船舶電氣設計中電纜設計的研究

鄒智曦，姚 剛

（舟山中遠海運重工有限公司，浙江舟山 316131）

0 引言

船舶電氣設計的核心就是電纜的設計，就像人體內的血管和神經網絡連接各個功能器官，為人類傳輸能量以及提供控制反饋信號一樣，在一艘現代大型船舶中，電纜將船舶上配置的設備相互連接起來，使每個設備能夠正常運轉，對船舶的整體運營及性能起到不可替代的作用，船舶科技含量越高，電纜設計的重要性越明顯。電纜的設計方法，隨著科技的發展，經過了長期的演化。從使用藍圖比例尺的手動繪圖開始，到計算機輔助設計廣泛應用時期利用AutoCAD等平面設計軟件直接在計算機上進行相關的電纜設計，隨著三維建模軟件的日益成熟，電纜的設計現在已逐步形成一個新的模式。基于在三維模型里建立的設備、節點，及其相互之間的連接關系，形成一個完整的電纜路徑。初級的三維電纜設計是先在三維模型里建立設備模型，然后建立三維路徑構想圖，設計人員在布置某根電纜時，選擇該電纜，在構想圖中點取相關的節點，完成電纜的布置。再進一步可以使用算法自動生成所有電纜路徑，進一步提高設計效率。在任何電纜設計模式下，由于船舶電氣設計周期長，設計過程中會受到諸多外部或內部影響，設計中后期經常需要重新調整電纜設計，前期設計的自動化程度越高，后期調整時的質量控制難度就越大。如何控制后期調整過程中的電纜設計質量也就成為需要研究的重要課題。

1 電纜設計的基本概述

在任何行業，想將一個系統工程做好，達到預期結果，過程控制都不可或缺，船舶電氣的電纜設計[1]也一樣。在任何設計模式下，電纜的設計結果最終都通過EXCEL表格來體現，使用EXCEL表格雖然有投入人員少、速度快、操控性強及修改便捷等優點，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計相對容易，對于正常設計時經常遇到的電纜編號重復、手工填寫電纜外徑、整理電纜長度、統計節點容量等問題，在很多相關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計的準確性卻很難做到。

電纜設計的主要基礎元素是設備、節點和電纜，這三個元素中自帶很多信息，任何一個信息的變化都會引起電纜冊的變化，所以，要想做好電纜設計的過程控制，必須研究清楚電纜設計的主要問題點及其解決辦法。

側重對電纜冊中的幾個基礎數據進行剖析，詳細介紹電纜冊的主要構成和影響電纜冊的重要因素，并對其中一些信息變化之后如何保證電纜冊的準確性進行進一步闡述。

2 電纜冊的主要構成

不同的船廠編制電纜冊時，由于不同的設計習慣和施工慣例，其中包含的內容不盡相同，但有部分主要信息是所有電纜冊中必須包含的，例如，電纜代號、電纜型號規格、起始設備描述、起始設備區域、終止設備描述、終止設備區域、電纜路徑和電纜總長。

典型的EXCEL表格電纜冊主要信息如表1所示。

表1 典型EXCEL電纜冊主要信息

在電纜冊信息中，對于電纜代號、電纜型號規格、起始設備、終止設備的信息，可以通過對基于AutoCAD的詳細設計圖紙進行屬性化處理，將詳細設計數據完整轉化為生產設計數據，核查并最終消除錯誤，保證所有電纜基本信息一致[3-4]。但對于電纜路徑和總長的核查，還需要另辟蹊徑加以解決。

3 電纜路徑的構成

對于了解電纜路徑的構成，需要提到一個概念是電纜節點。電纜節點概念的提出，主要是為了解決電纜在不同設備之間形成通路時沒有可以量化的媒介的問題，生產設計全船主干托架和分支托架建模比例達到一定程度后，在托架上對應建立電纜節點，節點的設置要保證其所經過的電纜路徑以及節點對應的托架容量得到準確體現。

電纜冊設計的過程是根據主干電纜和支路的走向編制節點并量取每段節點間的長度，然后根據電纜經過的路徑填寫所經過的所有節點，加上首尾長度統計每一根電纜的最終長度[5]。電纜的路徑構成一般包括：起始設備到第一個節點的電纜長度，中間節點明細清單，終止設備到最后一個節點的電纜長度。

電纜設計過程中，由于各種原因，會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 設備移位

當發生設備移位時，假如設備位置有較大的變化，影響電纜路徑的，需要在設備移位結束后將設備重新掛節點，然后刪除原有的設備節點信息，重新添加設備到新節點的長度信息；假如設備位置變化較小，電纜路徑不需調整，設備到節點的長度信息也需要調整，以上2種情況都會造成電纜總長度的變化。

4.2 節點移位

當發生節點移位時，該節點到與之相關的設備和節點間的長度也會發生變化，進而會影響電纜總長度。

4.3 節點修改

不論是添加節點還是刪除節點，該節點到與之相關的設備和節點間的長度都會發生變化，進而會影響電纜總長度。

4.4 節點輸入錯誤

當生產設計人員手動添加節點到原路徑中時，可能出現節點添加的插入點錯誤，或者添加的節點編號錯誤的情況。

4.5 電纜總長輸入錯誤

當生產設計人員進行了設備、節點相關的修改之后，最后需要對電纜總長進行修改，但是在這個過程中由于人為因素，經常會出現最后電纜總長忘記修改，或修改時輸入錯誤值的情況。

5 解決方法

經過對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參數是：設備到節點的連接關系，設備到節點的長度信息，節點間的連接關系，節點間的長度信息，電纜總長信息。

怎么獲得這些信息并利用這些信息對電纜路徑和長度進行核對？須通過對三維建模軟件AM12的深入研究，可以設法將設備到節點的連接關系及長度，節點間的連接關系及長度從AM12模型中提取出來，同時通過對EXCEL電纜冊中電纜路徑進行拆解分析處理，這樣就能判斷出電纜路徑中是否存在錯誤，同時按照正確的路徑重新核算一遍電纜長度。

5.1 提取設備到節點的連接關系及長度

在利用AM12軟件進行生產設計設備建模過程中，生產設計人員會將每個設備電纜出線的各種可能通過連接附近的節點體現出來，在進行設備節點連接時，設備到節點的關聯信息存儲在AM12數據庫中，與此同時，對應這些設備節點連接關系，設計人員根據不同設備實際情況，將設備到節點的理論間距也填寫進數據庫。數據的命名規則為：/EN_設備代號_節點代號。可以從AM12中提取這些信息，存儲到EXCEL表中。典型示例見表2。

表2 設備到節點的連接關系及長度

5.2 提取節點間的連接關系及長度

與設備到節點的連接關系和長度類似，節點到節點也有一個連接關系，在各個區域生產設計人員完成節點連接之后，這些節點連接關系都存儲在AM12數據庫中。與設備到節點連接的長度由設計人員輸入不同，節點之間的連接是AM12模型中實際存在的與真實路徑完全一致的連接關系，節點之間的間距可以直接通過三維空間內X、Y、Z的絕對值求和獲得，通過提取每兩個節點間的連接關系，以及兩個節點的X、Y、Z坐標值，這樣就可以通過計算獲得節點間的距離。節點間的連接關系及長度示例見表3。

5.3 路徑長度的分解

電纜路徑長度分解開來包括：起始設備到第一個節點的連接關系以及對應的長度，每兩個中間節點間的連接關系以及對應的長度，終止設備到最后一個節點的連接關系以及對應的長度。

利用已經獲得的基礎數據，用VBA編寫代碼可以將每一根電纜的路徑分解并調用基礎數據進行處理。過程如下：

表3 節點間的連接關系及長度

在路徑的每一個環節都無誤的情況下，在計算結果處顯示OK，否則顯示ERROR的同時在對應的錯誤列顯示具體錯誤環節，見表4。

表4 電纜路徑分解處理及報錯

如表 4所示，在“節點間長度”列，顯示值“AMM5 AMM6”代表節點AMM5到AMM6沒有連接關系；“首設備長度”列，顯示值“/EN_ECC4_EBMT”代表設備 ECC4與節點EBMT沒有連接關系，“尾設備長度”列，顯示值“/EN_C11711_AAA1”代表設備 C11711與節點AAA1沒有連接關系。

設計人員根據提示處理完錯誤項，就可以保證電纜冊在修改過程中的完全準確性，避免人為遺漏修改內容。

6 結論

對于電纜設計的過程控制，通過對AutoCAD、AM12、EXCEL軟件的充分研究，對電纜冊設計需要的各種關鍵信息進行采集處理，有效控制電纜冊設計過程中由于外界因素影響返工修改造成的不確定錯誤，大幅縮短了電纜設計的時間，提高了工作效率和設計準確率。此方法已經在多型大型船舶上應用和實踐，取得了良好的效果。

[1]楊光軍, 梁宇騫. TRIBON系統電纜處理方法的開發使用[J]. 廣船科技, 2009(1): 26-29.

[2]錢驊, 周永平. 船舶制造綜合生產設計中對 EXCEL編制電纜冊的改進與實踐[J]. 造船技術, 2012(3):19-22.

[3]鄒智曦. 對船舶電氣設計數據對接技術的研究[J]. 科技與企業, 2014(3): 301-302.

[4]鄒智曦. 船舶電氣設備布置圖數據生產化研究[J]. 船舶標準化工程師, 2018(1): 39-44.

[5]張瑋, 顧立君, 劉茜. 電裝生產設計精細化探索歷程[J]. 船舶設計通訊, 2013(3): 42-48.