基于Excel進(jìn)行中壓電力電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)

文/荔建榮 賴泉斌 劉 磊

（1.廣西陽工電線電纜有限公司 2.無錫市長(zhǎng)城電線電纜有限公司）

中壓電力電纜是建筑工程、工業(yè)輸配電等領(lǐng)域常用電工材料，也是電力工程項(xiàng)目招投標(biāo)最常用到的產(chǎn)品。因市場(chǎng)原材料價(jià)格波動(dòng)頻繁，生產(chǎn)工藝和材料不斷革新，電纜的價(jià)格存在波動(dòng)。為最大限度保證投標(biāo)報(bào)價(jià)及時(shí)跟隨生產(chǎn)工藝成本的變化，需要一套能根據(jù)生產(chǎn)工藝及原材料價(jià)格波動(dòng)獲得快速報(bào)價(jià)和編制生產(chǎn)工藝的軟件。

一、設(shè)計(jì)構(gòu)想

電纜的結(jié)構(gòu)尺寸執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如絕緣厚度、護(hù)套厚度等。結(jié)合制造廠商實(shí)際的工藝條件，通過合理的數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算確定電纜的外徑尺寸及各個(gè)部分的耗材等。為便于操作，可以利用Excel 的數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算功能，設(shè)計(jì)一套用于計(jì)算電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)、耗材等用于日常管理的數(shù)據(jù)參數(shù)軟件。設(shè)計(jì)構(gòu)想如圖1 所示。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖

1.建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

根據(jù)產(chǎn)品的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12706.3—2008[1]和GB/T 19666—2005[2]的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)描述中的字母代表的電纜各個(gè)結(jié)構(gòu)組成部分，可以根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)組成，確立型號(hào)字母代表的各個(gè)部分的材料；建立導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及導(dǎo)體耗材用量數(shù)據(jù)庫，包括不同規(guī)格下的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)體外徑和導(dǎo)體耗材基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；建立絕緣厚度數(shù)據(jù)庫，包括不同電壓等級(jí)和材料在不同產(chǎn)品規(guī)格下的絕緣厚度數(shù)據(jù)；建立不同材料單價(jià)數(shù)據(jù)庫，對(duì)于每日更新的導(dǎo)體材料，可以鏈接到長(zhǎng)江有色金屬網(wǎng)（https：//www.ccmn.cn）等價(jià)格實(shí)時(shí)更新的價(jià)格數(shù)據(jù)庫，材料單價(jià)實(shí)時(shí)更新或每日手動(dòng)更新；根據(jù)電纜各個(gè)部分不同的材料和不同的加工工藝的組成，建立電纜結(jié)構(gòu)組成代號(hào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（用于組成電纜型號(hào)）；根據(jù)電纜不同規(guī)格，即芯數(shù)和截面，建立電纜規(guī)格數(shù)據(jù)庫。電纜的型號(hào)和規(guī)格表示一個(gè)特定的電纜產(chǎn)品。

2.數(shù)據(jù)的生成邏輯

第一步，確立電纜的型號(hào)規(guī)格：調(diào)用電纜型號(hào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)電纜各部分的組成代號(hào)和各個(gè)部分的生產(chǎn)工藝方式，確立電纜型號(hào)；第二步，確立計(jì)算電纜各個(gè)部分厚度參數(shù)：根據(jù)第一步確立的電纜的型號(hào)規(guī)格和GB/T 12706.3—2008 標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定的假設(shè)法用Excel 的數(shù)值運(yùn)算功能確定隔離層、鋼帶、護(hù)套等厚度數(shù)據(jù)；第三步，計(jì)算電纜結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)：根據(jù)電纜的型號(hào)規(guī)格，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)電纜各部分厚度尺寸數(shù)據(jù)，運(yùn)用Excel 提供的數(shù)學(xué)計(jì)算功能，計(jì)算出電纜結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)；第四步，計(jì)算電纜的定額和成本：根據(jù)電纜結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中電纜各部分厚度尺寸數(shù)據(jù)、密度，計(jì)算電纜的定額，結(jié)合材料單價(jià)即可計(jì)算出成本。最后輸出電纜的結(jié)構(gòu)尺寸、定額（耗材）、成本等數(shù)據(jù)。

二、過程的實(shí)現(xiàn)

1.電纜結(jié)構(gòu)的分解

由于GB/T 12706.3—2008[1]中規(guī)定的型號(hào)代號(hào)的材料或結(jié)構(gòu)不唯一，且部分代號(hào)代表不同的材料，給程序?qū)崿F(xiàn)帶來一定的困難，需要進(jìn)一步對(duì)電纜的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分解?，F(xiàn)以圖2 所示的26/35kV 中壓電纜代表結(jié)構(gòu)為例，依據(jù)電纜的各個(gè)組成部分和生產(chǎn)工序分解原材料，確定其代號(hào)。

因不同生產(chǎn)廠商采用的電纜材料和生產(chǎn)工藝不盡相同，下列描述中，不詳盡或者可能增加新的材料的部分，可進(jìn)行增加拓展。此方法產(chǎn)品編碼，分類完整，科學(xué)，有較好的拓展性，并易于區(qū)分，有較強(qiáng)的實(shí)用性。在企業(yè)實(shí)施ERP 過程中，也可參考采用此種分類方法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品代碼的唯一性。

圖2 電纜結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)體：根據(jù)GB/T 3956—2008[3]電纜的導(dǎo)體規(guī)定，電纜的導(dǎo)體的材質(zhì)分為銅、鋁合金、鋁導(dǎo)體等，為便于在Excel中用數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行篩選和選擇，分別用字母T、HL、L 表示。同時(shí)GB/T 3956—2008 標(biāo)準(zhǔn)[3]中規(guī)定了4 種類型的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，根據(jù)中壓電力電纜的產(chǎn)品特點(diǎn)，選取第2 種導(dǎo)體，緊壓圓形，代號(hào)B-2。

絕緣：根據(jù)GB/T 12706.3—2008 標(biāo)準(zhǔn)[1]的規(guī)定，絕緣分為交聯(lián)聚乙烯、硬質(zhì)乙丙、乙丙橡皮3 種類型，分別用字母YJ、E、HE 表示。

隔離層：根據(jù)GB/T 12706.3—2008 標(biāo)準(zhǔn)[1]的規(guī)定，絕緣材料分為聚氯乙烯、低煙無鹵、聚乙烯、氯化聚乙烯4種類型，分別用字母V、Y、E、SE 表示。為了在編輯公式時(shí)依次計(jì)算，其中無鎧裝電纜無隔離層，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇時(shí)，可以空值選取。

鎧裝：標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定，鎧裝分為7 種類型，對(duì)于材質(zhì)不同，但可能影響電纜結(jié)構(gòu)及成本的代號(hào)進(jìn)行了區(qū)分，鍍鋅鋼絲、不銹鋼絲、鍍鋅鋼帶、鋁帶、鋁合金帶、不銹鋼帶，分別用數(shù)字和輔助符號(hào)3、7、2、2-1、2-2、6 表示。為了在編輯公式時(shí)依次計(jì)算，其中無鎧裝電纜進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇時(shí)，可以空值選取，計(jì)算時(shí)厚度取值為“0”。

護(hù)套：標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定，電纜外護(hù)套分為聚氯乙烯、低煙無鹵、聚乙烯、氯化聚乙烯4 種類型，分別用字母2、3、8、SE表示。

電纜燃燒特性：根據(jù)GB/T19666—2005 阻燃和耐火電線電纜通則[2]規(guī)定的電纜燃燒特性，其中無阻燃和耐火電纜，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇時(shí)，可以空值選取。相關(guān)的代號(hào)見表1。

電壓等級(jí)：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[1]的規(guī)定，電纜的電壓等級(jí)有2種類型，21/35kV、26/35 kV。

表1 電纜燃燒特性代號(hào)

其他輔助結(jié)構(gòu)部分：導(dǎo)體半導(dǎo)電屏蔽、絕緣半導(dǎo)電屏蔽、金屬屏蔽、成纜包帶和填充等依附于電纜型號(hào)、電壓等級(jí)、燃燒特性的部分不單獨(dú)區(qū)分。

2.確立電纜的型號(hào)規(guī)格

通常情況下，電纜的結(jié)構(gòu)是根據(jù)電纜性能的特殊要求及用戶的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就需要根據(jù)電纜特性將電纜的各個(gè)部分進(jìn)行分拆。將電纜各個(gè)部分以本文所述的字母表示，把電纜的結(jié)構(gòu)性能特征代號(hào)變成Excel 系統(tǒng)可以識(shí)別的方式，按照電纜的結(jié)構(gòu)特性依次選擇電纜的結(jié)構(gòu)組成部分。以WDZC-YJY23 26/35kV 3×300mm2型號(hào)的電纜為例，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，導(dǎo)體材質(zhì)選用銅，用“T”表示（生成型號(hào)時(shí)省略），導(dǎo)體采用緊壓圓形導(dǎo)體代號(hào)“B-2”（生成型號(hào)時(shí)省略），絕緣材料XLPE 用“YJ”表示，內(nèi)護(hù)套用Y 表示，鋼帶鎧裝用“2”表示，低煙無鹵護(hù)套用“WDZC”表示。選擇“26/35kV”電壓等級(jí)下的絕緣等結(jié)構(gòu)參數(shù)。選定電纜的型號(hào)后，選擇電纜的規(guī)格，即芯數(shù)和截面，即3×300。

3.根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝錄入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)生產(chǎn)廠商的實(shí)際生產(chǎn)工藝錄入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括：導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、尺寸、單位重量、單價(jià)等；絕緣材料的名稱及代號(hào)，不同電壓等級(jí)下（21/35 kV、26/35kV）的絕緣標(biāo)稱厚度，絕緣材料的密度、單價(jià)等；內(nèi)外半導(dǎo)電和金屬屏蔽材料的名稱、密度、單價(jià)等；成纜的成纜系數(shù)，包帶的材料的名稱、代號(hào)、密度、單價(jià)等；內(nèi)襯層（內(nèi)護(hù)套、隔離層）的材料名稱代號(hào)、密度、單價(jià)等；鎧裝層的材料、代號(hào)、密度、單價(jià)等；外護(hù)套材料的名稱、代號(hào)、密度、單價(jià)等。

三、程序的實(shí)現(xiàn)

1.確定電纜的材料和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)

根據(jù)上述確立的電纜型號(hào)及電纜的結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外，依次選擇各個(gè)部分的代號(hào)。通過Excel 提供的查找、邏輯判斷、數(shù)值計(jì)算等功能，對(duì)各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，通過數(shù)值計(jì)算，得出電纜的外徑尺寸等各部分的參數(shù)。只要Excel 中邏輯關(guān)系正確，數(shù)值計(jì)算無誤，即可正確計(jì)算出電纜的結(jié)構(gòu)和耗材。用Excel 數(shù)據(jù)查找VLOOKUP、IF、OR等諸多函數(shù)，輸入規(guī)格（芯數(shù)×截面），引用各個(gè)規(guī)格下的導(dǎo)體外徑、絕緣厚度、假設(shè)法計(jì)算的護(hù)套厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可計(jì)算相關(guān)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和耗材。取得各電纜各部分厚度參數(shù)后，再經(jīng)過Excel 的數(shù)學(xué)運(yùn)算，即可得到結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。由于篇幅有限，詳細(xì)的計(jì)算公式參見電線電纜和軟線結(jié)構(gòu)計(jì)算[4]、電線電纜手冊(cè)[5]等著作。

2.計(jì)算電纜的各個(gè)部分原材料耗材及原材料成本價(jià)

根據(jù)上述確立的結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用Excel 的計(jì)算功能，根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)規(guī)定的尺寸厚度等參數(shù)，通過數(shù)學(xué)計(jì)算即可得出電纜各個(gè)材料的耗材。計(jì)算出原材料耗材參數(shù)，將耗材數(shù)據(jù)帶入材料的單價(jià)，即可得到電纜的原材料成本。

Excel 表格設(shè)計(jì)制作成功后，若需計(jì)算其他型號(hào)的數(shù)據(jù)，只需要調(diào)整電纜的結(jié)構(gòu)代號(hào)，更新原材料價(jià)格，其余數(shù)據(jù)庫可自動(dòng)更新，實(shí)現(xiàn)快速核算成本。也可輸入常用規(guī)格，做成查詢數(shù)據(jù)庫，作為日常工具查詢同型號(hào)下電纜的結(jié)構(gòu)尺寸和成本。

四、結(jié)語

本文通過對(duì)低壓電力電纜中各個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組件的分解，提煉出影響電纜結(jié)構(gòu)和成本的關(guān)鍵因素，用模塊化的思維對(duì)電纜的各個(gè)組件進(jìn)行組合和分解，生成電纜型號(hào)，并利用Excel 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，在形成型號(hào)的同時(shí)進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，自動(dòng)計(jì)算出電纜的結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)定額及電纜的成本等關(guān)鍵信息。也可根據(jù)訂單直接輸入規(guī)格型號(hào)，自動(dòng)計(jì)算相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)，減少電纜設(shè)計(jì)、報(bào)價(jià)等人員的工作量。

本文提供的產(chǎn)品編碼方法和產(chǎn)品數(shù)據(jù)核算方法，為企業(yè)實(shí)施EPR 進(jìn)行產(chǎn)品編碼和數(shù)據(jù)快速錄入提供了極大的方便。由于文章篇幅有限，僅對(duì)數(shù)據(jù)生成的方法做了論述，具體的計(jì)算過程未做詳細(xì)論述。此外，還可以利用Excel 進(jìn)一步拓展功能，自動(dòng)生成BOM表、工藝文件、檢驗(yàn)指導(dǎo)文件等信息，減少相關(guān)人員的工作量，也可以參照上述方法進(jìn)行其他標(biāo)準(zhǔn)或者類型的電纜設(shè)計(jì)和耗材核算。