模块化软件在电线电缆产品设计中的应用

模块化软件在电线电缆产品设计中的应用

冯双、陈芳伟、于健

天津六〇九电缆有限公司 301700

摘要：自从人类学会使用电能以来，电线电缆就担负起了传输电能的任务。时至今日，随着人类对电力的逐步认识及运用，电线电缆也逐渐分化出多层次、多用途的各种种类如安装线、电力线、通讯电缆、光纤等，这些电缆的生产都是建立在一定的理论基础上的，一根看上去简简单单的电线背后其实蕴含了数学、物理、化学等理工学科的专业理论知识，即使是0.10mm的偏差也会导致产品的性能发生变化，而由于电缆运算公式的计算繁琐且不易携带，使得生产现场发生情况时，技术人员和操作人员无法及时地将实际产品的参数与理论计算数据进行比对，从而造成材料浪费且处理现场工艺效率的低下。

关键词：电线电缆；产品设计；工艺

前言

而近年来，计算机运算已经取代大部分繁重的人力计算，将人们从重复性劳动中解放出来，随着软件业的发展，计算机语言已经发展到第四代——面向对象的程序设计，第四代语言的特点是用途高度定制化，利用各种基本功能模块代码进行某种程度的修改调整后进行有序的拼插组合，来形成一个或一组具有针对性功能的结构体。由于功能模块的规范化及良好的适应性，使得以模块化方式来辅助电线电缆设计及现场指导工作，使得技术人员和操作人员能够大大提高工作效率并且能够节能降耗。

一、模块化设计的特点

模块化设计的特点有以下三点:

1、功能专一、指向性强。每个模块在创建初始就会设定为针对某一个因素并对其进行预定的处理。每个模块都会拥有显性或隐性的一个或多个输入、输出接口用来与模块外部的结构进行信息交流。

2、功能多样、自由组合。在各个模块确定了通讯网的具体结构后，可以根据该结构使用对应的模块进行组合，最终集成为一个具备应有功能的模块组。

3、结构精炼、反应速度快。模块组如果经过合理设计，那么成品的功能冗余部分将会极少甚至没有，可以降低系统消耗、提高运行效率。

如果能够将模块化产品的强指向性、多功能性、快速反应的特点应用到电线电缆产品研发及实际生产过程，将能够有效提高电线电缆产品研发、现场工艺处理的效率，预判电线电缆产品的对应性能的变化，避免材料、人员时间的浪费，对整个电线电缆产品项目的辅助作用将会非常明显。

2. 进行模块化设计所需要的条件

进行模块化设计人员首先必须有扎实的理论基础。模块化设计的准确程度在创建模块的时候就已经被确定，一经程序人员进行调整并固化后，将会一直按照设定的程序进行运算，所以只要理论系统足够完善、稳定，就可以得到相当准确的计算结果；而就目前在实际工作中所观察到的情况来看，大多数技术人员在理论计算时一般都会将千分位以下的小数约去不计，在处理较小截面的电线电缆产品时，这种由于计算引起的误差有一定的几率会产生不可预测的问题。

进行模块化设计人员其次必须有较好的计算机程序语言设计能力。模块化概念本身是计算机行业的名词，计算机程序在设计时要经过编写、转译、除错、再编译的过程，软件编写者应当能够理解各个模块所应具备的功能，然后才能进行软件开发的步骤。

进行模块化设计人员最后必须有丰富的实际工作经验。电线电缆根据用途、材质可以分为许多种类，但在产品设计时则有许多通用的属性比如导体参数、绝缘参数、屏蔽参数等，并在这些基本参数的基础上引出诸如载流量、工作电容、特性阻抗、额定功率、衰减等特定的性能参数。这就需要具有实际工作经验的人员来进行模块化流程图的具体规划及组合，当模块组合完善时，对于对应的项目产品的详细性能就可以模拟出较为清晰的性能参数趋势图，对于后续生产的调整及优化都具有一定的意义。

3. 模块化的设计方法

根据电线电缆区分的种类不同其对应的模块具体功能也不同，但设计都是依据输入、输出接口的数量将模块分为单入单出、单入多出、多入单出、多入多出四种。

1. 单入单出型

该种模块具备一个输入接口和一个输出接口，可用于数据中转、简单的单位换算等，如图1a所示。

2. 单入多出型

该种模块具备一个输入接口和若干个输出接口，可用于简单参数计算、复杂的单位换算等，如图1b所示。

3. 多入单出型

该种模块具备若干个输入接口和单个输出接口，可用于一般参数计算、终端数据输出等，如图1c所示。

4. 多入多出型

该种模块具备若干个输入接口和若干个输出接口，一般用于复杂参数的计算，也可视作以上三种类型模块的组合版本，适用于结构不经常发生变化的产品。

图1 模块化设计示意图

四、模块化理论设计实例

以下为两款模块化理论设计在电线电缆中的应用实例：

1、射频电缆的性能参数的辅助设计软件

在这款软件的开发中，已经部分地使用了模块化的概念。该软件的设计参数界面为输入面板，用来确定产品加工后要达到的目标参数。而计算过程数据与计算结果均为输出面板，用来检验过程变量的稳定性和最终结果的可信度。

当输入产品目标参数后点选“计算”即可得到所需的各项结果，计算范例如下图2，该计算器由若干个小模块构成，总体来看是一个多入多出结构，具有17个输入接口和23个输出接口，在这里将其中9个接口作为终端显示放置于计算结果区域，当输入所需参数后可以瞬时计算得到结果，便于在现场实测后立刻进行调整，节约大量时间。

图2 射频电缆计算实例示意图

2、对称电缆组合介电常数的辅助设计软件

在实际生产时，由于产品优化的持续改进，可能会出现材料替代的情况，而由于材料属性变化引起的各项性能指标变化以往常常需要经过整整一套全系列的计算过程才能够进行比较，在这个过程中会浪费大量的时间，不利于产品的生产周期。如果将这些由于个别因数引起的性能变化情况预先模块化，在得到变化数据后立刻得到性能对比，则能够有效地提高生产效率。

以2根电线和2根填芯组成的对称电缆为例，当我们已知电线、填芯的各项性能参数之后，对其结构进行分析，计算范例如下图3，此模块组为6个界面输入、2个终端输出的结构，对结构图进行分析后拆分为15个过程模块和2个终端模块进行运算，并由2个终端模块在特定区域显示最终结果。图4为3根电线和3根填芯组成的综合电缆实际计算实例图。图5为对称电缆的3D模拟图。

图3 对称电缆计算实例示意图 图4 综合电缆计算实例示意图

图5 对称电缆3D模拟图

五、结语

模块化适用于已知工序但性能未知的产品研发和生产流程确定的产品性能预测，但由于需要对单个产品或者类似特性的一系列产品进行组合定制，会导致产品前期消耗时间的增加。因此，“磨刀不误砍柴工”，一旦产品建立在正确的理论基础上，将模块化理论与之相结合进行设计，则后续进行的各种调整手段都能够得到快速而准确的预测与反馈，能够有效提高研发项目的工作效率，也能够避免不必要的各种浪费。

参考文献：

[1] 冯双，于健. 浅谈模块化设计在电线电缆行业的用途[J]. 天津光电线缆技术, 2012年第2期11-14,共4页

[2] 刘畅，徐政. 电力电缆温度场与载流量计算软件设计[J].《广东电力》，2015年第6期53-61,共9页

[3] 王苏梅，张鸿斌.电力电缆设计软件包[J]. 《江苏电器》，2005年第3期14-17,共4页 

作者简介：

冯 双（1985-），男，高级工程师，天津六〇九电缆有限公司

陈芳伟（1983-），男，中级工程师，天津六〇九电缆有限公司

于 健（1982-），男，正高级工程师，天津六〇九电缆有限公司

作者地址：天津市武清区庆龄大路2号[301700]