鄭楚忠

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 511462）

1 前言

在電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)于電纜托架的選取往往是參考電纜總截面積與電纜通道截面積之比，以電纜占有率為依據(jù)選擇合適的電纜托架，這種僅考慮占比的設(shè)計(jì)方法具有一定的局限性，無法涵蓋所有電纜的實(shí)際拉放情況。例如：在大電纜的拉放、動(dòng)力、信號(hào)電纜分開敷設(shè)的情況，如果單純以電纜的截面積來計(jì)算托架的大小會(huì)導(dǎo)致托架偏大或偏小，由此產(chǎn)生后期的修改造成成本浪費(fèi)。

本文通過電纜直徑、托架大小、電纜綁扎間距等一系列參數(shù)，設(shè)計(jì)出一種可視化模擬電纜敷設(shè)軟件，能夠準(zhǔn)確直觀地反映出電纜在托架上的敷設(shè)情況，并結(jié)合軟件的計(jì)算得出托架的占比，提供設(shè)計(jì)人員參考，減少電纜托架的修改率，最終達(dá)到降本增效的作用。

2 軟件介紹

本軟件采用Microsoft Visual Basic 6.0 開發(fā)，在Windows 操作系統(tǒng)和安裝Autocad 2015 以下版本，通過運(yùn)行該軟件，導(dǎo)入電纜通道某一節(jié)點(diǎn)的電纜冊(cè)，將電纜外形等效為同等直徑的截面圓，托架等效為長(zhǎng)方形，將圓在長(zhǎng)方形的橫截面上按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算排布，并自動(dòng)調(diào)用AUTOCAD 軟件生成仿真圖，同時(shí)在軟件界面顯示托架的占有率；軟件生成效果，能夠直觀地模擬電纜實(shí)際敷設(shè)的狀態(tài)，給設(shè)計(jì)人員提供直觀準(zhǔn)確的參考模型。

2.1 主要功能

1）仿真電纜成束布置綁扎

該軟件通過匹配SPD 導(dǎo)出的電纜節(jié)點(diǎn)以及預(yù)先設(shè)定的托架屬性，將一定數(shù)量的電纜在該托架上進(jìn)行排列組合，模擬成束，同時(shí)按照設(shè)定的間隙等距布置；電纜的成束綁扎，可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員的假想進(jìn)行多種綁扎仿真，以便找出最合理且滿足要求的托架大小。

2）計(jì)算托架的占有率

在完成對(duì)電纜敷設(shè)仿真后，可計(jì)算電纜的橫截面積占托架的百分比，其中將電纜截面積等效為以直徑為邊長(zhǎng)的正方形或?qū)嶋H圓形橫截面。當(dāng)占有率介于20%～25%之間時(shí)，占有率文本框?qū)⒆兂牲S色背景警示；占有率超過25%后，占有率文本框?qū)⒊霈F(xiàn)紅色背景警示；占有率低于20%時(shí)正常顯示。

3）自動(dòng)生成CAD 布置模擬圖

通過界面對(duì)托盤各參數(shù)的設(shè)置，將電纜冊(cè)導(dǎo)入后進(jìn)行仿真，軟件將自動(dòng)模擬每根電纜在托架上的坐標(biāo)以及大小，最后通過CAD 生成整個(gè)橫截面的布置圖，直觀地預(yù)估托架電纜的布置和占有比率；同時(shí)，通過CAD 圖紙對(duì)節(jié)點(diǎn)仿真圖進(jìn)行保存，方便查看。

2.2 軟件界面

軟件界面使用了與Windows 格式一樣的界面，操作單及參數(shù)簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)，主要界面分為三個(gè)區(qū)域：電纜冊(cè)導(dǎo)入?yún)^(qū)域；托架的屬性定義區(qū)域；計(jì)算后相關(guān)參數(shù)的托架的面積占用比顯示區(qū)域。

2.3 軟件運(yùn)行邏輯

《托架電纜成束綁扎仿真》軟件操作簡(jiǎn)單，將節(jié)點(diǎn)電纜冊(cè)按照相應(yīng)的模版導(dǎo)入軟件，在點(diǎn)擊仿真按鈕后會(huì)自動(dòng)對(duì)電纜進(jìn)行排布，生成相應(yīng)的文件及結(jié)果，其運(yùn)行控件邏輯如圖1 所示。

圖1 軟件的運(yùn)行邏輯

2.4 軟件的算法設(shè)計(jì)

為了減少運(yùn)行時(shí)間及減少計(jì)算機(jī)的資源占用，采取了等效法進(jìn)行計(jì)算，即在電纜冊(cè)導(dǎo)入完成后，所有電纜的橫截面積也隨之確定，而托架的截面積在其設(shè)定后固定不變，即電纜在所布置托架上的橫截面面積占有率為定值，所以在導(dǎo)入電纜冊(cè)后，軟件并不按最優(yōu)冒泡法尋找最優(yōu)組合，而是將電纜按直徑大小由大向小進(jìn)行排序，然后把事先設(shè)定的綁扎高度和寬度相乘得出的面積進(jìn)行等效劃分，將電纜的排列按照由大到小的順序?qū)γ吭拿娣e進(jìn)行填充，直至滿足第一束綁扎完成的條件后，繼續(xù)向后面的電纜束進(jìn)行填充，方式如圖2 所示。

圖2 電纜排列方式

2.5 軟件的程序設(shè)計(jì)

托架電纜成束綁扎仿真V1.0 基于VB6.0 設(shè)計(jì)，使用VB 中的Dictionary 對(duì)象，將每一條電纜視為為一個(gè)項(xiàng)目，在每個(gè)項(xiàng)目中存放所需計(jì)算的電纜直徑、電纜牌、x 軸坐標(biāo)、y 軸坐標(biāo)、電纜綁扎的次序和每束電纜的偏移值。軟件的總體框架設(shè)計(jì)邏輯，如圖3 所示。

圖3 總體框架設(shè)計(jì)邏輯

軟件的核心計(jì)算在于確定每束中的每根電纜之間的關(guān)系，即確定他們是否綁扎在一起，軟件的編程采用了計(jì)算兩圓相切的坐標(biāo)和三圓相互外切的坐標(biāo)的方案：

1）位于托架底部第一層的電纜，按照從左往右的順序，每一束的第一根電纜為固定位置，接著的每一根電纜按與前一根電纜的相切關(guān)系進(jìn)行累加，直至整層電纜束的外徑之和受限于軟件設(shè)置的電纜扎寬，以此類推直至完成底層電纜的鋪排。

如圖4 所示，右側(cè)電纜的中心坐標(biāo)為：

圖4 底層電纜計(jì)算方法

將x1、R 迭代為前一個(gè)圓的x 軸坐標(biāo)和半徑，即可得出底層電纜的中心坐標(biāo)。

2）第二層電纜的敷設(shè)模型，使用了方位角的方法。如圖5 所示，其坐標(biāo)的模型算法如下：

圖5 方位角求坐標(biāo)

3）同理，運(yùn)用該方法采用迭代的方式，即可求出底層往上每一層的電纜敷設(shè)的坐標(biāo)。

2.6 軟件部分主要源代碼

因篇幅所限，此略。

3 操作說明

根據(jù)軟件設(shè)置托架的參數(shù)及電纜敷設(shè)綁扎的要求，該區(qū)域共有下列參數(shù)需要設(shè)置：

托架大?。涸O(shè)定的托架寬度；

電纜扎寬：每束電纜綁扎的寬度；

電纜扎高：每束電纜的高度；

電纜捆間隔：每束電纜間的間隔要求；

托架高度：用于敷設(shè)電纜托架凈高度。

托架屬性設(shè)置完成后，從SPD 節(jié)點(diǎn)中導(dǎo)出電纜數(shù)據(jù)，將電纜數(shù)據(jù)生成EXCEL 表格，將序號(hào)、電纜代號(hào)、直徑分別從EXCEL 表格A、B、F 列及第4 行開始寫入，A 列為序號(hào)項(xiàng)，B 列為電纜牌，F(xiàn) 列為電纜直徑。其中，序號(hào)和電纜代號(hào)不能出現(xiàn)重復(fù)，同時(shí)表格中需要顯示全部?jī)?nèi)容，不能含有隱藏?cái)?shù)據(jù)，否則生成結(jié)果將與實(shí)際不一致；直徑的單元格格式應(yīng)為數(shù)字，不能為文本格式；所有數(shù)據(jù)均從第4 行開始往下填寫，中間不能有空行，如出現(xiàn)空行軟件會(huì)自認(rèn)為數(shù)據(jù)結(jié)束。

在軟件的電纜冊(cè)區(qū)域點(diǎn)擊加載，在彈出的對(duì)話框上選擇需要加載的excel 文件。

最后點(diǎn)擊仿真按鈕，軟件將自動(dòng)進(jìn)行電纜綁扎仿真，并在CAD 圖中繪制該節(jié)點(diǎn)處托架的橫截面仿真圖，如圖6 所示。

圖6 仿真圖

圖6 所標(biāo)注的外層矩形是由托架的寬度和托架的高度組成的托架仿真空間，中間為由電纜直徑形成的橫截面組合而成的電纜束，其高度、寬度、間隔由托架屬性欄輸入決定。

面積比是計(jì)算所有電纜的橫截面積占托架面積的比例，有兩種計(jì)算方法，可以實(shí)現(xiàn)切換：

托架面積 S=托架大小 托架高度

電纜總截面積Sc=（r 為電纜半徑）

電纜等效方形截面積Ss=（d 為電纜直徑)

托架占有率=Ss/S 或Sc/S

4 仿真測(cè)試及效果

本次測(cè)試數(shù)據(jù)取自完工的某集裝箱船機(jī)艙區(qū)域E3065 節(jié)點(diǎn)中的電纜預(yù)算，該節(jié)點(diǎn)共有電纜52 根，通過軟件對(duì)該節(jié)點(diǎn)所設(shè)置的托架進(jìn)行仿真。

4.1 設(shè)置參數(shù)

對(duì)E3 065 節(jié)點(diǎn)采用400 寬的托架進(jìn)行仿真，設(shè)置軟件參數(shù)。

4.2 導(dǎo)入電纜冊(cè)

導(dǎo)入E3 065 節(jié)點(diǎn)中的電纜，用軟件加載該電纜冊(cè)自動(dòng)生成相關(guān)CAD 電纜敷設(shè)示意圖（見圖7），并顯示托架占有率為18.47%，基本滿足使用要求；從模擬出來的成束結(jié)果，該電纜冊(cè)共52 根電纜，采用400 寬的托架敷設(shè)較為理想美觀且略有余量。

圖7 400 寬托架電纜敷設(shè)仿真圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證采用400 寬的托架敷設(shè)該電纜冊(cè)，將此電纜節(jié)點(diǎn)采用300 寬的托架進(jìn)行仿真敷設(shè)，由該仿真圖（見圖8）可以看出，使用300 寬的托架顯得有點(diǎn)擁擠，其顯示占有率達(dá)24.6%，盡管占有率并未超標(biāo)，但由于該節(jié)點(diǎn)的電纜較多，在考慮部分電纜分開敷設(shè)的情況，在成束的情況下中間束明顯層數(shù)太多，不符合相應(yīng)的敷設(shè)工藝要求，所以該節(jié)點(diǎn)的電纜托架采用400 寬的托架進(jìn)行敷設(shè)較為理想。

圖8 300 寬托架電纜敷設(shè)仿真圖

4.3 仿真敷設(shè)與實(shí)際敷設(shè)效果比較

該節(jié)點(diǎn)的敷設(shè)效果比效理想，基本滿足要求。盡管實(shí)際綁扎成束的效果與仿真圖有些區(qū)別，但此節(jié)點(diǎn)處的電纜無論是占有率還是最終排列效果都與軟件的生成圖達(dá)到了一個(gè)較高的契合度，仍舊是4 束敷設(shè)，且電纜綁扎后的效果比較理想，滿足相應(yīng)的工藝要求。

5 總結(jié)

通過該軟件的仿真，可以最大程度地減少托架布置的差錯(cuò)，其主要的優(yōu)點(diǎn)是：1）直觀化：1:1 仿真電纜成束敷設(shè)綁扎，直觀準(zhǔn)確；2）靈活性：通過參數(shù)的設(shè)置，能最大限度的取優(yōu)布置；3）高效性：打破以往人工手繪或憑經(jīng)驗(yàn)布置的方式，大大提高了布置效率；4）降本增效：降低托架鐵舾件的修改率。

后期進(jìn)行改進(jìn)，可以在該軟件的基礎(chǔ)上，明確動(dòng)力電纜及信號(hào)電纜的不同標(biāo)識(shí)，并進(jìn)行分開敷設(shè)以達(dá)到更加的完善。