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        電纜網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

        2018-08-24 10:55:46北京航天發(fā)射技術(shù)研究所楊鋒尚維琦吳齊才
        網(wǎng)信軍民融合 2018年7期
        關(guān)鍵詞:總圖任務(wù)書明細(xì)表

        ◎北京航天發(fā)射技術(shù)研究所 楊鋒 尚維琦 吳齊才

        近年來(lái),隨著型號(hào)產(chǎn)品研制數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)的深入,電氣系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視。電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)是電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)必不可少的一部分,我所傳統(tǒng)的電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)采用AutoCAD、Protel、Word等軟件工具分別設(shè)計(jì)線纜連接圖、明細(xì)表、接線表等圖文檔。這種設(shè)計(jì)方式重復(fù)勞動(dòng)多、效率低,而且由于數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一管理,無(wú)法保證設(shè)計(jì)各階段之間設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性,設(shè)計(jì)質(zhì)量低。目前,型號(hào)研制周期越來(lái)越短、系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜、設(shè)計(jì)質(zhì)量要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具已無(wú)法適應(yīng)型號(hào)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(jì)流程、模版、標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化的電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)系統(tǒng),大幅提升研制效率和質(zhì)量,并在型號(hào)研制中廣泛應(yīng)用。

        一、建設(shè)目標(biāo)

        1、建立設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)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(hào)常用產(chǎn)品樣本資料建立連接器、尾罩、附件、導(dǎo)線、電纜等標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù),在電纜設(shè)計(jì)時(shí)直接從庫(kù)中選取,并提供管理功能用于管理庫(kù)中的內(nèi)容。

        2、固化設(shè)計(jì)流程,提升設(shè)計(jì)規(guī)范性。梳理設(shè)計(jì)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(xì)表等圖文件模版,通過(guò)設(shè)計(jì)任務(wù)書模板規(guī)范電纜相關(guān)的主要設(shè)計(jì)參數(shù),后續(xù)電纜圖紙的生成直接從設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)、常見問(wèn)題等設(shè)計(jì)知識(shí),提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。在系統(tǒng)中嵌入電纜網(wǎng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn),并考慮到知識(shí)融合,實(shí)現(xiàn)知識(shí)推送及界面提示。

        4、設(shè)定校對(duì)檢驗(yàn)規(guī)則,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程一致性檢查。嵌入各種規(guī)則約束,電纜設(shè)計(jì)完成后,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖文檔的一致性檢查,包括電纜總圖、線纜連接圖、總明細(xì)表、元件采購(gòu)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(jì)、接線設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)自動(dòng)化等功能,系統(tǒng)以此模塊為基礎(chǔ),結(jié)合建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行二次開發(fā),并以單獨(dú)插件進(jìn)行封裝,不影響原有功能,總體設(shè)計(jì)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(dòng)支持,提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理環(huán)境;繪圖層以Joydrive ECAD為繪圖平臺(tái),支持繪制電纜網(wǎng)線束,自動(dòng)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(shí)現(xiàn),固化設(shè)計(jì)流程,檢查規(guī)則,嵌入知識(shí)點(diǎn),為用戶提供操作界面。

        通過(guò)開發(fā)將流程固化在系統(tǒng)中,并以流程驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)工作,標(biāo)準(zhǔn)化后的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程為:設(shè)計(jì)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(xì)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(hào)、電纜名稱、圖號(hào)、電纜位號(hào)、名稱代號(hào)、插頭位號(hào)、插頭型號(hào)、插頭點(diǎn)定義、電纜長(zhǎng)度、安裝位置等特征參數(shù)信息;系統(tǒng)通過(guò)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(kù)中,以便后續(xù)進(jìn)行圖紙和文件的自動(dòng)生成;

        2、自動(dòng)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(dòng)生成電纜網(wǎng)總圖和工程圖,總圖包含單機(jī)產(chǎn)品、電纜連接關(guān)系、電纜標(biāo)注和明細(xì);工程圖主要包括線束分支圖及矩陣式接點(diǎn)連接關(guān)系圖;

        3、元器件選型:從標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中選擇所需的連接器、尾罩、電纜、導(dǎo)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(dòng)生成線纜連接圖,添加每個(gè)分支的導(dǎo)線根數(shù)標(biāo)注,同時(shí)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(hào)、分支導(dǎo)線根數(shù)、插頭連接信息、名稱、線纜規(guī)格信息,自動(dòng)生成線纜連接表;

        6、生成總明細(xì)表:根據(jù)電纜網(wǎng)總圖和電纜工程圖自動(dòng)生成總明細(xì)表,取得其明細(xì)欄信息,并將其計(jì)算、整合,在根據(jù)相關(guān)排序規(guī)則分文件、外購(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)件、材料三部分寫入總明細(xì)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(hào)等信息自動(dòng)生成技術(shù)條件文檔;

        8、規(guī)則檢查:分別進(jìn)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(xì)、電纜工程圖與總明細(xì)表之間的一致性檢查,并進(jìn)行報(bào)錯(cuò)提示;

        9、若在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)生更改,依此流程進(jìn)行循環(huán)迭代。

        圖1 電纜網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)圖

        圖2 電纜網(wǎng)主要設(shè)計(jì)流程

        三、系統(tǒng)各模塊建設(shè)

        (一)快速設(shè)計(jì)模塊

        主要實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)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(dòng)生成電纜網(wǎng)總布置圖、電纜工程圖、線纜連接表、總明細(xì)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(jì)流程規(guī)范化模塊

        解決設(shè)計(jì)流程規(guī)范化問(wèn)題,將整個(gè)電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的流程進(jìn)行排序、關(guān)聯(lián)整理,方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行規(guī)范化的設(shè)計(jì),可以統(tǒng)計(jì)當(dāng)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(tái)上,根據(jù)對(duì)輸入文件的相關(guān)處理,自動(dòng)完成電纜網(wǎng)總布置圖、電纜工程圖的繪制,進(jìn)行圖形化展示,成圖如圖4、圖5所示。

        (四)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)管理模塊

        標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電連接器接插件、電連接器尾罩、電纜和導(dǎo)線等數(shù)據(jù)信息的管理,包括對(duì)數(shù)據(jù)信息的新增、查詢、刪除等功能,方便設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電纜網(wǎng)的過(guò)程中選取合適的標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)。

        (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(jìn)行元器件選型的規(guī)則檢查,規(guī)則檢查主要實(shí)現(xiàn)輸入文件與輸出文件的一致性檢查,為了保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中保持一致而開發(fā)的模塊,主要包括三個(gè)設(shè)計(jì)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(xì)、電纜工程圖明細(xì)與總明細(xì)表檢查。

        檢查結(jié)果會(huì)提示給設(shè)計(jì)人員,然后根據(jù)提示判斷該電纜網(wǎng)項(xiàng)目是否存在數(shù)據(jù)不一致的情況,從而進(jìn)行相應(yīng)的修改。

        (六)數(shù)據(jù)更新模塊

        在整個(gè)電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,為同步電纜網(wǎng)項(xiàng)目下各個(gè)輸出文件的一致性,減少人為的參與更改次數(shù),降低出錯(cuò)幾率,開發(fā)了數(shù)據(jù)更新模塊。在該模塊中,只需要通過(guò)導(dǎo)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(yīng)數(shù)據(jù),避免人為二次參與調(diào)整圖紙,另外自動(dòng)生成總明細(xì)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(yè),方便設(shè)計(jì)人員參考。

        (七)知識(shí)推送模塊

        知識(shí)推送模塊主要實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能:介紹電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)流程各個(gè)環(huán)節(jié)的具體操作細(xì)則;電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)選型經(jīng)驗(yàn)文檔,歸納總結(jié)方便設(shè)計(jì)人員查詢。軟件主框架中融入知識(shí)推送、知識(shí)融合等界面化的提示,在元器件選型設(shè)計(jì)時(shí)提供經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和選型指導(dǎo),幫助設(shè)計(jì)人員規(guī)范設(shè)計(jì)的同時(shí),為新設(shè)計(jì)人員提供學(xué)習(xí)的平臺(tái)。

        四、關(guān)鍵技術(shù)

        (一)矩陣式電路自動(dòng)布局布線技術(shù)

        在由電纜網(wǎng)總圖自動(dòng)生成電纜網(wǎng)工程圖的過(guò)程中,軟件自動(dòng)生成圖形化的插頭接點(diǎn)連接關(guān)系圖,并以矩陣化方式顯示,每個(gè)插頭為一列,插頭接點(diǎn)按照雙絞關(guān)系、屏蔽關(guān)系、跨接關(guān)系、與其它插頭接點(diǎn)連接關(guān)系以及插頭接點(diǎn)大小依次排列。接點(diǎn)連接以導(dǎo)線表示,不同插頭之間導(dǎo)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?fù)潢P(guān)系,將插頭接點(diǎn)抽象為一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn),各個(gè)插頭以層次區(qū)分,每個(gè)插頭定義在一個(gè)層次。各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間如分配一個(gè)個(gè)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(dòng)生成電纜網(wǎng)總圖過(guò)程中,軟件自動(dòng)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(duì)所有設(shè)備計(jì)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(jì)算其他設(shè)備。所有方格之間預(yù)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(dòng)生成電纜網(wǎng)工程圖的過(guò)程中,軟件自動(dòng)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(duì)稱排列在主插頭的上方,并插頭朝上。循環(huán)計(jì)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(duì)稱排列在主插頭的右邊,并插頭朝右。循環(huán)計(jì)算其他插頭。將電纜分支根據(jù)對(duì)稱、無(wú)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(xì)表過(guò)程中,軟件使用到Office接口技術(shù)。對(duì)Office接口函數(shù)進(jìn)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(duì)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(guò)COM組件公開的,任何訪問(wèn)Office編程接口的程序,實(shí)際上都必須要最終調(diào)用Office COM組件。在本項(xiàng)目中采用直接調(diào)用Office提供的API函數(shù)。

        五、應(yīng)用效果

        將該系統(tǒng)應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,大幅提升了設(shè)計(jì)效率,按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式編制一個(gè)型號(hào)的采購(gòu)清單、裝機(jī)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(fù)雜程度為中等)需要約30個(gè)小時(shí),而使用電纜網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)生成同樣的圖文檔用時(shí)約5小時(shí),平均縮短83%的設(shè)計(jì)周期;提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,采用傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)一套電纜網(wǎng),在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)質(zhì)量。

        結(jié)束語(yǔ)

        本文介紹的電纜網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)嵌入了常規(guī)的電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)流程,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化,縮短電纜網(wǎng)的研制周期,進(jìn)而提升電氣系統(tǒng)及整個(gè)型號(hào)的研制進(jìn)度,極大提升電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和產(chǎn)品的固有可靠性,為后續(xù)整個(gè)電氣系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

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