面向工程的電氣設計平臺與設計模式探討

摘要：文章針對電氣工程行業的特點，以提高設計效率和設計質量為目標，比較行業內常見的專業電氣設計軟件，在多角度對比的基礎上對Engineering Base的結構、功能進行了研究，并通過實例闡述了基于Engineering Base的模塊化設計、參數化設計以及選型設計等多種設計模式。Engineering Base的應用表明，在該設計平臺下使用適當的設計模式，不僅能提升設計質量和效率，同時可以使整個項目的設計過程清晰、設計輸出完整、設計數據一致。

關鍵詞：Engineering Base（EB）；模塊化；參數化；定義尺寸；電氣設計平臺；設計模式

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

當今電氣工程設計領域，隨著生產效率的提高和交貨進度的縮短，設計制造環節對開發、設計的效率提出了越來越高的要求。采用傳統的CAD軟件來進行電氣工程設計已經不能滿足高效率的設計要求。為此，需要一款專業的能真正體現輔助設計作用的電氣設計軟件來幫助電氣設計人員更好地完成設計工作。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據庫操作的相關功能，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系。

1 Engineering Base的特點

1.1 Engineering Base的結構

EB屬于第三代CBE（Computer Based Engineering）專業電氣設計軟件。內嵌了微軟的專業繪圖軟件Visio 2003，并包含極易管理和分析的強大的Microsoft SQL Server數據庫，圖紙通過Visio進行繪制，而所有相關數據則通過SQL Server數據庫進行管理。EB內嵌各種工作表，該表具有和Excel相同的操作功能，可以對項目、圖紙、器件等所有信息數據進行批處理更改維護。Excel文件能直接對EB進行導入導出；系統采用服務器/客戶端的結構方式，所有用戶共用同一個數據庫，系統通過數據庫訪問，可以與PDM對接。

1.2 Engineering Base的功能

Engineering Base是專業智能化的電氣設計軟件。其功能主要體現在以下七點：

1.2.1 EB所具備的真正的數據庫架構使得電氣設計的智能化程度得到本質的提升。中央數據庫包含了所有的設計數據，如圖紙、器件、信號、表單、技術文檔等，保證了這些數據在整個設計過程中持續的統一性和實時性。所有的表單、關聯都實時在線，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，從而實現在工程設計過程中不同工作組內的協調。

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計更加

規范。

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，無需手動統計。

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

1.2.6 易掌握、開放的VBA二次開發環境為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換。EB圖紙可以批處理轉換成DWG/DXF、PDF、網頁、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

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

從先進性和原理圖設計的科學合理性，與PLC的關聯程度上來說，Engineering Base有明顯的優勢。

2 EB的應用

2.1 模塊化設計

模塊化就是通過對某一類產品或系統的分析和研究，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品或系統。這種分解和組合的全過程就是模塊化。在EB中，模塊化設計可以通過MCC模塊形式和XLS配置模式來實現。

2.1.1 MCC（Modulized Controll Cabinet）模塊。以工程項目整線控制系統為例，大部分的輸送設備的電氣結構基本相同，但設備的組合形式、數量都不同，我們可以針對一些固定的單機設備，根據不同的控制方式把這些設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、接觸器組合控制的單向運轉電機控制模塊；第二種是用自動空氣開關、接觸器組合控制的雙向運轉電機控制模塊；第三種用電機啟動器來控制的單向運轉電機控制模塊；第四種用電機啟動器來控制的雙向運轉電機控制模塊。還可以以每個項目都會用到的如電控柜的照明冷卻系統、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時，用功能復制的方式調用這些MCC模塊，依據設計思路搭建新的電控系統圖紙。

2.2 參數化設計

對于一些定型的設備，有時候設備完全相同，但不同的客戶對器件和材料有不同的選型要求，設備的電氣設計圖紙沒有變化，只有通過PDM下發給生產單位的“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給生產單位）。針對這種情況，結合PDM的變量配置，把這樣的設備的電氣設計圖紙作為標準圖（圖紙固定不變），把器件材料明細在PDM中進行參數化設計。

第一步：選中項目的產品ITEM新建變量，如按鈕廠家、隔離開關廠家、軟管廠家等，產品ITEM會由原來的紅色變為灰色，這樣產品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 選型設計

一些定型的復雜單機設備的電控系統，設備的器件與控制方式都一樣，只是每次器件的參數會發生變化，比如電機功率發生變化，導致控制電機的變頻器、斷路器以及相應的電纜發生變化，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編碼設為QF、變頻器的ANSI編碼設為U、電纜的ANSI編碼設為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聯在這個功能下，制作一個Excel表格（如圖5右下），表格的第一行中的QF、U、W分別對應是器件的ANSI編碼屬性值，相應的這一列上是該器件的型號，第一列的“1T、2T、3T、4T、5T、6T”對應的是電機不同的功率，相應的行上對應是電機功率對應的斷路器、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“選型設計”彈出一個對話框，選擇電機的不同功率就可以將對應的變頻器、斷路器、電纜進行統一替換。

3 結語

Engineering Base簡化了原有CAD設計軟件進行電氣設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，設計效率和設計質量都有很大的提高，基于EB的模塊化、參數化設計使得設計圖紙更加的規范化、標準化，也使電氣設計制圖在設計效率和設計質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.論模塊化的設計思想[J].

作者簡介：肖雪梅（1981-），女，云南昆船設計研究院電控產品所工程師，研究方向：物流系統單機設備的電控系統設計和輔聯設備機上布線的設計。

對于一些定型的設備，有時候設備完全相同，但不同的客戶對器件和材料有不同的選型要求，設備的電氣設計圖紙沒有變化，只有通過PDM下發給生產單位的“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給生產單位）。針對這種情況，結合PDM的變量配置，把這樣的設備的電氣設計圖紙作為標準圖（圖紙固定不變），把器件材料明細在PDM中進行參數化設計。

第一步：選中項目的產品ITEM新建變量，如按鈕廠家、隔離開關廠家、軟管廠家等，產品ITEM會由原來的紅色變為灰色，這樣產品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 選型設計

一些定型的復雜單機設備的電控系統，設備的器件與控制方式都一樣，只是每次器件的參數會發生變化，比如電機功率發生變化，導致控制電機的變頻器、斷路器以及相應的電纜發生變化，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編碼設為QF、變頻器的ANSI編碼設為U、電纜的ANSI編碼設為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聯在這個功能下，制作一個Excel表格（如圖5右下），表格的第一行中的QF、U、W分別對應是器件的ANSI編碼屬性值，相應的這一列上是該器件的型號，第一列的“1T、2T、3T、4T、5T、6T”對應的是電機不同的功率，相應的行上對應是電機功率對應的斷路器、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“選型設計”彈出一個對話框，選擇電機的不同功率就可以將對應的變頻器、斷路器、電纜進行統一替換。

3 結語

Engineering Base簡化了原有CAD設計軟件進行電氣設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，設計效率和設計質量都有很大的提高，基于EB的模塊化、參數化設計使得設計圖紙更加的規范化、標準化，也使電氣設計制圖在設計效率和設計質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.論模塊化的設計思想[J].

作者簡介：肖雪梅（1981-），女，云南昆船設計研究院電控產品所工程師，研究方向：物流系統單機設備的電控系統設計和輔聯設備機上布線的設計。

對于一些定型的設備，有時候設備完全相同，但不同的客戶對器件和材料有不同的選型要求，設備的電氣設計圖紙沒有變化，只有通過PDM下發給生產單位的“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給生產單位）。針對這種情況，結合PDM的變量配置，把這樣的設備的電氣設計圖紙作為標準圖（圖紙固定不變），把器件材料明細在PDM中進行參數化設計。

第一步：選中項目的產品ITEM新建變量，如按鈕廠家、隔離開關廠家、軟管廠家等，產品ITEM會由原來的紅色變為灰色，這樣產品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 選型設計

一些定型的復雜單機設備的電控系統，設備的器件與控制方式都一樣，只是每次器件的參數會發生變化，比如電機功率發生變化，導致控制電機的變頻器、斷路器以及相應的電纜發生變化，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編碼設為QF、變頻器的ANSI編碼設為U、電纜的ANSI編碼設為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聯在這個功能下，制作一個Excel表格（如圖5右下），表格的第一行中的QF、U、W分別對應是器件的ANSI編碼屬性值，相應的這一列上是該器件的型號，第一列的“1T、2T、3T、4T、5T、6T”對應的是電機不同的功率，相應的行上對應是電機功率對應的斷路器、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“選型設計”彈出一個對話框，選擇電機的不同功率就可以將對應的變頻器、斷路器、電纜進行統一替換。

3 結語

Engineering Base簡化了原有CAD設計軟件進行電氣設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，設計效率和設計質量都有很大的提高，基于EB的模塊化、參數化設計使得設計圖紙更加的規范化、標準化，也使電氣設計制圖在設計效率和設計質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.論模塊化的設計思想[J].

作者簡介：肖雪梅（1981-），女，云南昆船設計研究院電控產品所工程師，研究方向：物流系統單機設備的電控系統設計和輔聯設備機上布線的設計。