基于AutoCAD Electrical電氣設計方法與遠景
撰文：王冰
關鍵詞：電氣設計軟件，AutoCAD Electrical、標準化、模塊化
摘要： 本文主要闡述了有關于電氣設計軟件行業(yè)中，電氣軟件用戶在使用過程中出現(xiàn)的問題和相應的應對方法，讓大家可以對電氣設計軟件有一定的有關架構的了解，以便于更好的掌握各種專業(yè)電氣設計軟件。以及和大家進行一些有關于設計方法的交流，根據(jù)自己的體會，將軟件所擁有的設計方法與大家進行共享。
正文：
目前國內電氣設計軟件領域的軟件有很多，在業(yè)內主要比較有市場影響的幾個產(chǎn)品分別是：AutoCAD Electrical，Eplan，E3 Servers，ACE，EB，SeeElectrical，Pcschmatical，等等，這些都是國外的產(chǎn)品，對于國內的這類產(chǎn)品本人了解甚少，因此這里我也不做評述和探討。我在這里主要以AutoCAD Electrical作為例子來進行說明。
實際上，不管是用任何電氣設計軟件，都避不開一個問題，那就是軟件的使用效果，我在很多自學成才的工程師那里看到的效果是很多馬拉汽車的事情，用專業(yè)的電氣設計軟件，以CAD原有的思路和畫法，關聯(lián)上數(shù)據(jù)庫就覺得已經(jīng)是在用電氣設計軟件了，其實對于電氣設計軟件來說，首先最總要的是思路，而不是技巧，因為繪圖技巧都是可以很快就掌握的，但是如果對設計軟件了解的不夠深刻，那么設計思路就很難掌握。電氣設計軟件應用在目前的行業(yè)應用中，可以看到的主要有四個階段，分別是：基礎數(shù)據(jù)構建階段，標準化階段，模塊化階段，參數(shù)化設計階段，下面就這幾個階段簡單說明一下。
專業(yè)電氣設計軟件的應用首先是數(shù)據(jù)庫，在各種專業(yè)電氣設計軟件里，都有一個共同點，那就是依賴于數(shù)據(jù)庫的，數(shù)據(jù)庫主要是分兩大類，一個是基礎數(shù)據(jù)庫，一個是項目數(shù)據(jù)庫，各種軟件中叫法不同，在ACE中，基礎數(shù)據(jù)庫主要包含的是符號庫和部件庫以及一些模板，而在Eplan中，叫主數(shù)據(jù)，雖然表達不同，意思是一樣的，那就是用來共享的數(shù)據(jù)，或者說是公共數(shù)據(jù)庫；而項目數(shù)據(jù)庫就是每個項目中的所有數(shù)據(jù)；所有的項目設計都是將基礎數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)復制出來放到項目數(shù)據(jù)庫的過程。這樣大家在設計過程中就比較容易理解，不管是線條也好，符號也罷，這些都是數(shù)據(jù)，而且還要包含他們后臺攜帶的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)組成了項目，這樣才可以在后期自動生成各種報表和BOM。
其次是數(shù)據(jù)化設計，這個是和CAD最根本的區(qū)別，在專業(yè)的電氣設計軟件里，所有的器件、電線電纜，端子等等都是有屬性的，在后臺都是攜帶者自己的信息，這里圖紙上就不一定非要將所有的信息都顯示出來，那么設計過程中就是將這些元素利用符號和線條的形式在圖面上展示出來，同時也將所有的數(shù)據(jù)帶進了項目數(shù)據(jù)庫中。那么后期的數(shù)據(jù)提取就很簡單了，所有的BOM和各種報表都是從數(shù)據(jù)庫中將數(shù)據(jù)進行提取整理。那么在設計中就對于數(shù)據(jù)庫的依賴性就很強，這就要求我們在初期使用ACE的時候，首先需要做的工作就是將基礎數(shù)據(jù)庫建立起來。
基礎數(shù)據(jù)庫的建立主要分為3個主要部分和一個貫穿思想，這三個部分分別是符號庫建立，部件庫建立，模板建立，一個貫穿思想是基于標準化的基礎數(shù)據(jù)庫建設，也就是說，在初期建立基于本公司的基礎數(shù)據(jù)庫時就應該基于本公司的標準化建設要求建立基礎數(shù)據(jù)庫，那么就需要根據(jù)本公司的設計要求，制定一套《基礎數(shù)據(jù)庫建庫規(guī)范》，建庫的培訓工作也會基于這個規(guī)范來進行。
有了比較完善的基礎數(shù)據(jù)庫，設計人員在設計過程中將會比較順暢的使用專業(yè)的設計工具進行相關設計，再經(jīng)過導航式培訓過程，設計人員就會初步完成電氣設計軟件應用的第一階段，專業(yè)電氣設計軟件入門階段。
基礎數(shù)據(jù)庫的構建完成之后，接下來的工作就是要根據(jù)自身企業(yè)的需求建立基于本企業(yè)的標準化設計模板，其中包含了相關的基礎數(shù)據(jù)庫以及設計標準，通常這個工作需要花費較多的時間，主要的工作量在對于現(xiàn)有標準化體系的分析和對先進的標準化體系的理解，并且根據(jù)現(xiàn)行的標準化要求對現(xiàn)有標準化體系的修改，這個過程還需要結合本企業(yè)的生產(chǎn)工藝和相關的工作流程。最終建立起來一套《基于ACE的電氣設計規(guī)范》，并且在設計模板中將規(guī)范中的規(guī)定定制在模板中，這樣的話，設計人員就可以基于模板來進行相關設計工作時即可符合相關設計規(guī)范，而不必對于設計規(guī)范進行深入學習和了解，只需要學會使用設計工具即可實現(xiàn)。當然企業(yè)內部也還是需要有專門人員可以對軟件基于規(guī)范進行修改和補充，以便于后期的調整。以上這個階段就是電氣設計軟件應用的第二個階段，標準化應用階段。
完成標準化階段后，企業(yè)即可形成基于新的設計平臺的設計工作能力，可以使用軟件高效的進行相關的電氣設計工作了。但是隨著企業(yè)產(chǎn)品的不斷更新和業(yè)務擴展需求，設計人員的工作效率希望可以進一步提升，那么這個提升就需要進入到模塊化設計階段，也就是說，在設計工作中，將常用的電路保存為回路，在設計工作中，以回路為主導的設計工作將會成為主導，回路就是典型電路的保存方式。我在很多公司里經(jīng)常聽到的一句話就是說“老外畫的項目太浪費紙了！”，說有的圖紙上就一兩個器件就算是一張圖了，而且很多工程師問我：“如何可以將多張圖紙匯總到一張上來，以便于看圖”。對于這些要求，還真是有點無從說起了，這個就是典型的設計思路的問題，并不是說老外畫的圖就一定是正確的，但是由于國外在使用專業(yè)電氣設計軟件的時間上要比我們國內長的多，也成熟的多，那么這樣做，必然有其目的，那到底是怎樣的一個原因呢？
接下來我們討論一個概念，那就是有關于功能+位置的項目管理方式，在ACE中叫安裝代號+位置代號，我看過非常多的有關各種電氣軟件的培訓視頻，大多數(shù)的培訓講師在這個問題上都是不清楚的，甚至于有些講述根本就是在誤導讀者，那么到底什么才是對的呢？當然，最正確的無非是標準，在IEC和GB的相關規(guī)范中其實有明文的規(guī)定，在安裝代號的前面有個“=”標識符，在GB中的定義是表述項目的功能面，下圖為GB/T 18135 2008對于此方面的規(guī)定：此項規(guī)定也在IEC81346中做了明確的規(guī)定，和我們GB的規(guī)定一致。而在我們ACE中由于是歷史的翻譯原因，翻譯成了安裝代號，這類翻譯的錯誤還體現(xiàn)在了Eplan中，在Eplan中稱之為“高層代號”，這些稱呼都是不準確的，準確的稱呼應該是“功能代號”，而其他的兩個代號分別為：“+”位置代號，“-”設備代號，這個所有的軟件都是一致的。有了這個概念，我們就可以將項目中的基于同一電氣功能下的圖紙管理在一起，通過這個來對電氣邏輯層面上的設計圖紙進行管理和重復利用，當然同時也會對于以位置層面上管理設計模塊，也就是從物理層面上進行管理。
那么在實現(xiàn)模塊化的過程中，比較理想的狀態(tài)是邏輯層面上和物理層面上進行高度統(tǒng)一的進行模塊化設計，但是這個僅僅是較為理想的狀態(tài)，比較現(xiàn)實的做法還是在原理圖設計階段，以功能為主導的模塊化實現(xiàn)起來比較容易，而且也會容易得到設計人員的理解和應用。前面這些都是理論上的概念，而實際操作中，就是將相對單一功能的電路圖單獨保存為回路，并且進行合適的命名管理，以便于后期調用。而達到模塊化設計的效果就是設計人員在設計新的項目時，可以達到90%甚至于100%通過調用回路模塊來進行相關的設計，這個時候就可以確認達到了模塊化設計的設計水平了。那么這樣就要求我們的工程師在設計過程中，不單單要著眼于項目本身，更應該要著眼于未來的設計，著眼于設計標準化和模塊化。
在達到模塊化設計階段后，比起前面大家依然使用符號線條進行設計的過程會有較大的設計效率的提升。然而設計工具的效率還可以進一步的提高，那么就是我們在電氣設計階段中，目前最為高效的設計方式：“參數(shù)化設計”，而參數(shù)化設計時基于模塊化設計的一種自動化設計方式，其基本原理是根據(jù)設計參數(shù)，定位到具體的模塊，再通過對于軟件的二次開發(fā)，將模塊按照設計要求和規(guī)律，自動繪制到圖紙中，這樣，電氣原理圖的設計工作就是在選配參數(shù)，選配好參數(shù)后，圖紙自動生成，生成好原理圖后，再利用電氣軟件的一些基本功能，將生產(chǎn)所需的BOM和接線圖表，端子圖表，接線表等自動生成，整個過程設計人員基本上無需繪制電路圖，而且這種設計不局限于成熟產(chǎn)品線設計，非標設計也是可以實現(xiàn)的。到了這個階段，原有的電氣圖紙設計工作可以實現(xiàn)設計效率的大幅提升，成熟階段，數(shù)十倍的提升是可見的。
而這樣的設計手段已經(jīng)在一些企業(yè)中逐步應用起來，這也是我們企業(yè)在引進專業(yè)電氣設計軟件以來，可以進一步發(fā)展的方向。
但是有些朋友會說，數(shù)據(jù)基礎太難了，這些數(shù)據(jù)繁雜而數(shù)量大，我們在做項目的時候再去做這些數(shù)據(jù)，還不如我原來快呢。那是因為只看到了眼前，而且以前是有積累的，而新的設計工具下也需要積累的時間，同樣的時間下，專業(yè)工具的效率肯定要比原有設計高得多。而且基礎數(shù)據(jù)一般來說不是軟件必須自帶的數(shù)據(jù)，因為每個企業(yè)所需數(shù)據(jù)不同，設計產(chǎn)品也不同，行業(yè)不同，數(shù)據(jù)的差別也比較大，因此，對于這些數(shù)據(jù)正確的做法是進行定制，而定制過程也不是非常困難的，一個企業(yè)的數(shù)據(jù)也不會特別龐大，只是需要科學的方法和規(guī)劃即可做好，有了這些基礎數(shù)據(jù)后，工程師在進行設計過程當中，就可以如虎添翼，把自己的精力都放在了設計層面，那些繁雜的統(tǒng)計和簡單重復的工作就由電腦代勞了，讓我們的工程師可以從原來的工程師兼繪圖員、制表員、統(tǒng)計員轉化為設計人員。
綜上所述，對于電氣設計軟件，最重要的是設計者在使用軟件的時候的設計思路和數(shù)據(jù)基礎構建，把握好未來的方向，一定可以將設計工作更上一個臺階的。
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