阅读说明：本技术 一种在限定二维空间内的线束树状结构布线方法 (Wiring method of wiring harness tree-shaped structure in limited two-dimensional space ) 是由 余厚云 张辉 王梦斐 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种在限定二维空间内的线束树状结构布线方法,以树状结构从设计原理图中快速准确地读取线束拓扑关系,并结合电缆导线表提供的导线规格及数量信息,在限定的二维平面范围内自动完成布线,从而实现线束布线图的快速自动生成,有效提高了线束制造效率和自动化程度,有效解决了目前线束布线图主要由工艺人员手工绘制,费时费力且规范性差,维护和修改难度大等缺点。(The invention discloses a wiring method of a wiring harness tree structure in a limited two-dimensional space, which is characterized in that a tree structure is used for quickly and accurately reading the topological relation of wiring harnesses from a design schematic diagram, and wiring is automatically completed in a limited two-dimensional plane range by combining with the specification and quantity information of wires provided by a cable wire meter, so that the quick automatic generation of the wiring harness diagram is realized, the manufacturing efficiency and the automation degree of the wiring harnesses are effectively improved, and the defects that the conventional wiring harness diagram is mainly drawn by a craft worker manually, time and labor are wasted, the standardization is poor, the maintenance and modification difficulty is high and the like are effectively overcome.)

一种在限定二维空间内的线束树状结构布线方法

技术领域

本发明属于线束制造领域，涉及一种在限定二维空间内的线束树状结构布线方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展，在航空航天、汽车及船舶制造等领域的机载(或车载、船载)电气设备越来越多，“电网”也越来越复杂。遍布其间的各种线束则成为贯穿全机各部位电气系统和电子设备的桥梁与纽带，关联起各部分之间的通讯，形成一个复杂的集成网络。因此，全机线束被形象地比喻为“中枢神经和血液循环系统”，由此可见，线束对于飞机、汽车或船舶等的功能和安全性具有重要意义。

绘制布线图是线束制造过程中必不可少的工序，传统布线方法是由工艺员根据设计要求手工完成，制图不规范，不便于统一管理，并且一旦出错或有新的设计修改都需要重新绘制布线图，在对复杂线束的处理方面效率极为低下。随着现代工业对产品智能制造能力的要求越来越高，传统手工布线已无法满足生产进度安排和数字化管理需要，因此急需开发一种自动化快速布线技术。

发明内容

为解决工艺员手工绘制布线图存在的效率低、标准不统一等缺点，本发明提供一种在限定二维空间内的线束树状结构布线方法，提高了线束布线效率和布线图绘制的一致性，使布线结果更加合理、空间利用率更高，并能够实现线束数据的数字化管理。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种在限定二维空间内的线束树状结构布线方法，包括以下步骤：

步骤1，导入线束原理图，从线束原理图中读取节点名称及各线束段的长度信息，获取线束树状结构拓扑关系；

步骤2，按线束原理图中从左到右的次序对所有根节点进行排序，并从每个根节点出发，计算该根节点到它的所有末节点的分支长度，最后根据分支长度对各线束段进行排序；

步骤3，根据电缆导线表提供的导线规格及数量，计算各线束段的最小包络直径；

步骤4，遍历线束原理图中的所有根节点，依次连接这些根节点形成主干线，并将主干线布于二维布线板平面内宽度方向的中央位置；

步骤5，从第一根节点开始，根据各线束段序号及其最小包络直径，对主干线和每个根节点的分支进行布线，相邻两个根节点的分支分别布于主干线的两侧。

进一步地，步骤1的各级节点的定义及其命名规则如下：

(1)将线束原理图中只存在唯一分支的节点定义为末节点，末节点一律按线束原理图中所标记的端子名来命名；

(2)找出线束原理图中处于最左侧的末节点，并将与之相连的另一端的节点命名为第一根节点A，然后遍历与第一根节点A相连的除末节点外的其它所有节点，从中选取分支最多的那个节点作为第二根节点B，以此类推，逐一确定所有根节点C、D、E、…，直至最后一个根节点满足除了前一个根节点外的其它所有相连节点均为末节点为止；

(3)线束原理图中其它子节点按等级在根节点名称的基础上进行命名。例如根节点A的一级子节点依次命名为AA、AB、AC等，根节点A通过一级子节点AA生成的二级子节点依次命名为AAA、AAB、AAC等。以此类推，直至到达末节点为止。

进一步地，步骤1的线束树状结构拓扑关系的获取步骤如下：

步骤1.1)从第一根节点开始，判断当前根节点是否存在未被检索的子节点，若不存在则直接转到下一个根节点；

步骤1.2)若当前根节点存在未被检索的子节点，则检索到该子节点并继续向下按树状结构遍历它的所有下一级子节点直至末节点；

步骤1.3)重复步骤1.1)至步骤1.2)，直至最后一个根节点结束。

更进一步地，步骤1.2)的按树状结构遍历下一级子节点的步骤如下：

步骤1.2.1)判断当前子节点是否存在未被检索的下一级子节点；

步骤1.2.2)若当前子节点不存在未被检索的下一级子节点，则返回上一级子节点；

步骤1.2.3)若当前子节点存在未被检索的下一级子节点，则检索该子节点；

步骤1.2.4)重复步骤1.2.1)至步骤1.2.3)，直至遍历当前根节点的所有子节点结束。

进一步地，步骤2的线束段排序的详聚义步骤如下：

步骤2.1)从任一根节点出发，统计该根节点到它的所有末节点的分支；

步骤2.2)根据线束原理图中提供的线束段长度计算各分支长度；

步骤2.3)按照分支长度由大到小的顺序，首先排列最长分支的线束段，自根节点向下依次设置各线束段序号为1、2、...、m；

步骤2.4)接下来排列次长分支，已经编号的线束段保留原序号不变，未编号的依次设置序号为m+1、m+2、...、n；

步骤2.5)以此类推，直至完成当前根节点所有线束段的排序。

进一步地，步骤3的各线束段的最小包络直径的计算步骤如下：

步骤3.1)根据电缆导线表提供的端子间连接关系，确定各末节点之间的连接路径；

步骤3.2)统计该路径所经过的所有线束段的导线规格及数量，然后按表1中的公式计算各线束段的最小包络直径。表1中，N为线束段包含的导线数量，Max为线束段中导线的最大直径。

表1线束段最小包络直径计算公式

进一步地，步骤5的各线束段布线的具体步骤如下：

步骤5.1)根据二维布线板的规格尺寸确定线束布线范围，并初始化二维布线板平面坐标系；

步骤5.2)将第一根节点设置在布线板平面左侧的中央位置，然后根据各根节点间线束段的直径及长度，向另一侧依次确定其它各根节点位置，从而完成主干线的布线；

步骤5.3)从第一根节点开始，根据二维布线板平面的边界宽度以及已布好的其它分支位置，确定当前根节点其分支的可布线区域，并设置好布线角(布线方向与主干线延伸方向的夹角)；

步骤5.4)按照步骤2排列的线束段序号，选择未布线的线束中长度最长的分支进行布线；

步骤5.5)重复步骤5.3)至步骤5.4)，直到完成当前根节点所有分支的布线；

步骤5.6)转入下一个根节点，重复步骤5.3)至步骤5.5)，相邻两个根节点的分支布置在主干线的两侧，直到完成所有根节点分支的布线。

更进一步地，步骤5.4)中的任一分支的具体布线方法如下：

步骤5.4.1)以当前根节点(StartX,StartY)作为起始点，按照排列好的线束段序号开始布线；

步骤5.4.2)将布线角设置为θ，假设当前所布的线束段长度为Length，则按如下公式(2)计算线束段的末端节点坐标(EndX,EndY)，并判断其是否超出可布线区域；

EndX＝StartX+Length·cosθ

EndY＝StartY+Length·sinθ (2)

步骤5.4.3)如果该节点未超出可布线区域，则完成当前线束段布线，否则将超出部分沿着可布线区域的上边界向OX轴正向弯折，使整个线束段处于可布线区域内；

步骤5.4.4)以当前节点作为新的起始点，重复步骤5.4.2)至步骤5.4.3)，直至完成当前分支上所有线束段的布线为止。

有益效果：

1.本发明将线束拓扑关系转化为树状结构数据，清晰地表达了线束原理图的连接关系，为线束数据管理、维护和使用提供了极大便利。

2.本发明在将图形文件与表格数据相结合的基础上，实现线束设计原理图的1:1放样，替代了传统的人工操作，提高了线束制造效率和准确性，同时线束布线过程数字化也方便了后期的设计更改和保存。

3.本发明可根据二维布线平面的尺度范围自动生成布线路径，绘制出满足实际现场要求的线束布线图，并且对于不同空间大小的布线车间具有良好的兼容性。

附图说明

图1是本发明线束原理图；

图2是本发明对线束原理图中的各级节点进行命名以后的结果图；

图3是本发明根节点C的线束树状结构拓扑关系图；

图4是本发明线束布线图；

图5是本发明自动布线算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是导入本布线系统的线束原理图，线束原理图中标记了端子名，如10XP、11XP等。同时，线束原理图中还提供了各线束段的长度信息，如L(A-10XP)＝200(单位：mm)等。

图2是对线束原理图中的各级节点进行命名以后的结果，具体命名方式如下：

(1)命名末节点：将线束原理图中只存在唯一分支的节点定义为末节点，末节点一律按线束原理图中标记的端子名来命名，如10XP、11XP等。

(2)命名根节点：找出线束原理图中处于最左侧的末节点10XP，并将与之相连的另一端的节点命名为第一根节点A。遍历与第一根节点A相连的除末节点外的其它所有节点，从中选取分支数最多的那个节点作为第二根节点B。以此类推，逐一确定所有根节点，直至最后一个根节点D满足除了前一个根节点C外的其它所有子节点均为末节点为止。

(3)命名子节点：完成根节点命名后，最后命名其余子节点。其中，根节点A、B、D的子节点全部为末节点，无需重新命名。根节点C存在包含多级子节点的分支，将该分支上C的下一级子节点命名为CA。进一步地，子节点CA又有下一级子节点CAA。

图3是以图2中的根节点C为例建立的线束树状结构拓扑关系，具体步骤如下：

(1)判断根节点C是否存在子节点，若不存在则直接转到下一个根节点D，若存在则进入下一步；

(2)检索到根节点C的任意一个子节点，例如16XP。由于子节点16XP是末节点，它不存在下一级子节点，因此返回根节点C；

(3)继续检索到根节点C的任意一个新的子节点，例如CA。子节点CA存在下一级子节点；

(4)检索到CA的任意一个子节点，例如15XP。由于子节点15XP是末节点，它不存在下一级子节点，因此返回CA；

(5)继续检索到CA的任意一个新的子节点，例如CAA。子节点CAA存在下一级子节点；

(6)检索到CAA的任意一个子节点，例如13XP。由于子节点13XP是末节点，它不存在下一级子节点，因此返回CAA；

(7)继续检索到CAA的任意一个新的子节点，例如14XP。由于子节点14XP是末节点，它不存在下一级子节点，因此返回CAA；

(8)由于CAA不存在新的下一级子节点，因此继续向上返回CA；

(9)由于CA也不存在新的下一级子节点，因此继续向上返回根节点C；

(10)继续检索到根节点C的任意一个新的子节点，例如17XP。由于子节点17XP是末节点，它不存在下一级子节点，因此返回根节点C；

(11)由于根节点C不存在新的下一级子节点，因此转到下一个根节点D。

根据图3建立的线束结构拓扑关系，并结合图1和图2中包含的各线束段长度信息，以根节点C为例对其各分支上的线束段进行排序，具体步骤如下：

(1)从根节点C出发，统计C到它的所有末节点的分支，例如C到末节点13XP的分支为C→13XP(C-CA-CAA-13XP)；

(2)根据线束段长度计算各分支长度，例如从根节点C到末节点13XP的分支长度L(C→13XP)为：

L(C→13XP)＝L(C-CA)+L(CA-CAA)+L(CAA-13XP)

＝700+200+500

＝1400

根节点C的各分支长度计算结果如下表2所示。

表2根节点C的分支长度

根节点	末节点	分支长度(mm)
			C	13XP	1400
C	14XP	1450
			C	15XP	2700
C	16XP	400
			C	17XP	500

(3)按照分支长度顺序，对每条分支所经过的线束段进行排序，具体步骤如下：

(a)首先排列长度最长的分支C→15XP(C-CA-15XP)，分别设置线束段C-CA的序号为1，线束段CA-15XP的序号为2；

(b)然后排列次长分支C→14XP(C-CA-CAA-14XP)，其中线束段C-CA已经编号1，只需依次设置线束段CA-CAA的序号为3，线束段CAA-14XP的序号为4；

(c)以此类推，根节点C的所有分支所经过的线束段排序结果如下表3所示。

表3根节点C的线束段及其排序

表4是图1所示的线束原理图所对应的电缆导线表的一部分，根据表中提供的导线规格和导线数量可计算出各线束段的直径。

表4部分电缆导线表

以根节点C的线束段为例，具体步骤如下：

(1)根据电缆导线表提供的端子间的连接关系，确定经过根节点C的各条分支的路径；

(2)统计这些路径上属于根节点C的各线束段的导线数量及规格，然后按下表1中的公式计算各线束段的最小包络直径。表1中，N为线束段包含的导线数量，Max为线束段中导线的最大直径。

表1线束段最小包络直径计算公式

例如以线束段C-CA为例，具体子步骤如下：

(a)来向端子10XP至去向端子13XP间的路径为10XP-A-B-C-CA-CAA-13XP，经过线束段C-CA。该路径上的导线W00001规格为φ1.27，因此在导线规格为φ1.27的那一列加1；

(b)以此类推，直至统计完所有经过线束段C-CA的各种规格导线数量，如下表5所示；

(c)根据上表1中的公式，导线数量N＝43+8+18+3＝72，导线最大直径Max＝5mm，因此线束段C-CA的直径为：

(3)按照步骤(2)的方法可以进一步计算出根节点C的其它各线段束的直径，计算结果如下表6所示。

表6根节点C的各线束段直径

最后，对图1所示的线束原理图进行自动布线如图5所示，其结果如图4所示，具体步骤如下：

(1)初始化二维布线板平面坐标系

二维布线板为长方形，宽度固定为1600mm，长度可根据所需布线长度进行拼接延伸。平面坐标系的原点O设置在布线板靠近左侧的中央位置，OX轴正向与布线板长度向右延伸的方向一致，OY轴正向垂直于OX轴向上。

(2)布置主干线

将第一根节点A设置在布线板平面的原点处，A的坐标为(0，0)。读取到线束A-B的长度为3800，第二根节点B设置于坐标(3800，0)处。以此类推，依次得到第三根节点C和第四根节点D的坐标分别为(4600，0)和(6100，0)。

(3)布置根节点A的分支

(a)将A的分支布置在主干线上方，取平面内X>0，0<Y<750的区域作为可布线区域，布线角(布线方向与OX轴正方向的夹角)的初始值设置为160°；

(b)按照排列好的线束段序号，首先布最长分支A→11XP。根据公式(2)计算出末节点11XP的坐标为(－282，103)，超出了可布线区域的范围。接下来以20°为间隔逐渐减小布线角，直到布线角调整至80°时，11XP的坐标为(52，295)，处于可布线区域范围内；

(c)在分支A→11XP的基础上减小布线角至60°，布另一分支A→10XP。根据公式(2)计算出末节点10XP的坐标为(100，173)，处于可布线区域范围内，无需调整。

(4)布置根节点B的分支

(a)根据布线规则，B的分支布置在主干线下方。取二维平面内X>0，－750<Y<0的区域作为可布线区域，布线角的初始值设置为160°；

(b)根节点B只有一条分支B→12XP，根据公式(2)计算出末节点12XP的坐标为(3300，－171)，处于可布线区域范围内，无需调整。

(5)布置根节点C的分支

(a)根据布线规则，C的分支布置在主干线上方。由于同侧最靠近的末节点10XP的坐标为(100，173)，为了避免与已布线分支发生干涉，取二维平面内X>100，0<Y<750的区域作为根节点C其分支的可布线区域，布线角的初始值设置为160°；

(b)按照排列好的线束段序号，首先布线束段C-CA。根据公式(1)计算出子节点CA的坐标为(3942，239)，处于可布线区域范围内，无需调整；

(c)接下来，布线束段CA-15XP。保持之前的布线角不变，根据公式(2)计算出末节点15XP的坐标为(2063，924)，超出了可布线区域的范围。将超出部分沿着布线区域的上边界向OX轴正向弯折，弯折点坐标为(2539，750)，弯折后重新计算出末节点15XP的坐标为(3047，750)；

(d)根据表6，线束段CA-15XP的直径为47.42。因此重新调整可布线区域，在弯折点的基础上沿OX轴正向平移100，沿OY轴负向平移50，即取二维平面内X>2639，0<Y<700的区域作为新的可布线区域；

(e)接下来布线束段CA-CAA，减小布线角至140°。根据公式(2)计算出子节点CAA的坐标为(3789，368)，处于可布线区域范围内，无需调整；

(f)保持布线角不变，继续布线束段CAA-14XP。根据公式(2)计算出14XP的坐标为(3369，723)，处于可布线区域范围内，无需调整；

(g)接下来布线束段CAA-13XP，减小布线角至120°。根据公式(2)计算出13XP的坐标为(3540，802)，超出了可布线区域的范围。将超出部分沿着布线区域的上边界向OX轴正向弯折，弯折点坐标为(3601，700)，弯折后重新计算出末节点13XP的坐标为(3719，700)；

(h)以此类推，继续按序号依次完成线束段C-17XP、C-16XP的布线。

(6)布置根节点D的分支

根据布线规则，根节点D的分支布置在主干线下方，布线过程与上述步骤相似。

以上只是对本发明的优选实施方式进行了描述。对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上实施方式可以很容易地联想到其它的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述实施方式，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员在本发明技术的方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本发明的保护范围之内。