鐵路信號計算機輔助設計集成系統研究

賈利生

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 系統研究背景

鐵路信號工程設計具有圖紙量大、復雜度高、容易出錯等特點，為了降低設計人員的勞動強度、減少差錯、統一標準，在鐵路信號工程設計中，計算機輔助設計(CAD)發揮著非常重要的作用[1]。

從20世紀90年代至今，6502電氣集中聯鎖CAD系統(簡稱6502CAD)、計算機聯鎖CAD系統、ZPW-2000系列電碼化CAD系統、ZPW-2000R移頻自動閉塞CAD系統的開發和相繼投入應用，大大提高了信號工程設計效率，同時提高了設計質量、縮短了設計周期[2-4]。但是隨著多個系統的應用，出現了新的問題。由于各系統的開發時期、軟件開發人員、使用的開發語言等不同，各系統在同一臺電腦中使用時，出現了軟件互相沖突、軟件使用方法各異等問題，這樣不易于信號設計人員對各系統的學習和使用，因此將各系統集成為一體，解決系統間相互沖突問題，建立統一的運行平臺，將各系統的程序進行統一管理，從而形成一個平臺化、集成化、系統化的鐵路信號計算機輔助設計集成系統(簡稱SIGCAD)是非常必要的。

2 系統開發內容

2.1 系統平臺開發

開發全新的系統運行平臺，完成統一的菜單設計、軟件更新、系統幫助、系統信息等功能；開發針對不同子系統打包方案的軟件注冊功能及通用安裝程序。

2.2 各子系統移植

各子系統至SIGCAD系統平臺的移植及解決集成后系統間相互沖突問題。

2.3 用戶界面的統一

統一各子系統的界面風格。

3 系統結構模塊劃分及界面設計

3.1 系統的功能

SIGCAD系統集成了6502CAD、計算機聯鎖CAD、ZPW-2000系列電碼化CAD、ZPW-2000R移頻自動閉塞CAD四個子系統的所有功能，具體如下。

6502CAD子系統用于完成車站6502電氣集中聯鎖包括控制臺盤面布置及配線、聯系圖、排列表、信號機點燈、軌道電路、道岔控制、網絡電路圖、側面配線等全套施工圖圖紙設計，其中子系統里的信號平面圖、雙線及電纜徑路圖、聯鎖表、室外電纜配線圖軟件同樣適用于計算機聯鎖車站，且可滿足普速、重載、客專、城市軌道交通等的設計需求。

計算機聯鎖CAD子系統，可完成計算機聯鎖的信號機點燈、軌道電路、道岔控制、自動閉塞方向電路、自閉結合、半自動閉塞、驅采電路等電路圖紙，以及組合內部配線、驅采匣(接口柜)配線、室外分線盤、側面等配線圖紙。

ZPW-2000系列電碼化CAD子系統可完成兩線制和四線制站內電碼化的移頻設備、綜合架設備、防雷柜等的布置圖，JMJ/FMJ/GCJ電路、正線電碼化電路、股道電碼化電路等電路圖紙，以及內部配線、室外分線盤、側面等配線圖紙。

ZPW-2000R移頻自動閉塞CAD子系統可完成區間信號平面布置圖、雙線及電纜徑路圖等室外部分圖紙，各閉塞分區電路圖、驅采電路、側面配線圖等室內部分圖紙。

3.2 系統結構模塊劃分

結構模塊分為功能模塊和平臺模塊，詳見圖1。

圖1 系統結構模塊

根據系統功能，將功能模塊劃分為20個，包括了6502CAD、計算機聯鎖CAD、ZPW-2000系列電碼化CAD、ZPW-2000R移頻自動閉塞CAD四個子系統包含的所有模塊。在車站聯鎖設計時，無論是6502電氣集中聯鎖還是計算機聯鎖，都必須有信號平面圖、雙線及電纜徑路圖、聯鎖表、電纜配線圖，故將此4個功能模塊單獨設置。繪制繼電器電路模塊主要完成零散的繼電電路設計，實用工具模塊則完成圖紙目錄、移交清冊、加圖框、圖標等的設計，與前面的4個子系統沒有直接關系，也單獨設置。

平臺模塊共4個，分別為軟件注冊、軟件更新、系統幫助、系統信息。

3.3 界面設計

根據系統結構模塊的劃分進行的系統界面設計如圖2所示。

4 關鍵技術及難點

4.1 如何建立系統運行平臺

系統運行平臺的建立分為兩部分：

(1)在WINDOWS操作系統下建立“使用幫助”“授權協議”“卸載”功能，如圖3所示。此處的使用幫助提供了PDF格式的用戶手冊[5]。

圖2 系統界面

圖3 windows操作系統中的系統界面

(2)在AutoCAD的菜單區建立SIGCAD系統界面。

SIGCAD系統共20個功能模塊，每個模塊中又包含了多個命令，命令總計200多項。系統界面設計可采用屏幕菜單或抽屜式菜單的方式，但此2種方式均需占用AutoCAD繪圖區域，且不符合用戶使用習慣，因此還是采用了用戶習慣使用的下拉式菜單方式。由于AutoCAD的下拉式菜單區是有限的，20個模塊做成20個下拉式菜單全部排列在菜單區是不現實的，為此，巧妙地采用了在AutoCAD內部進行菜單切換的方式解決了此問題。

在AutoCAD下拉菜單區建立如圖2所示的“SIGCAD”菜單，菜單上列出4個子系統及其他模塊，4個子系統的模塊采用了二級菜單項，如圖4列出了6502CAD子系統的模塊。當選擇任何一個功能模塊時，例如：選擇“信號平面布置圖”，則下拉菜單區自動將“SIGCAD”菜單替換為“信號平面”菜單，而“信號平面”菜單的最后一項功能為“退出”，即切換回“SIGCAD”菜單。

圖4 6502CAD二級菜單界面

通過菜單切換的方式建立系統運行平臺的優點：只占用了一個菜單位置就可以放置下20個模塊的菜單項，同時，在繪制同一張圖中可使用20個模塊中的任意命令，只需切換一下菜單即可。同時該種方式充分實現了各模塊命令的資源共享，例如在設計車站的雙線及電纜布置圖或區間信號平面布置圖時，可以切換到“信號平面”菜單使用其中的“繪制土建設施”方便地繪制站臺、橋梁、隧道、涵洞、道口等設施。

為了便于用戶及時更新系統及獲得幫助，將軟件更新、系統幫助(提供CHM格式的幫助文件)等4個系統平臺模塊也設置在了“SIGCAD”菜單區。

4.2 如何滿足對AutoCAD不同版本的兼容

為了實現SIGCAD系統對AutoCAD 2000～2013所有版本的兼容，SIGCAD系統采用了Visual lisp語言開發。Visual LISP是一種可視化的集成開發環境系統，它是在Auto lisp語言基礎上發展的一種智能化語言，有更多的功能函數和更強大的接口，可充分利用AutoCAD提供的界面設計出高起點的軟件系統。由于Visual LISP是嵌入在AutoCAD2000及以上的所有版本內部的LISP編程語言，它是LISP語言與AutoCAD有機結合的產物[6]，因此通過系統開發語言的選擇有效地解決了系統對AutoCAD不同版本的兼容性。

為了滿足在不同版本的AutoCAD中SIGCAD菜單能夠順利裝載，不是簡單的更換AutoCAD菜單文件的方法，而是采用對當前菜單區的菜單進行檢測和判斷，然后在指定的位置加入SIGCAD菜單，這樣不僅可不影響不同版本的AutoCAD菜單，對用戶安裝的第三方軟件的菜單也不構成影響。

對于菜單文件的支持，不同版本的AutoCAD還是存在著差異。如2006以前版本只支持MNU、MNS、MNC菜單文件，2006及以后版本則可支持裝載速度更快的基于XML格式的CUI菜單文件，2010及以后版本則又可支持CUIX格式，因此為了提高菜單的裝載速度，編制了不同格式的菜單文件，根據檢測到的AutoCAD版本信息，裝載不同格式的菜單文件。

4.3 如何解決模塊間的軟件沖突

軟件沖突主要表現在兩個方面。

(1)程序名的重名沖突。由于系統涉及的程序眾多，開發時間跨度大、軟件開發人員多，故部分軟件的子程序名、函數名存在用重的問題，如將所有程序都集成到一起時，裝載程序時容易調用了錯誤的程序。為了解決此問題，將不同模塊的程序設置于不同的程序目錄中，在系統切換菜單的同時，設置相應的系統支持路徑，如圖5的系統切換菜單流程。這樣只需保證同一模塊內的子程序不要重名即可，大大降低了系統集成開發的工作量。

圖5 系統切換菜單流程

(2)圖塊的重名沖突。圖形庫中圖塊的名稱用重時，圖塊的調用則會出錯，插入的圖塊總是第一次被圖形調用的塊。由于系統中對于圖塊的插入都是由程序自動完成的，用戶只有在成圖后才能發現圖紙的錯誤。為了徹底解決此問題，最好的解決方案就是對圖塊名進行逐一核對，將重名的圖塊重新命名。

4.4 如何實現.NET開發程序的集成

由于ZPW-2000R移頻自動閉塞CAD子系統是基于在.NET2010開發環境下利用C號語言進行的AutoCAD二次開發[7]，與Visual LISP語言開發的系統存在著差別。由于Visual LISP支持對Windows的ActiveX對象的操作及支持ActiveX與其他程序的交互，因此通過Visual LISP提供的豐富的ActiveX接口函數可輕松實現將其他開發環境開發的系統進行集成[8]。如將自動閉塞CAD子系統集成至SIGCAD系統，可通過vlax-create-object和vlax-invoke-method兩個函數來實現。

4.5 如何統一系統界面

友好的系統界面便于用戶操作，提高設計效率，因此系統集成中大量采用了與AutoCAD界面風格一致的菜單、對話框和幻燈片顯示技術，可以使用戶徹底擺脫使用說明書。

(1)統一各系統的界面，各模塊菜單采用了標準的

下拉菜單方式實現，用戶不再需要記憶各程序命令名稱；

(2)對于交互式操作，如設計參數的輸入、類型的選擇、圖形中位置的輸入及實體的拾取等則采用了對話框的方式(圖6)，通過對話框形象、直觀的界面，達到了可以隨意輸入、隨時修改，鼠標、鍵盤并用的效果；

(3)當需用戶人工輸入設備類型時，如果類型較多，類型名不便于記憶，則需從使用說明書中查找類型對應圖塊的名稱。針對這種情況，設計了信號設備幻燈庫、控制臺塊幻燈庫、繼電電路設備幻燈庫等，開發了帶雙擊幻燈片放大顯示功能的幻燈片顯示程序，顯示效果如圖7所示，可使用戶擺脫使用說明書。

圖6 計算機聯鎖子系統中的對話框

圖7 信號平面布置圖模塊中的幻燈片顯示

5 結語

隨著該集成系統的研究和應用，使得鐵路信號計算機輔助設計上了一個新的臺階，達到了集成化、系統化、專業化的水平，由于集成系統采用了模塊化的設計，系統易于擴展，便于隨后開發的列控數據等新的功能模塊的添加。該集成系統已初步在邯黃、邯長、邯濟、張唐、津秦客運、哈齊客運等項目的生產中投入使用，極大地提高了生產效率，達到了預期的成效。

[1] 王秉文.6502電氣集中工程設計[M].北京：中國鐵道出版社，2005：200-201．

[2] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.信號專業CAD綜合改造與開發軟件研制報告[R].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2006．

[3] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.ZPW-2000A電碼化計算機輔助設計軟件研制報告[R].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2010．

[4] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.車站信號冗余型計算機聯鎖輔助設計軟件研制報告[R].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2013．

[5] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.SIGCAD系統用戶手冊V0.9.3[Z].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2013．

[6] 趙景亮.AutoCAD 2004與AutoLISP二次開發技術[M].北京：清華大學出版社，2004:1-2．

[7] 楊瑞宇.CAD二次開發及其在鐵路信號施工圖設計中的應用[J].鐵道標準設計，2012(2)：115-117．

[8] Autodesk， Inc..AutoCAD2000 VISUAL LISP開發人員手冊[Z].Autodesk， Inc.1999:161-1637．