姚海蘭+郭玉亮+王麗娟+王麗麗+宮洪磊

摘 要：本文介紹了軌道車(chē)輛基于仿真的電氣專(zhuān)業(yè)化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用情況。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解析初步電氣電路圖文件，獲取仿真數(shù)據(jù)，并進(jìn)行電氣控制電路仿真和邏輯驗(yàn)證，在仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)計(jì)算、元件選型、選型校驗(yàn)等功能，實(shí)現(xiàn)了電路圖仿真指導(dǎo)電路圖邏輯設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了元器件選型過(guò)程自動(dòng)化，規(guī)范電氣設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞：電氣協(xié)同設(shè)計(jì)；電路仿真；邏輯驗(yàn)證；自動(dòng)化選型

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.背景

城市軌道交通以其高效、安全、可靠、環(huán)保的特點(diǎn)近年來(lái)在我國(guó)許多大中城市獲得迅猛的發(fā)展，新的機(jī)遇要求全新動(dòng)車(chē)組、城軌車(chē)設(shè)計(jì)周期短，隨著公司精益化管理已經(jīng)成為提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，隨著公司研發(fā)平臺(tái)精益化，傳統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)工具存在以下問(wèn)題，如設(shè)計(jì)不規(guī)范，設(shè)計(jì)控制缺失，工具間集成性差，參數(shù)元器件選型體外進(jìn)行，因此需梳理電氣設(shè)計(jì)流程，建立基于仿真的電氣設(shè)計(jì)專(zhuān)用工具，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)合理化、規(guī)范化、高效率。

1.系統(tǒng)總體方案

基于仿真的電氣專(zhuān)業(yè)化協(xié)同設(shè)計(jì)工具基于電氣系統(tǒng)的數(shù)字化開(kāi)發(fā)及仿真平臺(tái)，圍繞電氣設(shè)計(jì)流程和方法，開(kāi)發(fā)較為智能的元器件選型模塊，建立及完善電氣元器件庫(kù)等，規(guī)范電氣設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要利用電氣設(shè)計(jì)工具模板元器件庫(kù)繪制初步電氣原理圖，通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解析初步電氣電路圖文件，獲取仿真數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)黑盒設(shè)備基本邏輯的可視化編輯、編譯和集成接口，并進(jìn)行電氣控制電路仿真和邏輯驗(yàn)證，在仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)計(jì)算、元件選型、選型校驗(yàn)等功能，并將電氣設(shè)計(jì)工具輸出數(shù)據(jù)存入電氣項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能構(gòu)架圖如圖1所示。

系統(tǒng)功能分為電路圖數(shù)據(jù)解析功能、電路圖仿真功能、邏輯驗(yàn)證功能、設(shè)備選型功能、選型校驗(yàn)功能和其他功能等六部分。

2.系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

基于仿真的電氣專(zhuān)業(yè)化協(xié)同設(shè)計(jì)工具的建設(shè)，針對(duì)電氣設(shè)計(jì)流程及特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解析E3電路圖文件，獲取仿真數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)黑盒設(shè)備基本邏輯的可視化編輯、編譯和集成接口，實(shí)現(xiàn)了電氣控制電路仿真和邏輯驗(yàn)證，在仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)計(jì)算、元器件選型、選型校驗(yàn)功能，且按照標(biāo)準(zhǔn)建立元件庫(kù)，按照各類(lèi)元件選型規(guī)則，建立各類(lèi)元件屬性表，為選型參數(shù)的錄入和元件選型提供基礎(chǔ)。最后將電氣設(shè)計(jì)工具輸出數(shù)據(jù)存入電氣項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

2.1 電路圖解析功能

此功能主要實(shí)現(xiàn)電路圖文件解析、解析數(shù)據(jù)修正和黑盒設(shè)備邏輯設(shè)計(jì)。針對(duì)設(shè)計(jì)師對(duì)解析實(shí)時(shí)性需求，將解析功能分為文件解析和實(shí)時(shí)解析兩部分，分別實(shí)現(xiàn)整個(gè)文件初始解析和對(duì)電路圖修改的實(shí)時(shí)解析；解析數(shù)據(jù)修正主要針對(duì)動(dòng)態(tài)符號(hào)繪制的設(shè)備（主要是多檔開(kāi)關(guān)等）和繼電器類(lèi)型等無(wú)法通過(guò)解析確定的部分進(jìn)行人工設(shè)置，以及負(fù)載參數(shù)的批量導(dǎo)出/導(dǎo)入；提供黑盒設(shè)備的邏輯開(kāi)發(fā)工具。

2.2 電路圖仿真功能

此功能在電路圖數(shù)據(jù)解析功能的基礎(chǔ)上對(duì)電氣控制電路進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)與E3軟件的交互，可通過(guò)E3軟件對(duì)仿真狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，并將仿真結(jié)果顯示在電路圖中。通過(guò)電路圖仿真結(jié)果，驗(yàn)證電路圖設(shè)計(jì)邏輯的正確性，規(guī)范指導(dǎo)電路圖過(guò)程設(shè)計(jì)。

2.3 元器件選型功能

分析各類(lèi)元器件基本選型規(guī)則，并固化于選型工具后臺(tái)，工具自動(dòng)獲取電路中工作電壓、斷路器、接觸器開(kāi)閉數(shù)等參數(shù)，部分參數(shù)由設(shè)計(jì)師確認(rèn)并可修改，選型過(guò)程中，根據(jù)電路導(dǎo)通情況、電壓、負(fù)載功率和功率系數(shù)等計(jì)算電路中的電流值，各種參數(shù)為元器件選型提供依據(jù)，保證選型過(guò)程自動(dòng)化，靈活性、規(guī)范化、正確性。此功能實(shí)現(xiàn)了接觸器、繼電器、斷路器、線纜以及端子等元件的自動(dòng)選型選型，并支持選型功能的可擴(kuò)展性。

2.4 選型校驗(yàn)功能

此功能在電路圖仿真基礎(chǔ)上計(jì)算電路中的電流值，依據(jù)選型規(guī)則，對(duì)電路圖中元器件選型進(jìn)行校驗(yàn)，并輸出校驗(yàn)結(jié)果。

2.5 元件庫(kù)建立

2.5.1 元件庫(kù)建立

按照各類(lèi)元件選型規(guī)則，建立各類(lèi)元件屬性表，為選型參數(shù)的錄入和元件選型提供基礎(chǔ)。符號(hào)圖形的建立按照電氣簡(jiǎn)圖用圖形符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4728—2005執(zhí)行。唐車(chē)元件庫(kù)以模板元器件庫(kù)為基準(zhǔn)建立，增加選型參數(shù)錄入信息及物料信息，當(dāng)執(zhí)行元件選型替換后，只是將唐車(chē)元件庫(kù)中元件的屬性提取出來(lái)賦予模板元器件中的元件符號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了元件圖形與屬性分離。

2.5.2 元件庫(kù)參數(shù)管理

重新設(shè)計(jì)E3元件庫(kù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)元件圖形與屬性分離，元件通過(guò)參閱各廠家元器件技術(shù)樣本，將選型所需參數(shù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了元件屬性管理、校驗(yàn)工具；完成錄入元件參數(shù)、屬性等。

3.系統(tǒng)應(yīng)用效果

目前，公司應(yīng)用基于仿真的電氣專(zhuān)業(yè)化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軌道車(chē)輛產(chǎn)品包括城軌城際、高速動(dòng)車(chē)組各四個(gè)項(xiàng)目，通過(guò)電路圖仿真及邏輯驗(yàn)證，減少了人工設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，通過(guò)元器件選型功能，實(shí)現(xiàn)了選型過(guò)程自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及電氣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，規(guī)范了電氣設(shè)計(jì)流程，提高了產(chǎn)品研發(fā)效率，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化及流程標(biāo)準(zhǔn)化。

結(jié)語(yǔ)

本文以電氣設(shè)計(jì)流程為導(dǎo)向，信息化技術(shù)及電路圖仿真為手段，建立了基于仿真的電氣專(zhuān)業(yè)化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電路圖仿真指導(dǎo)電路圖邏輯設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了選型過(guò)程自動(dòng)化，設(shè)計(jì)過(guò)程規(guī)范化。解決了設(shè)計(jì)不規(guī)范，設(shè)計(jì)控制缺失，工具間集成性差，參數(shù)元器件選型體外進(jìn)行等問(wèn)題，遵循了客戶(hù)導(dǎo)向思維的公司理念，逐步實(shí)現(xiàn)研發(fā)平臺(tái)精益化。

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