碩士學(xué)位論文 （專業(yè)學(xué)位） 同等學(xué)力碩士博士（打印時刪除） 衛(wèi)星三維自動布線技術(shù)研究 姓 名： 學(xué) 號： 所在院系： 軟件學(xué)院 職業(yè)類型： 專業(yè)領(lǐng)域： 軟件工程 指導(dǎo)教師： 副 指導(dǎo)教師 ： 二 一 四 年 三 月 A in 2014 衛(wèi)星 三維自動布線技術(shù)研究 同濟大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動。 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 同濟大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 同濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 摘要 I 摘要 傳統(tǒng)的以 進(jìn)行電氣設(shè)計的方式已不能滿足衛(wèi)星電氣設(shè)計日益增長的需求。由于三維設(shè)計較二維設(shè)計顯著的優(yōu)越性，使得衛(wèi)星進(jìn)行三維布線設(shè)計成為必然趨勢 。 是業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的三維設(shè)計軟件，現(xiàn)已形成使用 既有功能進(jìn)行自動布線的技術(shù)，但由于軟件對設(shè)計師熟練程序要求較高，存在大量重復(fù)性操作，且由于其內(nèi)在機制，并不能快速響應(yīng)電連接信息的設(shè)計變更。因此有必要根據(jù)衛(wèi)星三維布線的實際，制定出適合自身的衛(wèi)星三維自動布線設(shè)計流程，并在 既有模塊的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行二次開發(fā)，形成衛(wèi)星專用的“三維電纜網(wǎng)快速設(shè)計系統(tǒng)”。具體工作如下： 1) 總結(jié)以往衛(wèi)星電氣設(shè)計的經(jīng)驗和不足，提出符合衛(wèi)星三維自動布線設(shè)計的技術(shù)流程； 2) 實現(xiàn)電纜接線圖的自動創(chuàng)建，極大地減少手工繪制 接線圖的工作量； 3) 實現(xiàn)不同與 網(wǎng)絡(luò)路徑的創(chuàng)建機制，使之更符合工程實際，三維布線效率得到極大提高； 4) 實現(xiàn)電纜束模型可單獨打開，解決 線設(shè)計電纜束模型不能打開的問題； 5) 實現(xiàn)分支圖的快速創(chuàng)建與調(diào)整，設(shè)計效率得到明顯提高。 關(guān)鍵詞 ：衛(wèi)星三維布線，二次開發(fā)， 線圖，分支圖I of to of of of an is of D in s it a of to it to of it is to of to of s is in to D to as 1) of of 2) is of 3) in to it in is 4) be be 5) be is 碩士學(xué)位論文 目錄 I 目錄 第一章 引言 . 1 術(shù)的發(fā)展 . 1 維和三維 術(shù)比較 . 1 術(shù)與制造業(yè) . 2 第二章 課題背景與理論基礎(chǔ) . 3 題背景 . 3 天器系統(tǒng)集成和總體電路設(shè)計簡介 . 3 維布線軟件調(diào)研 . 4 軟件及其三維布線功能調(diào)研 . 4 星三維布線設(shè)計軟件應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研 . 6 課題的提出 . 6 題的研究內(nèi)容及方法 . 7 論基礎(chǔ) . 8 統(tǒng)的定義、分類和基本屬性 . 8 +面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 . 10 次開發(fā)技術(shù) . 11 第三章 需求分析與方案設(shè)計 . 15 求分析 . 15 案設(shè)計 . 16 系結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 16 塊設(shè)計 . 17 第四 章 衛(wèi)星三維自動布線系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 . 19 星自動布線流程設(shè)計 . 19 星三維布線設(shè)計流程可行性分析 . 20 同濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 目錄 自動布線流程設(shè)計 . 21 線模塊功能分析 . 21 自動布線流程設(shè)計 . 22 維自動布線規(guī)范制定 . 24 第五章 關(guān)鍵技術(shù)研究和功能實現(xiàn) . 25 計方法研究與功能實現(xiàn) . 25 征創(chuàng)建技術(shù)研究與程序設(shè)計 . 25 維參數(shù)化程序設(shè)計簡介 . 27 特征創(chuàng)建技術(shù)研究及程序設(shè)計 . 28 口數(shù)據(jù)讀取轉(zhuǎn)化技術(shù)研究與功能實現(xiàn) . 29 口數(shù)據(jù)格式設(shè)計 . 30 線數(shù)據(jù)表讀取與轉(zhuǎn)化 . 30 件與 據(jù)相互轉(zhuǎn)換 . 31 束模型自動創(chuàng)建技術(shù)研究與功能實現(xiàn) . 33 絡(luò)路徑布置 . 33 動最短路徑計算 . 34 短路徑調(diào)整 . 35 束模型更新技術(shù)研究與功能實現(xiàn) . 36 線束模型校核的需求分析 . 36 線束模型更新的需求分析 . 36 維模型的坐標(biāo)系統(tǒng)研究 . 36 束模型單獨打開技術(shù)研究與功能實現(xiàn) . 38 束模型可單獨打開的意義 . 38 束模型單獨打開的實現(xiàn) . 38 支圖創(chuàng)建技術(shù)研究與功能實現(xiàn) . 38 線圖創(chuàng)建技術(shù)研究與功能實現(xiàn) . 39 第六章 衛(wèi)星三維布線系統(tǒng)實際應(yīng)用 . 40 同濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 目錄 纜接線圖 . 40 線圖創(chuàng)建 . 40 線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 . 42 纜敷設(shè) . 42 型設(shè)置 . 43 絡(luò)路徑布置 . 43 纜束創(chuàng)建 . 44 束信息 . 44 纜分支圖 . 45 支數(shù)學(xué)模型 . 45 支圖 . 46 第七章 結(jié)論與 展望 . 48 論 . 48 一步工作的方向 . 48 第一章 引言 1 第 一 章 引言 術(shù)的發(fā)展 計算機輔助設(shè)計，利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品的設(shè)計與分析，達(dá)到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自 1950 年計算機輔助設(shè)計技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于機械、電子、建 筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計效率飛速地提高?，F(xiàn)已將計算機輔助制造技術(shù)（ 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（ 計算機集成制造系統(tǒng)（ 于一體。 產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計工作決定著產(chǎn)品 75%的成本。目前， 統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計算和圖形處理功能的統(tǒng)發(fā)展成為結(jié)合人工智能技術(shù)的智能 統(tǒng)（ 21 世紀(jì)， 術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。 以智能 代表的現(xiàn)代 設(shè)計技術(shù)、智能活動是由設(shè)計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計的過程，采用單一知識領(lǐng)域的符號推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術(shù)結(jié)合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計過程。借助計算機的支持，設(shè)計效率有了大大地提高。 維和三維 術(shù)比較 隨著 礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，對 統(tǒng)的功能要求也越來越高。設(shè)計人員不再僅僅滿足于借助 統(tǒng)來達(dá)到“甩圖版”的目的，而是希望 統(tǒng)能從本質(zhì)上減輕大量簡單繁 瑣的工作量，使他們能集中精力于那些富有創(chuàng)造性的高層次思維活動。由于三維 統(tǒng)具有可視化程度高、形象直觀、設(shè)計效率高，以及能為企業(yè)數(shù)字化的各類應(yīng)用環(huán)節(jié)提供完整的設(shè)計、工藝和制造信息等優(yōu)勢，目前正在逐步取代傳統(tǒng)的純二維 統(tǒng)。 以二維形式表達(dá)的工程圖是工程技術(shù)人員反映其設(shè)計思想的語言，工程圖中還包含著一些行業(yè)約定和簡化；同時，由于它通過選擇最合理的投影面、剖切位置和剖切方式來表達(dá)零件的幾何和加工信息，因而具有簡單、完整和準(zhǔn)確等特點。同濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 衛(wèi)星三維自動布線技術(shù)研究 2 這種以投影原理為基礎(chǔ)的工程圖能夠表達(dá)的零件的復(fù)雜性幾乎是無限的，人類近二 百年來的實踐充分證明了工程圖表征零件的合理性。此外，也由于經(jīng)濟實力、技術(shù)水平和工作習(xí)慣等方面的原因，二維圖紙不會在短期內(nèi)全部消亡。 對二維 統(tǒng)和三維 統(tǒng)進(jìn)行分析比較，得出如下觀點： (1)三維統(tǒng)的核心是產(chǎn)品的三維模型。它所表達(dá)的幾何體信息越來越完整和準(zhǔn)確，能解決“設(shè)計”的范圍越來越廣。產(chǎn)品的三維模型可以直接通過投影生成二維工程圖；三維 統(tǒng)的模型包含了更多的實際結(jié)構(gòu)特征，通過賦予零部件一定的物理屬性，就可以進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和各種物性計算，并為后續(xù)設(shè)計制造模塊(如數(shù)控加工等 )應(yīng)用，使用戶 在采用三維 型工具進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就能反映實際產(chǎn)品的構(gòu)造或加工制造過程，成為實現(xiàn) 成的基礎(chǔ)。 (2)三維 統(tǒng)具有更高級的造型工具，能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，支持產(chǎn)品的裝配設(shè)計，實現(xiàn)“自頂向底”和“自底向頂”等設(shè)計方法；三維 統(tǒng)采用的三維特征和參數(shù)化功能還可以更加準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計者的設(shè)計意圖，使設(shè)計過程更加符合設(shè)計者的設(shè)計習(xí)慣和思維方式。 (3)三維造型系統(tǒng)能方便地與 統(tǒng)集成，支持結(jié)構(gòu)分析的前后處理和設(shè)計仿真等復(fù)雜設(shè)計過程，方便地與工藝和輔助制造系統(tǒng) 集成，能提供數(shù)控加工所需的信息，如 碼，實現(xiàn) 集成。 (4)三維 統(tǒng)價格相對較貴；需要巨大的信息存儲空間，對硬件的要求較高；對用戶的知識和操作技巧要求較高，掌握起來比較困難?？梢姡S 統(tǒng)有其自身巨大的優(yōu)越性，隨著計算機軟硬件系統(tǒng)的發(fā)展，性能價格比的不斷提高，這種優(yōu)越性會越來越明顯 1。 術(shù)與制造業(yè) 術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，使制造業(yè)發(fā)生了全面、根本性的變革，使傳統(tǒng)的制造業(yè)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，在全球范圍內(nèi)受到普遍關(guān)注和重視。同時，在全球數(shù) 字化的時代背景下，我國制造業(yè)逐步運用 術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)字化形式的開發(fā)，先從二維的方式進(jìn)行“甩圖板”工程，目前更是以三維的方式進(jìn)入數(shù)字化虛擬樣機開發(fā)階段，可以說數(shù)字化的設(shè)計推動著產(chǎn)品開發(fā)的升級。第二章 課題背景與理論基礎(chǔ) 3 第 二 章 課題背景與理論基礎(chǔ) 題背景 天器系統(tǒng) 集成 和總體電路設(shè)計簡介 系統(tǒng)的集成是把各個分系統(tǒng)綜合在一起，形成具有預(yù)定功能要求的整體。系統(tǒng)的集成是以分解為前提，沒有分解就沒有集成。系統(tǒng)分解一般只分解到分系統(tǒng)級，但是系統(tǒng)集成則要從設(shè)備級開始。圖 2示分解 集成的程序圖。 設(shè) 備子 系 統(tǒng)分 系 統(tǒng)系 統(tǒng)系統(tǒng)分解下級分解系統(tǒng)集成下級集成圖 2析 要使航天器集成一個具有預(yù)定功能要求的整體，總體設(shè)計者需要完成下列幾項系統(tǒng)集成設(shè)計任務(wù)：總裝設(shè)計、總體電路設(shè)計、綜合測試設(shè)計和環(huán)境試驗設(shè)計。 總裝設(shè)計的任務(wù)是，從機械方面按照總體布局的要求，把各個分系統(tǒng)的儀器設(shè)備安裝到結(jié)構(gòu)上，把推進(jìn)分系統(tǒng)的管路連通完好，使各個分系統(tǒng)可靠地連接成一個整體，并使航天器整體滿足質(zhì)量特性、各種力學(xué)環(huán)境、安裝精度和檢漏等要求。 總體電路設(shè)計的任務(wù)是從電氣方面按照總體布局的要求，把各個分系統(tǒng)的儀器設(shè)備連通起來，使各個分 系統(tǒng)的儀器設(shè)備之間的各種信息和電能等可靠地傳輸，并使航天器整體滿足電磁兼容性和安全性的要求。 航天器總體電路包括供配電、接地、火工品管理和電纜連接幾部分。衛(wèi)星三維自動布線實現(xiàn)總體電路設(shè)計中的電纜布局設(shè)計。航天器上內(nèi)部干擾是通過接口電纜引入的，因此電纜的布局設(shè)計對衛(wèi)星 分重要。電磁兼容性（ 濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 衛(wèi)星三維自動布線技術(shù)研究 4 是指一個電系統(tǒng)或設(shè)備在規(guī)定的電磁環(huán)境中，既不影響環(huán)境中其它系統(tǒng)或設(shè)備的正常工作又能耐受環(huán)境中外來電磁的干擾，而能按照原定的設(shè)計要求正常工作的能力。電纜布局的設(shè)計應(yīng)使串?dāng)_和干擾耦合盡量小，盡可能減小信號和干擾及電磁環(huán)境對電纜的影響。電纜布設(shè)的有效性與電纜長度、屏蔽效率，直線方向及線束間的間距有關(guān)。 維布線軟件調(diào)研 系統(tǒng)整體的數(shù)字化開發(fā)離不開電氣系統(tǒng)的數(shù)字化。國內(nèi)外學(xué)者與工程師從20 世紀(jì) 80 年代開始，開始利用 術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)對線纜束數(shù)字化設(shè)計和規(guī)劃進(jìn)行研究。在 提出了將虛擬環(huán)境與線纜布線相結(jié)合的思想以后，在前人工作的基礎(chǔ)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(jìn)行仿真模擬，取得了較好的效果。 也從動力學(xué)的角度，開發(fā)了一套在虛擬環(huán) 境下的實時線纜裝配布線系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過頭盔顯示器以及三維鼠標(biāo)等設(shè)備與系統(tǒng)交互，并對虛擬環(huán)境下進(jìn)行線纜布線的效率進(jìn)行了檢驗，實現(xiàn)了線纜靜態(tài)干涉檢測。但只能驗證線纜布局設(shè)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(shù)進(jìn)行更深一步的研究。 目前商業(yè)化的 3D 設(shè)計軟件主要還是以 軟件為主導(dǎo)，而且這些軟件都基本提供了電氣設(shè)計模塊，電氣布線設(shè)計軟件的選擇主要根據(jù)之前采用三維的機械設(shè)計軟件，這樣方便三維模型的導(dǎo)入和進(jìn)行線束的三維布置，有些軟件也支持其他原理圖構(gòu)建的邏輯圖，只是需要 轉(zhuǎn)換格式，而且這方面運用也不是很成熟，一般還是沿著機械設(shè)計選用的軟件，再使用其中的原理圖模塊與布線模塊 2。 軟件及其三維布線 功能調(diào)研 件是美國參數(shù)技術(shù)公司（ 下的 體化的三維軟件。 件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， 為當(dāng)今世界機械域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣 ， 是現(xiàn)今主流的件之一 ，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。 第二章 課題背景與理論基 礎(chǔ) 5 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。其主要特性包括： 1) 參數(shù)化設(shè)計 相對于產(chǎn)品而言，我們 可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 2) 基于特征建模 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，用戶可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 3) 單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的 統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單 一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變， 控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 僅擁有設(shè)計原理圖的 塊，還有構(gòu)建線纜模型的 維布線模塊，利用 三維布線技術(shù)，可在 配組件中定義三維的電纜線束，并且三維布線可與電氣及機械元件的設(shè)計與裝配同步進(jìn)行。 塊可以生成完整的數(shù)字化模型，支持手工布線和自動布線。自動布線需要運用 原理接線圖，設(shè)計清晰的線束和接插件的邏輯關(guān)系，這樣雖然前期設(shè)計工作比較費時，但是完整精確的邏輯關(guān)系圖可以極大糾正線束連接出現(xiàn)的錯誤，而且在 義好的接插件 模型名屬性與境中的模型名對應(yīng)之后，系統(tǒng)將自動布線自動匹配它們的邏輯關(guān)系，同時通過自動布線創(chuàng)建的 規(guī)定線纜的共同路徑。 能類似于線束的公共路徑，系統(tǒng)在自動布線時會自動沿著這個路徑，以最短的距離將相應(yīng)的元器件連接。如果自動的路徑不能滿足要求，也可以人工指定。 計過程中先定義 徑，然后再進(jìn)行線束布線，可以快速而準(zhǔn)確地進(jìn)行線束的三維幾何布線，使得后期布線更加方便。手動布線與自動布線各有優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)線束數(shù)字化設(shè)計的具體情況選 擇布線方式。 同濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 衛(wèi)星三維自動布線技術(shù)研究 6 星三維布線設(shè)計軟件應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研 傳統(tǒng)的電氣設(shè)計往往采用 行原理圖繪制， 為業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的 計軟件，雖然應(yīng)用廣泛，但其為通用的 件，并沒有提供電氣設(shè)計的專用模塊，用其繪制的符號和元件等并不具有電氣屬性，對于進(jìn)行電總體的設(shè)計工作來說并不專業(yè)。且用 制的原理圖與三維模型本身并無關(guān)聯(lián)性，而在具體的設(shè)計過程中，會經(jīng)常進(jìn)行設(shè)計變更，相關(guān)繪圖的修改工作量大，且效率低下，容易產(chǎn)生低級的設(shè)計錯漏。用 制的原理圖無法輸出電路邏輯信息，不 能直接用于三維布線。 軟件自帶的電氣設(shè)計模塊和其標(biāo)準(zhǔn)模塊密切銜接，故沿用機械設(shè)計所選用的軟件，使用 的電氣模塊進(jìn)行衛(wèi)星電纜設(shè)計。但若僅使用 軟件本身的功能，無法滿足其設(shè)計需求，原因在于： 1）由于 軟件內(nèi)部機制，其三維布線模塊設(shè)計的線纜模型無法單獨打開，造成電纜后續(xù)再利用的困難，包括單根電纜工程圖等線纜工程化目標(biāo)無法順利實現(xiàn)； 2） 軟件的實體布線包括連接器端口定義、線纜定義、線束定義、連接電纜等操作，這些操作大部分為簡單重復(fù)性操作，操作工作量非常大，效率低下，這也是三 維布線無法開展的主要原因； 3）現(xiàn)有的 軟件電纜模塊處理參考變化操作復(fù)雜，修復(fù)過程中要求設(shè)計師非常熟悉軟件并了解原有電纜的布線過程，設(shè)計師處理需要修復(fù)的電纜大多采用刪除后重新布置的方式，非常不利于設(shè)計； 4）電纜出圖主要問題包括：大量依靠手工操作，工作量巨大；設(shè)計效率低，容易發(fā)生低級的設(shè)計錯漏；設(shè)計調(diào)整后變更響應(yīng)緩慢，很多需要重新處理。 課題的提出 傳統(tǒng)的以 行電氣設(shè)計的方式已經(jīng)不能滿足衛(wèi)星對電氣設(shè)計日益增長的需求，且 三維設(shè)計的種種優(yōu)勢和三維可以直接向二維 進(jìn)行轉(zhuǎn) 化并全相關(guān)等原因，使得三維設(shè)計取代二維設(shè)計成為必然的趨勢；再者，在當(dāng)前衛(wèi)星三維布線設(shè)計過程中尚存的 諸多問題，已經(jīng)影響了設(shè)計工作的開展。因此，為了實現(xiàn)高效的衛(wèi)星三維布線設(shè)計，有必要在 現(xiàn)有的三維 件 （ ） 基礎(chǔ)上進(jìn)行衛(wèi)星三維自動布線技術(shù)研究，并在 軟件工具的 既有功能基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)專用的“衛(wèi)星電纜網(wǎng)快速設(shè)計系統(tǒng)”。 為了實現(xiàn)高效的三維布線和設(shè)計變更的快速響應(yīng)，使 衛(wèi)星總體電路 設(shè)計師將更多的精力投入到電氣設(shè)計 本身，實現(xiàn)數(shù)字模裝替代實物模裝，并最終實現(xiàn)衛(wèi)星全三維設(shè)計。作者 在總結(jié)以往大量設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ) 上，打破使用 既有功能第二章 課題背景與理論基 礎(chǔ) 7 進(jìn)行自動布線設(shè)計的流程和限制，規(guī)劃出適合衛(wèi)星三維自動布線設(shè)計的工作流程，并在 塊的既有功能的基礎(chǔ)上，借助其提供的二次開發(fā)接口發(fā)出適合衛(wèi)星三維布線設(shè)計的“衛(wèi)星三維電纜網(wǎng)快速設(shè)計系統(tǒng)”。既擺脫了 電氣設(shè)計對設(shè)計師操作熟練程度的要求和設(shè)計過程的約束，又對 的既有功能進(jìn)行有效提煉與整合，并實現(xiàn)了與 徑完全不同的全新高效的網(wǎng)絡(luò)路徑布置與路徑解算，解決了 電纜模型只能附著于其所在的 裝配單元而不能單獨打開的問題。整個三維布線過程始于接線數(shù)據(jù)表輸入，止于接線圖的生成、電纜束模型的生成與電纜分支圖的生成，打通衛(wèi)星電氣設(shè)計的整個流程，實現(xiàn)了高效的衛(wèi)星三維自動布線設(shè)計。 題的研究內(nèi)容及方法 本課題的主要內(nèi)容包括： 1) 系統(tǒng)總體分析與設(shè)計 結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗，分析以往設(shè)計中存在的不足和缺陷，設(shè)計出高效合理的衛(wèi)星三維自動布線流程，并針對衛(wèi)星大模型簡化設(shè)計的原則與要求，提出了相關(guān)電纜束輕量化設(shè)計規(guī)范。 2) 電纜接線圖 根據(jù) 單中電子設(shè)備的端口信息及電子設(shè)備間的電連接信息，快速 創(chuàng)建與調(diào)整電纜接線圖，并將接線數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)化為三維布線可用的布線數(shù)據(jù)源。 3) 電纜敷設(shè) 以布線數(shù)據(jù)源為電氣設(shè)計輸入，三維電纜設(shè)計實現(xiàn)電子設(shè)備、獨立電連接器和電纜支架的快速布置與調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)路徑布置，最短路徑自動計算，電纜束模型快束創(chuàng)建，電纜路徑交互調(diào)整，插頭模型自動裝配以及電纜束中各類信息查詢和報表等。 4) 電纜分支圖 在已創(chuàng)建的電纜束模型的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電纜分支二維圖的快速創(chuàng)建，各分支的自動展開與快速調(diào)整，分支長度及插頭等信息的快速標(biāo)注與更新等。 5) 以 008 為開發(fā)工具， C+為開發(fā)語言，利用 次開發(fā)接口，在 塊的基礎(chǔ)上對相關(guān)功能進(jìn)行開發(fā)，實現(xiàn)符合衛(wèi)星三維自動布線設(shè)計實際的“衛(wèi)星三維電纜網(wǎng)快速設(shè)計系統(tǒng)”， 實現(xiàn)電纜接線圖的快速創(chuàng)建、調(diào)整和校核。 并能進(jìn)行自動最短路徑、線束自動創(chuàng)建以及快速響應(yīng)電連接信息的變更等。在生成的三維電纜模型的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電纜分支圖及電連接信息的快速創(chuàng)建、標(biāo)注和調(diào)整。 同濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 衛(wèi)星三維自動布線技術(shù)研究 8 論基礎(chǔ) 統(tǒng)的定義、分類和基本屬性 統(tǒng)的定義 根據(jù)現(xiàn)代系統(tǒng)學(xué)者的研究，系統(tǒng)可定 義為相互聯(lián)系、相互依賴，相互制約，相互作用的若干要素組成，在一定的環(huán)境約束下，具有特定整體性質(zhì)或功能的集合體。由系統(tǒng)定義，可以概括出幾個含義 4： 系統(tǒng)是由兩個以上要素組成的整體； 要素之間是相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約、相互作用的； 系統(tǒng)是有層次的，如系統(tǒng)是一個層次，系統(tǒng)下各要素是下一個層次（可稱為分系統(tǒng)），系統(tǒng)外各種環(huán)境是上一個層次（可稱為大系統(tǒng)）； 與系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的外面部分稱為“環(huán)境”，系統(tǒng)是在環(huán)境約束下發(fā)揮其功能的； 系統(tǒng)具有整體性質(zhì)或功能，這是在一定環(huán)境約束下產(chǎn)生的。 統(tǒng)的分類 1) 按系統(tǒng)形成的原因劃分 按系統(tǒng)形成的原因可分為自然系統(tǒng)和人工系統(tǒng)。 人工系統(tǒng)是由人類按一定目的組建和研制而成的系統(tǒng)。 2) 按系統(tǒng)要素形態(tài)劃分 按系統(tǒng)要素形態(tài)可分為實體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)。 實體系統(tǒng)是以實體而存在的系統(tǒng)。絕大多數(shù)系統(tǒng)都是實體系統(tǒng)。概念系統(tǒng)是抽象的非實體系統(tǒng)，如概念、原理、方法、制度、程序等概念系統(tǒng)。 無論是概念系統(tǒng)還是實體系統(tǒng)，都是具有特定整體性質(zhì)或功能的。 3) 按系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系劃分 按系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系可分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)。 開放系統(tǒng)與外界環(huán)境有物質(zhì)、能量、信息等的交換。封閉系統(tǒng)與外 界環(huán)境沒有關(guān)系。封閉系統(tǒng)是相對而言的，沒有絕對的封閉系統(tǒng)。所以，絕大多數(shù)系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)。 4) 按系統(tǒng)構(gòu)成劃分 按系統(tǒng)構(gòu)成可分為簡單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)。 第二章 課題背景與理論基 礎(chǔ) 9 組成分系統(tǒng)較少，而分系統(tǒng)構(gòu)成又較為簡單的系統(tǒng)為簡單系統(tǒng)；相反，組成較為復(fù)雜的系統(tǒng)為復(fù)雜系統(tǒng)。 簡單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)也是相對而言的。復(fù)雜系統(tǒng)不等于是龐大系統(tǒng)。 5) 按系統(tǒng)與時間的依賴關(guān)系劃分 按系統(tǒng)與時間的依賴關(guān)系可分為動態(tài)和靜態(tài)系統(tǒng)。 根據(jù)系統(tǒng)特性的一些因素是隨時間變化來劃分，可以分為動態(tài)系統(tǒng)或靜態(tài)系統(tǒng)。靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)也是相對而言的。實際上，絕對的靜態(tài)系 統(tǒng)也是沒有的。 6) 按系統(tǒng)的規(guī)模劃分 按系統(tǒng)的規(guī)?？煞譃榇?、中、小型系統(tǒng)。大、中、小型系統(tǒng)也是相對而言的。 統(tǒng)的基本特性 系統(tǒng)的基本特性有集合性、層次性、相關(guān)性、目的性、動態(tài)性和適應(yīng)性。這一基本特征可統(tǒng)稱為系統(tǒng)性。 1) 集合性 系統(tǒng)是由相互區(qū)別的各要素的集合，而且各要素都服從實現(xiàn)整體最優(yōu)目標(biāo)的需要。這里各要素的集合有三層含義，第一層含義是各要素有機地集合在一起，而不是機械地、雜亂地相加；第二層含義是各要素之間相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約、相互作用；第三層含義是系統(tǒng)的各要素都服從實現(xiàn)整體 最優(yōu)目標(biāo)的需要。 2) 層次性 一個整體系統(tǒng)是由下一層次的若干分系統(tǒng)（或要素）組成，該一層次的分系統(tǒng)又由下一層次的若干子系統(tǒng)（元素）組成。系統(tǒng)、分系統(tǒng)、子系統(tǒng)之間有縱、橫之間的上下關(guān)系、平行關(guān)系和交叉關(guān)系。 3) 相關(guān)性 系統(tǒng)各元素之間是相互關(guān)聯(lián)、相互作用的。即系統(tǒng)的各元素不僅都為完成某種任務(wù)而起作用，而且任一元素變化也都會影響其它元素完成任務(wù)。 4) 目的性 對人工形成的整個系統(tǒng)而言，都是以完成某種功能作用為目的，即有確定的目標(biāo)。 5) 動態(tài)性 系統(tǒng)不僅作為狀態(tài)而存在，而且具有時間性程序，即系統(tǒng)元素間的聯(lián) 系是隨時間變化的。如果是絕對靜態(tài)系統(tǒng)就沒有這種特征。 6) 適應(yīng)性 適應(yīng)性是指系統(tǒng)具有適應(yīng)外界環(huán)境變化的能力。所謂環(huán)境，是指系統(tǒng)的外部同濟大學(xué) 碩士學(xué)位論文 衛(wèi)星三維自動布線技術(shù)研究 10 條件，也就是外部對系統(tǒng)有影響、有作用的諸因素的集合。在一個大系統(tǒng)中，對于某一個特定的系統(tǒng)來說，其它系統(tǒng)也是它的環(huán)境。 +面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 序設(shè)計是基于事件（消息）驅(qū)動的，最常見的是單擊鼠標(biāo)時產(chǎn)生的鼠標(biāo)單擊事件。 用程序運行時都會打開一個窗口，并隨時檢測有無消息產(chǎn)生，軟件開發(fā)人員的工作就是對產(chǎn)生的各種消息進(jìn)行處理。由于消息的產(chǎn)生是不 可預(yù)測的，因此 序設(shè)計是一種順序的消息驅(qū)動的程序設(shè)計方法。由于 C+采用的是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，而 行了合理的分類封裝，使得開發(fā)人員可以從 庫派生自己的類，使 8。因此有必要使用 來開發(fā)基于 應(yīng)用程序。 類是 C+最重要的特征。 C+語言的早期版本被命名為“帶類的 C（ C ，以強調(diào)類機制的中心作用。隨著語言的演變，創(chuàng)建類的配套支持也不不斷增加。語言設(shè)計的主要目標(biāo)已變成提 供這樣一些特征：允許程序員定義自己的類型，它們用起來與內(nèi)置類型一樣容易和直觀。 C+具有以下重要特性： 1) 類與對象及類的封裝性 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是對類（ 設(shè)計，而不是對對象（ 設(shè)計。對象是類的一個實例（ 類把數(shù)據(jù)和函數(shù)封裝在一起，數(shù)據(jù)表示類的屬性，函數(shù)表示類的行為。類提供的關(guān)鍵字 于聲明類中哪些數(shù)據(jù)和函數(shù)是私有的、受保護(hù)的或是公有的，這樣類就能夠僅公開讓外界知道的內(nèi)容，而隱藏其它不想讓外界知道的內(nèi)容，這就是類的封裝性。 封裝是一項將低層次的元素組合起來形成新的、高層次實體的技術(shù)。函數(shù)是封裝的一種形式：函數(shù)所執(zhí)行的細(xì)節(jié)行為被封裝在函數(shù)本身這個更大的實體中。被封裝的元素隱藏了它們的實現(xiàn)細(xì)節(jié) 可以調(diào)用一個函數(shù)但不能訪問它所執(zhí)行的語句。同樣地，類也是一個封裝的實體：它代表若干成員的聚集，大多數(shù)（良好設(shè)計的類）類型隱藏了實現(xiàn)該類型的成員 9。 2) 類的繼承性 類的繼承性是指從一個已有的類（基類）派生一個新類（派生類），派生類可以繼承基類的部分或全部數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)，再增加新的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。類的派生性提高了程序代碼的重用性， 軟基礎(chǔ)類庫）提供了一整套用于 用程序開發(fā)的類，這無疑大大減輕了程序開發(fā)的工作量。 通過繼承能夠定義這樣的類，它們對類型之間的關(guān)系建模，共享公共的東西，第二章 課題背景與理論基 礎(chǔ) 11 僅僅特化本質(zhì)上不同的東西。派生類（ 夠繼承基類（ 義的成員，派生類可以無須改變而使用那些與派生類具體特性不相關(guān)的操