◎北京航天發(fā)射技術研究所 楊鋒 尚維琦 吳齊才
近年來,隨著型號產(chǎn)品研制數(shù)字化平臺建設的深入,電氣系統(tǒng)的數(shù)字化設計越來越受到重視。電纜網(wǎng)設計是電氣系統(tǒng)設計必不可少的一部分,我所傳統(tǒng)的電纜網(wǎng)設計采用AutoCAD、Protel、Word等軟件工具分別設計線纜連接圖、明細表、接線表等圖文檔。這種設計方式重復勞動多、效率低,而且由于數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一管理,無法保證設計各階段之間設計數(shù)據(jù)的一致性,設計質量低。目前,型號研制周期越來越短、系統(tǒng)越來越復雜、設計質量要求越來越高,傳統(tǒng)的設計工具已無法適應型號研制要求。
本文在分析傳統(tǒng)的電纜網(wǎng)研制流程基礎上,基于JES(Joydrive Electrical Solutions)工具開發(fā)出一種融合設計流程、模版、標準的標準化的電纜網(wǎng)設計系統(tǒng),大幅提升研制效率和質量,并在型號研制中廣泛應用。
1、建立設計數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。按照產(chǎn)品優(yōu)選目錄,結合型號常用產(chǎn)品樣本資料建立連接器、尾罩、附件、導線、電纜等標準件數(shù)據(jù)庫,在電纜設計時直接從庫中選取,并提供管理功能用于管理庫中的內(nèi)容。
2、固化設計流程,提升設計規(guī)范性。梳理設計流程及其各環(huán)節(jié)的輸入輸出模版,包括任務書、總圖、線纜連接圖、總明細表等圖文件模版,通過設計任務書模板規(guī)范電纜相關的主要設計參數(shù),后續(xù)電纜圖紙的生成直接從設計任務書中讀取電纜主要參數(shù),避免人工二次輸入,減少工作量。
3、嵌入標準、經(jīng)驗、常見問題等設計知識,提升設計質量。在系統(tǒng)中嵌入電纜網(wǎng)的設計標準、經(jīng)驗,并考慮到知識融合,實現(xiàn)知識推送及界面提示。
4、設定校對檢驗規(guī)則,實現(xiàn)設計過程一致性檢查。嵌入各種規(guī)則約束,電纜設計完成后,實現(xiàn)設計圖文檔的一致性檢查,包括電纜總圖、線纜連接圖、總明細表、元件采購清單之間的一致性檢查。
JES中的Joydrive Harness模塊提供了邏輯設計、接線設計、設計自動化等功能,系統(tǒng)以此模塊為基礎,結合建設目標進行二次開發(fā),并以單獨插件進行封裝,不影響原有功能,總體設計框架如圖1所示。系統(tǒng)層提供操作系統(tǒng)及相關底層驅動支持,提供數(shù)據(jù)庫管理環(huán)境;繪圖層以Joydrive ECAD為繪圖平臺,支持繪制電纜網(wǎng)線束,自動繪制電纜網(wǎng)總布置圖和電纜網(wǎng)工程圖,以圖形化的方式展現(xiàn)電纜線束之間的連接關系等;功能層作為系統(tǒng)功能的主要實現(xiàn),固化設計流程,檢查規(guī)則,嵌入知識點,為用戶提供操作界面。
通過開發(fā)將流程固化在系統(tǒng)中,并以流程驅動設計工作,標準化后的詳細設計流程為:設計任務書→繪制電纜網(wǎng)總圖→單根線纜工程圖→繪制接線圖→編制明細表→編寫技術條件。如圖2所示。
1、制定任務書模版,設置關鍵參數(shù):建立規(guī)范化的電纜網(wǎng)任務書,制定電纜主要參數(shù)表,包含序號、電纜名稱、圖號、電纜位號、名稱代號、插頭位號、插頭型號、插頭點定義、電纜長度、安裝位置等特征參數(shù)信息;系統(tǒng)通過讀取任務書參數(shù)表格,提取特征參數(shù)信息,保存在數(shù)據(jù)庫中,以便后續(xù)進行圖紙和文件的自動生成;
2、自動生成電纜網(wǎng)總圖和電纜工程圖:根據(jù)任務書參數(shù)表格讀取的數(shù)據(jù)自動生成電纜網(wǎng)總圖和工程圖,總圖包含單機產(chǎn)品、電纜連接關系、電纜標注和明細;工程圖主要包括線束分支圖及矩陣式接點連接關系圖;
3、元器件選型:從標準件庫中選擇所需的連接器、尾罩、電纜、導線、??s套、熱縮管等;
4、生成線纜連接圖:根據(jù)電纜網(wǎng)總圖和電纜工程圖自動生成線纜連接圖,添加每個分支的導線根數(shù)標注,同時從工程子圖中獲取線纜規(guī)格信息;
5、生成線纜連接表:根據(jù)線纜連接圖和線纜連接表模板,讀取線纜連接圖中的電纜位號、分支導線根數(shù)、插頭連接信息、名稱、線纜規(guī)格信息,自動生成線纜連接表;
6、生成總明細表:根據(jù)電纜網(wǎng)總圖和電纜工程圖自動生成總明細表,取得其明細欄信息,并將其計算、整合,在根據(jù)相關排序規(guī)則分文件、外購件和標準件、材料三部分寫入總明細表中;
7、生成技術條件:根據(jù)技術條件模板取得名稱和代號等信息自動生成技術條件文檔;
8、規(guī)則檢查:分別進行任務書與電纜網(wǎng)總圖,電纜網(wǎng)總圖與電纜工程圖,總圖明細、電纜工程圖與總明細表之間的一致性檢查,并進行報錯提示;
9、若在設計過程中發(fā)生更改,依此流程進行循環(huán)迭代。
圖1 電纜網(wǎng)標準化設計系統(tǒng)架構圖
圖2 電纜網(wǎng)主要設計流程
主要實現(xiàn)從設計輸入文件到輸出文件的快速執(zhí)行,從讀取任務書開始,到自動生成電纜網(wǎng)總布置圖、電纜工程圖、線纜連接表、總明細表等輸出文件和圖紙。
圖3 規(guī)范化流程界面圖
圖4 電纜網(wǎng)總布置圖
圖5 電纜工程圖
解決設計流程規(guī)范化問題,將整個電纜網(wǎng)設計過程中涉及到的流程進行排序、關聯(lián)整理,方便設計人員進行規(guī)范化的設計,可以統(tǒng)計當前流程執(zhí)行度,如圖3所示。
在Joydrive Harness繪圖平臺上,根據(jù)對輸入文件的相關處理,自動完成電纜網(wǎng)總布置圖、電纜工程圖的繪制,進行圖形化展示,成圖如圖4、圖5所示。
標準件庫主要實現(xiàn)對電連接器接插件、電連接器尾罩、電纜和導線等數(shù)據(jù)信息的管理,包括對數(shù)據(jù)信息的新增、查詢、刪除等功能,方便設計人員在設計電纜網(wǎng)的過程中選取合適的標準件型號。
根據(jù)任務書參數(shù)表格中的電氣性能要求、屏蔽要求、使用環(huán)境要求等約束條件進行元器件選型的規(guī)則檢查,規(guī)則檢查主要實現(xiàn)輸入文件與輸出文件的一致性檢查,為了保證設計數(shù)據(jù)在整個設計流程中保持一致而開發(fā)的模塊,主要包括三個設計方面的檢查,分別是:任務書與電纜網(wǎng)總圖檢查;電纜網(wǎng)總圖與電纜網(wǎng)工程圖檢查;總圖明細、電纜工程圖明細與總明細表檢查。
檢查結果會提示給設計人員,然后根據(jù)提示判斷該電纜網(wǎng)項目是否存在數(shù)據(jù)不一致的情況,從而進行相應的修改。
在整個電纜網(wǎng)設計過程中,為同步電纜網(wǎng)項目下各個輸出文件的一致性,減少人為的參與更改次數(shù),降低出錯幾率,開發(fā)了數(shù)據(jù)更新模塊。在該模塊中,只需要通過導入更改后的輸入文件,在保持原有電纜網(wǎng)總圖、電纜工程圖不改變布局的情況下,更改相應數(shù)據(jù),避免人為二次參與調整圖紙,另外自動生成總明細表和線纜連接表,將更改的數(shù)據(jù)內(nèi)容備注到表尾最后一頁,方便設計人員參考。
知識推送模塊主要實現(xiàn)了兩個功能:介紹電纜網(wǎng)設計流程各個環(huán)節(jié)的具體操作細則;電纜網(wǎng)設計選型經(jīng)驗文檔,歸納總結方便設計人員查詢。軟件主框架中融入知識推送、知識融合等界面化的提示,在元器件選型設計時提供經(jīng)驗知識和選型指導,幫助設計人員規(guī)范設計的同時,為新設計人員提供學習的平臺。
在由電纜網(wǎng)總圖自動生成電纜網(wǎng)工程圖的過程中,軟件自動生成圖形化的插頭接點連接關系圖,并以矩陣化方式顯示,每個插頭為一列,插頭接點按照雙絞關系、屏蔽關系、跨接關系、與其它插頭接點連接關系以及插頭接點大小依次排列。接點連接以導線表示,不同插頭之間導線一般上下表示,插頭中的跨線一般左右連接。
矩陣式布局布線技術將圖像抽象為圖像拓撲關系,將插頭接點抽象為一個個節(jié)點,各個插頭以層次區(qū)分,每個插頭定義在一個層次。各個節(jié)點之間如分配一個個通道,而連接關系則在通道中行走。
在讀取任務書自動生成電纜網(wǎng)總圖過程中,軟件自動生成圖形化的電纜連接關系圖。電纜網(wǎng)總圖布局技術將設備抽象為棋盤,先對所有設備計算其插頭數(shù)量,取插頭數(shù)量最多的設備放入主方格中,搜索該設備相連的其他設備,就近放入相鄰方格。循環(huán)計算其他設備。所有方格之間預留通道,插頭連接關系(電纜)則在通道中行走。
在由電纜網(wǎng)總圖自動生成電纜網(wǎng)工程圖的過程中,軟件自動生成電纜分支圖放置在電纜網(wǎng)工程圖的上半部分。電纜分支圖布局布線分兩種,上下排列式和左右排列式。上下排列式搜索出電纜分支最多的插頭,將其定為主插頭。將主插頭放置在圖形正中間,并插頭朝下。取跟主插頭有分支連接的其他插頭,對稱排列在主插頭的上方,并插頭朝上。循環(huán)計算其他插頭。左右排列式同樣搜索出電纜分支最多的插頭,將其定位主插頭。將主插頭放置在左上角偏下四分之一位置,并插頭朝左。取跟主插頭有分支連接的其他插頭,對稱排列在主插頭的右邊,并插頭朝右。循環(huán)計算其他插頭。將電纜分支根據(jù)對稱、無交叉的原則連接插頭。
在讀取任務書和生成線纜連接表和總明細表過程中,軟件使用到Office接口技術。對Office接口函數(shù)進行調用一般有以下幾種技術:VBA接口技術、VSTO技術、Office Add-In(一款針對Microsoft Office的插件)、或直接調用Office 提供的API函數(shù)。Office的編程接口都是通過COM組件公開的,任何訪問Office編程接口的程序,實際上都必須要最終調用Office COM組件。在本項目中采用直接調用Office提供的API函數(shù)。
將該系統(tǒng)應用在產(chǎn)品設計中,大幅提升了設計效率,按照傳統(tǒng)的設計方式編制一個型號的采購清單、裝機清單、電纜配套表、工藝文件、工藝規(guī)程等技術圖文檔平均每套圖(約30張圖紙,復雜程度為中等)需要約30個小時,而使用電纜網(wǎng)標準化設計系統(tǒng)自動生成同樣的圖文檔用時約5小時,平均縮短83%的設計周期;提高設計質量,采用傳統(tǒng)方式設計一套電纜網(wǎng),在后續(xù)設計過程中約產(chǎn)生10份更改單,使用新系統(tǒng)后平均需3份更改單,平均提高70%設計質量。
本文介紹的電纜網(wǎng)標準化設計系統(tǒng)嵌入了常規(guī)的電纜網(wǎng)設計流程,實現(xiàn)了設計自動化和標準化,縮短電纜網(wǎng)的研制周期,進而提升電氣系統(tǒng)及整個型號的研制進度,極大提升電氣系統(tǒng)的設計質量和產(chǎn)品的固有可靠性,為后續(xù)整個電氣系統(tǒng)的數(shù)字化設計奠定了基礎。