论线缆工艺智能化设计平台的搭建与实施

张浩

摘要：电气制造企业的线缆生产有着小批量多品种的特点，随着整体产品功能扩展，各分系统变得种类繁多，造成接线关系日趋复杂。传统的电缆工艺设计模式基本采用CAPP等手动模式来进行编制，迫切需要将电缆工艺设计的方式和手段进行提升，为电缆加工制造过程提供更为准确，高效的指导性文件，实现电缆部件产品对整机产品的性能保证。

关键词：电缆工艺;电缆装配;智能化设计;E3.Series;PDM

中图分类号：V460 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0176-03

0 引言

随着电子技术的快速发展，电气生产系统的设计越来越复杂，各子系统之间传输的电子信息量日趋庞大，致使电气电缆网加工数量和复杂度不断加大，从设计到工艺及生产各个环节的工程师都在为不同系统进行大量人工的数据整理和录入工作。

另一方面电气设计及工艺设计理念的不断进步、产品型号数量不断增加、设计精度要求不断提高、研发和交付周期的缩短，产品市场竞争等因素影响下，采用传统的电气设计与工艺生产对接模式已经制约了企业发展的步伐，电缆工艺智能化设计平台的搭建显示了重要性。

1 电缆工艺瓶颈总结

1.1 编制工具繁多

现有的工艺设计设计输入数据，主要是定制化工艺编制工具、CAD、PDF及Excel的格式，需要工艺工程师通过人工的方式，对进行上游总体单位的下厂接线表、电缆分支图、配套明细表等CAD、Excel等文件进行数据提取，并核对相关设计数据，如对接线表的正确性进行检查、物料明细进行整理并完善预采购清单等。

1.2 规范无法应用在设计过程

生产企业基本都有严格的设计规范和标准，但是这些规范和标准没有在设计过程的工具中进行具体落地，需要设计师参照规范体系来被动执行，因此现有的工艺设计、工艺路径管理和各类工艺文件的设计和质量检查工作还大量依靠手工方式完成，缺乏自动化及智能化管理手段。现有的工艺管理系统虽然进行了定制开发，但是还是存在线缆工艺设计数据没有基于结构化项目管理模式，还需要工程師的丰富经验来保证工艺设计的进度与质量。

1.3 工艺设计数据输入质量不高

目前，占用工程师工作量最大的配套明细表、辅料明细表、下线表及导线焊接压接表等各类工艺文件的编制，因为受制于前端设计文件的条件，数据之间的链接没有保留，所以只能通过工程师来基于源数据进行各种整理，费时费力，还无法避免人为的错误。

1.4 工艺基础设计知识库没有建立

现有电缆装配工艺还主要依靠工程师从自己预制的各种模板中进行手动调用，并修改相关文字描述，而这些经验模板无法让工程师与电缆的结构化数据进行挂钩，对工艺知识库建立和维护手段的管理主要依靠人工方式来完成。

2 电缆工艺智能化设计的总体构架

2.1 总体构架

以E3.series作为电气线缆工艺设计的核心平台，针对总体单位各类设备的电气设计输出，实现总装电装从工艺及制造的数据统一。通过基于E3项目结构化数据的支撑，实现工艺设计输入数据的结构化搭建、工艺知识库的集中创建与管理、智能化的电装工艺设计、工艺数据流程卡、下线表、配套明细表等的自动化输出，协调业务流程如图1所示。

（1）工艺设计单位通过PDM系统接受设计部门的电缆数据包，其中以后缀为.e3s文件为电气设计源文件，一般包含：系统电气原理图、配套明细表、电缆分支图、及接线表四部分;

（2）在PDM系统中建立工艺项目后，可用E3软件直接打开从总体推送的数据包e3s副本，从而转入E3设计平台进行电缆工艺方面的设计;

（3）在该项目下，基于E3的结构化数据，如果包含电缆分支图的情况，则可以快速自动输出带有长度信息的下线表，导线压接焊接表等;

（4）在该项目下，基于E3的结构化数据，如果未包含电缆分支图的情况，则可以通过工程师定义标准格式的电缆分支关系表，自动导入后创建分支长度图，也可以快速自动输出带有长度信息的下线表，导线压接焊接表等;

（5）工艺人员基于E3项目中的结构化数据，依据电缆及所含连接器、导线的具体信息，智能选择工序流程，并依据材料的工艺要求进行自动调整焊接、压接等工序，工艺人员还可以基于该结果按照电缆的个性化工艺要求，再继续进行调整，完成工艺规程文字部分的编辑;

（6）将总体设计电气数据包和工艺流程各环节关联完成的结果，根据工艺设计各阶段的要求，自动生成工序列表和工序卡片，再自动生成工艺规程的其他要素，如：工艺文件目录、引用文件目录、仪器仪表设备明细表、专用工艺装备明细表、电气装配导线表和下线表等的自动生成，最终形成一份完整的工艺规程文档。

2.2 总体性能与功能

2.2.1 图形化工艺流程规划与工艺路线组织

（1）目标。1）在E3工艺模块中创建基础通用工艺库，包括线缆及柜内电气工艺设计：工序、工步、工装、辅料、元件、符号、图框、属性值等;2）从工艺标准库中以拖拽的方式把工序拖放到图纸上;3）工序自动按照数字排序和命名;4）自动快速连接各工序，并在树状结构进行可视化管理;5）根据选定器件的加工工艺要求，智能选择标准化工艺流程图，并自动进行如焊接、压接的调整，实现流程图的基本自动化绘制;6）可以查看工序的属性信息，配置工序所需的辅料、工装等;7）可以在流程图的基础上进行下一步的工艺文件一键式生成;8）依据器件加工工艺及工装知识库的建设，智能选择对应工装的各类模板，并自动更新相关信息，自动输出在工艺文件中。

（2）实现方式。使用E3标准建库功能：元件、子电路、符号，把工艺信息录入到对话框或符号中。

2.2.2 自动生成工艺文件

（1）目标。基于标准工艺库及工艺流程图可以自动生成如下工艺文件：1）配套明细表、辅助材料定额表;2）工艺文件目录、引（借）用工艺文件目录、引用标准目录、配套明细表;3）工艺卡片/工艺卡片（续）、装配工艺卡、工艺简图、电气装配导线表、下线表。

（2）实现方式。工序作为基础元件预存在工艺设计库中，在E3工艺项目中，工序对应的符号将保存在项目中，并按照树结构将所有工序进行了树形可视化管理。

开始工艺流程知识库建立时，调取工序、工步元件并把对应的符号放置在工艺流程图上，把前后工序用E3的连线功能进行连接，再自动生成每步工序的顺序号，即可完成工艺流程图初步设计，如图2所示。

根据实际情况，总结出工艺文件的生成规则。完成工艺流程图后，以固化的程序方式自动生成工艺文件，如图3的流程：

组件中集成了工步（工序的子内容）、工具、辅料等属性，初始值为空。在开始工艺流程图绘制时，把工步、辅料、工装等对应的元件拖拽到组件中（这些信息依托创建的工艺库），再选择组件下的工序并拖拽其符号到工艺流程图上进行工艺流程图设计。

因此在完成工艺流程图设计后，每部工序所涉及的工装、辅料、设备等均已配置完毕。再通过固化好的程序规则去获取这些信息及MISC中的模板，即可自动生成平时需要手工制作的工艺BOM、工艺卡片等工艺文件。

2.2.3 工艺标注

（1）目标。1）可以进行分支拓扑设计;2）可以标注连接器连接信息、分支长度、连接器接入长度;3）可以使用向导进行辅料的选配;4）自动进行保护材料匹配性检查;5）提供分支截面的视图，包括保护材层数及厚度、芯线的分布;6）自动生成材料明细表等各类报表清单。

（2）实现方式。E3的Formboard模块具有电缆设计功能，基本可以满足工艺电缆的设计需求。基于基础工艺库及各工艺生产单位的自主库（电连接器、电线电缆、辅材）快速进行电缆装配图设计。

可以标注连接器连接信息、分支长度、连接器接入长度。可以使用向导进行辅料（如保护套管、胶带、扎带、热缩管等）的选配，自动进行保护材匹配性检查（如尺寸过小）。另外还提供分支截面的视图，包括保护材层数及厚度、芯线的分布。自动生成材料明细表等各类报表清单。

通过算法可以自动计算最优的线束的线径分布狀态，并获取分支图。

2.3 信息安全要求与数据部署构架

E3软件是基于Windows平台开发的独立软件，对Windows系统都安装使用，与其他软件并无干涉，可安装单机版和服务器版。

E3软件能保证信息的保密性、真实性、完整性，未授权拷贝和所寄生系统的安全。保证信息系统（包括硬件、软件、数据等）的安全，不受偶然的或者恶意的原因遭到破坏、更改、泄露，系统连接可靠地正常地运行，信息服务部中断，不干扰当前业务连续性。基于E3软件的二次开发全部是基于E3的基础函数，因此同E3一样具有同等的安全性。

E3基于数据库构架，可以将项目数据、元器件库、符号库、模板库都存放于数据库中进行管理。确保数据的唯一性及安全性。

目前可以支持的数据库包括Oracle、SQL server、Access等。

数据库更新后，用户须将更新数据由PDM服务器同步至本地更新本地数据库后，即可使用新版数据库。

3 结语

通过该平台的建设，将实现以下效果：

（1）保证了数据的一致性：电缆总体专业与工艺专业都采用统一的E3工具平台完成各自设计任务，真正实现了电缆从设计端、电缆工艺及制造的统一数据源，数据无需在外部CAD或Excel等工具进行数据转换，因此保证了数据的一致性，达到电缆制造的数据准确性要求，生产配套可根据设计结果数据准确指导，避免了以往配套与图纸不一致的情况。

（2）提高了工艺设计效率：基于同一工具平台的设计模式改变，保证了电缆从设计、工艺级制造环节的数据一致性。E3工艺设计模块实现了对设计数据进行自动提取、转化和分析，并依据工艺流程图，自动输出大量工艺规范性文档，免去了工艺传统的二次手动输入的过程，大幅缩短了工艺设计时间，对工艺设计人员的整体效率提升近60%。

参考文献

[1] 李蕊，张密哲，郭玉亮.基于E3·Series的电气仿真验证系统[J].中国高新技术企业，2014（13）：19-20.

[2] 李蕊，张维维，张绍东，刘志坤.基于E3.Series电气报表系统的搭建与分析[J].科技传播，2012，12（24）：213-216.

[3] 王建华.电气工程师手册[M].北京：机械工业出版社，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