集成式电气工程设计

目前，电气工程的流程仍然需要借助多种不同的软件来完成。对于每一设计步骤或任务，常需要使用不同的软件。比如，创建原理图、建立设备清单或器件规格、布置线缆等工作，工程师必须使用不同的软件来完成。这使得公司的软件采购和培训费用变得非常昂贵。工程师必须熟悉不同软件，与不同的软件商、技术顾问保持联系。另外，每个系统都有其自身的输入和数据检查规则。为了建立可靠的IT环境，每位客户仍得为每个系统进行工作整合。然而，即使有外部技术顾问参与，更新某一系统时仍会出现许多问题。 市场现在上出现了新一代整合型的工程设计工具。这种新的系统关注完整的电气工程流程，包括从最初的原理图或P&ID到所有元件的规格和布线详图。工程设计的每个阶段都基于一个虚拟工厂为模型的数据库。一旦工艺流程用作直观的用户界面，它自身将发生改变。该流程将被工厂和其元件的模型所推动。所有文档数据将按照工程信息增长的方式完全自动创建，并且基于JIC和IEC等标准。 图一 规划和维护工厂自动化系统的流程十分复杂(参见图1)。设计一个新的工厂不同于维护现有工厂的控制系统。规划设计新工厂中的控制系统或现有工厂中的新控制系统，通常使用由上而下的方法。工厂的整体架构通常被分成不同子系统，各自都含有创建系统命名以及使用的不同类型的器件和物料的规则。这些不仅与工程经验知识，而且和不同的人员或部门相联系。工艺流程含有元器件的定义，如管道、油箱、容器等。详细的工程则含有所有电气部件，如面板、接线盒和电缆等。 今天，这些不同的方面使用不同的数据库进行设计。 目前设计工具存在的问题 软件供应商们为工程设计领域的每一步骤或任务开发了专用的工具。在流程型工业里，创建P&ID图表、创建设备清单、使用器件规格和布置线缆整体设施时，可使用多种不同的软件。往往某些方面没发被涵盖在这些工具中，或者标准的解决方案不适用于部分客户的特殊需求。许多顾问和解决方案供应商只能设法使用定制的解决方案支持客户。在其它领域里，通常使用非特定的CAD工具，以及电子表格应用程序或定制的数据库应用程序等。这种情况迫使工程师们去学习和使用不同的工具。由于多数情况下每个工具使用专有二进制格式的文件，所以无法将它们的数据库建立在标准的数据库系统上。为建立可靠的IT环境，所有的整合工作必须由客户管理。结果却由于工程用的工具集无法提供可靠的数据传输和不能确保数据和文本的一致性而导致可靠的IT环境的建立失败。 在工厂的整个生命周期里(参见图2)，不同的流程间会产生一些负面影响。 图二 从初次审查开始，将产生大量数据。即使是草图设计阶段，也将产生不同格式的文档。许多重要的文档在两方面都被使用—用作讨论和文档编制的平台。第一稿版本通常采用二维制图工具。此后的版本通常采用CAD工具进行重新编制，附加的数据包含在附加的表格里。随着计划流程的深入数据变得越来越详细，数据量也相应地成倍增长。每次需要对其进行重新定义不得不使用其它工具，而且效率并不理想。 让我们从两种极端的方法来排除这种情形。首先是整合不同的工具，每个都是具体任务的最好选择。因此，产生了数据流和数据转换的大量增加，并且随着每次转换一些数据甚至数据间的关系将会丢失。最消极的影响是你永远不能为整个流程建立可靠的系统。在供应商处，由于工具的开发，总有些方面发生着改变。一些工具将改变其性能或其编程界面，甚至从市场上消失。 另一个极端的方法是实现一个能够满足整个流程的定制系统。该方法通常为那些拥有大的IT部门、或有特别要求的大公司所选用。这些系统通常遵循某一典型的生命周期。它们往往始于白皮书。这一阶段随后是非常昂贵的开发，结果是制作出与公司具体要求用途相出入的第一版系统。当这一阶段后的系统碰到实际工程时，人们通常会感到失望。在开始下一轮改进前，大部分此类系统由于高额的开支而被中断。对于一个公司而言，开发这样一个复杂的系统成本太高。这正是一些公司取消自发的研发活动，开始搜索市场上符合它们需求的标准软件前，将其定制的系统在“自由”市场上卖掉的原因所在。如果他们这样做，他们今天又能发现什么呢？ 集成式计算机辅助工程系统。 在当今电气工程领域，大多数设计者使用着CAD系统。这些系统只是简单地替代了画板，并不支持用户任何“电气”智能。为了解决这一问题，众多工程师同时使用CAD、电子表格和文字处理的其他软件工具，没法使这些不同文档的自动保持一致性。 小部分电气工程师使用第二代系统：计算机辅助工程系统(CAE)。这些系统关注于正确的文档编制。它们通常从设计原理图开始，生成各类附加文档和表单。然而，这并不是满足电气流程的最佳方案。事实上，在开始创建原理图前，就需要定义大量的设备信息，并且部分器件必须在创建图纸前就必须采购。 图三 新一代基于计算机的工程设计(CBE)使用了不同的工作原理。所有的信息在整个文字数字对话框里就可以获得，无需创建或更改图表。在此基础上，包括初步审查、预设计、详细设计到维护、修改直至最终的设备成品演示，都可以在一致的虚拟工厂模型上管理(参见图3)。这一方法与实际的电气工程更为接近：创建项目，并定义设备的预结构，主要元器件选型，随后是详细设计，从而为下面的工程步骤做好准备，并有利于尽早的采购。在详细设计里，电气设计师创建了原理图，并确定了所有的细节，如保险丝的规格确定，断路器的端子和电线使用等。工程师可以自行控制所有这些步骤，而在大公司里这些通常是由不同的部门来完成的。使用中央数据库的Engineering Base，是目前全球第一个可以兼顾以上两种需求的新型工具，并且已开始在全世界推广。 全新的设计理念和组件 Engineering Base的基本理念是将真实工厂的所有对象信息存储在一个中央数据库里，比如面板、器件和电缆都可以以合适的数据库对象反映出来。这些出现在浏览器、工作表，编辑框或图表中的数据对象，可以方便的来创建、修改和删除。 - 创新的构架和对工程数据的便捷处理 如果想在数据库里编辑客户公司名称或元器件属性，完全可以在不打开每张图纸的情况下进行更改。比如通过更改图纸上的项目命名，或使用工作表重命名。从项目浏览器也可直接启动对话编辑，因为项目里与每个设备相关的所有数据保存在同一处，即项目数据库里。 为了符合国际通用的标准，Engineering Base使用了Microsoft WINDOWS 2000或WINDOWS XP 操作系统，数据库则采用微软的SQL Server 2000，这样能提供高度可靠和安全的数据处理。用户界面设计沿用了传统的Microsoft Office风格，提供了分层视图的浏览器和工作表风格的可配置式表格视图。同时完美地整合了二维制图工具Visio 2003，能够即时将每一步修改反映在数据库的工厂模型里。由于Visio直观的用户界面，从事工程项目的人员能够浏览和编辑图表文件。即使是富有经验的CAD用户也会因为它的符合Office的结构而喜欢上Visio。 - 电气工程设计一体化方案 Engineering Base不仅是一个创建图表的制图工具及能够处理项目相关数据的项目浏览器，还可对多张工作表进行快捷的数据操作。它在同一个个平台里组合了多个工具，确保了所有的数据都是最新的。同时还拥有多用户和多项目功能，从而实现在工程设计过程中不同工作组内的协调。 而器件间的自动交互参照，实时的电势管理，含有符合IEC, ANSI 和 JIC的近3000个图形符号库等诸多新特性则进一步完善了Engineering Base的强大功能。这些作为目前全球CAE领域内唯一的创新特性，极大地提高电气设计人员的工作效率，开创了电气工程设计的新纪元。 不断开发中的Engineering Base 今天的Engineering Base 是集成式的电气工程设计的第一个产品。目前已推出针对线束设计、流程行业和电力行业的EB Cable、EB Instrumentation、EB Power等不同专业化版本。通过这些专业版本能够将基本系统进行定制，从而可以更准确地满足不同行业、不同工艺流程的客户需求。 在可选模块的开发中，我们最关注与工厂业务流程以及工艺流程的自动化整合模块。比如与SAP 等ERP系统的集成模块，与PLC工具的无逢模块，与PDM的整合等等。 有关Engineering Base的更多信息还可参见：http://www.aucotec.com