一种过孔电缆敷设方法与流程

本发明涉及电缆敷设技术领域，尤其涉及一种过孔电缆敷设方法。

背景技术：

作为各类信号、电力的传输通道，电缆是机电产品重要的组成部分，通常用于连接各类电气设备，实现电力供应、信号传递等功能。在机电产品装配过程中，时常出现单根或多根电缆需要通过封闭孔进行敷设的情况，若不能合理地确定这些过孔电缆的敷设方向和顺序，则有可能出现因空间不足导致电缆无法过孔的情况，造成敷设返工，影响制造周期。

目前，过孔电缆敷设顺序主要采用现场试装的方式进行确定，即待电缆生产完成后，通过在产品实物上进行敷设，经反复试验确定各根过孔电缆敷设的先后顺序。这样做的缺点是：一方面，由于缺少前期确定，为了确定合理的敷设顺序，需反复拆装，所需的工作量较大，消耗时间较长；另一方面，基于实物试装进行验证，成本较高，若过孔电缆发生更改，还需重新制作电缆并重新确定敷设顺序，进一步增加确定成本。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种过孔电缆敷设方法，该方法对敷设顺序进行确定和验证后再行敷设，用以解决现有技术中因电缆敷设顺序不合理导致生产延误的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种过孔电缆敷设方法，主要包括以下步骤：

步骤1、利用电缆三维模型对过孔电缆进行信息建模；

步骤2、对过孔电缆上的各端头之间的大小关系进行比较；

根据过孔电缆的电缆根数、每根电缆上过孔两侧的端头数量及端头间的大小关系，确定过孔电缆的敷设顺序；

步骤4、对过孔电缆的敷设顺序进行过孔仿真验证；

步骤5、如过孔仿真验证通过，则采用上述确定的过孔电缆敷设顺序进行实际敷设。

本发明采用包含电缆三维模型的产品数字样机，通过信息建模、端头比较、顺序设计、仿真验证的手段，在实际敷设前预先确定过孔电缆敷设的顺序，有效提高过孔电缆敷设顺序确定的效率和能力，减少因电缆敷设顺序不合理导致的生产延误。

进一步的，所述步骤1中，通过构建数学模型对所述过孔电缆进行信息建模，建模公式为

hi＝{{ei,j},{ci,k},mi}式(ⅰ)

式(ⅰ)，hi表示过孔的第i根电缆，ei,j表示第i根电缆上第j个端头，ci,k表示第i根电缆上第k个线缆段，mi表示第i根电缆上线缆段与端头之间的连接关系。

本发明信息建模能够精确表达无分支电缆和带分支电缆的结构组成，为后续开展电缆过孔分析提供信息基础。

进一步的，所述步骤2中，使用电缆端头在xoy、xoz、yoz三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒的面积大小比较端头之间的大小关系。

本发明使用电缆端头在三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒近似反映电缆插头的外轮廓，能够较为精确地体现出电缆端头所占据的空间范围，并且能够方便地对各种形状的电缆端头进行大小比较。

进一步的，所述端头之间的大小关系公式为：

式(ⅱ)中，ei,j表示第i根电缆上第j个端头，ei,j’表示第i根电缆上第j'个端头，分别表示ei,j在xoy、xoz、yoz三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒的面积，分别表示ei,j’在xoy、xoz、yoz三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒的面积，函数min(·)表示取三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒面积的最小值。

上述端头之间的大小关系公式能够准确地比较出电缆插头沿哪一个方向移动时所需要的截面最小，为后续分析电缆端头是否顺利过孔提供判定依据。

进一步的，所述步骤3中，当所述过孔电缆的电缆根数为1根，所述过孔电缆上的端头数量为2个时，按照下述公式确定端头过孔顺序：

式(ⅲ)中，>>表示先于，ei,1表示该根电缆上的第1个端头，ei,2表示该根电缆上的第2个端头。

进一步的，所述步骤3中，当所述过孔电缆的电缆根数为1根，即i＝1，需要过孔的电缆的至少一侧包含两个以上端头时，端头的过孔顺序是比较孔两侧电缆上的最大端头，按照下述公式确定电缆的哪一侧优先过孔：

式(ⅳ)中，>>表示先于，ei,1，ei,2，…，ei,m表示该根电缆一侧的m个端头，ei,m+1，ei,m+2，…，ei,m+n表示该根电缆另一侧的n个端头，函数max(·)表示取最大的电缆端头，m≥1，n≥1；

确定完电缆的哪一侧优先过孔后，按照以下公式确定电缆过孔的一侧上各端头的过孔顺序：

式(ⅴ)，>>表示先于，ei,k和ei,k’分别表示该根电缆过孔一侧上第k个和第k’个端头，k≥1，k’≥1。

进一步的，所述步骤3中，当所述过孔电缆的电缆根数为2根以上无分支电缆、2根以上带分支电缆或2根以上无分支电缆及有分支电缆的混合时，先确定每根电缆上端头的过孔顺序，然后确定每根电缆的过孔顺序，按照以下公式确定每根电缆的过孔顺序：

式(ⅵ)中，>>表示先于，hi表示过孔的第i个电缆，hi’表示过孔的第i'个电缆，ei,max表示第i个电缆上优先过孔一侧最大的端头，ei',max表示第i'个电缆上优先过孔一侧最大的端头。

进一步的，所述步骤4中，所述过孔仿真验证采用以拆代装方式进行仿真，具体流程为：

步骤s1：对过孔电缆敷设顺序进行翻转，获得各根电缆的拆卸顺序及每根电缆上端头的拆卸顺序；

步骤s2：按照各根电缆的拆卸顺序，确定下一个需要拆卸的过孔电缆；

步骤s3：按照待拆卸过孔电缆上端头的拆卸顺序，确定下一个拆卸的电缆端头；

步骤s4：将待拆卸的电缆端头由已装配位置移动到靠近孔结构的位置，再通过反复的平移和旋转操作，将该电缆端头从孔结构一侧拖动至另一侧；在过孔过程中，基于干涉碰撞检测，确保端头不与孔结构发生干涉；若过孔中无法避免发生干涉，则进行记录；

步骤s5：重复步骤s2到步骤s4，直至各根电缆上需过孔的各个端头均完成过孔；

步骤s6：待全部过孔电缆拆卸完毕后，确认是否所有电缆均能够在无干涉的条件下进行拆卸，若是，则表明给定的敷设顺序合理，若不是，则需要调整孔结构或电缆端头，重新确定敷设顺序。

本发明有益效果如下：

(1)本发明一种过孔电缆敷设方法，利用包含电缆三维模型的产品数字样机，通过信息建模、端头比较、顺序设计和仿真验证的手段，在实际敷设前预先确定过孔电缆敷设的顺序，有效提高过孔电缆敷设顺序的效率和能力，减少因电缆敷设顺序不合理导致的生产延误；

(2)本发明一种过孔电缆敷设方法，既用于确定多根电缆之间过孔的先后顺序，又用于确定单根电缆各端头之间过孔的先后顺序，因而能够有效验证单根或多根电缆无干涉过孔的可行性，确保敷设工艺方案的合理性；

(3)本发明一种过孔电缆敷设方法，通过实现过孔电缆敷设顺序确定，一方面，可预先判断单根或多根电缆是否可以无干涉的通过孔结构，若存在干涉，则可在产品实际制造之前，提前反馈电缆设计人员或产品结构设计人员，修改电缆布局方案或结构设计方案，确保全部电缆均可以顺利敷设到目标位置；另一方面，在确定电缆敷设顺序时，通过考虑电缆端头的大小，在保证电缆顺利过孔的情况下，能够尽量优选电缆的小端进行过孔，使得过孔电缆的敷设能够更加方便、快捷。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为电缆端头不同姿态下穿过椭圆孔示意图；

图2为单根无分支电缆过孔示意图；

图3为单根带分支电缆过孔示意图；

图4为多根电缆过孔示意图；

图5为过孔电缆敷设仿真流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

一种过孔电缆敷设方法，包括以下步骤：

1)过孔电缆信息建模

对于每一根电缆，均可以从拓扑的角度将其看作是由若干个电缆段以及若干个端头组成的；由于在不同情况下，过孔电缆数量和每根电缆的端头数量不定，为了清晰标识各个电缆和端头，方便后续的过孔分析，因此，构建下述数学模型对过孔电缆信息加以描述：

hi＝{{ei,j},{ci,k},mi}式(ⅰ)

其中，hi表示过孔的第i根电缆，ei,j表示第i根电缆上第j个端头，ci,k表示第i根电缆上第k个线缆段，mi表示第i根电缆上线缆段与端头之间的连接关系。

2)电缆端头大小比较

电缆在过孔时，端头的大小将直接影响到过孔的难易程度，那么在进行过孔敷设顺序确定时，就需要了解过孔电缆上各个端头之间的大小并进行比较，使得实际敷设过程更加容易；由于各种电缆端头的形状和规格差异较大，因此并不能简单地利用端头的长度、宽度或高度来表示端头的大小。

在实际敷设过程中，因电缆端头在过孔时可进行旋转，从而改变端头与孔结构之间的间隙，使得端头从无法过孔到能够过孔、从能够过孔变为容易过孔。如图1所示的电缆端头穿过椭圆孔为例，可以发现穿孔时若将端头正对着椭圆孔，端头与椭圆孔之间存在干涉，而若将端头沿x方向进行旋转90度再进行穿孔，则使得端头刚好能够穿过椭圆孔，而若将端头再沿y方向旋转90度，使得端头与椭圆孔具有较大的间隙较大，意味着端头以此姿态穿孔更容易通过。

为此，将电缆端头在三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒用于反映端头的大小，并以此来比较端头之间的大小关系。设端头在坐标平面xoy、xoz和yoz上投影的最小圆形包围盒的面积为和那么端头之间的大小关系可以根据下式进行判断：

式(ⅱ)中，ei,j表示第i根电缆上第j个端头，ei,j’表示第i根电缆上第j'个端头，分别表示eij在xoy、xoz、yoz三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒的面积，分别表示ei,j’在xoy、xoz、yoz三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒的面积，函数min(·)表示取三个坐标平面上投影的最小圆形包围盒面积的最小值。

3)敷设顺序设计

根据过孔电缆的特点和数量，过孔电缆可分为三种情形，分别为单根无分支电缆、单根多分支电缆以及多根电缆。下面分别针对这三种情形确定电缆过孔顺序。

①单根无分支电缆过孔顺序确定

单根无分支电缆包含两个端头，如图2所示，两个端头分别为ei,1和ei,2，其中一端穿孔时与孔结构不存在干涉，那么则表明该根电缆可以顺利地过孔。因此，应优先选择较小端进行过孔，由此可得到如下规则：

式(ⅲ)中，>>表示先于，ei,1表示该根电缆上的第1个端头，ei,2表示该根电缆上的第2个端头，k≥1，k’≥1。

②单根带分支电缆过孔顺序确定

单根带分支电缆包含多个端头，意味着至少在孔结构的一侧包括两个或以上的端头，如图3所示。

在选择哪一侧端头过孔时，不能仅仅选择最小的端头，因为若同侧又存在最大的端头，那么即使小端头可以通过，也无法保证大端头也可以通过。因此，在选择过孔端头时，应比较孔两侧的最大端头，选择较小者所在一侧的端头优先进行过孔验证，由此得到如下规则：

式(ⅳ)中，>>表示先于，e1,1，e1,2，…，e1,m表示该电缆一侧的m个端头，ei,m+1，ei,m+2，…，ei,m+n表示该电缆另一侧的n个端头，函数max(·)表示取最大的电缆端头，，m≥1，n≥1；

在确定哪一侧的端头优先过孔后，当该侧端头的数量大于1时，对于其中尺寸较大的端头，应优先敷设，以免因其它电缆的布置挤压孔的空间，导致较大的端头不易或无法穿孔，由此可得如下规则：

式(ⅴ)中，>>表示先于，ei,k和ei,k’分别表示该根电缆过孔一侧上第k个和第k’个端头。

③多根电缆过孔顺序确定

当一个孔结构中布置多根电缆时，这些电缆有可能是无分支电缆，也有可能是带分支电缆，如图4所示。

相比于单根电缆，在敷设多根电缆时既需要考虑各根电缆上端头的过孔顺序，还应考虑各根电缆之间的敷设顺序。其中各根电缆上端头的过孔顺序可根据上述两种情况确定，而各根电缆之间敷设顺序的确定，则需要比较各根电缆过孔端头的尺寸。对于一根电缆，若其过孔端头较大，那么其应被优先敷设，否则在过孔时有可能受到其它电缆影响而无法过孔，因此，具有更大过孔端头的电缆在过孔时应拥有更高的优先级。由此可得到如下规则：

式(ⅵ)中，>>表示先于，hi表示第i个过孔电缆，hi’表示第i'个过孔电缆，ei,max表示第i个电缆上优先过孔一侧最大的端头,ei',max表示第i'个电缆上优先过孔一侧最大的端头，ei,max和ei',max可通过式(ⅴ)确定。

4)过孔仿真验证

在确定电缆过孔的敷设顺序以及电缆各插头的穿孔顺序后，基于包含电缆三维模型的产品数字样机，即可开展电缆敷设过程仿真，以验证电缆非b端加工和电缆无干涉过孔的可行性。

由于电缆在产品上的姿态，若采用直接装配的方式，难以使得电缆最终的装配位置和姿态与设计模型一致，为此电缆敷设仿真采用以拆代装的形式，模拟电缆的拆卸过程，拆卸完成后再进行翻转，由此实现电缆敷设过程仿真，具体流程如图5所示。

实现电缆敷设过程仿真的具体流程为：

第一，根据所述的敷设顺序设计方法，获得过孔电缆之间的敷设顺序以及单根电缆各端头之间的敷设顺序，对获得的敷设顺序进行翻转，获得各根电缆的拆卸顺序以及每根电缆上端头的拆卸顺序；第二，按照各根电缆的拆卸顺序，确定下一个需要拆卸的过孔电缆；

第三，按照待拆卸过孔电缆上端头的拆卸顺序，确定下一个拆卸的电缆端头；

第四，将待拆卸的电缆端头由已装配位置移动到靠近孔结构的位置，再通过反复的平移和旋转操作，将该电缆端头从孔结构一侧拖动至另一侧；在过孔过程中，基于干涉碰撞检测，确保端头不与孔结构发生干涉；若过孔中无法避免发生干涉，则进行记录；

第五，重复步骤二到步骤四，直至各根电缆上需过孔的各个端头均完成过孔；

第六，待全部过孔电缆拆卸完毕后，确认是否所有电缆均能够在无干涉的条件下进行拆卸，若是，则表明给定的敷设顺序合理，若不是，则需要调整孔结构或电缆端头，重新确定敷设顺序。

值得注意的，由于电缆在产品上的姿态，若采用直接装配的方式，难以使得电缆最终的装配位置和姿态与设计模型一致，为此本发明电缆敷设仿真采用以拆代装的形式，模拟电缆的拆卸过程，拆卸完成后再进行翻转，由此实现电缆敷设过程仿真。

本发明也可不采用以拆代装的方式，而是基于设计的敷设顺序直接进行仿真验证，首先，将电缆从产品模型上的安装位置移开，然后，按照敷设顺序，通过拖拽的方式，将各根过孔电缆上过孔的端头逐一进行穿孔，若所有电缆端头均可无干涉地穿过孔结构，则证明敷设顺序合理，否则说明按照给定的敷设顺序，至少存在一根电缆无法过孔。

综上所述，本发明提供了一种过孔电缆敷设方法，一方面，可预先判断单根或多根电缆是否可以无干涉的通过孔结构；若存在干涉，则可在产品实际制造之前，提前反馈电缆设计人员或产品结构设计人员，修改电缆布局方案或结构设计方案，确保全部电缆均可以顺利敷设到目标位置；另一方面，在确定电缆敷设顺序时，通过考虑电缆插头的大小，在保证电缆顺利过孔的情况下，能够尽量优选电缆的小端进行过孔，使得过孔电缆的敷设能够更加方便、快捷。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。