电气设计软件发展历程

作者：莱哈特克纳普 电气设计软件在市场上已活跃了20余年。就其起源及特点，这类系统通常以图形为导向。最近的研究呈现出一个全新的趋势：系统以虚拟设备模型为基础，所有对象都被保存在中央数据库中，通过绘图和文字数字两种方式都能对电气文档进行编辑。 市场最初需求 目前市场上大部分的ECAD/CAE系统其源头都在欧洲，特别是在德国。应用最广的系统几乎都是在15至20年前开始开发的。随着技术的不断进步，当时有效但不以对象为导向的系统，逐渐阻碍了电气设计的基本发展。在当时，这样一套系统的引入被企业视作一项昂贵的长期投资，对用户的系统性培训理所当然也是软件是否运行成功的重要条件。公司对员工长期雇佣的保证，也确保了员工对于系统高效使用的熟悉程度在不断地提升之中。 计算机作为智能绘图板 新系统最初遵循所有CAD系统的普遍方法，以前在绘图板上创建的所有设计现在都可以照搬至计算机中，计算机变成了一个新式绘图设备。最初这方面没有太大的优势：较高的绘图精度、清晰的标准书写字体或者简单快速创建文档。标准设备符号替代了以前的蜡纸图章。 最早的ECAD系统也具备了多种超出一般CAD的标准功能，来排除设计中的典型错误。从防止项目名称重复到自动创建交互参照等等。除实际绘图流程外，用户还可启用逻辑关系及文档纠错功能。 专业人员开始参与 电气设计必须满足DIN或IEC等标准，这就意味着这些参照标准的核心也成为了ECAD系统的核心。由于公司或部门的习惯不同，所需解决方案也会有所差别。使用这种系统也要经高标准培训的技术人员来参与。不久之后，ECAD系统具有了允许自动创建文档的新特性。比如，可按照DIN标准自动创建端子排，从而避免通过“手动”创建端子带来的很多错误。随着这一类特性的发展，ECAD系统完成了从帮助绘图到自动绘图的决定性跨越，即现在我们所说的CAE：计算机辅助工程设计(Computer Aided Engineering)。 CAE的局限性 最初的CAE系统，包括目前尚在使用的许多CAE系统现在仍是纯粹以图形为导向的。它们可产生一些列文档去管理逻辑关系，例如，设备代号、设备间的交互参照等。这些清单通常需要通过对整套图纸的评估来完成。 在很多情况下，原理图上并不显示所有设备。当器件或电缆仅部分被使用时就会发生这种状况。闲置的芯线及电缆，或者端子排中未使用的端子将不出现在原理图中，但它们仍应该出现在电缆分配清单或上面提到的端子表中。通常用户会将这些数据显示在附加的图纸上，仅用来将其引入到系统数据中，以便能正确地自动生成文档。 工作流程受限制 若想专注于计算机辅助设计，并熟练掌握ECAD工具用于设计， CAE工作流程所受的限制跟自动生成文档相比更为突出。在设计过程中，人们往往画原理图之前就将器件规格先定义好以便提前安排采购。没有原理图也应可创建柜体布局图，没有图形符号也应可在设计前期预定义电缆、端子排，甚至根据需要分配芯线。 新的发展 使用新方法的时机已经到来，现有CAE系统面临的局限是新方法所需解决的问题。不论是否显示器件、电缆或任何其他元器件，对象应能够在一个或多个文档中完全独立显示，并在系统中方便地进行管理。这需要对数据的存储方式进行改变。以前的存储方式是对图形图表进行分析，以文件型构架来存放数据。全新的方法是从存储的数据入手，以便能从各个环节入手设计。比如，电动机和电缆在开始设计之前就进行了定义和采购，因此就应该既能从二维布局图开始设计柜体内部，又能以传统方式从原理图入手设计。 以对象为导向的解决方案 最初以对象为导向的方式自身仍有诸多限制，比如它无法将上述元器件放在一起进行查看。最新以对象为导向的方式则不再关心器件符号的具体图形，而是将器件视为拥有不同属性的对象并可进行编辑，甚至可以以不同的形式显示在图纸上。这就是以对象为导向的解决方案和ECAD最大的不同。这也解决了上述工作流程受限的第一个问题，即用户可以事先定义好器件的规格。而原理图和二维布局图在实质上相同，可以用不同的图形分别在这两种图纸上表示，并可以树状结构的形式分别查看。因此这些系统实际上表现了一种进化的步骤：从以图形为导向发展成为以对象为导向的电气设计方式。 以对象为导向并以数据库为驱动的新一代解决方案 最新一代的电气工程设计工具使得设备与图纸完全分离。AUCOTEC公司的Engineering Base（EB）是第一代以对象为导向并且以数据库为驱动的软件平台之一。总部位于汉诺威的AUCOTEC公司是德国目前最大的独立电气软件供应商，专注于研发电气工程及控制设备的设计系统。Engineering Base能将整个设备分层储存在中央数据库中。每个设备都从属于一个设备类型（例如器件、电缆、端子），并有其自身属性。设备能分级嵌套，一个器件可有多层子器件。除了分级结构之外，其他功能、信号也可作为对象储存于中央数据库中。设备可从各种不同的角度来浏览，因为所有器件对象都与这些功能相关联。这种完全开放和灵活的设备模型能很方便灵活地应用于不同的工业领域。 最新一代的解决方案能实时显示被修改后的对象间的关联。由于采 用标准中央数据库构架，编辑方式十分灵活多样。例如表单的编辑可用与MS Excel同类的功能。真正的多用户协同设计方式则是面向未来发展的新趋势，它成就了最新一代以对象为导向以数据库为驱动的完整的电气设计系统，即 CBE(Computer Based Engineering)计算机为基础的工程设计。