基于CADDS5的數(shù)字化造船電纜布置設(shè)計(jì)

龔璇

摘 要 在數(shù)字化造船的時(shí)代背景下，為滿足船舶電氣電磁兼容要求和電纜敷設(shè)要求，本文運(yùn)用CADDS5軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)電纜高效合理的布置。

關(guān)鍵詞 CADDS5 數(shù)字化造船 電纜布置

中圖分類(lèi)號(hào)：U662 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.04.019

Design of Digital Shipbuilding Cable Layout Based on CADDS5

GONG Xuan

（School of Mechanical Engineering， Wuhan Institute of Shipbuilding Technology， Wuhan， Hubei 430050）

Abstract In the background of digital shipbuilding， CADDS5 software is used to meet the compatibility between ship electrical and electromagnetic and the basic requirements of cable laying. Meanwhile， the digital method for cable layout is achieved by the CADDS5 software.

Keywords CADDS5； digital shipbuilding； cable arrangement

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助造船技術(shù)已廣泛滲透入造船行業(yè)，即數(shù)字化造船。運(yùn)用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)輔助造船技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化造船”是現(xiàn)代造船業(yè)的發(fā)展方向。借助CADDS5軟件強(qiáng)大的虛擬仿真設(shè)計(jì)功能，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，考慮電氣設(shè)備的電磁兼容性和電纜敷設(shè)的基本要求，縮短工期的同時(shí)可提高指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的可靠性。

1 CADDS5設(shè)計(jì)軟件

為適應(yīng)現(xiàn)代的數(shù)字化造船發(fā)展趨勢(shì)， PTC公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)船舶航空航天等領(lǐng)域設(shè)計(jì)推出了一款功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件CADDS5。基于CADDS5進(jìn)行三維船舶的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)共享，不僅可以節(jié)約大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，而且有效的提高了生產(chǎn)效率。它具備干涉檢查，及時(shí)檢測(cè)出設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，減少實(shí)際生產(chǎn)中的損失和危險(xiǎn)，同時(shí)建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)，為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)管理、物流管理等子系統(tǒng)提供了完整的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)了智能的數(shù)字化造船。

2 基于CADDS5數(shù)字化造船電纜布置設(shè)計(jì)

2.1 船舶電氣系統(tǒng)電磁兼容要求

電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility-EMC）是指在有限的空間、時(shí)間和頻譜范圍內(nèi)各種電氣設(shè)備能一起實(shí)現(xiàn)各自功能而不引起性能下降的共存狀態(tài)。它包括兩層含義：一是各電氣設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能正常工作，具有可靠的抗干擾能力；二是電氣設(shè)備自身產(chǎn)生的電磁噪聲不對(duì)周?chē)姶怒h(huán)境造成嚴(yán)重污染和影響其他設(shè)備正常工作。

數(shù)字化造船，在狹小的空間內(nèi)，對(duì)于大量的電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁環(huán)境，必須加強(qiáng)電氣設(shè)備的電磁干擾的抑制，保證各電子設(shè)備能正常工作。因此，當(dāng)今船舶電纜的布置，對(duì)于設(shè)備間信號(hào)傳輸及船舶電網(wǎng)的電磁兼容性要求已經(jīng)被推到了前所未有的重要位置。

2.2 船舶電纜敷設(shè)要求

在船舶中的各種設(shè)備，由于信號(hào)輸入環(huán)節(jié)到接受環(huán)節(jié)的距離較長(zhǎng)，如船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)，輸入環(huán)節(jié)在駕駛室，而接收電路在機(jī)艙，之間傳輸線較長(zhǎng)，因而電磁場(chǎng)的耦合干擾也較大。為滿足船舶電氣系統(tǒng)電磁兼容要求，使整個(gè)電氣系統(tǒng)始終工作在安全穩(wěn)定狀態(tài)，可采用屏蔽電纜，避免信號(hào)在傳輸過(guò)程中，干擾信號(hào)影響到控制設(shè)備，這是最基本也是最重要的防護(hù)措施。然而，當(dāng)電纜中傳輸信號(hào)工作頻率較高輸出功率較大時(shí)，電纜屏蔽層甚至雙屏蔽層也無(wú)法較為理想的杜絕傳輸信號(hào)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)其他設(shè)備或者線路的影響。電纜實(shí)際敷設(shè)時(shí)還需要針對(duì)傳輸信號(hào)的種類(lèi)，對(duì)不同類(lèi)型的電纜進(jìn)行分類(lèi)敷設(shè)。需要分類(lèi)敷設(shè)的電纜一般有下列5種：（1）電力電纜用于傳輸電源供應(yīng)等電力信號(hào)；（2）信號(hào)電纜用于傳輸各種控制回路的開(kāi)關(guān)信號(hào)或進(jìn)行串并口數(shù)據(jù)通信等；（3）弱干擾電纜用于傳輸功率較小的高頻信號(hào)等；（4）強(qiáng)干擾電纜用于傳輸大功率高頻率信號(hào)，一般為大功率通信天線，為強(qiáng)干擾源；（5）敏感電纜用于傳輸信號(hào)源較弱需要嚴(yán)格控制噪聲的信號(hào)，如聲吶信號(hào)等。

一般而言，電力電纜通道與信號(hào)電纜通道之間間隔50mm以上，弱干擾電纜與其他類(lèi)別電纜間隔300mm以上，強(qiáng)干擾電纜和敏感電纜與其他類(lèi)別電纜間隔400mm以上，以使不同信號(hào)之間的干擾衰減到可以接受的范圍之內(nèi)。除此以外，電纜敷設(shè)還有一些基本的要求，如：電纜敷設(shè)線路應(yīng)盡可能平直并且易于檢修；應(yīng)盡量避免在易受到機(jī)械損傷的場(chǎng)所敷設(shè)電纜；電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源敷設(shè)，電纜離蒸汽管、排氣管及其法蘭、電阻器、鍋爐等熱源的空間距離應(yīng)不小于100mm等等。諸多要求的目的只有一個(gè)，就是防止由電纜不當(dāng)使用造成故障或事故，保證整個(gè)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而滿足這些要求的手段，就是約束電纜通道的走向，在設(shè)計(jì)過(guò)程中則表現(xiàn)為確定每一段電纜通道及其每一個(gè)拐點(diǎn)的具體坐標(biāo)。

2.3 CADDS5設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)

2.3.1 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)，最初也最具有代表性的一步就是建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。先根據(jù)系統(tǒng)圖和原理圖等確定數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的范圍，再根據(jù)電纜樣本、設(shè)備樣本、電纜支承件標(biāo)準(zhǔn)、電纜貫通件標(biāo)準(zhǔn)等完善數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)，所有數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)類(lèi)別分別匯聚到多張數(shù)據(jù)表格中，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員連接數(shù)據(jù)庫(kù)后，通過(guò)CADDS5的交互界面即可非常方便的取用和布置各種電氣專(zhuān)業(yè)模型。

由于CADDS5采用的是基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的三維設(shè)計(jì)，所有使用CADDS5建立的三維實(shí)體在工作空間內(nèi)都有相應(yīng)的屬性和具體的坐標(biāo)，船、機(jī)、電、管、舾、內(nèi)等各個(gè)不同的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)都可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用其他專(zhuān)業(yè)布置的三維模型，并在EPD可視化窗口中實(shí)時(shí)查看完整的三維模型，進(jìn)行干涉檢查，在船體有限的空間內(nèi)綜合協(xié)調(diào)設(shè)備、電纜、管路及其他附件的布置，預(yù)留維護(hù)空間和操作空間，高效地完成設(shè)計(jì)工作，避免后期修改返工。

為保證整個(gè)三維模型的一致性，各個(gè)不同設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)在設(shè)計(jì)策劃階段就規(guī)定了共同的模型原點(diǎn)，并通過(guò)肋位表結(jié)合總布置圖確定了各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的具體坐標(biāo)范圍，因此各設(shè)計(jì)員在布置電氣設(shè)備和電纜通道時(shí)，直接選取約定的坐標(biāo)即可在EPD可視化窗口中實(shí)時(shí)的更新自己的模型。當(dāng)綜合布置模型逐步完善后，很多坐標(biāo)甚至不需要計(jì)算或查表，可以直接在可視化窗口中非常方便地量取。

2.3.2 電纜通道的布置

實(shí)際布置電纜通道時(shí)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)設(shè)置好了電纜的牌號(hào)截面類(lèi)別，并賦予5種需要分類(lèi)敷設(shè)的電纜不同的隔離等級(jí)的Segment屬性（對(duì)應(yīng)屬性名稱(chēng)S1，S2，S3，S4，S5）。電纜通道布置一般分為以下三個(gè)階段：

（1）布置電纜通道前，對(duì)于通道經(jīng)過(guò)某艙壁或某節(jié)點(diǎn)的位置都可以根據(jù)系統(tǒng)圖估算出有多少電纜通過(guò)，再根據(jù)電纜支承件敷設(shè)要求就可以確定電纜敷設(shè)所需要的橫截面大小和所選的支承件類(lèi)型，比如：若經(jīng)過(guò)某一節(jié)點(diǎn)的電纜有 11？2、 15？、 17？、 22？、 28？，則按照電纜敷設(shè)要求敷設(shè)3層計(jì)，并考慮到組裝電纜支架托板兩側(cè)無(wú)法綁扎緊固扎帶的余量，則選用200mm寬的組裝電纜托架較為合適。

（2）布置電纜通道時(shí)，在工作界面選擇布置電纜，繼而在彈出的選項(xiàng)卡中選擇好電纜通道的敷線面橫截面、電纜通道隔離等級(jí)、電纜通道擬采用的電纜支承件類(lèi)型等屬性，然后在工作空間中選取電纜通道的起始和終止坐標(biāo)點(diǎn)即可精確的控制電纜通道的走向，在電纜通道拐角和高度發(fā)生變化處，可以使用彎道修改工具對(duì)電纜通道進(jìn)行平滑處理，并使用倒掛緊鉤進(jìn)行電纜通道的過(guò)渡。當(dāng)布置不同隔離等級(jí)的電纜通道時(shí)，可將不同隔離等級(jí)的電纜通道設(shè)置到不同的圖層，從而用不同顏色很直觀地區(qū)分不同隔離等級(jí)的通道。

（3）電纜通道布置完畢后，在工作空間中或者可視化窗口中都可以量取通道之間距離，結(jié)合三維綜合布置模型可以很直觀的判斷和檢驗(yàn)電纜通道的布置是否滿足要求。若發(fā)現(xiàn)三維模型中通道位置不滿足要求，還可以在工作空間中對(duì)通道模型進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制和鏡像對(duì)稱(chēng)等操作，調(diào)整完畢后對(duì)模型進(jìn)行保存工作，之后即可實(shí)時(shí)在可視化軟件中查看調(diào)整后的模型。

除了賦予隔離等級(jí)屬性外，電纜通道有通道編號(hào)，電纜通道的端點(diǎn)有節(jié)點(diǎn)編號(hào)，不同區(qū)域的工作空間中可以將相同坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)設(shè)置成相同的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，從而將全船所有電纜網(wǎng)絡(luò)完全貫通，將這些信息全部寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)三維模型布置完畢后，可以非常方便的通過(guò)程序檢查電纜網(wǎng)絡(luò)是否通暢，并可在后期實(shí)現(xiàn)電纜冊(cè)的自動(dòng)編排工作，大大的減少人工編排電纜冊(cè)的工作量，極大地提高設(shè)計(jì)效率。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代艦船電氣設(shè)備使用范圍越來(lái)越大，電氣設(shè)備精密度也越來(lái)越高，對(duì)于艦船電氣系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和電磁兼容環(huán)境也有了更高的要求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段已經(jīng)難以滿足復(fù)雜電氣環(huán)境下的船舶電纜布置設(shè)計(jì)的要求，采用CADDS5設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中建立工作表，對(duì)應(yīng)三維模型中電纜通道實(shí)體屬性，可以方便快捷的區(qū)分不同類(lèi)別的電纜通道，嚴(yán)格執(zhí)行電纜敷設(shè)要求，通過(guò)設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工，減少和消除艦上電磁干擾，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電磁兼容，提高其抗干擾能力，合理布置和敷設(shè)電纜。

基金項(xiàng)目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃指導(dǎo)性項(xiàng)目課題“基于CADDS5數(shù)字化船舶電氣設(shè)計(jì)的研究”，課題編號(hào)B2016522

參考文獻(xiàn)

[1] 葉瑩，袁雍晗，徐義亨.船舶電纜系統(tǒng)的電磁兼容.艦船電子工程，10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.038.

[2] 劉曉暘.船舶電氣設(shè)備電磁兼容探析.裝備制造技術(shù)，10.3969/j.iss，n.1672-545X.2015.10.059.

[3] 蘇碧宣.船舶機(jī)艙電器設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)研究.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.012.

[4] 沈泉發(fā)，耿海平，湯衛(wèi)平等.船舶電纜敷設(shè)工藝.CB/T 3908-2007.國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).