本文摘要：為了激發產業青年的創新、創造潛能，使其投身在線新經濟發展創新實踐，培育產業新動能，在中共上海市經濟和信息化工作委員會、上海市經濟和信息化委員會、共青團上海市委員會、上海市楊浦區人民政府的指導下，共青團上海市經濟和信息化工作委員會、上海市楊
為了激發產業青年的創新、創造潛能，使其投身在線新經濟發展創新實踐，培育產業新動能，在中共上海市經濟和信息化工作委員會、上海市經濟和信息化委員會、共青團上海市委員會、上海市楊浦區人民政府的指導下，共青團上海市經濟和信息化工作委員會、上海市楊浦區科學技術委員會主辦了主題為“青年創新，助力在線新經濟發展”的“2020年上海市產業青年創新大賽”。 大賽聚焦上海在線新經濟領域創新，重點關注人工智能、5G、工業互聯網、大數據、區塊鏈等智能交互技術，評選出金獎項目10個、銀獎項目20個、優秀獎項目28個。 本刊特精選部分金獎案例，以饗讀者。
隨著我國航天事業不斷發展，空間飛行器的任務難度及功能性能要求日益提高，飛行器上電纜網的設計、制作和檢驗難度越來越大，電纜接點之間的信號傳遞關系及電纜處理、保護變得更復雜，對質量的要求也越來越高。 如何精細化管控電纜網產品的研制、生產流程，確保產品達到長壽命、免維護的高質量目標，是當下面臨的主要問題。
電纜網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，是系統集成的基礎，也是各類測試、試驗必不可少的組成部分。 電纜網的研制是航天型號任務中的重要環節，其設計、制造的正確性，質量是否可靠，直接影響航天產品地面仿真、調試和試驗的安全及置信度，關乎飛行任務的成敗。
不同于一般工業產品電纜網批量的生產組織模式，空間飛行器電纜網具有明顯的研制特點。 不同的空間飛行器功能要求和系統組成不同，系統所需的電纜網技術狀態不同，一般不具備通用性。 因此，不同的空間飛行器需獨立生產配套的電纜網，無法批量生產，且研制周期短、質量要求高，不適合從傳統電子行業進行借鑒。 上海航天控制技術研究所(以下簡稱“控制所”)立足于科研生產任務實際，對傳統研制流程進行再梳理，實現了空間飛行器控制系統電纜網的集成設計，并攻克了電纜網生產及日常維護過程中存在的薄弱環節，空間飛行器電纜網研制效率及產品質量均得到顯著提升。
規范設計，快速實現“腦中構思”到“紙上藍圖”
在以往的電纜網設計中，設計師需根據部組件的IDS(Interface Data Sheet，接口數據單，包含光、機、電、熱等接口信息)文件，人工進行成千上萬個接點的協調、分配，最終完成系統電纜接點表、電氣線束設計等工作，并形成指導電纜生產制作的文件。 但人工繪制電氣框圖設計、電氣線束設計等，工作量巨大、表達信息量卻較小，無法全面反映系統內電氣架構的設計信息。 且由于不同產品之間、不同部組件生產單位之間對IDS文件的編寫缺乏統一規范，相同信息的描述方式也不盡一致，只能通過人工進行識別與讀取，讀取過程亦可能由于設計師的理解偏差，造成不同部組件單機之間的信號對接錯誤，帶來人為的質量與安全隱患。
控制所在空間電纜網的研制過程中，持續推行相關行業標準，并對IDS編寫進行規范化，使其滿足智能設計輸入要求，從而使電纜網自動生成軟件的應用水到渠成。 在電纜網設計階段，以規范化處理的接口文件作為設計輸入，可自動生成系統接點表，而以系統接點表作為輸入，參考設備初步布局，進行分束和轉接設計，即可形成生產接點表。
電纜網自動生成軟件還可與Pro/E三維電纜設計軟件實現雙向信息傳遞。 從Pro/E三維電纜模型中提取電纜的長度、線型、直徑等信息，作為系統線束設計的輸入，可進一步細化電氣線束設計數據和生產接點表。
仿真試驗用電纜的設計，可結合部組件單機產品在試驗桌上的布局，預先進行自動布線，估算、測試電纜長度，預留一定的冗余長度后，形成投產電纜的長度，有效避免過度設計，在節約電纜原材料的同時，使試驗場地的布局更為簡潔，還能夠提升試驗現場的6S(整理、整頓、清掃、清潔、素養和安全)管理水平。
空間飛行器上電纜的設計，可根據部組件單機在飛行器上的實際安裝位置，設計飛行電纜的走向、精確控制電纜長度，從而節約原材料投入、減輕空間飛行器重量、降低發射成本。 另外，通過模擬裝配，可提前預知電纜與電纜間、電纜與產品間的相互干涉情況，減少研制過程中的反復，提升研制效率。
人機協同生產，效率、質量“雙提升”
隨著航天任務劇增，定制化電纜網的生產需同時保證高效率和高質量。 瞄準這一目標，控制所深耕低頻電纜組件制造技術，打造了一條低頻電纜組件自動化生產線，實現低頻電纜組件智能化制造及檢測。
通過將前端設計過程中輸出的信息直接導入，低頻電纜組件數字化制造單元可完成下線、標簽打印、導線傳輸與收集、生產數據收集，實現不同長度、不同規格導線的自動下線及標識。 同時，建立了導線下線及標識信息數據庫，包含導線下線長度、標簽內容、標簽粘貼位置及接點關系。 整個生產流程的工藝參數相互關聯，不僅能用于整個電纜組件生產過程的監控和使用，還可有效避免生產過程中的人為失誤。 系統將經驗固有化、設計靈活化、操作簡便化、應變多樣化。 將人、型號、實物的一體式關聯轉化為由工序負責，工人只需要做好當前工序，重復動作和量化控制交給設備做，實現流水線生產，有效保證導線下線過程的均勻性、一致性。 最終導線下線及標識效率提高20%，保證100%的壓接質量。
數字化電纜布線系統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、數據分析、加工線束高亮、二維碼識別及MES(Manufacturing Execution System，制造企業生產過程執行系統)數據交互等功能。 操作人員只需按提示的電纜敷設圖操作，即可實現連接器組件與導線裝配關系100%質量可控。
此外，該產線還運用了多項新工藝、新技術，如將雙組份膠液通過定量泵輸出然后經24葉混膠管混合的方法，可實現質量比1.5:1～4:1的自動混膠操作，灌封一次合格率達100%; 通過相應的系統，對壓接型連接器各接點進行保持力自動測試，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不可測的難題; 電纜快速檢測系統則可對不同型號電纜的導通、絕緣、耐壓等指標進行自動化測試和檢驗，并生成檢測報告，與電子電氣架構工具設計輸出的電纜節點表進行比對，從而驗證電纜設計的正確性。
低頻電纜組件自動化生產線實現了數據從設計端直接導入制造單元的協同生產，突破了電纜路徑引導方式下的立體布線、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鍵技術，電纜組件生產從手工生產轉為自動與手工生產相結合的方式，生產效率提高了30%以上。
成效顯著，應用前景廣闊
目前，應用電纜網數字化生產系統，可實現空間飛行器電纜網設計、制造及檢測全流程從人工生產到智能化生產的巨大轉變，成效顯著。
電纜網自動生成系統能快速、準確地完成半物理仿真驗證系統電纜網的設計，以及相關文件資料的生成工作。 通過地面仿真系統與飛行電纜的模裝，精確控制電纜長度，相較于傳統模式，節省電纜導線長度約15%～20%。 相同體量的電纜網，平均設計時間由22個工作日縮短為5個工作日，節約時間成本77%，電纜網設計正確率由83%上升到99.1%。
電纜組件數字化制造系統可使產品生產過程的數據控制顆粒度，精細化至每個工序的過程參數，將工藝參數固化至設備中，實現了電纜組件生產制造過程的質量可追溯，電纜組件加工質量數據包覆蓋性達到100%，并且實現了立體布線及保持力測試過程等的全流程質量管控。 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，轉變為正樣階段配置8人、研制周期25天、累計工時1600小時，制造工時有效縮短，生產效率提升33.3%。
電纜快速檢測系統則具有快速、高效、可靠、覆蓋性全等優點。 經統計，相比之前采用人工、半自動測試方法進行電纜導通、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，人力成本節省87%左右，誤檢、漏檢率由11%降至0。
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該項目的應用可直接降低人工成本、時間成本，減少設計返工等成本投入，大幅提高電纜網設計制作與檢驗效率。 經初步估算，每年直接增加的效益達數百萬元，而由于空間飛行器研制成本少則數千萬元、多則數十億元，提升電纜可靠性間接產生的隱形效益更是無法估量。
目前，該項目研制的電纜網已經成功應用于多個衛星，而通過信息技術與工業系統進一步融合，實現電纜網制造轉型升級，可為關鍵基礎件的數字化制造模式形成示范應用，有效提升航天工業科研生產智能化水平及產業競爭力。 該系統亦可進一步推廣應用于航空、船舶及其他裝備的研制過程中，創造更大的經濟效益和社會效益。
作者： 高四宏 李柏楊 馬力
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