黃 夏，高麗浚

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海200129）

1 前言

船舶電纜應(yīng)盡量避免在易燃、易爆和有腐蝕性氣體影響的場所（如蓄電池室、油漆間、直升機(jī)機(jī)庫、加油站等）、易受機(jī)械損傷的場所（如貨艙、錨鏈艙、露天甲板、艙底花鋼板下等）敷設(shè)，對(duì)于必須進(jìn)入或穿越這些場所的電纜，必須設(shè)置電纜保護(hù)管。目前在電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員通過二維平面圖樣進(jìn)行信息交流，經(jīng)過復(fù)雜、繁瑣的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，才能完成電纜管的設(shè)計(jì)出圖工作。

本文以電氣專業(yè)與管系專業(yè)之間的電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，研究在三維軟件中實(shí)現(xiàn)電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)的流程與管理方法；通過構(gòu)建三維環(huán)境下電纜管設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)信息傳遞、模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及設(shè)計(jì)狀態(tài)管理。研究成果在實(shí)船中得到驗(yàn)證，表明該設(shè)計(jì)流程模式的革新有效提高了電纜管的設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。

2 電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)的流程是：電氣設(shè)計(jì)人員在三維模型中創(chuàng)建電纜通道模型并完成與結(jié)構(gòu)、管系、外舾等專業(yè)間的綜合布置平衡，將最終確定的電纜通道模型以CAD 二維圖樣形式導(dǎo)出，提交給管系專業(yè)協(xié)同出圖。二維圖樣中需詳細(xì)標(biāo)注電纜管的安裝位置、外徑、材料等信息；管系專業(yè)以遞交的二維圖樣信息和設(shè)計(jì)管理協(xié)作單為依據(jù)，在三維模型中進(jìn)行二次建模，完成電纜管設(shè)計(jì)工作；電纜管設(shè)計(jì)過程中，電氣專業(yè)與管系專業(yè)之間的信息傳遞、協(xié)調(diào)是非數(shù)字化的，只能通過一定的信息交換和協(xié)同機(jī)制，分別各自完成電纜管的協(xié)作設(shè)計(jì)[1]；設(shè)計(jì)過程中涉及到大量的溝通協(xié)調(diào)，存在諸多影響設(shè)計(jì)效率的因素，其中主要有以下兩個(gè)問題：

（1）線下數(shù)據(jù)傳遞效率低。管系專業(yè)與電氣專業(yè)之間的信息交互是循環(huán)迭代的[2]，二維平面圖樣只提供平面投影，無法直觀反映電纜管在空間中的立體結(jié)構(gòu)；協(xié)同設(shè)計(jì)過程中電氣專業(yè)與管系專業(yè)需要對(duì)電纜管的結(jié)構(gòu)、物資信息以及空間布置不斷地進(jìn)行線下交流。因此，基于二維平面圖樣的靜態(tài)數(shù)據(jù)信息，不能保證設(shè)計(jì)的實(shí)效性與連續(xù)性；

（2）電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、批量化。電纜管信息龐雜，如何利用電氣專業(yè)已建立的模型數(shù)據(jù)信息，解決跨專業(yè)信息傳遞與模型快速構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)電氣專業(yè)與管系專業(yè)的模型信息共享和重用，有效減少不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員重復(fù)錄入模型數(shù)據(jù)信息的工作量，是提升電纜管設(shè)計(jì)效率的主要因素。

3 電纜管數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)方案

目前在三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，管系專業(yè)與電氣專業(yè)以區(qū)域?yàn)閷?duì)象進(jìn)行建模，產(chǎn)生的模型數(shù)據(jù)按照區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行保存，不同專業(yè)之間的模型數(shù)據(jù)無法直接調(diào)用，因此要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)，必須解決以下關(guān)鍵技術(shù)：產(chǎn)品建模、工作流程管理[3]。

3.1 電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)路線

在分析三維設(shè)計(jì)軟件現(xiàn)有技術(shù)功能的基礎(chǔ)上，采用以電纜通道為中間對(duì)象，完善模型信息和三維建模功能，作為電氣和管系兩個(gè)專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)的依據(jù)。采用的電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)路線，如圖1 所示。

圖1 電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)路線圖

3.2 電纜通道建模

在管路定義系統(tǒng)和電纜通道建模系統(tǒng)中，增加關(guān)聯(lián)電纜管信息的管理系統(tǒng)：

（1）電氣與管系兩個(gè)專業(yè)之間的設(shè)計(jì)人員，協(xié)商添加管子系統(tǒng)原理定義。在管系原理中，需增加獨(dú)立的電纜管系統(tǒng)名稱并制定系統(tǒng)代號(hào)；

（2）電氣專業(yè)增加電纜管定義功能，即在電氣纜通道屬性中增加管子系統(tǒng)的管路原理代號(hào)、材質(zhì)、通徑、壁厚等信息，用于保存設(shè)計(jì)人員選擇管路原理記錄號(hào)；

（3）電氣專業(yè)根據(jù)設(shè)備的電纜型號(hào)和規(guī)格，獲取電纜截面面積信息，通過管子系統(tǒng)中定義的管路原理，選擇相匹配的管子通徑大?。桓鶕?jù)電氣設(shè)備模型的三維坐標(biāo)，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)、艙室屬性、相關(guān)舾裝件等布置情況，繪制電纜通道連接兩個(gè)設(shè)備，并標(biāo)識(shí)電纜在三維空間中的走向，以上信息保存在電纜通道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

3.3 管路自動(dòng)生成

在電纜通道中設(shè)定管路屬性后，管系設(shè)計(jì)人員指定電氣模型文件，應(yīng)用程序自動(dòng)搜索模型文件中的電纜通道，對(duì)通道中有標(biāo)識(shí)的模型進(jìn)行處理：根據(jù)管路原理號(hào)設(shè)定管子通徑、壁厚，根據(jù)通道節(jié)點(diǎn)自動(dòng)生成管子路徑。在此基礎(chǔ)上，管路可以批量自動(dòng)處理，設(shè)計(jì)人員后期只需在管路上添加支架、管夾等管附件。

管系專業(yè)負(fù)責(zé)定義管路原理數(shù)據(jù)，以及交互建模界面中的控件顯示（包括系統(tǒng)、材質(zhì)、通徑、壁厚）的初始化工作。

3.4 協(xié)同設(shè)計(jì)申請(qǐng)管理

電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)申請(qǐng)管理，是為了實(shí)現(xiàn)專業(yè)間電纜管數(shù)據(jù)共享和技術(shù)狀態(tài)管理。電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)申請(qǐng)管理，主要有以下幾個(gè)步驟：創(chuàng)建、遞交、接受、新增或修改、再次遞交、接受、完成；當(dāng)電氣設(shè)計(jì)人員完成電纜通道創(chuàng)建后，遞交管系專業(yè)，管系專業(yè)接受并完成電纜設(shè)計(jì)，管系專業(yè)可以鎖定區(qū)域電纜管提交功能，表示該電纜管設(shè)計(jì)工作已閉環(huán)。

4 功能實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

基于三維體驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)電纜管數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，得到可交互的電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，主要包括以下幾方面：

（1）管系專業(yè)根據(jù)管路規(guī)格，在三維系統(tǒng)中定義管路原理；管系專業(yè)根據(jù)電纜管所在場所的環(huán)境性質(zhì)，定義電纜管路的材質(zhì)。如儲(chǔ)存危險(xiǎn)物品的場所、易受機(jī)械損傷的場所，選用無縫鋼管（20#）；特殊類型電纜（如消磁電纜）需要穿越水艙的，選用無縫不銹鋼管（316L）等；根據(jù)管路不同的材質(zhì)，定義相應(yīng)的電纜管通徑范圍和管路代碼，以及與電纜管配套管附件等信息；

（2）電氣設(shè)計(jì)人員根據(jù)電氣系統(tǒng)圖關(guān)聯(lián)兩個(gè)設(shè)備的電纜型號(hào)和規(guī)格，獲取電纜截面面積信息；通過管系系統(tǒng)定義的管路原理及管路所處的環(huán)境，選擇相匹配的管路屬性（包括系統(tǒng)、材質(zhì)、通徑）；結(jié)合船體結(jié)構(gòu)、管子管路、通風(fēng)系統(tǒng)等各舾裝件的布置情況，用電纜通道標(biāo)識(shí)兩個(gè)設(shè)備之間在三維空間中電纜走向，如圖2 所示。

圖2 電氣專業(yè)創(chuàng)建的電纜通道

（3）電氣設(shè)計(jì)人員標(biāo)識(shí)已完成的電纜通道，并向管系專業(yè)提交電纜通道的模型數(shù)據(jù)，明確需要提交管系專業(yè)的電纜管的詳細(xì)信息；

（4）管系設(shè)計(jì)人員在三維軟件中指定電氣模型文件，應(yīng)用程序?qū)⒆詣?dòng)搜索模型文件的電纜通道數(shù)據(jù)，對(duì)通道中有標(biāo)識(shí)的模型進(jìn)行處理，根據(jù)電纜通道設(shè)定的管路原理信息和電纜通道路徑數(shù)據(jù)自動(dòng)生成電纜管路徑；

（5）當(dāng)電纜管設(shè)計(jì)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，電氣設(shè)計(jì)人員通過電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)申請(qǐng)單標(biāo)記需要修改的電纜管號(hào)，并再次向管系設(shè)計(jì)人員執(zhí)行提交電纜管信息的操作，管系設(shè)計(jì)人員接收電纜管修改內(nèi)容并重新生成新的電纜管路；

（6）對(duì)于彎頭多、管路長的電纜管，設(shè)計(jì)人員采用電纜通道切斷的方式，來約定此處需要設(shè)置氣密伸縮套管；在后續(xù)的設(shè)計(jì)工作中，管系設(shè)計(jì)人員只需完成進(jìn)添加彎頭、支架等設(shè)計(jì)工作；電纜管的零件生成、托盤編輯以及出圖出表要求和方式，與其他系統(tǒng)管子的處理方式一致，生成的托盤管理表和安裝圖也與其他系統(tǒng)的管子在一起，不做特殊處理；管系設(shè)計(jì)人員通過鎖定該區(qū)域電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)申請(qǐng)功能，表示對(duì)于該區(qū)域電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)狀態(tài)已完成。

5 應(yīng)用效果

在某船的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中采用了三維設(shè)計(jì)軟件電纜管協(xié)作功能，進(jìn)行電纜管的生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作，高效完成全船34 間艙室2 568 路電纜排管設(shè)計(jì)。應(yīng)用該方法不僅節(jié)約了三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化二維圖紙?jiān)俎D(zhuǎn)化成三維模型的工作時(shí)間，提高了工作效率，并且還大大提高了設(shè)計(jì)圖紙的正確率。

（1）提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量

由于省去了二維圖樣轉(zhuǎn)化的過程，在三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中將電纜通道直接轉(zhuǎn)化為電纜管，電纜管的設(shè)計(jì)直觀簡潔，避免了設(shè)計(jì)人員之間的溝通，電纜管設(shè)計(jì)質(zhì)量有效提高；設(shè)計(jì)建模過程中的排管修改和優(yōu)化方案，電氣設(shè)計(jì)師直接在三維模型中修改，并實(shí)時(shí)反饋于管系設(shè)計(jì)人員，反饋及時(shí)率提高2 倍，減少了人力資源投入和工作量。

（2）具有廣泛適用性

通過電纜管數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)功能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了從模型數(shù)據(jù)到設(shè)計(jì)過程的全新集成鏈路；電纜管設(shè)計(jì)建模中間狀態(tài)數(shù)據(jù)全程記錄、可追溯，有效實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)過程的跟蹤管理；數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)流程，適用于各種不同船型的電纜管設(shè)計(jì)，具有較高的推廣價(jià)值。

6 功能改進(jìn)及建議

（1） 功能改進(jìn)

在已實(shí)現(xiàn)的電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)功能基礎(chǔ)上,可以進(jìn)一步優(yōu)化該設(shè)計(jì)流程中排管申請(qǐng)狀態(tài)管理。如在排管申請(qǐng)單中，增加執(zhí)行步驟（新增、刪除、修改、完成等過程）的狀態(tài)顯示，避免電纜管重復(fù)提交等問題，減少后續(xù)的交互環(huán)節(jié)。目前針對(duì)相關(guān)功能的優(yōu)化正在進(jìn)行研究開發(fā)，相信電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)將會(huì)更加完善,為專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)提供更好的技術(shù)支撐。

（2）建議

對(duì)于三維軟件系統(tǒng)來說，跨專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)模式的開發(fā)和應(yīng)用具有通用性。船舶數(shù)字模式里面的項(xiàng)目數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可以被多數(shù)部門一起分享，通過二次開發(fā)，建立更多的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，將基礎(chǔ)工程知識(shí)融入已有專業(yè)建模技術(shù)[4]，為今后多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的策劃與應(yīng)用提供參考依據(jù)。

7 結(jié)語

在船舶大型化發(fā)展趨勢(shì)下，船上特殊環(huán)境中電纜管的數(shù)量越來越多，傳統(tǒng)的電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)流程已不能滿足大量電纜管協(xié)作設(shè)計(jì)的需求。經(jīng)過實(shí)船驗(yàn)證，基于三維軟件的電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)，突破了專業(yè)間數(shù)據(jù)共享的障礙，省去了二維圖樣轉(zhuǎn)換成三

維模型的過程，電氣與管系專業(yè)間的協(xié)調(diào)與溝通直觀簡潔，并且實(shí)現(xiàn)了批量電纜管設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供了更便捷、高效的設(shè)計(jì)操作，有效縮短電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)周期，為有序推進(jìn)電纜管協(xié)同設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)保障。[5]