阮嬋娟，何 瑞

（上海振華重工（集團）股份有限公司長興分公司，上海 201913）

1 概述

電氣布線是岸橋電氣系統(tǒng)的主體，決定了岸橋可能存在的運行方式，影響著電氣系統(tǒng)運行的可靠性和靈活性。作為電氣布線的重中之重，電纜槽的設(shè)計不但決定了電氣布線的合理性、安全性、舒適性，還直接關(guān)系著電氣設(shè)備的選擇、數(shù)量、連接方式及配電裝置的布置。

隨著岸橋電氣設(shè)備發(fā)展、機械布局優(yōu)化以及先進設(shè)計工具的應用，目前大部分電纜槽的設(shè)計已實現(xiàn)標準化，精度和效率得到了明顯提升，但仍有諸多部位受空間小、干涉多、精度高等因素影響形成不規(guī)則空間，需使用傳統(tǒng)的尺具測量和平面設(shè)計出圖，程序繁瑣、效率和精度低下。

本文基于岸橋電纜槽設(shè)計需求和標準研發(fā)了一套精測儀與3D 建模系統(tǒng)結(jié)合的設(shè)計方法，能有效提高岸橋不規(guī)則空間電纜槽的設(shè)計精度和效率，降低生產(chǎn)成本。

2 難點分析

根據(jù)各個國家的標準要求，岸橋電纜槽的設(shè)計不但要考慮預留安全空間、檢修空間，避讓構(gòu)部件、緊固件、電氣件，還需要考慮入槽電氣件的剛性聯(lián)接、電纜屬性、電纜彎曲半徑等要求，以確保最終電纜槽成品在三維空間上的合理布局和精確連接。

隨著岸橋自動化程度提高，電氣設(shè)備相應增加，有限空間內(nèi)電氣線路數(shù)量增加，進一步壓縮了電纜槽的設(shè)計空間，并對設(shè)計精度提出更高要求。如何在可用空間縮小和不規(guī)則狀況下設(shè)計符合標準要求的電纜槽已成為目前急需迫切解決的問題。

3 常規(guī)設(shè)計方式

針對不規(guī)則空間，為保證設(shè)計的合理性，目前常規(guī)的設(shè)計方法是，設(shè)計人員攜帶尺具現(xiàn)場測量并記錄數(shù)據(jù)，然后憑借個人經(jīng)驗使用CAD 完成二維制圖，存在以下問題：

3.1 測量設(shè)計階段

（1）用線錘、卷尺、直角尺及角度尺等配合測量，無法保證垂度、水平度及孔洞中心距，需多人配合頻繁測量，修正設(shè)計誤差。

（2）作業(yè)環(huán)境主要為超高空有限空間為主，人員作業(yè)危險系數(shù)高，攜帶鋼尺、卷尺、角度尺、水平儀等數(shù)十件零散測量工具，易導致高空墜物。

（3）CAD 二維制圖，過程重復和繁瑣，并且設(shè)計僅為電纜槽本身，最終設(shè)計對三維空間其他構(gòu)件顯示不全，無法綜合考慮，而且電纜槽為不規(guī)則設(shè)計，三視圖無法全面顯示設(shè)計，供應商讀圖困難。

（4）設(shè)計方案易受設(shè)計人員主觀偏好和個人經(jīng)驗、熟練度影響，結(jié)果差異大，導致制作、安裝成本上升。

3.2 制作安裝階段

（1）受低精度的測量設(shè)計方式影響，電纜槽成品制作完成后，在現(xiàn)場安裝時與構(gòu)部件、緊固件、電氣件干涉問題頻發(fā)，需對電纜槽反復修改，產(chǎn)生額外成本。

（2）單型多件的時候無法實現(xiàn)標準化、批量化制作，只得先試制試用再批量制作，導致生產(chǎn)周期延長，影響岸橋交付。

4 精測儀及3D 建模系統(tǒng)研發(fā)

4.1 研發(fā)方案

該系統(tǒng)由兩部分組成，即負責數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)備精測儀、負責數(shù)據(jù)錄入和出圖的軟件3D 建模軟件，目的是通過高精度測量設(shè)備應用實現(xiàn)自動測量、自動出圖，杜絕設(shè)計過程人工干預，解決二維圖紙易導致的識圖偏差，提高設(shè)計精度和效率。

實際應用中精測儀將采集到的數(shù)據(jù)通過專用軟件傳送至測量人員的手持平板上，由測量人員帶回導入電腦端3D 建模軟件自動完成三維制圖。

4.2 精測儀的設(shè)計方案

負責數(shù)據(jù)采集的精測儀由全回轉(zhuǎn)支架和測量儀器組成，整體采用電動結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足復雜工況作業(yè)，人員放置好設(shè)備后，處于安全位置即可通過遙控完成測量作業(yè)。

4.2.1 全回轉(zhuǎn)支架（見圖1）

圖1 全回轉(zhuǎn)支架

（1）底座：使用通電磁吸方式，占用空間小、重量輕、豎立穩(wěn)固，便于隨機位置作業(yè)，不需加裝固定裝置和破壞地面結(jié)構(gòu)。

（2）升降桿身：內(nèi)置 10-1200mm 行程 250N 電動推桿，滿足在不同高度范圍的尺寸測量需求。

（3）回轉(zhuǎn)底盤：底盤設(shè)置1 組200W 法蘭伺服電機+減速器，以保證圓形底盤可做360°回轉(zhuǎn)運動，滿足平面全角度測量需求。

（4）儀器夾具：儀器固定頭設(shè)置法蘭伺服電機+減速器，可做135°俯仰運動，滿足不同俯仰角度測量需求。同時為應對現(xiàn)場不同儀器同步使用需求，研發(fā)了兩型夾具（見圖2、見圖3），以適應更多工況。

圖2 凹形夾具

圖3 球形夾具

4.2.2 測量儀器

測量儀器根據(jù)實際需要選用激光角度測距儀、數(shù)顯水平儀，加上底盤回轉(zhuǎn)、夾具俯仰功能即可完成所有尺寸測量。

4.3 3D 建模軟件的開發(fā)

4.3.1 類型庫建立

根據(jù)岸橋常用電纜槽類型設(shè)計電纜槽基礎(chǔ)三維模型，建立電纜槽三維模型庫。

4.3.2 軟件的工作原理

數(shù)據(jù)導入電腦上端軟件后，從模型庫中選型自動生成三維圖紙，使得產(chǎn)品設(shè)計更加直觀方便精確。3D 建模軟件的工作原理如下（見圖4）：

圖4 3D 建模軟件模擬圖

以O(shè) 為支架激光出發(fā)點

第一輔助點J1，第二輔助點J2，|AC|的平行線點，|AJ1|⊥|EJ1|，|AJ2|⊥|FG|。

A 第一垂足點K1，第二垂足點K2 為隱形點，自動計算時使用。

假定坐標點 A（0，0，0）

實際同點需測距離|OA|=a，|OB|=b，|OC|=c，|OJ1|=d，|OE|=e，|OJ2|=f ，|K1K2|=s，|OF|=g，|OG|=h，|OH|=i

實際同點需測角度∠AOB=α°，∠AOC=β°，∠AOJ1=γ°，∠COJ1=δ°，∠EOJ1=ε°，∠AOJ2=ζ°，∠FOJ2=η°，∠FOG=θ°，∠FOH=λ°，

距離與角度為配套數(shù)據(jù)，同時測得。

自動計算得出

最終得出三維空間點

點 A（0，0，0）

點 B（|AB|，0，0）

點 C（0，-|AC|，0）

點 D（|AB|，-|AC|，0）

點 E（|J1E|，-|AK1|，|K1J1|）

點 F（-|FJ2|，-（|AK1|+s），|K2J2|）

點 G（（|FG|-|FJ2|），-（|AK1|+s），|K2J2|）

點 H（-|FJ2|，-（|AK1|+s），（|K2J2|+|FH|））

點I（（|FG|-|FJ2|），-（|AK1|+s），（|K2J2|+|FH|））

以上點位就可以在三維中模擬定位出三大機構(gòu)馬達安裝位置，點 A、B、C、D 為法蘭位，點 E 為干涉避讓位，點 F、G、H、I 為電纜槽出線位。

5 精測儀及3D 建模系統(tǒng)的應用優(yōu)勢

精測儀及3D 建模系統(tǒng)研發(fā)完成后在岸橋產(chǎn)品上進行了實際應用，與常規(guī)設(shè)計方式相比優(yōu)勢明顯，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

5.1 設(shè)計標準化

3D 軟件模擬現(xiàn)場機構(gòu)工況，并且現(xiàn)場測量取樣點統(tǒng)一，便于及時發(fā)現(xiàn)方案缺陷，并提高設(shè)計準確率，統(tǒng)一了設(shè)計標準，減少了岸橋電纜槽類型數(shù)量，避免了個人經(jīng)驗、偏好等因素對設(shè)計結(jié)果的影響。為標準化、批量生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

5.2 設(shè)計精度

通過儀器測量和軟件自動計算完成三維制圖，杜絕了設(shè)計人員手工測量、二維制圖易導致的尺寸誤差和圖紙信息不明確問題，設(shè)計精度可由選購的激光測距儀決定，現(xiàn)采用的 BOSCH5000C 儀器可達±1.5mm/±0.2°。

5.3 設(shè)計效率

杜絕了多人攜帶大量工具頻繁測量，縮減了機械的CAD 二維制圖步驟，人員勞動強度下降二分之一，設(shè)計周期下降三分之二。

5.4 作業(yè)安全

現(xiàn)場測量人員單人攜帶儀器，放置在測量位置后退回安全位置即可使用遙控器完成尺寸測量作業(yè)，杜絕了人員在危險部位攜帶大量尺具頻繁移動測量帶來的安全風險。

5.5 生產(chǎn)成本

設(shè)計精度的提高杜絕了電纜槽成品制作完成和安裝后導致的頻繁修改返工行為，將“定制-試裝-批量制作-安裝”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤芭恐谱?批量安裝”模式，避免了生產(chǎn)進度滯后導致的額外成本。

6 精測儀及3D 建模系統(tǒng)的推廣前景

精測儀及3D 建模系統(tǒng)基于岸橋電纜槽數(shù)字化、標準化設(shè)計目標建立的，在后續(xù)的實際應用也實現(xiàn)了這個預定的目標，截至目前，使用該方式設(shè)計的電纜槽尚未出現(xiàn)技術(shù)修改問題，證明了該系統(tǒng)具備較強實用性，更重要的造價與國外同類儀器相比成本僅為其十分之一。它不僅僅只適用于岸橋產(chǎn)品電纜槽的設(shè)計，同時也可廣泛的應用于類似海洋船舶、鉆井平臺、鋼構(gòu)橋梁等行業(yè)有限空間尺寸的測量和部件設(shè)計，尤其是對不規(guī)則狹小空間的尺寸測量效果突出，企業(yè)在應用中只需自身需要建立相應的類型庫即可直接使用，能明顯提高設(shè)計精度、設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期。

統(tǒng)籌的看，該系統(tǒng)中也具有繼續(xù)開發(fā)的空間，如設(shè)計通用夾具使其使用更多不同儀器需求，加裝無線傳輸放置，開發(fā)專用軟件，讓測量數(shù)據(jù)直接回傳至電腦端，解決需手持平板中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)問題。