本文摘要：为了激发产业青年的创新、创造潜能，使其投身在线新经济发展创新实践，培育产业新动能，在中共上海市经济和信息化工作委员会、上海市经济和信息化委员会、共青团上海市委员会、上海市杨浦区人民政府的指导下，共青团上海市经济和信息化工作委员会、上海市杨
为了激发产业青年的创新、创造潜能，使其投身在线新经济发展创新实践，培育产业新动能，在中共上海市经济和信息化工作委员会、上海市经济和信息化委员会、共青团上海市委员会、上海市杨浦区人民政府的指导下，共青团上海市经济和信息化工作委员会、上海市杨浦区科学技术委员会主办了主题为“青年创新，助力在线新经济发展”的“2020年上海市产业青年创新大赛”。 大赛聚焦上海在线新经济领域创新，重点关注人工智能、5G、工业互联网、大数据、区块链等智能交互技术，评选出金奖项目10个、银奖项目20个、优秀奖项目28个。 本刊特精选部分金奖案例，以飨读者。
随着我国航天事业不断发展，空间飞行器的任务难度及功能性能要求日益提高，飞行器上电缆网的设计、制作和检验难度越来越大，电缆接点之间的信号传递关系及电缆处理、保护变得更复杂，对质量的要求也越来越高。 如何精细化管控电缆网产品的研制、生产流程，确保产品达到长寿命、免维护的高质量目标，是当下面临的主要问题。
电缆网作为空间飞行器供电、控制、通信、同步等有线信号的传输载体，是系统集成的基础，也是各类测试、试验必不可少的组成部分。 电缆网的研制是航天型号任务中的重要环节，其设计、制造的正确性，质量是否可靠，直接影响航天产品地面仿真、调试和试验的安全及置信度，关乎飞行任务的成败。
不同于一般工业产品电缆网批量的生产组织模式，空间飞行器电缆网具有明显的研制特点。 不同的空间飞行器功能要求和系统组成不同，系统所需的电缆网技术状态不同，一般不具备通用性。 因此，不同的空间飞行器需独立生产配套的电缆网，无法批量生产，且研制周期短、质量要求高，不适合从传统电子行业进行借鉴。 上海航天控制技术研究所(以下简称“控制所”)立足于科研生产任务实际，对传统研制流程进行再梳理，实现了空间飞行器控制系统电缆网的集成设计，并攻克了电缆网生产及日常维护过程中存在的薄弱环节，空间飞行器电缆网研制效率及产品质量均得到显著提升。
规范设计，快速实现“脑中构思”到“纸上蓝图”
在以往的电缆网设计中，设计师需根据部组件的IDS(Interface Data Sheet，接口数据单，包含光、机、电、热等接口信息)文件，人工进行成千上万个接点的协调、分配，最终完成系统电缆接点表、电气线束设计等工作，并形成指导电缆生产制作的文件。 但人工绘制电气框图设计、电气线束设计等，工作量巨大、表达信息量却较小，无法全面反映系统内电气架构的设计信息。 且由于不同产品之间、不同部组件生产单位之间对IDS文件的编写缺乏统一规范，相同信息的描述方式也不尽一致，只能通过人工进行识别与读取，读取过程亦可能由于设计师的理解偏差，造成不同部组件单机之间的信号对接错误，带来人为的质量与安全隐患。
控制所在空间电缆网的研制过程中，持续推行相关行业标准，并对IDS编写进行规范化，使其满足智能设计输入要求，从而使电缆网自动生成软件的应用水到渠成。 在电缆网设计阶段，以规范化处理的接口文件作为设计输入，可自动生成系统接点表，而以系统接点表作为输入，参考设备初步布局，进行分束和转接设计，即可形成生产接点表。
电缆网自动生成软件还可与Pro/E三维电缆设计软件实现双向信息传递。 从Pro/E三维电缆模型中提取电缆的长度、线型、直径等信息，作为系统线束设计的输入，可进一步细化电气线束设计数据和生产接点表。
仿真试验用电缆的设计，可结合部组件单机产品在试验桌上的布局，预先进行自动布线，估算、测试电缆长度，预留一定的冗余长度后，形成投产电缆的长度，有效避免过度设计，在节约电缆原材料的同时，使试验场地的布局更为简洁，还能够提升试验现场的6S(整理、整顿、清扫、清洁、素养和安全)管理水平。
空间飞行器上电缆的设计，可根据部组件单机在飞行器上的实际安装位置，设计飞行电缆的走向、精确控制电缆长度，从而节约原材料投入、减轻空间飞行器重量、降低发射成本。 另外，通过模拟装配，可提前预知电缆与电缆间、电缆与产品间的相互干涉情况，减少研制过程中的反复，提升研制效率。
人机协同生产，效率、质量“双提升”
随着航天任务剧增，定制化电缆网的生产需同时保证高效率和高质量。 瞄准这一目标，控制所深耕低频电缆组件制造技术，打造了一条低频电缆组件自动化生产线，实现低频电缆组件智能化制造及检测。
通过将前端设计过程中输出的信息直接导入，低频电缆组件数字化制造单元可完成下线、标签打印、导线传输与收集、生产数据收集，实现不同长度、不同规格导线的自动下线及标识。 同时，建立了导线下线及标识信息数据库，包含导线下线长度、标签内容、标签粘贴位置及接点关系。 整个生产流程的工艺参数相互关联，不仅能用于整个电缆组件生产过程的监控和使用，还可有效避免生产过程中的人为失误。 系统将经验固有化、设计灵活化、操作简便化、应变多样化。 将人、型号、实物的一体式关联转化为由工序负责，工人只需要做好当前工序，重复动作和量化控制交给设备做，实现流水线生产，有效保证导线下线过程的均匀性、一致性。 最终导线下线及标识效率提高20%，保证100%的压接质量。
数字化电缆布线系统可自动化识别并处理CAD、Pro/E的图形信息和接线信息，提供用户管理、数据分析、加工线束高亮、二维码识别及MES(Manufacturing Execution System，制造企业生产过程执行系统)数据交互等功能。 操作人员只需按提示的电缆敷设图操作，即可实现连接器组件与导线装配关系100%质量可控。
此外，该产线还运用了多项新工艺、新技术，如将双组份胶液通过定量泵输出然后经24叶混胶管混合的方法，可实现质量比1.5:1～4:1的自动混胶操作，灌封一次合格率达100%; 通过相应的系统，对压接型连接器各接点进行保持力自动测试，确保测试过程不损伤连接器本体，解决了压接型连接器各接点不可测的难题; 电缆快速检测系统则可对不同型号电缆的导通、绝缘、耐压等指标进行自动化测试和检验，并生成检测报告，与电子电气架构工具设计输出的电缆节点表进行比对，从而验证电缆设计的正确性。
低频电缆组件自动化生产线实现了数据从设计端直接导入制造单元的协同生产，突破了电缆路径引导方式下的立体布线、双组份灌封胶高精度快速混合、连接器对接力测试筛选等关键技术，电缆组件生产从手工生产转为自动与手工生产相结合的方式，生产效率提高了30%以上。
成效显著，应用前景广阔
目前，应用电缆网数字化生产系统，可实现空间飞行器电缆网设计、制造及检测全流程从人工生产到智能化生产的巨大转变，成效显著。
电缆网自动生成系统能快速、准确地完成半物理仿真验证系统电缆网的设计，以及相关文件资料的生成工作。 通过地面仿真系统与飞行电缆的模装，精确控制电缆长度，相较于传统模式，节省电缆导线长度约15%～20%。 相同体量的电缆网，平均设计时间由22个工作日缩短为5个工作日，节约时间成本77%，电缆网设计正确率由83%上升到99.1%。
电缆组件数字化制造系统可使产品生产过程的数据控制颗粒度，精细化至每个工序的过程参数，将工艺参数固化至设备中，实现了电缆组件生产制造过程的质量可追溯，电缆组件加工质量数据包覆盖性达到100%，并且实现了立体布线及保持力测试过程等的全流程质量管控。 以某型号电缆组件加工为例，其初样阶段，电缆组件加工一次合格率为87%; 正样阶段，相同电缆加工一次合格率提升至98%。 对于同样体量的电缆组件，操作人员工时由初样阶段配置10人、研制周期30天、累计工时2400小时，转变为正样阶段配置8人、研制周期25天、累计工时1600小时，制造工时有效缩短，生产效率提升33.3%。
电缆快速检测系统则具有快速、高效、可靠、覆盖性全等优点。 经统计，相比之前采用人工、半自动测试方法进行电缆导通、绝缘、耐压等检测，相同型号的50根电缆检测及报告编制时间，由两个人16个小时缩短为一个人2个小时，人力成本节省87%左右，误检、漏检率由11%降至0。
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该项目的应用可直接降低人工成本、时间成本，减少设计返工等成本投入，大幅提高电缆网设计制作与检验效率。 经初步估算，每年直接增加的效益达数百万元，而由于空间飞行器研制成本少则数千万元、多则数十亿元，提升电缆可靠性间接产生的隐形效益更是无法估量。
目前，该项目研制的电缆网已经成功应用于多个卫星，而通过信息技术与工业系统进一步融合，实现电缆网制造转型升级，可为关键基础件的数字化制造模式形成示范应用，有效提升航天工业科研生产智能化水平及产业竞争力。 该系统亦可进一步推广应用于航空、船舶及其他装备的研制过程中，创造更大的经济效益和社会效益。
作者： 高四宏 李柏杨 马力
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