基于CADDS5的数字化造船电缆布置设计

龚璇

摘 要 在数字化造船的时代背景下，为满足船舶电气电磁兼容要求和电缆敷设要求，本文运用CADDS5软件来实现电缆高效合理的布置。

关键词 CADDS5 数字化造船 电缆布置

中图分类号：U662 文献标识码：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

隨着计算机技术的迅猛发展，计算机辅助造船技术已广泛渗透入造船行业，即数字化造船。运用现代化的计算机辅助造船技术，实现“数字化造船”是现代造船业的发展方向。借助CADDS5软件强大的虚拟仿真设计功能，在生产设计阶段，考虑电气设备的电磁兼容性和电缆敷设的基本要求，缩短工期的同时可提高指导实际生产的可靠性。

1 CADDS5设计软件

为适应现代的数字化造船发展趋势， PTC公司专门针对船舶航空航天等领域设计推出了一款功能强大的三维设计软件CADDS5。基于CADDS5进行三维船舶的生产设计，实现了设计中的数据共享，不仅可以节约大量的设计时间，而且有效的提高了生产效率。它具备干涉检查，及时检测出设计错误，减少实际生产中的损失和危险，同时建立产品数据库，为产品数据管理、生产管理、物流管理等子系统提供了完整的数据源，实现了智能的数字化造船。

2 基于CADDS5数字化造船电缆布置设计

2.1 船舶电气系统电磁兼容要求

电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility-EMC）是指在有限的空间、时间和频谱范围内各种电气设备能一起实现各自功能而不引起性能下降的共存状态。它包括两层含义：一是各电气设备在复杂的电磁环境中能正常工作，具有可靠的抗干扰能力；二是电气设备自身产生的电磁噪声不对周围电磁环境造成严重污染和影响其他设备正常工作。

数字化造船，在狭小的空间内，对于大量的电子设备产生的电磁环境，必须加强电气设备的电磁干扰的抑制，保证各电子设备能正常工作。因此，当今船舶电缆的布置，对于设备间信号传输及船舶电网的电磁兼容性要求已经被推到了前所未有的重要位置。

2.2 船舶电缆敷设要求

在船舶中的各种设备，由于信号输入环节到接受环节的距离较长，如船舶主机遥控系统，输入环节在驾驶室，而接收电路在机舱，之间传输线较长，因而电磁场的耦合干扰也较大。为满足船舶电气系统电磁兼容要求，使整个电气系统始终工作在安全稳定状态，可采用屏蔽电缆，避免信号在传输过程中，干扰信号影响到控制设备，这是最基本也是最重要的防护措施。然而，当电缆中传输信号工作频率较高输出功率较大时，电缆屏蔽层甚至双屏蔽层也无法较为理想的杜绝传输信号产生的电磁干扰对其他设备或者线路的影响。电缆实际敷设时还需要针对传输信号的种类，对不同类型的电缆进行分类敷设。需要分类敷设的电缆一般有下列5种：（1）电力电缆用于传输电源供应等电力信号；（2）信号电缆用于传输各种控制回路的开关信号或进行串并口数据通信等；（3）弱干扰电缆用于传输功率较小的高频信号等；（4）强干扰电缆用于传输大功率高频率信号，一般为大功率通信天线，为强干扰源；（5）敏感电缆用于传输信号源较弱需要严格控制噪声的信号，如声呐信号等。

一般而言，电力电缆通道与信号电缆通道之间间隔50mm以上，弱干扰电缆与其他类别电缆间隔300mm以上，强干扰电缆和敏感电缆与其他类别电缆间隔400mm以上，以使不同信号之间的干扰衰减到可以接受的范围之内。除此以外，电缆敷设还有一些基本的要求，如：电缆敷设线路应尽可能平直并且易于检修；应尽量避免在易受到机械损伤的场所敷设电缆；电缆应尽量远离热源敷设，电缆离蒸汽管、排气管及其法兰、电阻器、锅炉等热源的空间距离应不小于100mm等等。诸多要求的目的只有一个，就是防止由电缆不当使用造成故障或事故，保证整个电气系统的稳定性。而满足这些要求的手段，就是约束电缆通道的走向，在设计过程中则表现为确定每一段电缆通道及其每一个拐点的具体坐标。

2.3 CADDS5设计实现电缆敷设

2.3.1 Oracle数据库的建立

为实现数字化的电缆敷设设计，最初也最具有代表性的一步就是建立产品设计数据库。先根据系统图和原理图等确定数据库中数据的范围，再根据电缆样本、设备样本、电缆支承件标准、电缆贯通件标准等完善数据细节，所有数据会根据类别分别汇聚到多张数据表格中，实际设计时，设计人员连接数据库后，通过CADDS5的交互界面即可非常方便的取用和布置各种电气专业模型。

由于CADDS5采用的是基于Oracle数据库的三维设计，所有使用CADDS5建立的三维实体在工作空间内都有相应的属性和具体的坐标，船、机、电、管、舾、内等各个不同的设计专业都可以通过数据库调用其他专业布置的三维模型，并在EPD可视化窗口中实时查看完整的三维模型，进行干涉检查，在船体有限的空间内综合协调设备、电缆、管路及其他附件的布置，预留维护空间和操作空间，高效地完成设计工作，避免后期修改返工。

为保证整个三维模型的一致性，各个不同设计专业在设计策划阶段就规定了共同的模型原点，并通过肋位表结合总布置图确定了各个区域对应的具体坐标范围，因此各设计员在布置电气设备和电缆通道时，直接选取约定的坐标即可在EPD可视化窗口中实时的更新自己的模型。当综合布置模型逐步完善后，很多坐标甚至不需要计算或查表，可以直接在可视化窗口中非常方便地量取。

2.3.2 电缆通道的布置

实际布置电缆通道时，在数据库中已经设置好了电缆的牌号截面类别，并赋予5种需要分类敷设的电缆不同的隔离等级的Segment属性（对应属性名称S1，S2，S3，S4，S5）。電缆通道布置一般分为以下三个阶段：

（1）布置电缆通道前，对于通道经过某舱壁或某节点的位置都可以根据系统图估算出有多少电缆通过，再根据电缆支承件敷设要求就可以确定电缆敷设所需要的横截面大小和所选的支承件类型，比如：若经过某一节点的电缆有 11？2、 15？、 17？、 22？、 28？，则按照电缆敷设要求敷设3层计，并考虑到组装电缆支架托板两侧无法绑扎紧固扎带的余量，则选用200mm宽的组装电缆托架较为合适。

（2）布置电缆通道时，在工作界面选择布置电缆，继而在弹出的选项卡中选择好电缆通道的敷线面横截面、电缆通道隔离等级、电缆通道拟采用的电缆支承件类型等属性，然后在工作空间中选取电缆通道的起始和终止坐标点即可精确的控制电缆通道的走向，在电缆通道拐角和高度发生变化处，可以使用弯道修改工具对电缆通道进行平滑处理，并使用倒挂紧钩进行电缆通道的过渡。当布置不同隔离等级的电缆通道时，可将不同隔离等级的电缆通道设置到不同的图层，从而用不同颜色很直观地区分不同隔离等级的通道。

（3）电缆通道布置完毕后，在工作空间中或者可视化窗口中都可以量取通道之间距离，结合三维综合布置模型可以很直观的判断和检验电缆通道的布置是否满足要求。若发现三维模型中通道位置不满足要求，还可以在工作空间中对通道模型进行平移、旋转、复制和镜像对称等操作，调整完毕后对模型进行保存工作，之后即可实时在可视化软件中查看调整后的模型。

除了赋予隔离等级属性外，电缆通道有通道编号，电缆通道的端点有节点编号，不同区域的工作空间中可以将相同坐标的节点设置成相同的节点编号，从而将全船所有电缆网络完全贯通，将这些信息全部写入数据库中，当三维模型布置完毕后，可以非常方便的通过程序检查电缆网络是否通畅，并可在后期实现电缆册的自动编排工作，大大的减少人工编排电缆册的工作量，极大地提高设计效率。

3 结语

现代舰船电气设备使用范围越来越大，电气设备精密度也越来越高，对于舰船电气系统的整体稳定性和电磁兼容环境也有了更高的要求。传统设计手段已经难以满足复杂电气环境下的船舶电缆布置设计的要求，采用CADDS5设计软件，通过在Oracle数据库中建立工作表，对应三维模型中电缆通道实体属性，可以方便快捷的区分不同类别的电缆通道，严格执行电缆敷设要求，通过设计指导施工，减少和消除舰上电磁干扰，实现系统的电磁兼容，提高其抗干扰能力，合理布置和敷设电缆。

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究计划指导性项目课题“基于CADDS5数字化船舶电气设计的研究”，课题编号B2016522

参考文献

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