面向工程的電氣設(shè)計平臺與設(shè)計模式探討

摘要：文章針對電氣工程行業(yè)的特點，以提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量為目標，比較行業(yè)內(nèi)常見的專業(yè)電氣設(shè)計軟件，在多角度對比的基礎(chǔ)上對Engineering Base的結(jié)構(gòu)、功能進行了研究，并通過實例闡述了基于Engineering Base的模塊化設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計以及選型設(shè)計等多種設(shè)計模式。Engineering Base的應(yīng)用表明，在該設(shè)計平臺下使用適當?shù)脑O(shè)計模式，不僅能提升設(shè)計質(zhì)量和效率，同時可以使整個項目的設(shè)計過程清晰、設(shè)計輸出完整、設(shè)計數(shù)據(jù)一致。

關(guān)鍵詞：Engineering Base（EB）；模塊化；參數(shù)化；定義尺寸；電氣設(shè)計平臺；設(shè)計模式

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）30-0030-03

當今電氣工程設(shè)計領(lǐng)域，隨著生產(chǎn)效率的提高和交貨進度的縮短，設(shè)計制造環(huán)節(jié)對開發(fā)、設(shè)計的效率提出了越來越高的要求。采用傳統(tǒng)的CAD軟件來進行電氣工程設(shè)計已經(jīng)不能滿足高效率的設(shè)計要求。為此，需要一款專業(yè)的能真正體現(xiàn)輔助設(shè)計作用的電氣設(shè)計軟件來幫助電氣設(shè)計人員更好地完成設(shè)計工作。近年來以Engineering Base（簡稱EB）為代表的基于計算機的工程（Computer Based Engineering，CBE）軟件逐步具備了完全數(shù)據(jù)庫操作的相關(guān)功能，圖紙與圖紙、表單與表單以及圖紙與表單之間均具備實時交互關(guān)系。

1 Engineering Base的特點

1.1 Engineering Base的結(jié)構(gòu)

EB屬于第三代CBE（Computer Based Engineering）專業(yè)電氣設(shè)計軟件。內(nèi)嵌了微軟的專業(yè)繪圖軟件Visio 2003，并包含極易管理和分析的強大的Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫，圖紙通過Visio進行繪制，而所有相關(guān)數(shù)據(jù)則通過SQL Server數(shù)據(jù)庫進行管理。EB內(nèi)嵌各種工作表，該表具有和Excel相同的操作功能，可以對項目、圖紙、器件等所有信息數(shù)據(jù)進行批處理更改維護。Excel文件能直接對EB進行導(dǎo)入導(dǎo)出；系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶端的結(jié)構(gòu)方式，所有用戶共用同一個數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫訪問，可以與PDM對接。

1.2 Engineering Base的功能

Engineering Base是專業(yè)智能化的電氣設(shè)計軟件。其功能主要體現(xiàn)在以下七點：

1.2.1 EB所具備的真正的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)使得電氣設(shè)計的智能化程度得到本質(zhì)的提升。中央數(shù)據(jù)庫包含了所有的設(shè)計數(shù)據(jù)，如圖紙、器件、信號、表單、技術(shù)文檔等，保證了這些數(shù)據(jù)在整個設(shè)計過程中持續(xù)的統(tǒng)一性和實時性。所有的表單、關(guān)聯(lián)都實時在線，當圖紙被修改以后，表單同時被在線刷新，不需要額外操作。

1.2.2 同時還擁有多用戶和多項目功能，從而實現(xiàn)在工程設(shè)計過程中不同工作組內(nèi)的協(xié)調(diào)。

1.2.3 擁有自動版本管理及上千種符合IEC/ANSI/JIC標準的圖形符號庫，使得電氣工程圖紙設(shè)計更加

規(guī)范。

1.2.4 可自動生成采購清單、器件裝配明細表、端子圖、電線接線表、電纜接線表等，無需手動統(tǒng)計。

1.2.5 自動器件編號和自動節(jié)點編號功能；元器件放到圖紙上以后，編號可以按照客戶編號規(guī)則自動編制。當增加或減少器件時，編號會自動調(diào)整。原理圖的節(jié)點號可自動編制，且隨著回路的更改發(fā)生自動變化，方便圖紙設(shè)計。

1.2.6 易掌握、開放的VBA二次開發(fā)環(huán)境為EB提供了更多的可自行擴展空間。

1.2.7 與其他格式文件間的轉(zhuǎn)換。EB圖紙可以批處理轉(zhuǎn)換成DWG/DXF、PDF、網(wǎng)頁、圖片等格式，方便與其他軟件之間的交流，且可以批處理打印。

1.3 Engineering Base與其他制圖軟件的比較

當前針對電氣設(shè)計的軟件有很多，而側(cè)重于電控（即工業(yè)自動化控制）且在電控行業(yè)廣泛應(yīng)用的設(shè)計軟件只有ED（ELECTRICAL Designer）、Autocad Electrical、ELCAD、天正電氣、Engineering Base、Promis-e這六種。經(jīng)過調(diào)研和分析對Engineering Base、Promis-e、Autocad Electrical這三種電氣設(shè)計軟件進行了比較，如表1。

從先進性和原理圖設(shè)計的科學(xué)合理性，與PLC的關(guān)聯(lián)程度上來說，Engineering Base有明顯的優(yōu)勢。

2 EB的應(yīng)用

2.1 模塊化設(shè)計

模塊化就是通過對某一類產(chǎn)品或系統(tǒng)的分析和研究，把其中含有相同或相似的功能單元分解出來，用標準化的原理進行統(tǒng)一、歸并、簡化，以通用單元的形式獨立存在。這就是分解而得到的模塊，然后用不同的模塊來拼湊成多種產(chǎn)品或系統(tǒng)。這種分解和組合的全過程就是模塊化。在EB中，模塊化設(shè)計可以通過MCC模塊形式和XLS配置模式來實現(xiàn)。

2.1.1 MCC（Modulized Controll Cabinet）模塊。以工程項目整線控制系統(tǒng)為例，大部分的輸送設(shè)備的電氣結(jié)構(gòu)基本相同，但設(shè)備的組合形式、數(shù)量都不同，我們可以針對一些固定的單機設(shè)備，根據(jù)不同的控制方式把這些設(shè)備的控制部分做成不同的MCC模塊，如一臺不需要過程控制的輸送機，可分為如下四種：第一種是用自動空氣開關(guān)、接觸器組合控制的單向運轉(zhuǎn)電機控制模塊；第二種是用自動空氣開關(guān)、接觸器組合控制的雙向運轉(zhuǎn)電機控制模塊；第三種用電機啟動器來控制的單向運轉(zhuǎn)電機控制模塊；第四種用電機啟動器來控制的雙向運轉(zhuǎn)電機控制模塊。還可以以每個項目都會用到的如電控柜的照明冷卻系統(tǒng)、電流電壓表的接線等作為MCC模塊，在做工程項目的電控系統(tǒng)時，用功能復(fù)制的方式調(diào)用這些MCC模塊，依據(jù)設(shè)計思路搭建新的電控系統(tǒng)圖紙。

2.2 參數(shù)化設(shè)計

對于一些定型的設(shè)備，有時候設(shè)備完全相同，但不同的客戶對器件和材料有不同的選型要求，設(shè)備的電氣設(shè)計圖紙沒有變化，只有通過PDM下發(fā)給生產(chǎn)單位的“BOM和ITEM”會有選型上的變化（EB可以將項目的明細表輸出為輸出Excel格式，通過ExceL與PDM接口，對項目的PSE進行自動搭樹，通過輸出“BOM和ITEM”的方式把器件材料明細下發(fā)給生產(chǎn)單位）。針對這種情況，結(jié)合PDM的變量配置，把這樣的設(shè)備的電氣設(shè)計圖紙作為標準圖（圖紙固定不變），把器件材料明細在PDM中進行參數(shù)化設(shè)計。

第一步：選中項目的產(chǎn)品ITEM新建變量，如按鈕廠家、隔離開關(guān)廠家、軟管廠家等，產(chǎn)品ITEM會由原來的紅色變?yōu)榛疑@樣產(chǎn)品ITEM稱為母樹。

第二步：將PSE樹下的需要做成變量的ITEM定義變量條件，如序號4的電纜鎖緊套定義為“軟管廠家=文依灰色”，定義好變量條件的ITEM前會有一個“帶圈的V”字，如圖4。把需要定義的ITEM都定義好。

2.3 選型設(shè)計

一些定型的復(fù)雜單機設(shè)備的電控系統(tǒng)，設(shè)備的器件與控制方式都一樣，只是每次器件的參數(shù)會發(fā)生變化，比如電機功率發(fā)生變化，導(dǎo)致控制電機的變頻器、斷路器以及相應(yīng)的電纜發(fā)生變化，如果按照一般的方法，就需要逐一地對電機、變頻器、斷路器、電纜進行更換。采用選型設(shè)計的方式可以使我們更快地替換這些器件。

如圖5中的斷路器、變頻器、電纜會隨著電機的功率變化而變化，在這些需要替換的器件和電纜的屬性“ANSI編碼”欄寫上一個固定名稱，比如斷路器的ANSI編碼設(shè)為QF、變頻器的ANSI編碼設(shè)為U、電纜的ANSI編碼設(shè)為W。再在“功能”下新建一個功能“=走形電機”，再將器件和電纜都關(guān)聯(lián)在這個功能下，制作一個Excel表格（如圖5右下），表格的第一行中的QF、U、W分別對應(yīng)是器件的ANSI編碼屬性值，相應(yīng)的這一列上是該器件的型號，第一列的“1T、2T、3T、4T、5T、6T”對應(yīng)的是電機不同的功率，相應(yīng)的行上對應(yīng)是電機功率對應(yīng)的斷路器、變頻器、電纜的型號（首先材料庫中一定要有這些器件），再將表格放在“=走形電機”功能下（如圖5右上）。

在“=走形電機”功能上運行宏“選型設(shè)計”彈出一個對話框，選擇電機的不同功率就可以將對應(yīng)的變頻器、斷路器、電纜進行統(tǒng)一替換。

3 結(jié)語

Engineering Base簡化了原有CAD設(shè)計軟件進行電氣設(shè)計時需要實施的工作流程，如：原理圖、裝配圖、器件明細表、接線表等報表的制作，并減少了校對、審核等工作。從這幾年使用EB的效果來看，不管是整線電控項目，單機電控還是機上布線，設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量都有很大的提高，基于EB的模塊化、參數(shù)化設(shè)計使得設(shè)計圖紙更加的規(guī)范化、標準化，也使電氣設(shè)計制圖在設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量上有了進一步的提升。

參考文獻

[1] 德國AUCOTEC公司.Engineering Base使用手冊[S].

[2] 康明.論模塊化的設(shè)計思想[J].

作者簡介：肖雪梅（1981-），女，云南昆船設(shè)計研究院電控產(chǎn)品所工程師，研究方向：物流系統(tǒng)單機設(shè)備的電控系統(tǒng)設(shè)計和輔聯(lián)設(shè)備機上布線的設(shè)計。

對于一些定型的設(shè)備，有時候設(shè)備完全相同，但不同的客戶對器件和材料有不同的選型要求，設(shè)備的電氣設(shè)計圖紙沒有變化，只有通過PDM下發(fā)給生產(chǎn)單位的“BOM和ITEM”會有選型上的變化（EB可以將項目的明細表輸出為輸出Excel格式，通過ExceL與PDM接口，對項目的PSE進行自動搭樹，通過輸出“BOM和ITEM”的方式把器件材料明細下發(fā)給生產(chǎn)單位）。針對這種情況，結(jié)合PDM的變量配置，把這樣的設(shè)備的電氣設(shè)計圖紙作為標準圖（圖紙固定不變），把器件材料明細在PDM中進行參數(shù)化設(shè)計。

第一步：選中項目的產(chǎn)品ITEM新建變量，如按鈕廠家、隔離開關(guān)廠家、軟管廠家等，產(chǎn)品ITEM會由原來的紅色變?yōu)榛疑@樣產(chǎn)品ITEM稱為母樹。

第二步：將PSE樹下的需要做成變量的ITEM定義變量條件，如序號4的電纜鎖緊套定義為“軟管廠家=文依灰色”，定義好變量條件的ITEM前會有一個“帶圈的V”字，如圖4。把需要定義的ITEM都定義好。

2.3 選型設(shè)計

一些定型的復(fù)雜單機設(shè)備的電控系統(tǒng)，設(shè)備的器件與控制方式都一樣，只是每次器件的參數(shù)會發(fā)生變化，比如電機功率發(fā)生變化，導(dǎo)致控制電機的變頻器、斷路器以及相應(yīng)的電纜發(fā)生變化，如果按照一般的方法，就需要逐一地對電機、變頻器、斷路器、電纜進行更換。采用選型設(shè)計的方式可以使我們更快地替換這些器件。

如圖5中的斷路器、變頻器、電纜會隨著電機的功率變化而變化，在這些需要替換的器件和電纜的屬性“ANSI編碼”欄寫上一個固定名稱，比如斷路器的ANSI編碼設(shè)為QF、變頻器的ANSI編碼設(shè)為U、電纜的ANSI編碼設(shè)為W。再在“功能”下新建一個功能“=走形電機”，再將器件和電纜都關(guān)聯(lián)在這個功能下，制作一個Excel表格（如圖5右下），表格的第一行中的QF、U、W分別對應(yīng)是器件的ANSI編碼屬性值，相應(yīng)的這一列上是該器件的型號，第一列的“1T、2T、3T、4T、5T、6T”對應(yīng)的是電機不同的功率，相應(yīng)的行上對應(yīng)是電機功率對應(yīng)的斷路器、變頻器、電纜的型號（首先材料庫中一定要有這些器件），再將表格放在“=走形電機”功能下（如圖5右上）。

在“=走形電機”功能上運行宏“選型設(shè)計”彈出一個對話框，選擇電機的不同功率就可以將對應(yīng)的變頻器、斷路器、電纜進行統(tǒng)一替換。

3 結(jié)語

Engineering Base簡化了原有CAD設(shè)計軟件進行電氣設(shè)計時需要實施的工作流程，如：原理圖、裝配圖、器件明細表、接線表等報表的制作，并減少了校對、審核等工作。從這幾年使用EB的效果來看，不管是整線電控項目，單機電控還是機上布線，設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量都有很大的提高，基于EB的模塊化、參數(shù)化設(shè)計使得設(shè)計圖紙更加的規(guī)范化、標準化，也使電氣設(shè)計制圖在設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量上有了進一步的提升。

參考文獻

[1] 德國AUCOTEC公司.Engineering Base使用手冊[S].

[2] 康明.論模塊化的設(shè)計思想[J].

作者簡介：肖雪梅（1981-），女，云南昆船設(shè)計研究院電控產(chǎn)品所工程師，研究方向：物流系統(tǒng)單機設(shè)備的電控系統(tǒng)設(shè)計和輔聯(lián)設(shè)備機上布線的設(shè)計。

對于一些定型的設(shè)備，有時候設(shè)備完全相同，但不同的客戶對器件和材料有不同的選型要求，設(shè)備的電氣設(shè)計圖紙沒有變化，只有通過PDM下發(fā)給生產(chǎn)單位的“BOM和ITEM”會有選型上的變化（EB可以將項目的明細表輸出為輸出Excel格式，通過ExceL與PDM接口，對項目的PSE進行自動搭樹，通過輸出“BOM和ITEM”的方式把器件材料明細下發(fā)給生產(chǎn)單位）。針對這種情況，結(jié)合PDM的變量配置，把這樣的設(shè)備的電氣設(shè)計圖紙作為標準圖（圖紙固定不變），把器件材料明細在PDM中進行參數(shù)化設(shè)計。

第一步：選中項目的產(chǎn)品ITEM新建變量，如按鈕廠家、隔離開關(guān)廠家、軟管廠家等，產(chǎn)品ITEM會由原來的紅色變?yōu)榛疑@樣產(chǎn)品ITEM稱為母樹。

第二步：將PSE樹下的需要做成變量的ITEM定義變量條件，如序號4的電纜鎖緊套定義為“軟管廠家=文依灰色”，定義好變量條件的ITEM前會有一個“帶圈的V”字，如圖4。把需要定義的ITEM都定義好。

2.3 選型設(shè)計

一些定型的復(fù)雜單機設(shè)備的電控系統(tǒng)，設(shè)備的器件與控制方式都一樣，只是每次器件的參數(shù)會發(fā)生變化，比如電機功率發(fā)生變化，導(dǎo)致控制電機的變頻器、斷路器以及相應(yīng)的電纜發(fā)生變化，如果按照一般的方法，就需要逐一地對電機、變頻器、斷路器、電纜進行更換。采用選型設(shè)計的方式可以使我們更快地替換這些器件。

如圖5中的斷路器、變頻器、電纜會隨著電機的功率變化而變化，在這些需要替換的器件和電纜的屬性“ANSI編碼”欄寫上一個固定名稱，比如斷路器的ANSI編碼設(shè)為QF、變頻器的ANSI編碼設(shè)為U、電纜的ANSI編碼設(shè)為W。再在“功能”下新建一個功能“=走形電機”，再將器件和電纜都關(guān)聯(lián)在這個功能下，制作一個Excel表格（如圖5右下），表格的第一行中的QF、U、W分別對應(yīng)是器件的ANSI編碼屬性值，相應(yīng)的這一列上是該器件的型號，第一列的“1T、2T、3T、4T、5T、6T”對應(yīng)的是電機不同的功率，相應(yīng)的行上對應(yīng)是電機功率對應(yīng)的斷路器、變頻器、電纜的型號（首先材料庫中一定要有這些器件），再將表格放在“=走形電機”功能下（如圖5右上）。

在“=走形電機”功能上運行宏“選型設(shè)計”彈出一個對話框，選擇電機的不同功率就可以將對應(yīng)的變頻器、斷路器、電纜進行統(tǒng)一替換。

3 結(jié)語

Engineering Base簡化了原有CAD設(shè)計軟件進行電氣設(shè)計時需要實施的工作流程，如：原理圖、裝配圖、器件明細表、接線表等報表的制作，并減少了校對、審核等工作。從這幾年使用EB的效果來看，不管是整線電控項目，單機電控還是機上布線，設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量都有很大的提高，基于EB的模塊化、參數(shù)化設(shè)計使得設(shè)計圖紙更加的規(guī)范化、標準化，也使電氣設(shè)計制圖在設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量上有了進一步的提升。

參考文獻

[1] 德國AUCOTEC公司.Engineering Base使用手冊[S].

[2] 康明.論模塊化的設(shè)計思想[J].

作者簡介：肖雪梅（1981-），女，云南昆船設(shè)計研究院電控產(chǎn)品所工程師，研究方向：物流系統(tǒng)單機設(shè)備的電控系統(tǒng)設(shè)計和輔聯(lián)設(shè)備機上布線的設(shè)計。