映電纜線徑、密度、顏色信息[3]，如圖7所示。

圖7 設計信息對于PRO/E三維數字化設計軟件的驅動

3.3 高頻電纜數字化設計的快速實現

a. 傳統(tǒng)的高頻電纜數字化設計時，通過人工提前設置電纜通道以及電纜敷設路徑，費時費力，且后期調整周期長，無法適應艙內儀器設備布局頻繁迭代引起的電纜設計迭代變化。提出一種新的電纜通道及路徑規(guī)劃模式，通過程序對分布于衛(wèi)星艙板上的高頻電纜支架進行智能計算，自動解析生成基于高頻電纜支架的電纜通道路徑，并可對不需要的路徑提前篩選、快速刪除。通過智能通道路徑的設置，可以將通道路徑規(guī)劃效率提升數倍。如圖8所示。

圖8 高頻電纜網絡的快速生成

b. 傳統(tǒng)的高頻電纜數字化模型設計時，電纜的三維模型走向設計通常手動產生，無法分批量或一次性全部生成，查看特定編號電纜模型時必須在模型樹進行查看，查看效率及效果達不到理想狀態(tài)。提出一種利用表單和電原理圖直接驅動的全新電纜生成模式，實現了高頻電纜三維模型生成與電原理圖無縫對接，避免帶入人為錯誤。同時可實現電纜分批或全部一次性生成，可在預設操作窗口進行電纜的分批生成、快速搜索、選定查看、電纜狀態(tài)提示、電纜長度修正、電性能預算等。如圖9所示。

圖9 高頻電纜模型的快速生成

c. 提出一種采用軟件智能批量裝配接插件的思路，以此來解決高頻電纜三維數字化模型接插件無法在模型中反映和手工裝配低效、易錯等問題。具體思路為在高頻電纜走向設計之前，設計師根據衛(wèi)星艙體內設備布局信息對選用的接插件進行預先判斷和選定，并通過數據表單驅動軟件，快速自動對接插件進行批量裝配，達到在三維模型中真實模擬接插件的目的，實現高頻電纜精細化設計目標，最終達到從軟件提取準確電纜長度信息進行生產制造的目的，如圖10、圖11所示。

圖10 高頻電纜連接器的快速裝配

圖11 高頻電纜連接器的快速裝配結果

3.4 高頻電纜數字化設計與總裝工藝的交互

為了解決衛(wèi)星艙內高頻電纜數量多，人工編號效率低下，后期總裝匹配性差的問題，提出一種利用智能化程序進行自動編號的模式。根據高頻電纜支架所在艙板和支架高度進行組合，自動對高頻電纜支架模型進行編號（如11號艙板，100高支架，編號為40的高頻電纜支架編號則規(guī)定為“11-100-40”），并且在支架所在位置附近自動草繪支架編號，并可在查看窗口實現對高頻電纜支架進行編號搜索、模型加亮等操作。這種模式依靠軟件自動實現高頻支架按規(guī)則批量自動編號和自動匹配高頻支架編號、支架艙板位置，可實現艙板支架的自動搜尋匹配和按編號目視匹配2種方式的同時實現。如圖12、圖13所示。

圖12 高頻電纜支架自動編號、搜尋、標識示意

圖13 高頻電纜數字化模型掃碼加亮示意

3.5 設計的總裝驗證

a. 為解決高頻電纜總裝過程中電纜數字化模型與電纜實物的快速匹配問題，提出了一種利用輔助設備進行強制電纜走向、電纜端口匹配的思路。具體為總裝前在電纜實物上粘貼經過特定規(guī)則轉換的條形碼標識，條形碼標識與電纜工藝文件中的節(jié)點關系對應，利用條碼識別輔助系統(tǒng)（掃碼槍、PAD、數字可視化系統(tǒng)）在電纜掃描時對電纜端口進行強制識別和匹配，并自動通過數字可視化系統(tǒng)對相應編號的高頻電纜三維模型進行端口加亮，實現總裝前對高頻電纜實物和高頻電纜數字化模型的總裝驗證，如圖14、圖15所示。

圖14 高頻電纜端口條形碼標記

圖15 通信衛(wèi)星總裝現場高頻電纜掃碼匹配應用

b. 為擺脫PRO/E基礎模塊設計的三維高頻電纜數字化模型無法對單根高頻電纜進行拆分的現狀，利用PRO/TOOLKIT開發(fā)出一種在高頻電纜三維設計時就能自動生成單根電纜實體的快捷工具，配合條碼化掃描實現單根高頻電纜的查看和加亮，掃除高頻電纜總裝過程中可視化模型可用性不強的障礙，大大提高了通信衛(wèi)星高頻電纜可視化模型總裝驗證能力，如圖16、圖17所示。

圖16 單根高頻電纜數字化模型樹

圖17 單根高頻電纜可視化實體模型查看示意

4 結束語

針對目前高頻電纜數字化研制與總裝可視化驗證特點和面臨的問題，提出了一種基于PRO/E軟件的多模塊交互設計與驗證方式，并以此思路開發(fā)了相應的軟件，在某系列衛(wèi)星高頻電纜研制過程中進行了應用驗證，提高了設計的效率，保證了設計質量，提高了總裝可視化驗證效率，形成了從設計、工藝、總裝驗證、總裝記錄全流程協(xié)同的高頻電纜數字化研制新模式。由于此模式應用效果良好，后續(xù)可在更多航天器型號高頻電纜數字化研制中進行推廣。

1 刁常堃，劉剛，侯向陽，等. 基于Pro/e軟件的電纜三維設計及制造方法[J]. 信息技術，2013，4(2)：48～52

2 趙佳琪. 基于CREO的虛擬裝配路徑規(guī)劃技術研究[J]. 航天制造技術，2016(1)：63～67

3 徐偉玲. 航天電子產品的整機裝聯(lián)布線[J]. 航天器返回與遙感，2003(4)：55～57

Digital Design and Visual Verification of Radio-frequency Cable Assembly in Communication Satellite

Wang Wenbin Liu Haiming Jing Lili Wang Jingjing Dong Shaohua

(Xi’an Branch of China Academy of Space Technology, Xi’an 710100)

This thesis analyzes the traditional digital development mode of radio-frequency cable of communication satellite, and proposes a new visual verification mode of digital development and assembly of radio-frequency cable based on PRO/E. In this mode, the links of design, process and final assembly are well connected, design efficiency and accuracy are greatly improved, and the process record is convenient and traceable, visual verification of final assembly is more convenient and intuitive, and greatly improve the level of digital design and final assembly visualization verification of radio-frequency cable of communication satellite.

communication satellite；radio-frequency cable；digital development；digital assembly

汪文斌（1980），工程師，機械設計專業(yè)；研究方向：衛(wèi)星的結構布局設計。

2019-12-13