船舶電氣設(shè)計(jì)中電纜設(shè)計(jì)的研究

鄒智曦，姚 剛

（舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，浙江舟山 316131）

0 引言

船舶電氣設(shè)計(jì)的核心就是電纜的設(shè)計(jì)，就像人體內(nèi)的血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)功能器官，為人類傳輸能量以及提供控制反饋信號(hào)一樣，在一艘現(xiàn)代大型船舶中，電纜將船舶上配置的設(shè)備相互連接起來，使每個(gè)設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)船舶的整體運(yùn)營及性能起到不可替代的作用，船舶科技含量越高，電纜設(shè)計(jì)的重要性越明顯。電纜的設(shè)計(jì)方法，隨著科技的發(fā)展，經(jīng)過了長期的演化。從使用藍(lán)圖比例尺的手動(dòng)繪圖開始，到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用時(shí)期利用AutoCAD等平面設(shè)計(jì)軟件直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行相關(guān)的電纜設(shè)計(jì)，隨著三維建模軟件的日益成熟，電纜的設(shè)計(jì)現(xiàn)在已逐步形成一個(gè)新的模式?；谠谌S模型里建立的設(shè)備、節(jié)點(diǎn)，及其相互之間的連接關(guān)系，形成一個(gè)完整的電纜路徑。初級(jí)的三維電纜設(shè)計(jì)是先在三維模型里建立設(shè)備模型，然后建立三維路徑構(gòu)想圖，設(shè)計(jì)人員在布置某根電纜時(shí)，選擇該電纜，在構(gòu)想圖中點(diǎn)取相關(guān)的節(jié)點(diǎn)，完成電纜的布置。再進(jìn)一步可以使用算法自動(dòng)生成所有電纜路徑，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率。在任何電纜設(shè)計(jì)模式下，由于船舶電氣設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)過程中會(huì)受到諸多外部或內(nèi)部影響，設(shè)計(jì)中后期經(jīng)常需要重新調(diào)整電纜設(shè)計(jì)，前期設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度越高，后期調(diào)整時(shí)的質(zhì)量控制難度就越大。如何控制后期調(diào)整過程中的電纜設(shè)計(jì)質(zhì)量也就成為需要研究的重要課題。

1 電纜設(shè)計(jì)的基本概述

在任何行業(yè)，想將一個(gè)系統(tǒng)工程做好，達(dá)到預(yù)期結(jié)果，過程控制都不可或缺，船舶電氣的電纜設(shè)計(jì)[1]也一樣。在任何設(shè)計(jì)模式下，電纜的設(shè)計(jì)結(jié)果最終都通過EXCEL表格來體現(xiàn)，使用EXCEL表格雖然有投入人員少、速度快、操控性強(qiáng)及修改便捷等優(yōu)點(diǎn)，但也存在很多不足之處[2]。

在所有輸入信息一成不變的情況下按部就班地設(shè)計(jì)相對(duì)容易，對(duì)于正常設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常遇到的電纜編號(hào)重復(fù)、手工填寫電纜外徑、整理電纜長度、統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)容量等問題，在很多相關(guān)的研究中都有解決方案，但如何在不斷修改的情況下還保證電纜設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性卻很難做到。

電纜設(shè)計(jì)的主要基礎(chǔ)元素是設(shè)備、節(jié)點(diǎn)和電纜，這三個(gè)元素中自帶很多信息，任何一個(gè)信息的變化都會(huì)引起電纜冊(cè)的變化，所以，要想做好電纜設(shè)計(jì)的過程控制，必須研究清楚電纜設(shè)計(jì)的主要問題點(diǎn)及其解決辦法。

側(cè)重對(duì)電纜冊(cè)中的幾個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析，詳細(xì)介紹電纜冊(cè)的主要構(gòu)成和影響電纜冊(cè)的重要因素，并對(duì)其中一些信息變化之后如何保證電纜冊(cè)的準(zhǔn)確性進(jìn)行進(jìn)一步闡述。

2 電纜冊(cè)的主要構(gòu)成

不同的船廠編制電纜冊(cè)時(shí)，由于不同的設(shè)計(jì)習(xí)慣和施工慣例，其中包含的內(nèi)容不盡相同，但有部分主要信息是所有電纜冊(cè)中必須包含的，例如，電纜代號(hào)、電纜型號(hào)規(guī)格、起始設(shè)備描述、起始設(shè)備區(qū)域、終止設(shè)備描述、終止設(shè)備區(qū)域、電纜路徑和電纜總長。

典型的EXCEL表格電纜冊(cè)主要信息如表1所示。

表1 典型EXCEL電纜冊(cè)主要信息

在電纜冊(cè)信息中，對(duì)于電纜代號(hào)、電纜型號(hào)規(guī)格、起始設(shè)備、終止設(shè)備的信息，可以通過對(duì)基于AutoCAD的詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行屬性化處理，將詳細(xì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，核查并最終消除錯(cuò)誤，保證所有電纜基本信息一致[3-4]。但對(duì)于電纜路徑和總長的核查，還需要另辟蹊徑加以解決。

3 電纜路徑的構(gòu)成

對(duì)于了解電纜路徑的構(gòu)成，需要提到一個(gè)概念是電纜節(jié)點(diǎn)。電纜節(jié)點(diǎn)概念的提出，主要是為了解決電纜在不同設(shè)備之間形成通路時(shí)沒有可以量化的媒介的問題，生產(chǎn)設(shè)計(jì)全船主干托架和分支托架建模比例達(dá)到一定程度后，在托架上對(duì)應(yīng)建立電纜節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的設(shè)置要保證其所經(jīng)過的電纜路徑以及節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的托架容量得到準(zhǔn)確體現(xiàn)。

電纜冊(cè)設(shè)計(jì)的過程是根據(jù)主干電纜和支路的走向編制節(jié)點(diǎn)并量取每段節(jié)點(diǎn)間的長度，然后根據(jù)電纜經(jīng)過的路徑填寫所經(jīng)過的所有節(jié)點(diǎn)，加上首尾長度統(tǒng)計(jì)每一根電纜的最終長度[5]。電纜的路徑構(gòu)成一般包括：起始設(shè)備到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電纜長度，中間節(jié)點(diǎn)明細(xì)清單，終止設(shè)備到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電纜長度。

電纜設(shè)計(jì)過程中，由于各種原因，會(huì)有一些輸入信息變化，從而在不同程度上影響電纜路徑和長度。

4 影響電纜路徑和長度的因素

4.1 設(shè)備移位

當(dāng)發(fā)生設(shè)備移位時(shí)，假如設(shè)備位置有較大的變化，影響電纜路徑的，需要在設(shè)備移位結(jié)束后將設(shè)備重新掛節(jié)點(diǎn)，然后刪除原有的設(shè)備節(jié)點(diǎn)信息，重新添加設(shè)備到新節(jié)點(diǎn)的長度信息；假如設(shè)備位置變化較小，電纜路徑不需調(diào)整，設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的長度信息也需要調(diào)整，以上2種情況都會(huì)造成電纜總長度的變化。

4.2 節(jié)點(diǎn)移位

當(dāng)發(fā)生節(jié)點(diǎn)移位時(shí)，該節(jié)點(diǎn)到與之相關(guān)的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)間的長度也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而會(huì)影響電纜總長度。

4.3 節(jié)點(diǎn)修改

不論是添加節(jié)點(diǎn)還是刪除節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)到與之相關(guān)的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)間的長度都會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而會(huì)影響電纜總長度。

4.4 節(jié)點(diǎn)輸入錯(cuò)誤

當(dāng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員手動(dòng)添加節(jié)點(diǎn)到原路徑中時(shí)，可能出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)添加的插入點(diǎn)錯(cuò)誤，或者添加的節(jié)點(diǎn)編號(hào)錯(cuò)誤的情況。

4.5 電纜總長輸入錯(cuò)誤

當(dāng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了設(shè)備、節(jié)點(diǎn)相關(guān)的修改之后，最后需要對(duì)電纜總長進(jìn)行修改，但是在這個(gè)過程中由于人為因素，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)最后電纜總長忘記修改，或修改時(shí)輸入錯(cuò)誤值的情況。

5 解決方法

經(jīng)過對(duì)影響電纜路徑和長度因素的各種情況分析可以看出，最終影響電纜路徑和長度的幾個(gè)參數(shù)是：設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的長度信息，節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，節(jié)點(diǎn)間的長度信息，電纜總長信息。

怎么獲得這些信息并利用這些信息對(duì)電纜路徑和長度進(jìn)行核對(duì)？須通過對(duì)三維建模軟件AM12的深入研究，可以設(shè)法將設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系及長度，節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系及長度從AM12模型中提取出來，同時(shí)通過對(duì)EXCEL電纜冊(cè)中電纜路徑進(jìn)行拆解分析處理，這樣就能判斷出電纜路徑中是否存在錯(cuò)誤，同時(shí)按照正確的路徑重新核算一遍電纜長度。

5.1 提取設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系及長度

在利用AM12軟件進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)設(shè)備建模過程中，生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員會(huì)將每個(gè)設(shè)備電纜出線的各種可能通過連接附近的節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)出來，在進(jìn)行設(shè)備節(jié)點(diǎn)連接時(shí)，設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)信息存儲(chǔ)在AM12數(shù)據(jù)庫中，與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)這些設(shè)備節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系，設(shè)計(jì)人員根據(jù)不同設(shè)備實(shí)際情況，將設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的理論間距也填寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)的命名規(guī)則為：/EN_設(shè)備代號(hào)_節(jié)點(diǎn)代號(hào)。可以從AM12中提取這些信息，存儲(chǔ)到EXCEL表中。典型示例見表2。

表2 設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系及長度

5.2 提取節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系及長度

與設(shè)備到節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系和長度類似，節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)也有一個(gè)連接關(guān)系，在各個(gè)區(qū)域生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員完成節(jié)點(diǎn)連接之后，這些節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系都存儲(chǔ)在AM12數(shù)據(jù)庫中。與設(shè)備到節(jié)點(diǎn)連接的長度由設(shè)計(jì)人員輸入不同，節(jié)點(diǎn)之間的連接是AM12模型中實(shí)際存在的與真實(shí)路徑完全一致的連接關(guān)系，節(jié)點(diǎn)之間的間距可以直接通過三維空間內(nèi)X、Y、Z的絕對(duì)值求和獲得，通過提取每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，以及兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值，這樣就可以通過計(jì)算獲得節(jié)點(diǎn)間的距離。節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系及長度示例見表3。

5.3 路徑長度的分解

電纜路徑長度分解開來包括：起始設(shè)備到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系以及對(duì)應(yīng)的長度，每?jī)蓚€(gè)中間節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系以及對(duì)應(yīng)的長度，終止設(shè)備到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系以及對(duì)應(yīng)的長度。

利用已經(jīng)獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用VBA編寫代碼可以將每一根電纜的路徑分解并調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。過程如下：

表3 節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系及長度

在路徑的每一個(gè)環(huán)節(jié)都無誤的情況下，在計(jì)算結(jié)果處顯示OK，否則顯示ERROR的同時(shí)在對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤列顯示具體錯(cuò)誤環(huán)節(jié)，見表4。

表4 電纜路徑分解處理及報(bào)錯(cuò)

如表 4所示，在“節(jié)點(diǎn)間長度”列，顯示值“AMM5 AMM6”代表節(jié)點(diǎn)AMM5到AMM6沒有連接關(guān)系；“首設(shè)備長度”列，顯示值“/EN_ECC4_EBMT”代表設(shè)備 ECC4與節(jié)點(diǎn)EBMT沒有連接關(guān)系，“尾設(shè)備長度”列，顯示值“/EN_C11711_AAA1”代表設(shè)備 C11711與節(jié)點(diǎn)AAA1沒有連接關(guān)系。

設(shè)計(jì)人員根據(jù)提示處理完錯(cuò)誤項(xiàng)，就可以保證電纜冊(cè)在修改過程中的完全準(zhǔn)確性，避免人為遺漏修改內(nèi)容。

6 結(jié)論

對(duì)于電纜設(shè)計(jì)的過程控制，通過對(duì)AutoCAD、AM12、EXCEL軟件的充分研究，對(duì)電纜冊(cè)設(shè)計(jì)需要的各種關(guān)鍵信息進(jìn)行采集處理，有效控制電纜冊(cè)設(shè)計(jì)過程中由于外界因素影響返工修改造成的不確定錯(cuò)誤，大幅縮短了電纜設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高了工作效率和設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率。此方法已經(jīng)在多型大型船舶上應(yīng)用和實(shí)踐，取得了良好的效果。

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