标准化电气软件设计平台

• 关键词：电气软件,轨道交通,WPS
• 摘要：中车南京浦镇车辆有限公司隶属于国务院国资委管理的中国中车旗下一级子公司，是我国铁路客车、动车组和城市轨道交通装备专业化研制企业、系统集成供应商及城市轨道交通运行方案解决者。公司始建于1908年，坐落于历史文化名城南京，拥有位于南京、杭州、合肥、芜湖、苏州等地多家控股子公司、7大产业基地，现有员工7000余人，其中工程技术人员1600余人。

一、前言

中车南京浦镇车辆有限公司隶属于国务院国资委管理的中国中车旗下一级子公司，是我国铁路客车、动车组和城市轨道交通装备专业化研制企业、系统集成供应商及城市轨道交通运行方案解决者。公司始建于1908年，坐落于历史文化名城南京，拥有位于南京、杭州、合肥、芜湖、苏州等地多家控股子公司、7大产业基地，现有员工7000余人，其中工程技术人员1600余人。

在城轨市场，公司生产的城市轨道车辆遍布上海、南京、苏州、杭州、无锡、深圳、东莞、香港等地区，同时公司先后获得印度、香港、新加坡、阿根廷、尼日利亚、肯尼亚等16个国家和地区的市场订单，实现了产品和技术、服务的海外输出。公司拥有强大的研发平台和雄厚的制造实力，掌握动车组、城市轨道车辆、现代有轨电车、跨座式单轨、APM、空铁列车制造和全自动驾驶（无人驾驶）、智能制造、智能物流等核心技术。

公司精益管理不断追求卓越。以节拍式拉动、看板式管理、流水化作业和标准化工位为核心的精益生产模式，全面改善了管理，大幅提升生产效率和品质，企业获全国精益管理大奖。通过核心技术开放式创新，企业制造实力全面提升，成为中国轨道交通装备制造业的骨干企业和现代城市轨道交通装备的龙头企业。

电气研发部是公司技术中心下属的七大部门之一，于2020年成立，承担着公司所有有关电气控制、智能化的研发和设计工作，目前有员工近200人。

二、实施背景

（一）面临的问题 

通过调研分析，由于设计软件的不同和管理流程的缺失，现如今车辆电气设计过程中主要问题如下：

• 没有规范的标准化通用电气件数据库，存在大量一物多号的情况，相同型号的产品在不同项目间无法复用，造成了库存的浪费。 

  当前各个专业组之间的电气设计相互独立，未能形成标准化流水线作业模式，信息传递存在脱节，不便于有效管控，造成大量重复性劳动，影响工作效率；且项目数据变更传递同步性不高，缺乏有效的审核，同时缺少统一的管理归口，因此无法保证数据的一致性和可维护性，项目实施质量得不到可靠的保障。

• 目前车辆电气设计主要参考由以往项目经验形成的设计规范，与国内和国际通用标准存在差异。

• 由于设计工具的不同，各专业组的设计数据传递主要依赖人工编制各类表单。然而车辆设计的过程动态的，设计数据会不断的更新和迭代，人工频繁处理、维护表单成为了工作常态，费时费力。

• 目前电气绘图软件仅通过图形表达来展示电气原理、布线设计，未能关联电气属性，需要人工手动将所有表达的属性信息一一填写到图中，由于数据种类繁多，效率低下且错误率较高。

• 当前阶段的项目执行中，各电气专业设计师均采用独立作业的模式，缺乏实时有效的平行沟通，存在分散设计-汇总-分配-再更改的冗余工作过程，一定程度上影响了工作效率。

（二）对于新平台的要求

• 完善统一的数据库管理需求：软件带有国际标准模型库，基于该设计软件，建立符合中车浦镇要求的电气元器件库、电气标准化符号库、电气模板库等，将分布在主机和辅机研制单位的元器件以库的形式保存，为系统的改进、改型和新系统研发做准备。同时对数据版本和设计流程进行高度整合，明确版本管理与设计人员权限，保证数据的安全性和正确性，实现数据规范管理。

• 高度自动化与智能化需求：发挥计算机和软件功效，实现材料表、线线清单等报告的自动输出，摒弃大工作量、繁琐、易出错的手工报表统计输入，提高设计质量和效率。可利用数据的版本对历史数据进行有效、安全、规范管理。同时，软件需支持设计规则与标准检查，可以自动识别设计过程中与规则或标准不符合的项点并提示报错，且查错规则可由中车浦镇自由定义。

• 本地化的电气系统数字化设计平台需求：电气设计软件通常是一个通用的电气系统设计平台，而不同的行业与不同的企业通常存在一些基于其本身特有的设计流程与管理规范而形成的企业需求和特点，在引进新的电气设计软件的同时，需要对软件平台进行企业本地化工作，因此其对软件平台的开放性和软件的技术支持提出较高的要求。

• 系统定制要求：考虑到后续的维护便捷性，软件应避免二次开发，采用配置的方法进行系统功能定制。

• 基本专业功能需求：

• 软件应具备独立的数据文件格式，能够将电气元件数据、图形符号、模板、原理图等内容独立保存，在图纸绘制和项目设计过程中，系统数据与项目数据、项目图纸信息与报表数据能始终保持一致。

• 软件应具备数据完善且符合标准的数据库，并开放权限由中车浦镇自行进行建库工作。

• 软件中的电气元件需具备多种属性，如图形符号、电气参数、逻辑功能属性、采购属性、工艺布线属性等。

• 软件应支持跨部门多人协同设计，支持不少于20人以上的同时在线设计。

• 软件支持设计数据实时更新同步功能，仅针对软件原始数据的变更，对应的各环节的报表自动更新。

• 软件具有原理图模块化设计功能，可单独定制功能完善、独立调用的模块化设计图纸。

• 软件具备高度自动化设计能力，电气原理图中的线号、设备号、电缆信息等可以自动生成。

• 软件具有原理图布线逻辑自动连接能力，具有图形符号的自动连线功能，当图形符号对齐时，可以自动连接。移动符号后，能够自动断开连接。在图形连线后，能够自动产生连接信息，在线线清单中自动输出。

• 扩展功能要求：

• 根据中车浦镇的规则，对电缆、导线的安装位置进行自动填写，并能够在报表中自动输出。

• 自动生成各采购类ETB、设备清单等需求表单，对输出的表单进行差异性比较，生成变更记录明细表。

• 根据中车浦镇的连接器的匹配规则，图面上放置预先规划的插头/插座，自动匹配和放置对应的插头/插座符号，且能够生成正确的设备结构，输出相应的报表。

• 根据中车浦镇电气设计图纸中的电线、电缆两端设备连接器电压等级匹配规则,在图中电线、电缆电压等级属性位置自动生成对应的电压等级。

（三）总体目标

提高电气制图工作效率，降低设计差错率；打通设计与结构、工艺布线的数据桥梁，提高跨专业、跨部门的系统工作效率；通过产品数字化设计，输出准确的、具有指导性的生产文档供生产制造使用，实现设计工具与PDM管理系统的集成方案，对项目文档、物料及设计流程进行有效管控； 以实现产品设计平台化为目标，能根据选项自动调取功能模块生成原理图，进一步提升设计效率和标准化程度。

三、内涵与做法

（一）成果内涵

• 随着轨道交通设计趋向于多功能联动和数据量庞大的发展，标准化电气软件设计平台内嵌算法适用于大数据的优势愈发明显，具有极高的泛用性和先进性；基于IEC、DIN等国际标准及企业标准，建立了浦镇公司统一化、标准化的标准化电气软件设计平台数据库，数据库建立工作与设计标准化管理，具有前瞻性意义；

• 标准化电气软件设计平台的二次开发给管理人员提供了自定义功能的契机，可以极大地便利设计人员，并与PDM系统深度集成，不仅提高了设计效率和质量，还促进了项目管理与审批工作的信息化发展，该技术管理创新方法具有高度可用性；在目前国内标准化电气软件设计平台发展相对有限的情况下，软件二次开发还具有激励科研精神与创新精神的深远意义；

• 该技术管理创新方法更好地体现了设计人员在使用软件时的设计思路和数据基础，利用模块化设计的项目管理方式，更具科学性和系统性；

（二）基于标准化电气软件设计平台电气设计平台的技术管理创新方法

1.主数据的建立与管理

1.1、部件创建规范

针对问题：完善的主数据包括部件库、宏项目、符号库等部分，在相关规范没有制定的情况下建立主数据无疑会留下诸多隐患，因此需要建立数据规范供管理人员参考。

基本思路：在软件平台搭建之前，集中讨论主数据相关建设规范，并制定出台完整的数据标准，确保后面适用于实际项目的时候没有纰漏出现。

解决措施：创建部件库并导入部件相关信息，为此浦镇公司制定了“建-整-配-导-检查”的部件创建流程。

1.2、部件库的创建及部件导入

针对问题：目前中车集团没有统一的标准化电气软件设计平台部件库， 如果强行应用于项目中会导致器件信息缺失混乱，需要建立标准部件库供设计人员使用。

基本思路：在软件平台搭建初期，尽早规划部件库的信息导入规格以及确认项目所需属性信息。

解决措施：创建部件库并导入部件相关信息，为此浦镇公司制定了“建-整-配-导-检查”的部件创建流程。

1.3、符号库的更新

针对问题：原有的ELCAD软件想改变符号的各项参数（包括方向与信息隐藏等）要经过繁杂冗余的步骤。标准化电气软件设计平台软件可以在属性面板调整各项参数，不过软件自带的符号库包括了700多种符号，使用在项目上显得多余，此外浦镇公司还需要针对设计要求对使用的符号进行属性修改。

基本思路：在原有的符号库基础上，删减提取出项目所用到的符号，统一符号库的属性修改标准。

解决措施：对原有的符号库进行删减，根据项目需要增加符号，针对符号的属性修改专门建立项目来统一修改保存。

1.4、宏项目的创建

针对问题：原有的ELCAD软件在部件变更这块相当固化，供应商做出任何一点修改，设计师都需要重新制作部件库相关文件重新导入。

基本思路：宏功能是标准化电气软件设计平台软件相当重要的功能之一，通过设备接口宏能实现即时的更新与设备整体的导入等功能，建立完善的设备接口宏项目能给设计师相当大的助力。

解决措施：一个完整的宏项目需要经过设备接口创建、宏边框创建、组合宏创建三个过程，以实现宏项目的变更能即时同步到实际项目中。

2.基于实体化与模块化设计的软件平台应用

2.1、流程设计

针对问题：由于采用新的电气设计平台，从设计流程到绘图设计到图纸变更到数据维护管理流程都需要重新制定。

基本思路：一方面需要借助新平台的优势简化原有流程的冗余项，另一方面为了确保项目的质量，既有流程各环节所应得到的效果不能打折扣。

解决措施：重新设计了基于标准化电气软件设计平台的设计流程、绘图设计、图纸变更、数据维护管理流程。

2.2、电气绘图设计规范

针对问题：随着标准化电气软件设计平台完成度日益提高，设计师上手操作时需要一份规范的设计指导。

基本思路：规范需要包括电气系统原理设计的流程、图纸架构、图框格式、符号绘制、功能区分、电气命名规范等制图设计要求。

解决措施：《电气绘图设计规范》

2.3、项目变更记录自动生成功能软件设计

针对问题：设计人员在完成项目设计后，若此时发生项目变更，设计人员会对项目源文件进行升版，再从最新的项目源文件中输出新版报表，此时设计人员需要将输出的新表与旧表进行比对，生成差异性表格。整个过程都依靠人工进行一条一条比对，所以非常的耗时且效率低下，而且过程中也会产生不可避免的查错。

基本思路：设计一款软件软件或者在标准化电气软件设计平台里面内置代码在原理图、布线图完成绘制后，根据规则自动比对输出的报表与旧版报表的差异，自动生成差异性表格，并且标记出修改类型，以不同颜色高亮和文字描述作为区分。

解决措施：开发了基于标准化电气软件设计平台的项目变更记录自动生成功能，主要技术特点总结为以下四个方面：

• 可实时导出最新报表与指定的旧版报表进行比对，保证了数据的正确性。

• 可同时进行5种报表类型的比对，一键打开存放位置，快速而便捷。

• 变更记录表中会以不同颜色高亮和文字描述来区分变更类型，简单且直观的表现方式。

• 同时可以支持Microsoft Office 和 WPS Office两款工具。

2.4、布线图线缆位置自动生成功能软件设计

针对问题：布线图绘制人员在做布线图设计的时候，需要根据线缆两端的设备信息，基于预置的判断规则之上，自动生成导线的安装位置和车型信息。整个过程都依靠人工处理，所以非常的耗时且效率低下，而且人工填写也会导致很多错误的产生。

基本思路：设计一款软件软件或者在标准化电气软件设计平台里面内置代码基于导线的源、目标信息自动生成导线的安装位置信息和车型信息。

解决措施：开发了基于标准化电气软件设计平台的布线图线缆位置自动生成功能，主要技术特点总结为以下三个方面：

主要技术特点总结为以下三个方面：

• 后台运行对比程序，进行两端设备信息的比较，生成线缆的位置和车型信息。

• 可同时检查两端设备信息的正确性，错误的内容标记为“ERROR”。

• 结果可在标准化电气软件设计平台的导航器中进行筛选、查询与修改，简单快捷。 

2.5、自动放置连接器图形符号功能软件设计

针对问题：布线图绘制人员在做布线图设计的时候，需要针对跨车型的设备，手动放置连接器的公母插针。整个过程需要设计人员定位公母插针的位置，分别放置到图面上，所以非常的耗时且效率低下，也可能导致重复放置的情况发生。

基本思路：基于插头号的规则，自动查询匹配的公/母插针，进行自动匹配，达到成对放置图面的效果。

解决措施：开发了基于标准化电气软件设计平台的自动放置连接器图形符号功能，主要技术特点总结为以下三个方面：

• 放置插针的时候，自动进行公母匹配，成对放置图面。

• 插头的显示效果根据放置的先后顺序，自动选择。

• 可以批量成对放置插头，应对复杂的布线图设计。 

2.6、WPS报表自动分类输出功能软件设计

针对问题：设计人员在完成设计后，需要将图纸内的数据进行分类统计，分别填入不同类别的Excel表格中。整个过程都依靠人工统计和输入，所以非常的耗时且效率低下，而且人工统计也会导致很多错误的产生。

基本思路：使用标准化电气软件设计平台完成原理图、布线图绘制后，能够根据规则自动生成并输出指定分类的报表，并且报表支持WPS 办公软件平台。

解决措施：开发了基于标准化电气软件设计平台的WPS报表自动分类输出功能，主要技术特点总结为以下五个方面：

• 界面支持各类报表的选择，可同时输出多个报表。

• 输出的报表可即时自动打开，也可一键定位到导出目录，手动打开。

• 可自定义输出目录，灵活便捷。

• 所有数据来自于项目，实时输出最新的数据报表。

• 同时可以支持Microsoft Office 和 WPS Office两款工具。 

• 具体的软件设计历程与操作流程如下：

2.7、布线模块化

针对问题：对于目前的每一个项目，需要设计师根据实际使用情况来分配连接器和端子排的数量，重复率高、效率低。

基本思路：统计既往项目的连接器和端子排分配情况，从大数据中总结规律，找出可模块化的布线参数。

解决措施：经历了从项目数据收集到布线方案分类整理，最后基于项目数据规划线束路径的过程。

3.电气软件设计平台与其他系统的接口

集成接口工作原理：

通过中间文件的传输方式，由系统按照指定格式和规则，自动在后台交换数据。

通过系统集成，能够进一步的优化设计工作流程，改善现有依赖人工控制项目图纸版本的瓶颈：

通过与各系统集成，可以获得以下优化：

• 从设计部门，工艺部门，采购部门，生产部门的完整企业流程的打通。

• 各部门、专业统一从TC中获取产设计数据，保证数据一致性，利于企业知识经验的数据化。

• 产品设计生命周期管理，设计流程透明化，更加便于管理。

四、实施效果

由于现有设计软件平台不统一，各专业组之间需要手动再次处理接收到的数据才能传递设计图纸与各类报表，造成了数据的复用程度较低，大大降低了项目管理效率与质量。该标准化电气软件设计平台可有效地解决了大量重复性、机械性的作业，借助计算机来规避设计人员可能由于疏忽造成的错误，还可提升电气工程师的设计思路与企业的项目管理方式。此外，软件带有国际标准模型库，基于该设计软件，建立符合中车浦镇要求的电气元器件库、电气标准化符号库、电气模板库等基础数据，可利用软件平台进行企业本地化工作，打造人-平台-项目的全域管理信息化和电气设计标准化，实现可实时优化的软件平台管理策略。

（一）管理水平

1.基于模块化设计的项目管理水平提升

在实际项目执行过程中，为了进行项目的 模块化设计与管理，既可以从物理环境下分为若干个位置进行管理，也可以从逻辑层面用功能进行项目管理。该技术管理创新方法在项目数据库管理、项目设计思路与项目实施周期上，都有了显著效果。因此，相较于现用的电气设计软件，该技术管理创新方法可有助于电气工程师设计信息量庞大的所有项目细节，更具系统性和可操作性。

1.1 项目数据库管理的提升

经过前期大量调研、方案遴选、标准制定、背景数据完善、图纸绘制、报表生成及测试。按照IEC与企业标准，定制基础数据库，包括从符号、部件库、线缆库，到图框、模板、宏的定制等，最终完成了浦镇公司电气绘图设计规范，并内置于该电气软件设计平台，使设计流程规范化、操作指导手册标准化。将分布在主机和辅机研制单位的元器件以库的形式保存，为系统的改进、改型和新系统研发做准备。同时对数据版本和设计流程进行高度整合，明确版本管理与设计人员权限，保证数据的安全性和正确性，实现数据规范管理。

1.2 项目设计思路的提升

按照内置于该软件平台的电气绘图规范，利用配置好的浦镇公司基础数据库，基于“高层代号+位置”的项目管理方式这一概念，将同一个功能下的所有器件尽量绘制在一页图样或者几页图样上，再对这些内容进行模块化处理，也就是做宏，从而在后续项目推进过程中，可直接从项目数据或主数据库中进行调用。让我们的工程师可以从原来的工程师兼绘图员、制表员和统计员转化为真正的设计人员，把精力集中在设计层面。

1.3 项目实施周期的提升

该技术管理创新方法是由服务器端集中分发管理数据，在全面共享环境下的有序协同作业，并设置权限管理保证数据安全以及实时数据存储、备份机制，极大地提高了电气制图的工作效率，降低设计差错率。同时，该技术管理创新办法还可自动生成的部件报表，主要包括了符号名称、页码、描述、型号、厂商、功能等方面信息，一目了然。现将已完成设计与图纸工艺转化的项目实施周期与平台通用项目对比。

2.基于电气标准化设计的平台管理水平提升

2.1电气软件设计流程规范化

根据具有统一管理归口的设计数据库，保证了设计数据一致性的同时，实现了数据标准和高度可维护性。各层级设计人员利用该电气设计平台，能根据选项自动调取功能模块生成原理图，进一步提升设计效率和标准化程度。形成的标准化原理图设计流程与原理图设计流程。

2.2电气软件设计平台应用的质量提升

该技术管理创新方法通过产品数字化设计，可输出准确的、具有指导性的生产文档供生产制造使用，并实现了设计工具与PDM管理系统的集成方案，可对项目文档、物料及设计流程进行有效管控。电气设计软件在 PDM 系统中进行深度集成应用，可方便、快速的为生产部门提供所需的报表，打通设计与结构、工艺布线的数据桥梁，提高跨专业、跨部门的系统工作效率，从而提高企业整体的信息化水平。针对电气设计软件平台的二次开发可以有效地解决软件在实际项目中的不足。使用 C# 语言编写了动态链接库格式的函数库，通过该软件平台中的 API 接口加载运行，设计并实现了多种辅助设计工具。关于该软件设计平台应用质量提升的项点，如下表4-2所示。

表4-2 标准化电气软件设计平台应用的质量提升

（二）经济效益

目前该技术管理创新方法已在多个项目中完成初步设计阶段，虽然无法测算其项目完整周期内的经济效益，但是在已完成的项目初步设计中，可以大大节省了人员成本和生产成本。

（三）社会效益

该管理创新成果培养了复合型人才，创造了就业机会，推动了企业管理趋向于信息化、现代化、智能化发展。

（四）生态效益

通过使用标准化电气软件设计平台，可减少人员配置与生产材料投入量，标准化电气设计流程与项目管理方式在一定程度上可减少废弃物的产生量，提高产品可回收率与使用价值。企业提高生态效益就是在提升项目管理效率与质量的同时，将对环境的影响和资源的耗用降到最低程度 。

黄建海、鞠丽丽

中车南京浦镇车辆有限公司，电气研发部