隨著汽車排放法規(guī)的日益嚴格，為達到歐Ⅲ、歐Ⅳ、歐Ⅴ的排放標準，柴油機需要采用電控噴射或后處理技術等先進發(fā)動機控制技術，圖1為復雜的先進排放的柴油機電控系統的構成圖，圖2為國外某款新型柴油機外形圖，低排放的柴油機通過線束將先進的傳感器、智能執(zhí)行器與ECU之間連接起來。作為柴油機電控系統中傳輸電流與電信號的重要元器件，柴油機線束的設計質量與效率將影響整個柴油機的數字化設計與柴油機控制的可靠及信號的完整性。

　　筆者所在企業(yè)從很早之前就采用Pro/ENGINEER軟件進行柴油機整機的三維數字化設計與制造，同時運用PTC公司的Windchill系統進行發(fā)動機各種機型的管理，采用自頂向下和并行工程等先進設計理念，協同設計開發(fā)具有先進水平的國內第一臺具有自主知識產權的四氣門商用柴油機—CA6DL“奧威”柴油機，使我國汽車工業(yè)與國外先進水平的差距一下縮短了20年。在產品開發(fā)過程中，采用三維開發(fā)技術使得工程技術人員徹底甩開了圖板的束縛，構建的數字虛擬模型很好地滿足了機械零部件的開發(fā)與應用，而且構建的柴油機數字三維模型可以進行虛擬的裝配與運動仿真等消除干涉，避免了柴油機制造與裝配過程中的反復修改再設計，極大地縮短了開發(fā)周期，而且從設計的源頭降低了成本。

　　一、3D布線軟件應用與現狀

　　柴油機線束包括了導線、接插件和線束外部材料(膠帶、波紋管、三通和護套等)。圖3為柴油機線束的外形圖，復雜的材料構成以及線纜的柔性結構為柴油機線束設計與裝配規(guī)劃提升了構建數字模型的復雜度。國內外學者與工程師從20世紀80年代開始，開始利用CAD技術和虛擬現實技術對線纜束數字化設計和規(guī)劃進行研究。1992年，Caudell等提出了將虛擬環(huán)境與線纜布線相結合的思想，但礙于技術條件并沒有實現。Loock等在前人工作的基礎上提出了線纜彈簧模型，并對不同剛度的線纜在承受重力的狀態(tài)下進行仿真模擬，取得了較好的效果。Hergenrother等從動力學的角度，開發(fā)了一個虛擬環(huán)境下的實時線纜裝配布線系統，該系統通過頭盔顯示器以及三維鼠標等設備與系統交互，并對虛擬環(huán)境下進行線纜布線的效率進行了檢驗，實現了線纜靜態(tài)干涉檢測，但只能驗證線纜布局設計的可行性，并沒有對虛擬環(huán)境下的線纜布線規(guī)劃技術進行更深一步的研究，這些研究距離實際應用仍有較大差距。

　　3D數字化設計軟件的發(fā)展，使得線束的設計也進入了數字化的階段。3D線束設計軟件很多，但由于我廠已經在機械數字化設計時采用了PTC公司的Pro/ENGINEER Wildfire3.0，所以在柴油機電氣數字化設計軟件時采用Pro/ENGINEER的Cabling模塊。作為大型的計算機輔助設計工程軟件，Pro/ENGINEER軟件在汽車柴油機、工業(yè)裝備、IT設備和家用電器等行業(yè)應用廣泛。

　　Pro/ENGINEER軟件的線束設計模塊具有強大的線束設計功能，而且Pro/ENGINEER軟件的3D設計環(huán)境和2D線束工程圖生成環(huán)境是互相關聯的，在任何一個環(huán)境中所作的改變，都會體現在另一個環(huán)境中，這減少了更改機械及電訊設計時出錯的機會。Cabling可以從電原理圖和ASCⅡ文本文件中獲取電訊的接線信息，實現了與電訊數據的融合，圖4為Pro/ENGINEER軟件的線束設計工作流程圖，從邏輯圖中提取邏輯信息的能力極大地推動了線束數字化設計的自動化。

　　二、柴油機線束數字化設計

　　在設計歐Ⅲ柴油機時，由于研發(fā)時間緊以及對Pro/ENGINEER Cabling的運用還正在初始階段，所以一開始主要根據三維管道來確定柴油機線束的長度，是否與柴油機其他零部件干涉等。雖然這樣能夠模擬出線束的走向，也可以為線束的二維設計提供幫助，但是柴油機機械三維與電氣線束三維不能很好地結合，也不能實際真實反映線束的連接情況，更為重要的是，線束的設計過程中無法根據三維線束模型生成柴油機線束的二維圖樣，線束模型的更改無法在原來獨立的CAD二維圖樣中進行相應更改，給開發(fā)歐Ⅲ甚至是歐Ⅳ、歐Ⅴ發(fā)動機帶來了不便。

　　柴油機線束數字化設計時包括自動布線和手工布線，圖5為自動布線與手動布線的示意圖，手動布線無需設計Pro/Diagram原理邏輯圖，在布線時注意線束與傳感器之間的邏輯關系與名稱即可，這樣可以避免每次設置接插件的屬性，以和Pro/ENGINEER中的接插件對應。

　　自動布線需要根據Pro/Diagram設計好的邏輯關系圖，運用Pro/Diagram畫原理接線圖，設計清晰的線束和接插件的邏輯關系。這樣雖然前期設計工作比較費時，但是完整精確的邏輯關系圖可以極大地糾正線束連接出現錯誤。而且在Pro/Diagram定義好的接插件的模型名屬性與Pro/ENGINEER環(huán)境中的模型名一一對應之后，系統將根據其邏輯關系自動布線，同時通過自動布線創(chuàng)建的Network來規(guī)定線纜的共同路徑。NetWork功能類似于線束的公共路徑，系統在自動布線時會自動沿著這個路徑，以最短的距離將相應的元器件連接起來。

　　如果自動的路徑不能滿足要求，也可以人工制定。NetWork的一系列位置為自動布線的電纜定義缺省路徑，使用“網絡操作”(Network Ops)→“布線”(Route) 命令來添加位置，如同敷設電纜時一樣，其區(qū)別在于沒有與正在定義的路徑相連的電纜，而是用一條虛線表示路徑，此時網絡與活動線束中的電纜相關聯。對于指定到組件中其他線束的電纜，直到將它們所在的線束激活后，才開始進行布線。

　　Pro/Cabling設計過程中先定義NetWork路徑，然后再進行線束布線，可以快速而準確地進行柴油機線束的三維幾何布線，使得其后期的布線更加方便。手動布線與自動布線各有優(yōu)缺點，應根據柴油機線束數字化設計的具體情況選擇布線方式。

　　圖6是我廠某款歐Ⅳ柴油機采用自動布線電氣數字化設計流程圖，利用Pro/ENGINEER軟件的Pro/Diargram與Cabling模塊進行柴油機線束的數字化設計，將柴油機線束設計和繪制與現有的3D機械設計軟件完美地融合到一起，使得設計過程非常流暢，同時縮短了柴油機電氣設計的研發(fā)周期，降低了整個柴油機的設計成本。

　　通過Pro/ENGINEER軟件的電氣數字化設計技術與交互式設計，為柴油機線束的設計、制造提供了一個強有力的開發(fā)平臺，解決了柴油機電氣設計的快速布置線束的敷設問題，同時構建了合理的三維線束模型，而且直接可以生成工程圖樣，提高柴油機線束的設計質量與效率。經過歐Ⅳ柴油機項目的順利開發(fā)，柴油機電氣的數字化設計極大地提高了柴油機集成開發(fā)的質量與效率，保證了歐Ⅳ柴油機的復雜集成的電控系統的有效連接與精確控制。

　　三、結束語

　　在歐Ⅳ柴油機開發(fā)過程中，柴油機電氣數字化設計成功開發(fā)與應用的結果說明了以下幾點。

　　(1)柴油機電氣數字化設計對于歐Ⅳ柴油機電控系統的開發(fā)，極大地提高了開發(fā)效率與質量，降低了設計成本，由于Pro/ENGINEER電氣數字化設計的優(yōu)勢，已經廣泛用在了我廠其他歐Ⅳ和歐Ⅴ的柴油機的開發(fā)過程中。

　　(2)將電氣數字化設計與機械數字化設計結合在同一環(huán)境下開發(fā)歐Ⅳ柴油機，避免了數字模型不同格式轉化的繁瑣過程，進一步提升了柴油機數字化開發(fā)質量。

　　(3)柴油機電控系統的數字化設計，完整一致的模型構成也為以后進行各種計算機輔助分析與二次開發(fā)提供了一個有效的平臺。