基于網絡的CAD在鐵路信號設計中的應用探討

陳 燕 韓繼國 劉 霄

鐵路信號相關設計的合理性和正確性不但影響鐵路的建設成本，更與鐵路運輸的安全性密切相關。目前鐵路信號相關設計是以單機版CAD為工具進行的，但是由于鐵路信號設計出圖多，圖紙的正確與否又會涉及到行車安全，尤其是復雜站場及長大線，參與設計復核的人員較多，每位復核者在自己拿到的圖紙上進行修改，很容易造成圖紙版本的混亂，而且打印大量的圖紙不但耗費時間，還會造成資源的浪費，增加設計成本。為此，需要研究鐵路信號設計的新方法。

基于網絡的CAD協同設計是在網絡技術和數據庫技術的基礎上，多名成員圍繞同一項目，分別承擔各自的設計任務，交互進行設計工作，最終得到符合要求的設計結果及設計方法。由于其具有諸多優勢，因此需要討論將基于網絡的CAD協同設計應用于鐵路信號設計的可能性與必要性。

1 單機版CAD在信號設計中的應用現狀

CAD軟件經過多年的開發，不斷改進，已非常成熟。它包含了豐富的圖源，使用者可以通過不同的參數設置得到自己需要的圖形；其柵格、捕捉、追蹤等功能使繪圖更加精準；其平移、縮放、及鳥瞰視圖等功能，則大大方便了對圖紙的瀏覽；其靈活的尺寸標注，方便的測量工具等一系列的功能優勢，注定了CAD在工程設計中是不可取代的。

同其他工程設計一樣，鐵路信號設計也采用單機版的CAD軟件。在設計中，除使用以上所說的這些CAD自帶功能進行平面圖、雙線圖等的繪制外，相關設計人員還開發了與CAD兼容的一些嵌入式小程序，可以生成電路圖及配線圖，進行工程數量統計等，大大提高了工作效率。

鐵路信號設計大致可以分為可行性研究、初步設計和施工設計3個階段。其中，施工設計直接指導建設施工，是要求最高、最精準的設計。傳統基于單機版CAD的鐵路信號設計的一般流程如圖1所示。

這種基于單機版的CAD進行車站信號設計存在諸多問題。以雙線圖為例，圖中需要畫出信號機、轉轍機、軌道電路送受電電纜路徑、長度、類型和芯數等多項內容，它可以體現出軌道電路的極性交叉，以及變壓器箱和電纜盒類型等。一個中等大小車站的雙線圖就會包含幾百條電纜，百余臺不同類型的箱盒，上百臺轉轍機和幾十架信號機。如果按照圖1所示的流程進行設計，復核者在圖中標記的修改內容可能是某根電纜的長度、類型或芯數，也可能是某箱盒的類型等。鑒于一張圖紙上如此龐大的信息量，修改標記可能是密密麻麻，描圖時漏掉某一項在所難免，而這種遺漏帶來的后果不僅是復核者辛苦計算的白白浪費，也影響到圖紙的正確性，嚴重時甚至會威脅到行車安全。

圖1 傳統的鐵路信號設計流程

工程設計中還經常會出現另一種情況：圖紙在由復核者校核時，設計者突然發現原設計中有某處錯誤，于是就直接在自己手中的圖中進行修改，尤其是參與設計、復核的人員較多時的項目，這種同時設計、復核的情況時有發生，這樣復核者面對的圖紙就不是最終的設計圖，很容易引起圖紙版本的混亂。

除此之外，專人進行描圖浪費了大量人力，打印動輒上百張的信號圖紙，浪費了大量的物力和時間，設計者、復核者和描圖者之間的流轉對接也大大降低了設計效率。設計完成之后，將最終的圖紙打印出來送給審核人員進行審核，此過程還可能會造成設計人員異地往返，增大設計成本。

由此可見，改變信號設計流程，提出一種新的設計思想迫在眉睫。

2 基于網絡的CAD協同設計研究

2．1 國內外研究現狀

國外對基于網絡的CAD協同設計進行了較多的研究。其中，達索系統 （Dassault Systemes S．A）下的SolidWorks子公司開發的Blue Print Now在線DWG文件編輯器，能夠打開和編輯DWG文件。德國的WSCAD采用可擴展標記語言（XML，eXtensible Markup Language）在客戶端與服務器之間進行數據交換，從而高效地實現了分布式協同CAD系統。美國Old Dominionda大學開發的JCT （Java Collaborator Toolset），可以把單用戶應用程序擴展為多用戶界面的應用程序，從而達到 “透明協同 （Transparent collaboration）”的效果。

國內在該方面的研究也取得了一些成果。其中，清華大學開發的基于Internet的網絡化協同設計支持系統——CoDesignSpace，提供了一個可以用于異地協同設計的虛擬平臺，實現信息、過程和技術的三方面集成。西安交通大學計算機集成制造系統 （CIMS）研究所構建的遠程工作原型系統，成功解決了遠程設計中用戶進行設計工具共享的問題。中國科技大學的周自強等人利用超文本傳輸協議 （HTTP）實現了CAD網絡化的系統設計架構，它具備完善的分層式結構和基于優先權設計的協同設計策略。由于其解決沖突的協商機制不夠完善，同時缺乏對其他CAD和DWG文件的兼容性，李劍又提出了基于 Web的 Web CAD系統，該系統采用B／S結構，提供了一個異地協同設計平臺。

2．2 基于網絡的CAD仍存在的問題

Blue Print Now協同功能欠缺，并且用戶只有連接SolidWorks服務器才能使用。WSCAD只支持其系統內部的數據交互，而缺乏對其他CAD系統和DWG文件的兼容性。國內的基于網絡的CAD協同設計軟件仍處在高校和研究院 （所）開發階段，仍有大量的技術問題需要解決。

3 基于網絡的CAD在鐵路信號設計中的可行性分析

采用基于網絡的CAD進行鐵路信號協同設計，將可以登錄進行數據修改的人員分為4種：系統管理員、設計人員、復核人員和審查人員。其中，系統管理員擁有為每個項目添加團隊人員，分配角色的權限；設計人員有權對所負責的項目進行圖紙的創建、修改和刪除；復核人員有查看和修改的權限；審查人員是各個生產室 （所）、處、院領導，他們可以查看所有項目，但只能填寫審查意見，而不能修改任何數據。

使用基于網絡的CAD進行鐵路信號協同設計的流程如圖2所示。設計任務首先下達給系統管理人員和設計者，系統管理員為該項目分配人員及其角色后，設計者登錄進行圖紙的創建。所有圖紙創建完成，由復核者1和復核者2登錄，查看圖紙，若發現錯誤，則直接進行修改。與此同時，設計人員如果發現圖紙存在問題也可以登錄進行修改。復核完成之后，設計者只需要對修改內容進行逐條確認即可完成修改。這樣既保證了網絡版CAD中的圖紙始終處于最新狀態，又省去了描圖環節。最后，審核人員登陸查看圖紙，進行審核。

圖2 基于網絡的CAD協同設計流程

根據以上設計流程，基于網絡的CAD協同設計需要實現協同圖像管理和協同流程管理二大基本功能。協同圖像管理負責實現平臺或系統間信息的傳輸，異地設計人員、設計與審核人員的在線溝通、設計及審批流程的定制，安全制度定制以及圖檔的異地存儲；協同流程管理負責為項目管理者提供設計進度等信息，以便更好地進行設計流程的控制。每個客戶端可采用如圖3所示流程進行數據處理。

圖3 CAD協同設計信息處理流程

通過設計相應的網絡接口服務器實現不同用戶之間的數據交互；數據解釋器一方面對接口傳遞的數據進行處理、發送到狀態群接口，另一方面對來自狀態群接口的本機指令進行處理，通過網絡接口器上傳到服務器主機；狀態群接口對數據解釋器傳出的信息和本機的操作指令進行處理，傳遞給動作集成器；最后，動作集成器將來自狀態群接口的信息轉換成Auto CAD命令流，由Auto CAD內核進行執行。

通過在服務器端建立數據庫，對每個客戶端的操作進行記錄和相關日志的存儲，方便日后進行追責。

4 結論

通過探討單機版CAD與基于網絡的CAD在鐵路信號設計中的應用現狀及可行性分析，可得到如下結論：

1．采用單機版CAD進行鐵路信號設計將造成資源浪費，增加設計成本，需要研究新的鐵路信號設計方法。

2．若采用基于網絡版CAD進行鐵路信號設計可以提高設計效率，方便設計圖紙的審核與修改，從而增強企業競爭力。

3．由于我國基于網絡版CAD尚屬于研發階段，因此將其應用在鐵路信號設計中還需繼續研究。

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