論線纜工藝智能化設計平臺的搭建與實施

張浩

摘要：電氣制造企業的線纜生產有著小批量多品種的特點，隨著整體產品功能擴展，各分系統變得種類繁多，造成接線關系日趨復雜。傳統的電纜工藝設計模式基本采用CAPP等手動模式來進行編制，迫切需要將電纜工藝設計的方式和手段進行提升，為電纜加工制造過程提供更為準確，高效的指導性文件，實現電纜部件產品對整機產品的性能保證。

關鍵詞：電纜工藝;電纜裝配;智能化設計;E3.Series;PDM

中圖分類號：V460 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0176-03

0 引言

隨著電子技術的快速發展，電氣生產系統的設計越來越復雜，各子系統之間傳輸的電子信息量日趨龐大，致使電氣電纜網加工數量和復雜度不斷加大，從設計到工藝及生產各個環節的工程師都在為不同系統進行大量人工的數據整理和錄入工作。

另一方面電氣設計及工藝設計理念的不斷進步、產品型號數量不斷增加、設計精度要求不斷提高、研發和交付周期的縮短，產品市場競爭等因素影響下，采用傳統的電氣設計與工藝生產對接模式已經制約了企業發展的步伐，電纜工藝智能化設計平臺的搭建顯示了重要性。

1 電纜工藝瓶頸總結

1.1 編制工具繁多

現有的工藝設計設計輸入數據，主要是定制化工藝編制工具、CAD、PDF及Excel的格式，需要工藝工程師通過人工的方式，對進行上游總體單位的下廠接線表、電纜分支圖、配套明細表等CAD、Excel等文件進行數據提取，并核對相關設計數據，如對接線表的正確性進行檢查、物料明細進行整理并完善預采購清單等。

1.2 規范無法應用在設計過程

生產企業基本都有嚴格的設計規范和標準，但是這些規范和標準沒有在設計過程的工具中進行具體落地，需要設計師參照規范體系來被動執行，因此現有的工藝設計、工藝路徑管理和各類工藝文件的設計和質量檢查工作還大量依靠手工方式完成，缺乏自動化及智能化管理手段。現有的工藝管理系統雖然進行了定制開發，但是還是存在線纜工藝設計數據沒有基于結構化項目管理模式，還需要工程師的豐富經驗來保證工藝設計的進度與質量。

1.3 工藝設計數據輸入質量不高

目前，占用工程師工作量最大的配套明細表、輔料明細表、下線表及導線焊接壓接表等各類工藝文件的編制，因為受制于前端設計文件的條件，數據之間的鏈接沒有保留，所以只能通過工程師來基于源數據進行各種整理，費時費力，還無法避免人為的錯誤。

1.4 工藝基礎設計知識庫沒有建立

現有電纜裝配工藝還主要依靠工程師從自己預制的各種模板中進行手動調用，并修改相關文字描述，而這些經驗模板無法讓工程師與電纜的結構化數據進行掛鉤，對工藝知識庫建立和維護手段的管理主要依靠人工方式來完成。

2 電纜工藝智能化設計的總體構架

2.1 總體構架

以E3.series作為電氣線纜工藝設計的核心平臺，針對總體單位各類設備的電氣設計輸出，實現總裝電裝從工藝及制造的數據統一。通過基于E3項目結構化數據的支撐，實現工藝設計輸入數據的結構化搭建、工藝知識庫的集中創建與管理、智能化的電裝工藝設計、工藝數據流程卡、下線表、配套明細表等的自動化輸出，協調業務流程如圖1所示。

（1）工藝設計單位通過PDM系統接受設計部門的電纜數據包，其中以后綴為.e3s文件為電氣設計源文件，一般包含：系統電氣原理圖、配套明細表、電纜分支圖、及接線表四部分;

（2）在PDM系統中建立工藝項目后，可用E3軟件直接打開從總體推送的數據包e3s副本，從而轉入E3設計平臺進行電纜工藝方面的設計;

（3）在該項目下，基于E3的結構化數據，如果包含電纜分支圖的情況，則可以快速自動輸出帶有長度信息的下線表，導線壓接焊接表等;

（4）在該項目下，基于E3的結構化數據，如果未包含電纜分支圖的情況，則可以通過工程師定義標準格式的電纜分支關系表，自動導入后創建分支長度圖，也可以快速自動輸出帶有長度信息的下線表，導線壓接焊接表等;

（5）工藝人員基于E3項目中的結構化數據，依據電纜及所含連接器、導線的具體信息，智能選擇工序流程，并依據材料的工藝要求進行自動調整焊接、壓接等工序，工藝人員還可以基于該結果按照電纜的個性化工藝要求，再繼續進行調整，完成工藝規程文字部分的編輯;

（6）將總體設計電氣數據包和工藝流程各環節關聯完成的結果，根據工藝設計各階段的要求，自動生成工序列表和工序卡片，再自動生成工藝規程的其他要素，如：工藝文件目錄、引用文件目錄、儀器儀表設備明細表、專用工藝裝備明細表、電氣裝配導線表和下線表等的自動生成，最終形成一份完整的工藝規程文檔。

2.2 總體性能與功能

2.2.1 圖形化工藝流程規劃與工藝路線組織

（1）目標。1）在E3工藝模塊中創建基礎通用工藝庫，包括線纜及柜內電氣工藝設計：工序、工步、工裝、輔料、元件、符號、圖框、屬性值等;2）從工藝標準庫中以拖拽的方式把工序拖放到圖紙上;3）工序自動按照數字排序和命名;4）自動快速連接各工序，并在樹狀結構進行可視化管理;5）根據選定器件的加工工藝要求，智能選擇標準化工藝流程圖，并自動進行如焊接、壓接的調整，實現流程圖的基本自動化繪制;6）可以查看工序的屬性信息，配置工序所需的輔料、工裝等;7）可以在流程圖的基礎上進行下一步的工藝文件一鍵式生成;8）依據器件加工工藝及工裝知識庫的建設，智能選擇對應工裝的各類模板，并自動更新相關信息，自動輸出在工藝文件中。

（2）實現方式。使用E3標準建庫功能：元件、子電路、符號，把工藝信息錄入到對話框或符號中。

2.2.2 自動生成工藝文件

（1）目標。基于標準工藝庫及工藝流程圖可以自動生成如下工藝文件：1）配套明細表、輔助材料定額表;2）工藝文件目錄、引（借）用工藝文件目錄、引用標準目錄、配套明細表;3）工藝卡片/工藝卡片（續）、裝配工藝卡、工藝簡圖、電氣裝配導線表、下線表。

（2）實現方式。工序作為基礎元件預存在工藝設計庫中，在E3工藝項目中，工序對應的符號將保存在項目中，并按照樹結構將所有工序進行了樹形可視化管理。

開始工藝流程知識庫建立時，調取工序、工步元件并把對應的符號放置在工藝流程圖上，把前后工序用E3的連線功能進行連接，再自動生成每步工序的順序號，即可完成工藝流程圖初步設計，如圖2所示。

根據實際情況，總結出工藝文件的生成規則。完成工藝流程圖后，以固化的程序方式自動生成工藝文件，如圖3的流程：

組件中集成了工步（工序的子內容）、工具、輔料等屬性，初始值為空。在開始工藝流程圖繪制時，把工步、輔料、工裝等對應的元件拖拽到組件中（這些信息依托創建的工藝庫），再選擇組件下的工序并拖拽其符號到工藝流程圖上進行工藝流程圖設計。

因此在完成工藝流程圖設計后，每部工序所涉及的工裝、輔料、設備等均已配置完畢。再通過固化好的程序規則去獲取這些信息及MISC中的模板，即可自動生成平時需要手工制作的工藝BOM、工藝卡片等工藝文件。

2.2.3 工藝標注

（1）目標。1）可以進行分支拓撲設計;2）可以標注連接器連接信息、分支長度、連接器接入長度;3）可以使用向導進行輔料的選配;4）自動進行保護材料匹配性檢查;5）提供分支截面的視圖，包括保護材層數及厚度、芯線的分布;6）自動生成材料明細表等各類報表清單。

（2）實現方式。E3的Formboard模塊具有電纜設計功能，基本可以滿足工藝電纜的設計需求。基于基礎工藝庫及各工藝生產單位的自主庫（電連接器、電線電纜、輔材）快速進行電纜裝配圖設計。

可以標注連接器連接信息、分支長度、連接器接入長度。可以使用向導進行輔料（如保護套管、膠帶、扎帶、熱縮管等）的選配，自動進行保護材匹配性檢查（如尺寸過小）。另外還提供分支截面的視圖，包括保護材層數及厚度、芯線的分布。自動生成材料明細表等各類報表清單。

通過算法可以自動計算最優的線束的線徑分布狀態，并獲取分支圖。

2.3 信息安全要求與數據部署構架

E3軟件是基于Windows平臺開發的獨立軟件，對Windows系統都安裝使用，與其他軟件并無干涉，可安裝單機版和服務器版。

E3軟件能保證信息的保密性、真實性、完整性，未授權拷貝和所寄生系統的安全。保證信息系統（包括硬件、軟件、數據等）的安全，不受偶然的或者惡意的原因遭到破壞、更改、泄露，系統連接可靠地正常地運行，信息服務部中斷，不干擾當前業務連續性。基于E3軟件的二次開發全部是基于E3的基礎函數，因此同E3一樣具有同等的安全性。

E3基于數據庫構架，可以將項目數據、元器件庫、符號庫、模板庫都存放于數據庫中進行管理。確保數據的唯一性及安全性。

目前可以支持的數據庫包括Oracle、SQL server、Access等。

數據庫更新后，用戶須將更新數據由PDM服務器同步至本地更新本地數據庫后，即可使用新版數據庫。

3 結語

通過該平臺的建設，將實現以下效果：

（1）保證了數據的一致性：電纜總體專業與工藝專業都采用統一的E3工具平臺完成各自設計任務，真正實現了電纜從設計端、電纜工藝及制造的統一數據源，數據無需在外部CAD或Excel等工具進行數據轉換，因此保證了數據的一致性，達到電纜制造的數據準確性要求，生產配套可根據設計結果數據準確指導，避免了以往配套與圖紙不一致的情況。

（2）提高了工藝設計效率：基于同一工具平臺的設計模式改變，保證了電纜從設計、工藝級制造環節的數據一致性。E3工藝設計模塊實現了對設計數據進行自動提取、轉化和分析，并依據工藝流程圖，自動輸出大量工藝規范性文檔，免去了工藝傳統的二次手動輸入的過程，大幅縮短了工藝設計時間，對工藝設計人員的整體效率提升近60%。

參考文獻

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[2] 李蕊，張維維，張紹東，劉志坤.基于E3.Series電氣報表系統的搭建與分析[J].科技傳播，2012，12（24）：213-216.

[3] 王建華.電氣工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2012：183-185.

Abstract：The cable manufacturing of enterprises has the characteristics of small batch and multiple varieties， as the overall product functionality expands， the subsystems became diverse， resulting in increasingly complex wiring. The traditional process design mode basically adopts CAPP and other manual modes ， it is urgent to improve the way and means of cable process design， providing more accurate and efficient guidance documents and realizing the performance guarantee of cable components to military ?products.

Key words：technology of cable; electric fitting; intellectualized design; E3.Series;PDM