基于CADDS5的數字化造船電纜布置設計

龔璇

摘 要 在數字化造船的時代背景下，為滿足船舶電氣電磁兼容要求和電纜敷設要求，本文運用CADDS5軟件來實現電纜高效合理的布置。

關鍵詞 CADDS5 數字化造船 電纜布置

中圖分類號：U662 文獻標識碼：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

隨著計算機技術的迅猛發展，計算機輔助造船技術已廣泛滲透入造船行業，即數字化造船。運用現代化的計算機輔助造船技術，實現“數字化造船”是現代造船業的發展方向。借助CADDS5軟件強大的虛擬仿真設計功能，在生產設計階段，考慮電氣設備的電磁兼容性和電纜敷設的基本要求，縮短工期的同時可提高指導實際生產的可靠性。

1 CADDS5設計軟件

為適應現代的數字化造船發展趨勢， PTC公司專門針對船舶航空航天等領域設計推出了一款功能強大的三維設計軟件CADDS5。基于CADDS5進行三維船舶的生產設計，實現了設計中的數據共享，不僅可以節約大量的設計時間，而且有效的提高了生產效率。它具備干涉檢查，及時檢測出設計錯誤，減少實際生產中的損失和危險，同時建立產品數據庫，為產品數據管理、生產管理、物流管理等子系統提供了完整的數據源，實現了智能的數字化造船。

2 基于CADDS5數字化造船電纜布置設計

2.1 船舶電氣系統電磁兼容要求

電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility-EMC）是指在有限的空間、時間和頻譜范圍內各種電氣設備能一起實現各自功能而不引起性能下降的共存狀態。它包括兩層含義：一是各電氣設備在復雜的電磁環境中能正常工作，具有可靠的抗干擾能力；二是電氣設備自身產生的電磁噪聲不對周圍電磁環境造成嚴重污染和影響其他設備正常工作。

數字化造船，在狹小的空間內，對于大量的電子設備產生的電磁環境，必須加強電氣設備的電磁干擾的抑制，保證各電子設備能正常工作。因此，當今船舶電纜的布置，對于設備間信號傳輸及船舶電網的電磁兼容性要求已經被推到了前所未有的重要位置。

2.2 船舶電纜敷設要求

在船舶中的各種設備，由于信號輸入環節到接受環節的距離較長，如船舶主機遙控系統，輸入環節在駕駛室，而接收電路在機艙，之間傳輸線較長，因而電磁場的耦合干擾也較大。為滿足船舶電氣系統電磁兼容要求，使整個電氣系統始終工作在安全穩定狀態，可采用屏蔽電纜，避免信號在傳輸過程中，干擾信號影響到控制設備，這是最基本也是最重要的防護措施。然而，當電纜中傳輸信號工作頻率較高輸出功率較大時，電纜屏蔽層甚至雙屏蔽層也無法較為理想的杜絕傳輸信號產生的電磁干擾對其他設備或者線路的影響。電纜實際敷設時還需要針對傳輸信號的種類，對不同類型的電纜進行分類敷設。需要分類敷設的電纜一般有下列5種：（1）電力電纜用于傳輸電源供應等電力信號；（2）信號電纜用于傳輸各種控制回路的開關信號或進行串并口數據通信等；（3）弱干擾電纜用于傳輸功率較小的高頻信號等；（4）強干擾電纜用于傳輸大功率高頻率信號，一般為大功率通信天線，為強干擾源；（5）敏感電纜用于傳輸信號源較弱需要嚴格控制噪聲的信號，如聲吶信號等。

一般而言，電力電纜通道與信號電纜通道之間間隔50mm以上，弱干擾電纜與其他類別電纜間隔300mm以上，強干擾電纜和敏感電纜與其他類別電纜間隔400mm以上，以使不同信號之間的干擾衰減到可以接受的范圍之內。除此以外，電纜敷設還有一些基本的要求，如：電纜敷設線路應盡可能平直并且易于檢修；應盡量避免在易受到機械損傷的場所敷設電纜；電纜應盡量遠離熱源敷設，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不小于100mm等等。諸多要求的目的只有一個，就是防止由電纜不當使用造成故障或事故，保證整個電氣系統的穩定性。而滿足這些要求的手段，就是約束電纜通道的走向，在設計過程中則表現為確定每一段電纜通道及其每一個拐點的具體坐標。

2.3 CADDS5設計實現電纜敷設

2.3.1 Oracle數據庫的建立

為實現數字化的電纜敷設設計，最初也最具有代表性的一步就是建立產品設計數據庫。先根據系統圖和原理圖等確定數據庫中數據的范圍，再根據電纜樣本、設備樣本、電纜支承件標準、電纜貫通件標準等完善數據細節，所有數據會根據類別分別匯聚到多張數據表格中，實際設計時，設計人員連接數據庫后，通過CADDS5的交互界面即可非常方便的取用和布置各種電氣專業模型。

由于CADDS5采用的是基于Oracle數據庫的三維設計，所有使用CADDS5建立的三維實體在工作空間內都有相應的屬性和具體的坐標，船、機、電、管、舾、內等各個不同的設計專業都可以通過數據庫調用其他專業布置的三維模型，并在EPD可視化窗口中實時查看完整的三維模型，進行干涉檢查，在船體有限的空間內綜合協調設備、電纜、管路及其他附件的布置，預留維護空間和操作空間，高效地完成設計工作，避免后期修改返工。

為保證整個三維模型的一致性，各個不同設計專業在設計策劃階段就規定了共同的模型原點，并通過肋位表結合總布置圖確定了各個區域對應的具體坐標范圍，因此各設計員在布置電氣設備和電纜通道時，直接選取約定的坐標即可在EPD可視化窗口中實時的更新自己的模型。當綜合布置模型逐步完善后，很多坐標甚至不需要計算或查表，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

實際布置電纜通道時，在數據庫中已經設置好了電纜的牌號截面類別，并賦予5種需要分類敷設的電纜不同的隔離等級的Segment屬性（對應屬性名稱S1，S2，S3，S4，S5）。電纜通道布置一般分為以下三個階段：

（1）布置電纜通道前，對于通道經過某艙壁或某節點的位置都可以根據系統圖估算出有多少電纜通過，再根據電纜支承件敷設要求就可以確定電纜敷設所需要的橫截面大小和所選的支承件類型，比如：若經過某一節點的電纜有 11？2、 15？、 17？、 22？、 28？，則按照電纜敷設要求敷設3層計，并考慮到組裝電纜支架托板兩側無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，在工作界面選擇布置電纜，繼而在彈出的選項卡中選擇好電纜通道的敷線面橫截面、電纜通道隔離等級、電纜通道擬采用的電纜支承件類型等屬性，然后在工作空間中選取電纜通道的起始和終止坐標點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生變化處，可以使用彎道修改工具對電纜通道進行平滑處理，并使用倒掛緊鉤進行電纜通道的過渡。當布置不同隔離等級的電纜通道時，可將不同隔離等級的電纜通道設置到不同的圖層，從而用不同顏色很直觀地區分不同隔離等級的通道。

（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，結合三維綜合布置模型可以很直觀的判斷和檢驗電纜通道的布置是否滿足要求。若發現三維模型中通道位置不滿足要求，還可以在工作空間中對通道模型進行平移、旋轉、復制和鏡像對稱等操作，調整完畢后對模型進行保存工作，之后即可實時在可視化軟件中查看調整后的模型。

除了賦予隔離等級屬性外，電纜通道有通道編號，電纜通道的端點有節點編號，不同區域的工作空間中可以將相同坐標的節點設置成相同的節點編號，從而將全船所有電纜網絡完全貫通，將這些信息全部寫入數據庫中，當三維模型布置完畢后，可以非常方便的通過程序檢查電纜網絡是否通暢，并可在后期實現電纜冊的自動編排工作，大大的減少人工編排電纜冊的工作量，極大地提高設計效率。

3 結語

現代艦船電氣設備使用范圍越來越大，電氣設備精密度也越來越高，對于艦船電氣系統的整體穩定性和電磁兼容環境也有了更高的要求。傳統設計手段已經難以滿足復雜電氣環境下的船舶電纜布置設計的要求，采用CADDS5設計軟件，通過在Oracle數據庫中建立工作表，對應三維模型中電纜通道實體屬性，可以方便快捷的區分不同類別的電纜通道，嚴格執行電纜敷設要求，通過設計指導施工，減少和消除艦上電磁干擾，實現系統的電磁兼容，提高其抗干擾能力，合理布置和敷設電纜。

基金項目：湖北省教育廳科學技術研究計劃指導性項目課題“基于CADDS5數字化船舶電氣設計的研究”，課題編號B2016522

參考文獻

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

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

[3] 蘇碧宣.船舶機艙電器設備的電磁兼容設計研究.中國高新技術企業，10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.012.

[4] 沈泉發，耿海平，湯衛平等.船舶電纜敷設工藝.CB/T 3908-2007.國防科學技術工業委員會.