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    一、引言

    信息化是企業實現現代化管理，提升企業技術實力的有效手段。電氣設計作為產品邏輯控制的主要設計環節，信息化數據集成的必要性不言而喻。但就筆者從業十余年的經歷來看，完成電氣設計環節信息化集成的企業寥寥無幾。究其根源在于電氣設計的過程沒有形成數字化模式，而是停留在圖文檔（以DWG、excel格式文件為主）結構。這種模式使得信息化管理的過程只能停留在對結果的管理，而不能深入到設計過程及產品的生命周期管理。

    PDM工具在管理產品的設計全生命周期時，要求設計數據數字化。

    新一代的電氣設計工具融入數據庫，實現面向對象的管理。以TraceSoftwareInternational公司的elecworks為例，軟件使用MicrosoftSQLServer為數據庫載體，存儲和管理elecworks的數據。這樣的數字化模式為企業的信息化管理提供了可能性。

    本文基于elecworks與PTCWindchill為媒介，探討電氣設計的信息化集成方案。

    二、系統建設目標

    電氣信息化集成的主要目標分為兩類：產品生命周期管理和產品BOM結構管理。

    任何產品都和人的生命一樣，要經歷一個開發、成長、成熟、衰退的階段。產品的生命周期管理，就是要記錄和管理整個過程中的所有數據。就電氣設計而言，其本身就有很明確的體系建立目標：

    1.建立完整的設計流程。在不同的環節，需要形成標準化的作業方式；

    2.建立完善的查錯機制，讓設計與查錯形成閉環，有效的減少設計過失；

    3.將設計過程參數化和模塊化，減少人工干預的程度，降低產生低級錯誤的風險。

    隨著產品生命周期的管理，BOM結構的搭建不能由PDM管理工具實現，而是要在設計端產生，并建立到PDM系統中去。也就是說，電氣設計環節在產品設計的過程中就要開始并完成BOM結構的搭建；對于PDM來說，只是引入這個結構，而不是重新創建。

    三、系統架構及業務邏輯

    1.基于elecworks的電氣設計業務邏輯

    1)電氣設計流程

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

    “庫”分為符號庫和設備型號庫，一個設備（如繼電器）可能由多個符號（線圈、觸點等）組合而成，也可能由多個設備型號（繼電器、安裝底座等）組合而成。通過這樣的方式，數據庫在完成電氣設計后可以自動的統計出設備型號使用的數量、品牌等參數。除了完成自動化統計工作，庫的另一個特點也被廣為稱贊：可復用性。庫只需要建立一次，就可以無限次被重復使用，極大的減少了人工錄入數據的工作量。

    在“庫”的幫助下，電氣工程師可以專注于設計，讓電腦自動統計各項數據。Elecworks的另一個特性是數據可以相互關聯，這樣使得各個設計環節的數據可以交互。例如設備接線圖可以依據設計原理圖內容自動生成和自動更新。這樣，基于elecworks就形成了圖1所示的通用工作流程。

圖1通用電氣設計流程

    不同的企業，電氣設計流程不盡相同，電氣設計的流程需要根據企業的實際情況做調整。例如，在某掃描設備制造企業（以下簡稱企業A）中，電氣設計工程師在使用elecworks時使用的是圖2所示優化后的工作流程。

圖2優化后的設計流程

    在優化后的設計流程中，設計BOM的數據（斷路器等采購周期較長的電器件）在企業A的銷售部做項目報價環節已經確定，所以在電氣部的設計環節中BOM數據的產出在流程上優先于原理圖的創建。為了更貼合生產，工程師會根據設備型號數據先做布局圖（或稱排版圖）。這樣，工程師后期設計原理圖的時候，車間工程可以先做設備的布局。待接線原理完成設計后，根據設計內容完善設計BOM（增加燈按鈕等常用設備），完善布局圖和生成接線圖。

    2)設計與檢查的閉環

    缺乏設計規則的檢查，會讓設計成為“天馬行空”不能落地。在電氣設計中，需要建立檢查機制。在elecworks中，檢查機制分為兩種：內在邏輯判斷、外在報表檢查。

    內在邏輯判斷：

    各項參數通過數據的交互，在各個設計環節形成隱形的數據流通平臺。設計規則就需要建立并融入到這個數據流通平臺中。例如設備標注的唯一性檢查，在開始一個工程設計前，可以在工程的配置中設定標注唯一性范圍。如圖3所示，設備的標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”，則整個工程中不允許有設備重名。對于單臺設備，這樣的規則有是有效的；如果一個工程有兩臺設備，那么這里的規則就需要根據設計需要更改范圍。

圖3標注唯一性定義

    除此之外，還有線型定義規則、文檔頁碼編號規則、標注編號規則等。

    這些內在的規則設定屬于“企業標準化”范疇，建立良好的設計規則可以有效的做到防呆。

    外在報表檢查：

    對于設計結果的比對，簡單的標準化規則就不能滿足了。對設計的結果，需要借助elecworks的“繪圖規則檢查”來做深入判斷。

    準確的說，不是軟件來“判斷”，而是提供必要的數據供設計師做判斷。

    如圖4所示，軟件提供了用于查錯的管理器，其中有大量的設計規則查錯模板。工程師可以根據需要選擇對應的模板（例如線槽填充率檢查可以提取和顯示出線槽的飽和度），減少設計結果的正確性和有效性。

圖4繪圖規則檢查

    通過內在和外在的機制，形成設計與檢查的閉環，確保設計的準確性——這為PDF系統的集成提供了有效的數據源。

    3)設計過程模塊化和參數化

    基于庫，工程師可以重復使用數據資源。實際上對于原理圖的設計，也可以區分出不同的功能模塊。上文提到的企業A就是采用了模塊這個概念，使用elecworks的“功能”對系統設計內容做管理（如圖5所示）。

圖5圖紙按照功能模塊管理

    在設計內容模塊化的基礎上，對模塊內部的數據做到參數化，那么最終的物料也可以按照這個功能來管理（如圖6所示）。

圖6物料按照功能模塊管理

    企業A經過一年時間，積累了大量的模塊，目前已經進入“選配式”設計模式，如圖7所示。

圖7選配式設計模式

    根據訂單需求，直接選擇所需配置的模塊，通過elecworks自動生成模塊的圖紙和報表，這樣的模式讓設計過程更傻瓜。

    設計環節有了圖形和參數，PDM系統就可以有效管理了。

    2.基于PTCWindchill的信息化集成

    1)系統架構

    傳統的做法是，PDM系統只管理設計的結果，也就是設計師將繪制的圖紙上傳給PDM系統。PTCWindchill在對elecworks的工程數據做管理時，采用了不同的方案。完整的系統架構如圖8所示。

圖8系統集成業務流程圖

    PTCWindchill需要管理的包括產品的設計全過程數據，所以電氣設計圖紙和設備BOM都需要進入到系統中。

    2)物料數據的管理

    物料的創建必須有PDM系統發起，推動到elecworks，避免工程師人為干預。

    在創建推送規則時，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，由于物料信息同時存在與PDM系統和elecworks使用端，檢入的接口會自動對物料信息做比對，判斷本地物料數據是否與PDM系統中的數據一致。如果不一致，不予檢入，彈出報錯信息。完全一致，則Windchill會根據elecworks的BOM結構自動創建對應的結構樹，如圖9所示。

圖9Windchill中BOM結構樹

    3)電氣文件的管理

    電氣工程文件的檢入/檢出可以實現工程版本的管理。簽審、瀏覽等環節需要圖紙產出PDF格式，采購需要物料的Excel格式，產出結果如圖10所示。——這些都需要elecworks在對工程檢入/檢出時自動完成，避免工程師人為干預。

圖10Windchill中工程文檔

    4)工藝文件的管理

    機械設計是一個獨立的環節，PDM系統在管理機械設計時有獨立的工作流程和管理體系，這里不再贅述。機電一體化設計要求電氣數據能夠與機械模型做關聯，形成2D原理-3D布局-自動布線-2D報表這個閉環設計。這樣，帶有接線長度的接線工藝表格就能產生（如圖11所示），并檢入到系統中去。

圖11含線長的接線工藝表

    5)設計變更的管理

    設計發生變更時，工程師檢出工程設計數據，完成修改后再次檢入工程，在Windchill中自動創建新的版本數據。如果物料發生變化，則Windchill中可以自動比對不同版本的物料變化情況。

    四、結語

    通過運用elecworks和PTCWindchill共同構建企業的電氣信息化平臺，優化了設計的流程和產出過程，實現了企業的標準化設計和標準化管理，降低了人為干預的程度，讓數據在信息化平臺中自由交互，確保了信息的安全性和可靠性。