◎北京航天發(fā)射技術(shù)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(shè)的深入，電氣系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計越來越受到重視。電纜網(wǎng)設(shè)計是電氣系統(tǒng)設(shè)計必不可少的一部分，我所傳統(tǒng)的電纜網(wǎng)設(shè)計采用AutoCAD、Protel、Word等軟件工具分別設(shè)計線纜連接圖、明細表、接線表等圖文檔。這種設(shè)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(shè)計各階段之間設(shè)計數(shù)據(jù)的一致性，設(shè)計質(zhì)量低。目前，型號研制周期越來越短、系統(tǒng)越來越復雜、設(shè)計質(zhì)量要求越來越高，傳統(tǒng)的設(shè)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(chǔ)上，基于JES(Joydrive Electrical Solutions)工具開發(fā)出一種融合設(shè)計流程、模版、標準的標準化的電纜網(wǎng)設(shè)計系統(tǒng)，大幅提升研制效率和質(zhì)量，并在型號研制中廣泛應用。

一、建設(shè)目標

1、建立設(shè)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(jié)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(shè)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(shè)計流程，提升設(shè)計規(guī)范性。梳理設(shè)計流程及其各環(huán)節(jié)的輸入輸出模版，包括任務(wù)書、總圖、線纜連接圖、總明細表等圖文件模版，通過設(shè)計任務(wù)書模板規(guī)范電纜相關(guān)的主要設(shè)計參數(shù)，后續(xù)電纜圖紙的生成直接從設(shè)計任務(wù)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(shè)計知識，提升設(shè)計質(zhì)量。在系統(tǒng)中嵌入電纜網(wǎng)的設(shè)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(shè)定校對檢驗規(guī)則，實現(xiàn)設(shè)計過程一致性檢查。嵌入各種規(guī)則約束，電纜設(shè)計完成后，實現(xiàn)設(shè)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。

二、系統(tǒng)建設(shè)方案

JES中的Joydrive Harness模塊提供了邏輯設(shè)計、接線設(shè)計、設(shè)計自動化等功能，系統(tǒng)以此模塊為基礎(chǔ)，結(jié)合建設(shè)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(shè)計框架如圖1所示。系統(tǒng)層提供操作系統(tǒng)及相關(guān)底層驅(qū)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(guān)系等；功能層作為系統(tǒng)功能的主要實現(xiàn)，固化設(shè)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(qū)動設(shè)計工作，標準化后的詳細設(shè)計流程為：設(shè)計任務(wù)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(shù)條件。如圖2所示。

1、制定任務(wù)書模版，設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)：建立規(guī)范化的電纜網(wǎng)任務(wù)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(wù)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(wù)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(guān)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(guān)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(guān)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(shù)條件：根據(jù)技術(shù)條件模板取得名稱和代號等信息自動生成技術(shù)條件文檔；

8、規(guī)則檢查：分別進行任務(wù)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(shè)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(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 電纜網(wǎng)主要設(shè)計流程

三、系統(tǒng)各模塊建設(shè)

（一）快速設(shè)計模塊

主要實現(xiàn)從設(shè)計輸入文件到輸出文件的快速執(zhí)行，從讀取任務(wù)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

（二）設(shè)計流程規(guī)范化模塊

解決設(shè)計流程規(guī)范化問題，將整個電纜網(wǎng)設(shè)計過程中涉及到的流程進行排序、關(guān)聯(lián)整理，方便設(shè)計人員進行規(guī)范化的設(shè)計，可以統(tǒng)計當前流程執(zhí)行度，如圖3所示。

（三）圖形化展示模塊

在Joydrive Harness繪圖平臺上，根據(jù)對輸入文件的相關(guān)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。

（四）標準件庫管理模塊

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(shè)計人員在設(shè)計電纜網(wǎng)的過程中選取合適的標準件型號。

（五）規(guī)則檢查模塊

根據(jù)任務(wù)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(shè)計數(shù)據(jù)在整個設(shè)計流程中保持一致而開發(fā)的模塊，主要包括三個設(shè)計方面的檢查，分別是：任務(wù)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(jié)果會提示給設(shè)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。

（六）數(shù)據(jù)更新模塊

在整個電纜網(wǎng)設(shè)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(diào)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(shè)計人員參考。

（七）知識推送模塊

知識推送模塊主要實現(xiàn)了兩個功能：介紹電纜網(wǎng)設(shè)計流程各個環(huán)節(jié)的具體操作細則；電纜網(wǎng)設(shè)計選型經(jīng)驗文檔，歸納總結(jié)方便設(shè)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(shè)計時提供經(jīng)驗知識和選型指導，幫助設(shè)計人員規(guī)范設(shè)計的同時，為新設(shè)計人員提供學習的平臺。

四、關(guān)鍵技術(shù)

（一）矩陣式電路自動布局布線技術(shù)

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(guān)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(guān)系、屏蔽關(guān)系、跨接關(guān)系、與其它插頭接點連接關(guān)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(shù)將圖像抽象為圖像拓撲關(guān)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(guān)系則在通道中行走。

（二）電纜網(wǎng)總圖布局布線技術(shù)

在讀取任務(wù)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(guān)系圖。電纜網(wǎng)總圖布局技術(shù)將設(shè)備抽象為棋盤，先對所有設(shè)備計算其插頭數(shù)量，取插頭數(shù)量最多的設(shè)備放入主方格中，搜索該設(shè)備相連的其他設(shè)備，就近放入相鄰方格。循環(huán)計算其他設(shè)備。所有方格之間預留通道，插頭連接關(guān)系（電纜）則在通道中行走。

（三）電纜分支圖布局布線技術(shù)

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。

（四）接口集成技術(shù)

在讀取任務(wù)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(shù)。對Office接口函數(shù)進行調(diào)用一般有以下幾種技術(shù)：VBA接口技術(shù)、VSTO技術(shù)、Office Add-In(一款針對Microsoft Office的插件)、或直接調(diào)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(diào)用Office COM組件。在本項目中采用直接調(diào)用Office提供的API函數(shù)。

五、應用效果

將該系統(tǒng)應用在產(chǎn)品設(shè)計中，大幅提升了設(shè)計效率，按照傳統(tǒng)的設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)計周期；提高設(shè)計質(zhì)量，采用傳統(tǒng)方式設(shè)計一套電纜網(wǎng)，在后續(xù)設(shè)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(shè)計質(zhì)量。

結(jié)束語

本文介紹的電纜網(wǎng)標準化設(shè)計系統(tǒng)嵌入了常規(guī)的電纜網(wǎng)設(shè)計流程，實現(xiàn)了設(shè)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(shè)計質(zhì)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(shè)計奠定了基礎(chǔ)。