本文摘要：為了激發(fā)產(chǎn)業(yè)青年的創(chuàng)新、創(chuàng)造潛能，使其投身在線新經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)新實(shí)踐，培育產(chǎn)業(yè)新動能，在中共上海市經(jīng)濟(jì)和信息化工作委員會、上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會、共青團(tuán)上海市委員會、上海市楊浦區(qū)人民政府的指導(dǎo)下，共青團(tuán)上海市經(jīng)濟(jì)和信息化工作委員會、上海市楊
為了激發(fā)產(chǎn)業(yè)青年的創(chuàng)新、創(chuàng)造潛能，使其投身在線新經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)新實(shí)踐，培育產(chǎn)業(yè)新動能，在中共上海市經(jīng)濟(jì)和信息化工作委員會、上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會、共青團(tuán)上海市委員會、上海市楊浦區(qū)人民政府的指導(dǎo)下，共青團(tuán)上海市經(jīng)濟(jì)和信息化工作委員會、上海市楊浦區(qū)科學(xué)技術(shù)委員會主辦了主題為“青年創(chuàng)新，助力在線新經(jīng)濟(jì)發(fā)展”的“2020年上海市產(chǎn)業(yè)青年創(chuàng)新大賽”。 大賽聚焦上海在線新經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域創(chuàng)新，重點(diǎn)關(guān)注人工智能、5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等智能交互技術(shù)，評選出金獎項(xiàng)目10個、銀獎項(xiàng)目20個、優(yōu)秀獎項(xiàng)目28個。 本刊特精選部分金獎案例，以饗讀者。
隨著我國航天事業(yè)不斷發(fā)展，空間飛行器的任務(wù)難度及功能性能要求日益提高，飛行器上電纜網(wǎng)的設(shè)計、制作和檢驗(yàn)難度越來越大，電纜接點(diǎn)之間的信號傳遞關(guān)系及電纜處理、保護(hù)變得更復(fù)雜，對質(zhì)量的要求也越來越高。 如何精細(xì)化管控電纜網(wǎng)產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)流程，確保產(chǎn)品達(dá)到長壽命、免維護(hù)的高質(zhì)量目標(biāo)，是當(dāng)下面臨的主要問題。
電纜網(wǎng)作為空間飛行器供電、控制、通信、同步等有線信號的傳輸載體，是系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)，也是各類測試、試驗(yàn)必不可少的組成部分。 電纜網(wǎng)的研制是航天型號任務(wù)中的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計、制造的正確性，質(zhì)量是否可靠，直接影響航天產(chǎn)品地面仿真、調(diào)試和試驗(yàn)的安全及置信度，關(guān)乎飛行任務(wù)的成敗。
不同于一般工業(yè)產(chǎn)品電纜網(wǎng)批量的生產(chǎn)組織模式，空間飛行器電纜網(wǎng)具有明顯的研制特點(diǎn)。 不同的空間飛行器功能要求和系統(tǒng)組成不同，系統(tǒng)所需的電纜網(wǎng)技術(shù)狀態(tài)不同，一般不具備通用性。 因此，不同的空間飛行器需獨(dú)立生產(chǎn)配套的電纜網(wǎng)，無法批量生產(chǎn)，且研制周期短、質(zhì)量要求高，不適合從傳統(tǒng)電子行業(yè)進(jìn)行借鑒。 上海航天控制技術(shù)研究所(以下簡稱“控制所”)立足于科研生產(chǎn)任務(wù)實(shí)際，對傳統(tǒng)研制流程進(jìn)行再梳理，實(shí)現(xiàn)了空間飛行器控制系統(tǒng)電纜網(wǎng)的集成設(shè)計，并攻克了電纜網(wǎng)生產(chǎn)及日常維護(hù)過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)，空間飛行器電纜網(wǎng)研制效率及產(chǎn)品質(zhì)量均得到顯著提升。
規(guī)范設(shè)計，快速實(shí)現(xiàn)“腦中構(gòu)思”到“紙上藍(lán)圖”
在以往的電纜網(wǎng)設(shè)計中，設(shè)計師需根據(jù)部組件的IDS(Interface Data Sheet，接口數(shù)據(jù)單，包含光、機(jī)、電、熱等接口信息)文件，人工進(jìn)行成千上萬個接點(diǎn)的協(xié)調(diào)、分配，最終完成系統(tǒng)電纜接點(diǎn)表、電氣線束設(shè)計等工作，并形成指導(dǎo)電纜生產(chǎn)制作的文件。 但人工繪制電氣框圖設(shè)計、電氣線束設(shè)計等，工作量巨大、表達(dá)信息量卻較小，無法全面反映系統(tǒng)內(nèi)電氣架構(gòu)的設(shè)計信息。 且由于不同產(chǎn)品之間、不同部組件生產(chǎn)單位之間對IDS文件的編寫缺乏統(tǒng)一規(guī)范，相同信息的描述方式也不盡一致，只能通過人工進(jìn)行識別與讀取，讀取過程亦可能由于設(shè)計師的理解偏差，造成不同部組件單機(jī)之間的信號對接錯誤，帶來人為的質(zhì)量與安全隱患。
控制所在空間電纜網(wǎng)的研制過程中，持續(xù)推行相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并對IDS編寫進(jìn)行規(guī)范化，使其滿足智能設(shè)計輸入要求，從而使電纜網(wǎng)自動生成軟件的應(yīng)用水到渠成。 在電纜網(wǎng)設(shè)計階段，以規(guī)范化處理的接口文件作為設(shè)計輸入，可自動生成系統(tǒng)接點(diǎn)表，而以系統(tǒng)接點(diǎn)表作為輸入，參考設(shè)備初步布局，進(jìn)行分束和轉(zhuǎn)接設(shè)計，即可形成生產(chǎn)接點(diǎn)表。
電纜網(wǎng)自動生成軟件還可與Pro/E三維電纜設(shè)計軟件實(shí)現(xiàn)雙向信息傳遞。 從Pro/E三維電纜模型中提取電纜的長度、線型、直徑等信息，作為系統(tǒng)線束設(shè)計的輸入，可進(jìn)一步細(xì)化電氣線束設(shè)計數(shù)據(jù)和生產(chǎn)接點(diǎn)表。
仿真試驗(yàn)用電纜的設(shè)計，可結(jié)合部組件單機(jī)產(chǎn)品在試驗(yàn)桌上的布局，預(yù)先進(jìn)行自動布線，估算、測試電纜長度，預(yù)留一定的冗余長度后，形成投產(chǎn)電纜的長度，有效避免過度設(shè)計，在節(jié)約電纜原材料的同時，使試驗(yàn)場地的布局更為簡潔，還能夠提升試驗(yàn)現(xiàn)場的6S(整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)和安全)管理水平。
空間飛行器上電纜的設(shè)計，可根據(jù)部組件單機(jī)在飛行器上的實(shí)際安裝位置，設(shè)計飛行電纜的走向、精確控制電纜長度，從而節(jié)約原材料投入、減輕空間飛行器重量、降低發(fā)射成本。 另外，通過模擬裝配，可提前預(yù)知電纜與電纜間、電纜與產(chǎn)品間的相互干涉情況，減少研制過程中的反復(fù)，提升研制效率。
人機(jī)協(xié)同生產(chǎn)，效率、質(zhì)量“雙提升”
隨著航天任務(wù)劇增，定制化電纜網(wǎng)的生產(chǎn)需同時保證高效率和高質(zhì)量。 瞄準(zhǔn)這一目標(biāo)，控制所深耕低頻電纜組件制造技術(shù)，打造了一條低頻電纜組件自動化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)低頻電纜組件智能化制造及檢測。
通過將前端設(shè)計過程中輸出的信息直接導(dǎo)入，低頻電纜組件數(shù)字化制造單元可完成下線、標(biāo)簽打印、導(dǎo)線傳輸與收集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集，實(shí)現(xiàn)不同長度、不同規(guī)格導(dǎo)線的自動下線及標(biāo)識。 同時，建立了導(dǎo)線下線及標(biāo)識信息數(shù)據(jù)庫，包含導(dǎo)線下線長度、標(biāo)簽內(nèi)容、標(biāo)簽粘貼位置及接點(diǎn)關(guān)系。 整個生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，不僅能用于整個電纜組件生產(chǎn)過程的監(jiān)控和使用，還可有效避免生產(chǎn)過程中的人為失誤。 系統(tǒng)將經(jīng)驗(yàn)固有化、設(shè)計靈活化、操作簡便化、應(yīng)變多樣化。 將人、型號、實(shí)物的一體式關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)化為由工序負(fù)責(zé)，工人只需要做好當(dāng)前工序，重復(fù)動作和量化控制交給設(shè)備做，實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)，有效保證導(dǎo)線下線過程的均勻性、一致性。 最終導(dǎo)線下線及標(biāo)識效率提高20%，保證100%的壓接質(zhì)量。
數(shù)字化電纜布線系統(tǒng)可自動化識別并處理CAD、Pro/E的圖形信息和接線信息，提供用戶管理、數(shù)據(jù)分析、加工線束高亮、二維碼識別及MES(Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng))數(shù)據(jù)交互等功能。 操作人員只需按提示的電纜敷設(shè)圖操作，即可實(shí)現(xiàn)連接器組件與導(dǎo)線裝配關(guān)系100%質(zhì)量可控。
此外，該產(chǎn)線還運(yùn)用了多項(xiàng)新工藝、新技術(shù)，如將雙組份膠液通過定量泵輸出然后經(jīng)24葉混膠管混合的方法，可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量比1.5:1～4:1的自動混膠操作，灌封一次合格率達(dá)100%; 通過相應(yīng)的系統(tǒng)，對壓接型連接器各接點(diǎn)進(jìn)行保持力自動測試，確保測試過程不損傷連接器本體，解決了壓接型連接器各接點(diǎn)不可測的難題; 電纜快速檢測系統(tǒng)則可對不同型號電纜的導(dǎo)通、絕緣、耐壓等指標(biāo)進(jìn)行自動化測試和檢驗(yàn)，并生成檢測報告，與電子電氣架構(gòu)工具設(shè)計輸出的電纜節(jié)點(diǎn)表進(jìn)行比對，從而驗(yàn)證電纜設(shè)計的正確性。
低頻電纜組件自動化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從設(shè)計端直接導(dǎo)入制造單元的協(xié)同生產(chǎn)，突破了電纜路徑引導(dǎo)方式下的立體布線、雙組份灌封膠高精度快速混合、連接器對接力測試篩選等關(guān)鍵技術(shù)，電纜組件生產(chǎn)從手工生產(chǎn)轉(zhuǎn)為自動與手工生產(chǎn)相結(jié)合的方式，生產(chǎn)效率提高了30%以上。
成效顯著，應(yīng)用前景廣闊
目前，應(yīng)用電纜網(wǎng)數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)空間飛行器電纜網(wǎng)設(shè)計、制造及檢測全流程從人工生產(chǎn)到智能化生產(chǎn)的巨大轉(zhuǎn)變，成效顯著。
電纜網(wǎng)自動生成系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確地完成半物理仿真驗(yàn)證系統(tǒng)電纜網(wǎng)的設(shè)計，以及相關(guān)文件資料的生成工作。 通過地面仿真系統(tǒng)與飛行電纜的模裝，精確控制電纜長度，相較于傳統(tǒng)模式，節(jié)省電纜導(dǎo)線長度約15%～20%。 相同體量的電纜網(wǎng)，平均設(shè)計時間由22個工作日縮短為5個工作日，節(jié)約時間成本77%，電纜網(wǎng)設(shè)計正確率由83%上升到99.1%。
電纜組件數(shù)字化制造系統(tǒng)可使產(chǎn)品生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)控制顆粒度，精細(xì)化至每個工序的過程參數(shù)，將工藝參數(shù)固化至設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了電纜組件生產(chǎn)制造過程的質(zhì)量可追溯，電纜組件加工質(zhì)量數(shù)據(jù)包覆蓋性達(dá)到100%，并且實(shí)現(xiàn)了立體布線及保持力測試過程等的全流程質(zhì)量管控。 以某型號電纜組件加工為例，其初樣階段，電纜組件加工一次合格率為87%; 正樣階段，相同電纜加工一次合格率提升至98%。 對于同樣體量的電纜組件，操作人員工時由初樣階段配置10人、研制周期30天、累計工時2400小時，轉(zhuǎn)變?yōu)檎龢与A段配置8人、研制周期25天、累計工時1600小時，制造工時有效縮短，生產(chǎn)效率提升33.3%。
電纜快速檢測系統(tǒng)則具有快速、高效、可靠、覆蓋性全等優(yōu)點(diǎn)。 經(jīng)統(tǒng)計，相比之前采用人工、半自動測試方法進(jìn)行電纜導(dǎo)通、絕緣、耐壓等檢測，相同型號的50根電纜檢測及報告編制時間，由兩個人16個小時縮短為一個人2個小時，人力成本節(jié)省87%左右，誤檢、漏檢率由11%降至0。
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該項(xiàng)目的應(yīng)用可直接降低人工成本、時間成本，減少設(shè)計返工等成本投入，大幅提高電纜網(wǎng)設(shè)計制作與檢驗(yàn)效率。 經(jīng)初步估算，每年直接增加的效益達(dá)數(shù)百萬元，而由于空間飛行器研制成本少則數(shù)千萬元、多則數(shù)十億元，提升電纜可靠性間接產(chǎn)生的隱形效益更是無法估量。
目前，該項(xiàng)目研制的電纜網(wǎng)已經(jīng)成功應(yīng)用于多個衛(wèi)星，而通過信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)一步融合，實(shí)現(xiàn)電纜網(wǎng)制造轉(zhuǎn)型升級，可為關(guān)鍵基礎(chǔ)件的數(shù)字化制造模式形成示范應(yīng)用，有效提升航天工業(yè)科研生產(chǎn)智能化水平及產(chǎn)業(yè)競爭力。 該系統(tǒng)亦可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于航空、船舶及其他裝備的研制過程中，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
作者： 高四宏 李柏楊 馬力
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