一、引言

    信息化是企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理，提升企業(yè)技術(shù)實(shí)力的有效手段。電氣設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品邏輯控制的主要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，信息化數(shù)據(jù)集成的必要性不言而喻。但就筆者從業(yè)十余年的經(jīng)歷來看，完成電氣設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)信息化集成的企業(yè)寥寥無幾。究其根源在于電氣設(shè)計(jì)的過程沒有形成數(shù)字化模式，而是停留在圖文檔（以DWG、excel格式文件為主）結(jié)構(gòu)。這種模式使得信息化管理的過程只能停留在對(duì)結(jié)果的管理，而不能深入到設(shè)計(jì)過程及產(chǎn)品的生命周期管理。

    PDM工具在管理產(chǎn)品的設(shè)計(jì)全生命周期時(shí)，要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)字化。

    新一代的電氣設(shè)計(jì)工具融入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮墓芾?。以TraceSoftwareInternational公司的elecworks為例，軟件使用MicrosoftSQLServer為數(shù)據(jù)庫載體，存儲(chǔ)和管理elecworks的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)字化模式為企業(yè)的信息化管理提供了可能性。

    本文基于elecworks與PTCWindchill為媒介，探討電氣設(shè)計(jì)的信息化集成方案。

    二、系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

    電氣信息化集成的主要目標(biāo)分為兩類：產(chǎn)品生命周期管理和產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)管理。

    任何產(chǎn)品都和人的生命一樣，要經(jīng)歷一個(gè)開發(fā)、成長、成熟、衰退的階段。產(chǎn)品的生命周期管理，就是要記錄和管理整個(gè)過程中的所有數(shù)據(jù)。就電氣設(shè)計(jì)而言，其本身就有很明確的體系建立目標(biāo)：

    1.建立完整的設(shè)計(jì)流程。在不同的環(huán)節(jié)，需要形成標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)方式；

    2.建立完善的查錯(cuò)機(jī)制，讓設(shè)計(jì)與查錯(cuò)形成閉環(huán)，有效的減少設(shè)計(jì)過失；

    3.將設(shè)計(jì)過程參數(shù)化和模塊化，減少人工干預(yù)的程度，降低產(chǎn)生低級(jí)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

    隨著產(chǎn)品生命周期的管理，BOM結(jié)構(gòu)的搭建不能由PDM管理工具實(shí)現(xiàn)，而是要在設(shè)計(jì)端產(chǎn)生，并建立到PDM系統(tǒng)中去。也就是說，電氣設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中就要開始并完成BOM結(jié)構(gòu)的搭建；對(duì)于PDM來說，只是引入這個(gè)結(jié)構(gòu)，而不是重新創(chuàng)建。

    三、系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)邏輯

    1.基于elecworks的電氣設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)邏輯

    1)電氣設(shè)計(jì)流程

    傳統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)，是在以往完成的DWG圖紙基礎(chǔ)上做一些加工處理，我們稱之為“面向圖形”的設(shè)計(jì)方式。電氣工程師另行建立MicrosoftExcel手工統(tǒng)計(jì)電器件數(shù)量。在21世紀(jì)初期，這樣的設(shè)計(jì)方式逐步被淘汰，被另一種基于數(shù)據(jù)庫的專業(yè)工具所替換。以elecworks為例，其采用MicrosoftSQLServer來管理所有數(shù)據(jù)，在軟件中建立起一種新的概念“庫”。

    “庫”分為符號(hào)庫和設(shè)備型號(hào)庫，一個(gè)設(shè)備（如繼電器）可能由多個(gè)符號(hào)（線圈、觸點(diǎn)等）組合而成，也可能由多個(gè)設(shè)備型號(hào)（繼電器、安裝底座等）組合而成。通過這樣的方式，數(shù)據(jù)庫在完成電氣設(shè)計(jì)后可以自動(dòng)的統(tǒng)計(jì)出設(shè)備型號(hào)使用的數(shù)量、品牌等參數(shù)。除了完成自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)工作，庫的另一個(gè)特點(diǎn)也被廣為稱贊：可復(fù)用性。庫只需要建立一次，就可以無限次被重復(fù)使用，極大的減少了人工錄入數(shù)據(jù)的工作量。

    在“庫”的幫助下，電氣工程師可以專注于設(shè)計(jì)，讓電腦自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)。Elecworks的另一個(gè)特性是數(shù)據(jù)可以相互關(guān)聯(lián)，這樣使得各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)可以交互。例如設(shè)備接線圖可以依據(jù)設(shè)計(jì)原理圖內(nèi)容自動(dòng)生成和自動(dòng)更新。這樣，基于elecworks就形成了圖1所示的通用工作流程。

圖1通用電氣設(shè)計(jì)流程

    不同的企業(yè)，電氣設(shè)計(jì)流程不盡相同，電氣設(shè)計(jì)的流程需要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況做調(diào)整。例如，在某掃描設(shè)備制造企業(yè)（以下簡稱企業(yè)A）中，電氣設(shè)計(jì)工程師在使用elecworks時(shí)使用的是圖2所示優(yōu)化后的工作流程。

圖2優(yōu)化后的設(shè)計(jì)流程

    在優(yōu)化后的設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)BOM的數(shù)據(jù)（斷路器等采購周期較長的電器件）在企業(yè)A的銷售部做項(xiàng)目報(bào)價(jià)環(huán)節(jié)已經(jīng)確定，所以在電氣部的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中BOM數(shù)據(jù)的產(chǎn)出在流程上優(yōu)先于原理圖的創(chuàng)建。為了更貼合生產(chǎn)，工程師會(huì)根據(jù)設(shè)備型號(hào)數(shù)據(jù)先做布局圖（或稱排版圖）。這樣，工程師后期設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候，車間工程可以先做設(shè)備的布局。待接線原理完成設(shè)計(jì)后，根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容完善設(shè)計(jì)BOM（增加燈按鈕等常用設(shè)備），完善布局圖和生成接線圖。

    2)設(shè)計(jì)與檢查的閉環(huán)

    缺乏設(shè)計(jì)規(guī)則的檢查，會(huì)讓設(shè)計(jì)成為“天馬行空”不能落地。在電氣設(shè)計(jì)中，需要建立檢查機(jī)制。在elecworks中，檢查機(jī)制分為兩種：內(nèi)在邏輯判斷、外在報(bào)表檢查。

    內(nèi)在邏輯判斷：

    各項(xiàng)參數(shù)通過數(shù)據(jù)的交互，在各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)形成隱形的數(shù)據(jù)流通平臺(tái)。設(shè)計(jì)規(guī)則就需要建立并融入到這個(gè)數(shù)據(jù)流通平臺(tái)中。例如設(shè)備標(biāo)注的唯一性檢查，在開始一個(gè)工程設(shè)計(jì)前，可以在工程的配置中設(shè)定標(biāo)注唯一性范圍。如圖3所示，設(shè)備的標(biāo)注唯一性范圍需要在工程開始前定義。如果選擇唯一性范圍為“工程”，則整個(gè)工程中不允許有設(shè)備重名。對(duì)于單臺(tái)設(shè)備，這樣的規(guī)則有是有效的；如果一個(gè)工程有兩臺(tái)設(shè)備，那么這里的規(guī)則就需要根據(jù)設(shè)計(jì)需要更改范圍。

圖3標(biāo)注唯一性定義

    除此之外，還有線型定義規(guī)則、文檔頁碼編號(hào)規(guī)則、標(biāo)注編號(hào)規(guī)則等。

    這些內(nèi)在的規(guī)則設(shè)定屬于“企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化”范疇，建立良好的設(shè)計(jì)規(guī)則可以有效的做到防呆。

    外在報(bào)表檢查：

    對(duì)于設(shè)計(jì)結(jié)果的比對(duì)，簡單的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則就不能滿足了。對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果，需要借助elecworks的“繪圖規(guī)則檢查”來做深入判斷。

    準(zhǔn)確的說，不是軟件來“判斷”，而是提供必要的數(shù)據(jù)供設(shè)計(jì)師做判斷。

    如圖4所示，軟件提供了用于查錯(cuò)的管理器，其中有大量的設(shè)計(jì)規(guī)則查錯(cuò)模板。工程師可以根據(jù)需要選擇對(duì)應(yīng)的模板（例如線槽填充率檢查可以提取和顯示出線槽的飽和度），減少設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性和有效性。

圖4繪圖規(guī)則檢查

    通過內(nèi)在和外在的機(jī)制，形成設(shè)計(jì)與檢查的閉環(huán)，確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性——這為PDF系統(tǒng)的集成提供了有效的數(shù)據(jù)源。

    3)設(shè)計(jì)過程模塊化和參數(shù)化

    基于庫，工程師可以重復(fù)使用數(shù)據(jù)資源。實(shí)際上對(duì)于原理圖的設(shè)計(jì)，也可以區(qū)分出不同的功能模塊。上文提到的企業(yè)A就是采用了模塊這個(gè)概念，使用elecworks的“功能”對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容做管理（如圖5所示）。

圖5圖紙按照功能模塊管理

    在設(shè)計(jì)內(nèi)容模塊化的基礎(chǔ)上，對(duì)模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)做到參數(shù)化，那么最終的物料也可以按照這個(gè)功能來管理（如圖6所示）。

圖6物料按照功能模塊管理

    企業(yè)A經(jīng)過一年時(shí)間，積累了大量的模塊，目前已經(jīng)進(jìn)入“選配式”設(shè)計(jì)模式，如圖7所示。

圖7選配式設(shè)計(jì)模式

    根據(jù)訂單需求，直接選擇所需配置的模塊，通過elecworks自動(dòng)生成模塊的圖紙和報(bào)表，這樣的模式讓設(shè)計(jì)過程更傻瓜。

    設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有了圖形和參數(shù)，PDM系統(tǒng)就可以有效管理了。

    2.基于PTCWindchill的信息化集成

    1)系統(tǒng)架構(gòu)

    傳統(tǒng)的做法是，PDM系統(tǒng)只管理設(shè)計(jì)的結(jié)果，也就是設(shè)計(jì)師將繪制的圖紙上傳給PDM系統(tǒng)。PTCWindchill在對(duì)elecworks的工程數(shù)據(jù)做管理時(shí)，采用了不同的方案。完整的系統(tǒng)架構(gòu)如圖8所示。

圖8系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)流程圖

    PTCWindchill需要管理的包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)全過程數(shù)據(jù)，所以電氣設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)備BOM都需要進(jìn)入到系統(tǒng)中。

    2)物料數(shù)據(jù)的管理

    物料的創(chuàng)建必須有PDM系統(tǒng)發(fā)起，推動(dòng)到elecworks，避免工程師人為干預(yù)。

    在創(chuàng)建推送規(guī)則時(shí)，elecworks的SQL字段可以直接被Windchill訪問，部分變量說明如表格1所示。

表格1變量說明表

    在工程檢入時(shí)，由于物料信息同時(shí)存在與PDM系統(tǒng)和elecworks使用端，檢入的接口會(huì)自動(dòng)對(duì)物料信息做比對(duì)，判斷本地物料數(shù)據(jù)是否與PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一致。如果不一致，不予檢入，彈出報(bào)錯(cuò)信息。完全一致，則Windchill會(huì)根據(jù)elecworks的BOM結(jié)構(gòu)自動(dòng)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)樹，如圖9所示。

圖9Windchill中BOM結(jié)構(gòu)樹

    3)電氣文件的管理

    電氣工程文件的檢入/檢出可以實(shí)現(xiàn)工程版本的管理。簽審、瀏覽等環(huán)節(jié)需要圖紙產(chǎn)出PDF格式，采購需要物料的Excel格式，產(chǎn)出結(jié)果如圖10所示。——這些都需要elecworks在對(duì)工程檢入/檢出時(shí)自動(dòng)完成，避免工程師人為干預(yù)。

圖10Windchill中工程文檔

    4)工藝文件的管理

    機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)獨(dú)立的環(huán)節(jié)，PDM系統(tǒng)在管理機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)有獨(dú)立的工作流程和管理體系，這里不再贅述。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)要求電氣數(shù)據(jù)能夠與機(jī)械模型做關(guān)聯(lián)，形成2D原理-3D布局-自動(dòng)布線-2D報(bào)表這個(gè)閉環(huán)設(shè)計(jì)。這樣，帶有接線長度的接線工藝表格就能產(chǎn)生（如圖11所示），并檢入到系統(tǒng)中去。

圖11含線長的接線工藝表

    5)設(shè)計(jì)變更的管理

    設(shè)計(jì)發(fā)生變更時(shí)，工程師檢出工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，完成修改后再次檢入工程，在Windchill中自動(dòng)創(chuàng)建新的版本數(shù)據(jù)。如果物料發(fā)生變化，則Windchill中可以自動(dòng)比對(duì)不同版本的物料變化情況。

    四、結(jié)語

    通過運(yùn)用elecworks和PTCWindchill共同構(gòu)建企業(yè)的電氣信息化平臺(tái)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)的流程和產(chǎn)出過程，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化管理，降低了人為干預(yù)的程度，讓數(shù)據(jù)在信息化平臺(tái)中自由交互，確保了信息的安全性和可靠性。