船舶电气设计中电缆设计的研究

邹智曦，姚 刚

（舟山中远海运重工有限公司，浙江舟山 316131）

0 引言

船舶电气设计的核心就是电缆的设计，就像人体内的血管和神经网络连接各个功能器官，为人类传输能量以及提供控制反馈信号一样，在一艘现代大型船舶中，电缆将船舶上配置的设备相互连接起来，使每个设备能够正常运转，对船舶的整体运营及性能起到不可替代的作用，船舶科技含量越高，电缆设计的重要性越明显。电缆的设计方法，随着科技的发展，经过了长期的演化。从使用蓝图比例尺的手动绘图开始，到计算机辅助设计广泛应用时期利用AutoCAD等平面设计软件直接在计算机上进行相关的电缆设计，随着三维建模软件的日益成熟，电缆的设计现在已逐步形成一个新的模式。基于在三维模型里建立的设备、节点，及其相互之间的连接关系，形成一个完整的电缆路径。初级的三维电缆设计是先在三维模型里建立设备模型，然后建立三维路径构想图，设计人员在布置某根电缆时，选择该电缆，在构想图中点取相关的节点，完成电缆的布置。再进一步可以使用算法自动生成所有电缆路径，进一步提高设计效率。在任何电缆设计模式下，由于船舶电气设计周期长，设计过程中会受到诸多外部或内部影响，设计中后期经常需要重新调整电缆设计，前期设计的自动化程度越高，后期调整时的质量控制难度就越大。如何控制后期调整过程中的电缆设计质量也就成为需要研究的重要课题。

1 电缆设计的基本概述

在任何行业，想将一个系统工程做好，达到预期结果，过程控制都不可或缺，船舶电气的电缆设计[1]也一样。在任何设计模式下，电缆的设计结果最终都通过EXCEL表格来体现，使用EXCEL表格虽然有投入人员少、速度快、操控性强及修改便捷等优点，但也存在很多不足之处[2]。

在所有输入信息一成不变的情况下按部就班地设计相对容易，对于正常设计时经常遇到的电缆编号重复、手工填写电缆外径、整理电缆长度、统计节点容量等问题，在很多相关的研究中都有解决方案，但如何在不断修改的情况下还保证电缆设计的准确性却很难做到。

电缆设计的主要基础元素是设备、节点和电缆，这三个元素中自带很多信息，任何一个信息的变化都会引起电缆册的变化，所以，要想做好电缆设计的过程控制，必须研究清楚电缆设计的主要问题点及其解决办法。

侧重对电缆册中的几个基础数据进行剖析，详细介绍电缆册的主要构成和影响电缆册的重要因素，并对其中一些信息变化之后如何保证电缆册的准确性进行进一步阐述。

2 电缆册的主要构成

不同的船厂编制电缆册时，由于不同的设计习惯和施工惯例，其中包含的内容不尽相同，但有部分主要信息是所有电缆册中必须包含的，例如，电缆代号、电缆型号规格、起始设备描述、起始设备区域、终止设备描述、终止设备区域、电缆路径和电缆总长。

典型的EXCEL表格电缆册主要信息如表1所示。

表1 典型EXCEL电缆册主要信息

在电缆册信息中，对于电缆代号、电缆型号规格、起始设备、终止设备的信息，可以通过对基于AutoCAD的详细设计图纸进行属性化处理，将详细设计数据完整转化为生产设计数据，核查并最终消除错误，保证所有电缆基本信息一致[3-4]。但对于电缆路径和总长的核查，还需要另辟蹊径加以解决。

3 电缆路径的构成

对于了解电缆路径的构成，需要提到一个概念是电缆节点。电缆节点概念的提出，主要是为了解决电缆在不同设备之间形成通路时没有可以量化的媒介的问题，生产设计全船主干托架和分支托架建模比例达到一定程度后，在托架上对应建立电缆节点，节点的设置要保证其所经过的电缆路径以及节点对应的托架容量得到准确体现。

电缆册设计的过程是根据主干电缆和支路的走向编制节点并量取每段节点间的长度，然后根据电缆经过的路径填写所经过的所有节点，加上首尾长度统计每一根电缆的最终长度[5]。电缆的路径构成一般包括：起始设备到第一个节点的电缆长度，中间节点明细清单，终止设备到最后一个节点的电缆长度。

电缆设计过程中，由于各种原因，会有一些输入信息变化，从而在不同程度上影响电缆路径和长度。

4 影响电缆路径和长度的因素

4.1 设备移位

当发生设备移位时，假如设备位置有较大的变化，影响电缆路径的，需要在设备移位结束后将设备重新挂节点，然后删除原有的设备节点信息，重新添加设备到新节点的长度信息；假如设备位置变化较小，电缆路径不需调整，设备到节点的长度信息也需要调整，以上2种情况都会造成电缆总长度的变化。

4.2 节点移位

当发生节点移位时，该节点到与之相关的设备和节点间的长度也会发生变化，进而会影响电缆总长度。

4.3 节点修改

不论是添加节点还是删除节点，该节点到与之相关的设备和节点间的长度都会发生变化，进而会影响电缆总长度。

4.4 节点输入错误

当生产设计人员手动添加节点到原路径中时，可能出现节点添加的插入点错误，或者添加的节点编号错误的情况。

4.5 电缆总长输入错误

当生产设计人员进行了设备、节点相关的修改之后，最后需要对电缆总长进行修改，但是在这个过程中由于人为因素，经常会出现最后电缆总长忘记修改，或修改时输入错误值的情况。

5 解决方法

经过对影响电缆路径和长度因素的各种情况分析可以看出，最终影响电缆路径和长度的几个参数是：设备到节点的连接关系，设备到节点的长度信息，节点间的连接关系，节点间的长度信息，电缆总长信息。

怎么获得这些信息并利用这些信息对电缆路径和长度进行核对？须通过对三维建模软件AM12的深入研究，可以设法将设备到节点的连接关系及长度，节点间的连接关系及长度从AM12模型中提取出来，同时通过对EXCEL电缆册中电缆路径进行拆解分析处理，这样就能判断出电缆路径中是否存在错误，同时按照正确的路径重新核算一遍电缆长度。

5.1 提取设备到节点的连接关系及长度

在利用AM12软件进行生产设计设备建模过程中，生产设计人员会将每个设备电缆出线的各种可能通过连接附近的节点体现出来，在进行设备节点连接时，设备到节点的关联信息存储在AM12数据库中，与此同时，对应这些设备节点连接关系，设计人员根据不同设备实际情况，将设备到节点的理论间距也填写进数据库。数据的命名规则为：/EN_设备代号_节点代号。可以从AM12中提取这些信息，存储到EXCEL表中。典型示例见表2。

表2 设备到节点的连接关系及长度

5.2 提取节点间的连接关系及长度

与设备到节点的连接关系和长度类似，节点到节点也有一个连接关系，在各个区域生产设计人员完成节点连接之后，这些节点连接关系都存储在AM12数据库中。与设备到节点连接的长度由设计人员输入不同，节点之间的连接是AM12模型中实际存在的与真实路径完全一致的连接关系，节点之间的间距可以直接通过三维空间内X、Y、Z的绝对值求和获得，通过提取每两个节点间的连接关系，以及两个节点的X、Y、Z坐标值，这样就可以通过计算获得节点间的距离。节点间的连接关系及长度示例见表3。

5.3 路径长度的分解

电缆路径长度分解开来包括：起始设备到第一个节点的连接关系以及对应的长度，每两个中间节点间的连接关系以及对应的长度，终止设备到最后一个节点的连接关系以及对应的长度。

利用已经获得的基础数据，用VBA编写代码可以将每一根电缆的路径分解并调用基础数据进行处理。过程如下：

表3 节点间的连接关系及长度

在路径的每一个环节都无误的情况下，在计算结果处显示OK，否则显示ERROR的同时在对应的错误列显示具体错误环节，见表4。

表4 电缆路径分解处理及报错

如表 4所示，在“节点间长度”列，显示值“AMM5 AMM6”代表节点AMM5到AMM6没有连接关系；“首设备长度”列，显示值“/EN_ECC4_EBMT”代表设备 ECC4与节点EBMT没有连接关系，“尾设备长度”列，显示值“/EN_C11711_AAA1”代表设备 C11711与节点AAA1没有连接关系。

设计人员根据提示处理完错误项，就可以保证电缆册在修改过程中的完全准确性，避免人为遗漏修改内容。

6 结论

对于电缆设计的过程控制，通过对AutoCAD、AM12、EXCEL软件的充分研究，对电缆册设计需要的各种关键信息进行采集处理，有效控制电缆册设计过程中由于外界因素影响返工修改造成的不确定错误，大幅缩短了电缆设计的时间，提高了工作效率和设计准确率。此方法已经在多型大型船舶上应用和实践，取得了良好的效果。

[1]杨光军, 梁宇骞. TRIBON系统电缆处理方法的开发使用[J]. 广船科技, 2009(1): 26-29.

[2]钱骅, 周永平. 船舶制造综合生产设计中对 EXCEL编制电缆册的改进与实践[J]. 造船技术, 2012(3):19-22.

[3]邹智曦. 对船舶电气设计数据对接技术的研究[J]. 科技与企业, 2014(3): 301-302.

[4]邹智曦. 船舶电气设备布置图数据生产化研究[J]. 船舶标准化工程师, 2018(1): 39-44.

[5]张玮, 顾立君, 刘茜. 电装生产设计精细化探索历程[J]. 船舶设计通讯, 2013(3): 42-48.