船舶電纜自動敷設(shè)及長度計算的應(yīng)用插件設(shè)計

田凌 曹愛杰

摘 要：電纜表冊是用來顯示全船電纜參數(shù)信息的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，表冊中包含了電纜的編號、型號、線徑、長度、經(jīng)過的節(jié)點路徑、始末設(shè)備位置等信息，供工人敷設(shè)電纜用。本文介紹一款基于AutoCAD軟件通過二次編程開發(fā)的應(yīng)用插件[1]，在繪制全船電纜表冊時，實現(xiàn)電纜的自動敷設(shè)及長度計算。

關(guān)鍵詞：插件;路徑;節(jié)點;自動敷設(shè);電纜

中圖分類號：U66? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0083-03

什么是電纜敷設(shè)路徑？電氣設(shè)備A與電氣設(shè)備B之間的連接電纜，通過敷設(shè)在電纜導(dǎo)架通道上，電纜的兩端將A與B設(shè)備連通，就像開車從地點A去地點B，選擇最短最優(yōu)的路線到達(dá)，電纜導(dǎo)架通道就是“公路”，電纜就像車流量。如何能讓“公路順暢不堵車”，且“汽車行駛不繞路”就顯得尤為重要了（見圖1）。

1 插件的使用方法

1.1插件參數(shù)初始化設(shè)置

一艘立體船舶上的所有部件，都應(yīng)該有一個相對的三維坐標(biāo)值，即X、Y、Z，為了便于電纜的敷設(shè)測量，我們把立體的船舶展開在一張平面的圖紙上，就像船舶總布置圖一樣，然后用插件為每層甲板定義一個相對坐標(biāo)點，例如：頂甲板的FR190號肋位，我們只需要在插件中選擇頂甲板，輸入FR190，然后選擇頂甲板平面布置圖中的FR190船舯位置，點擊確認(rèn)即可，在后期電纜敷設(shè)測量時，插件就會自動根據(jù)需要測量的電氣設(shè)備所在位置，映射到平面圖中所在甲板的相對位置了。由于有很多電纜是穿甲板敷設(shè)的，從一層甲板到達(dá)另一層甲板，這就牽涉到計算Z值了，所以我們還需要為每一層甲板設(shè)置層高參數(shù)（見圖2），在電纜敷設(shè)測量時，插件會根據(jù)電纜所走節(jié)點路徑信息，識別節(jié)點代號中的甲板代號信息，自動將相鄰兩層甲板的高度數(shù)據(jù)，并入到電纜的總長度數(shù)據(jù)當(dāng)中。

1.2主干電纜線路圖的繪制

主干電纜線路圖是在船舶總布置圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)電纜導(dǎo)架、貫穿件等電舾件的實際布置位置，及電氣施工工藝、船級社規(guī)范要求，繪制的一份電纜敷設(shè)路徑示意圖，供工人敷設(shè)電纜時，按電纜表冊中節(jié)點路徑來敷設(shè)電纜用的，主干電纜線路圖就像汽車導(dǎo)航的地圖。在繪制主干電纜線路圖時，需要先從我司的東欣船舶產(chǎn)品設(shè)計軟件數(shù)據(jù)庫中（以下簡稱SPD），將每層甲板或區(qū)域的電舾件，導(dǎo)出成一份AutoCAD圖紙，然后將圖紙中的電舾件合并成一個塊，并帶基點復(fù)制到主干電纜線路圖中，相應(yīng)甲板或區(qū)域的實際位置上，接著用本插件將圖中的電纜導(dǎo)架通道用線段來表示（見圖3），每條線段都有它的長度屬性，用于后期電纜長度計算。再將所有穿艙件用節(jié)點來表示，每一個節(jié)點都有唯一的編號，是插件根據(jù)穿艙件所在甲板及位置，自動生成并編號的，便于區(qū)分和查找。有些路徑的交匯點不一定有穿艙件，或者我們認(rèn)為會有很多電纜經(jīng)過某一點，這時我們可以手工在此處添加一個虛擬節(jié)點，便于附近的電氣設(shè)備連接這個節(jié)點，以及后期統(tǒng)計經(jīng)過這個節(jié)點的電纜數(shù)量，就像監(jiān)測道路車流量一樣，節(jié)點就像一個路口，代號就是路徑名稱。每一個節(jié)點代號都有它的位置屬性，例如：WH166S2，W代表位于本層甲板的節(jié)點，H代表頂甲板， 166代表船舶肋位FR166，S代表右舷，2代表節(jié)點排序為第2個。向上或向下穿甲板的貫穿件也有節(jié)點代號，并加上指向箭頭，例如：A198M，A代表上面一層A甲板，198代表船舶肋位FR198，M代表船舯位置。

1.3電氣設(shè)備位置數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入

主干電纜線路圖繪制完成后，就相當(dāng)于“導(dǎo)航地圖的街道路徑繪制完成”，后面就需要將全船電氣設(shè)備三維位置數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到主干電纜線路圖中，相當(dāng)于“把地圖中的建筑地址導(dǎo)入”，這樣就是“一幅完整的地圖了”。本司的船舶放樣平衡設(shè)計，都是在SPD三維設(shè)計軟件中全船建模的，所以全船的電氣設(shè)備位置數(shù)據(jù)就有現(xiàn)成的了，只需要在插件中設(shè)置相應(yīng)船號工程項，并將全船的電氣設(shè)備位置數(shù)據(jù)表，從SPD數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出到電腦桌面后。再用插件一鍵導(dǎo)入即可。

1.4插件的算法

插件的算法，即電纜自動敷設(shè)的計算公式，就像汽車的自動導(dǎo)航功能。本插件是在迪杰斯特拉算法[2]基礎(chǔ)上，根據(jù)實際需要優(yōu)化的算法。迪杰斯特拉算法是典型的最短路徑算法，用于計算一個節(jié)點到其他節(jié)點的最短路徑，形象的比喻就像在絕對水平的迷宮中，從任一點開始注水，水會順著迷宮的通道，向四面八方勻速蔓延開來，最先到達(dá)指定位置的水流，所走的路徑即為最短路徑。全船的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)就是這個“迷宮”，電纜就是“水流”。

1.5電纜的自動敷設(shè)

計算過程是先用插件讀取電纜表冊中，某根電纜的始設(shè)備A和末設(shè)備B的設(shè)備代號（見圖4），插件會自動在設(shè)備庫中查找相對應(yīng)的設(shè)備，然后在主干電纜線路圖中體現(xiàn)A、B設(shè)備的位置，接著A、B設(shè)備所在位置，會自動生成乳白色電纜線段，并連接離它們最近的兩個節(jié)點，插件會根據(jù)計算公式，自動選擇這兩個節(jié)點之間最近的路徑，生成黃色電纜線段（見圖5、6），同時插件會自動將始設(shè)備A和末設(shè)備B之間的最短路徑線段長度匯總，并加上穿甲板的層高高度，得出電纜總長度，與此同時，插件還會自動編寫從始設(shè)備A至末設(shè)備B，所走路徑經(jīng)過的節(jié)點，導(dǎo)入電纜表冊中去，整個自動敷設(shè)及計算過程耗時僅2秒鐘，大大提高了計算效率。由于插件自動敷設(shè)的電纜走線路徑，只是最短路徑，并不一定是最合理的路徑，有些時候，甚至?xí)`背規(guī)范要求，電纜穿過了一些不該進(jìn)入的場所，或者是較多電纜都走在同一分支路徑上了，而主干路徑上的電纜又相對較少的情況，這時候就需要人工干預(yù)了，在插件中設(shè)置一個或多個強制節(jié)點，讓電纜所走路徑，必須經(jīng)過這些強制節(jié)點，達(dá)到“故意繞路”的效果，以規(guī)避這些不合理的走線情況。

2 結(jié)語

以往電纜表冊中電纜經(jīng)過的節(jié)點路徑、電纜長度等信息都是手工查找、測量并輸入的，費時費力?，F(xiàn)在使用插件自動測量后，只需校對每根電纜所走路徑，是否正確并加以修正即可。在自動敷設(shè)某根電纜走線路徑時，插件會自動將這根電纜的敷設(shè)路徑在圖中顯現(xiàn)出來，并將之前已完成的電纜敷設(shè)路徑隱藏起來，直觀簡便，一目了然，且所有已敷設(shè)測量過的電纜敷設(shè)路徑數(shù)據(jù)，能自動保存在圖中，方便今后調(diào)取查閱。另外，插件還可以查詢每個節(jié)點，當(dāng)前的電纜占有率是多少，都走了哪些電纜，是否存在電纜導(dǎo)架或貫穿件“爆滿”，或者一根電纜都沒走的情況，并且根據(jù)當(dāng)前已測量完成的數(shù)據(jù)，做到實時更新，為電纜路徑設(shè)置是否合理，提供數(shù)據(jù)支持。通過這一環(huán)節(jié)的反饋，優(yōu)化修改不合理的貫穿件、電纜導(dǎo)架的大小及走向，使得電氣生產(chǎn)設(shè)計圖紙更加合理和精細(xì)。

由于插件是在平面圖紙上模擬立體的電纜敷設(shè)工況，有些地方還是存在誤差的，例如有些地方的電纜導(dǎo)架存在借高低的情況，實際并不是一馬平川的敷設(shè)電纜，這種高低差帶來的波形走線情況，無法在平面圖紙中真實的顯現(xiàn)出來，所以需要根據(jù)每一船型特點，設(shè)置合理的電纜補償余量。另外，還要考慮始末設(shè)備是壁掛設(shè)備還是落地設(shè)備，并給予合理的接線余量，這些也都是需要人工分析和設(shè)置的。還有就是個別外專業(yè)設(shè)備可能未建模，接線位置信息不確定等情況，需要去查閱設(shè)備圖紙資料，與相關(guān)專業(yè)人員溝通確定設(shè)備所在位置，并在圖中人工連接設(shè)備至最近節(jié)點的走線線段，并補充接線余量，方可保證插件生成的電纜長度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 明日科技.Visual Basic從入門到精通（第4版）[M].清華大學(xué)出版社，2017.

[2] 科爾曼（美）.算法導(dǎo)論[M].機械工業(yè)出版社，2013.