電氣設計軟件發展歷程

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• 作者：萊哈特克納普

作者：萊哈特克納普

電氣設計軟件在市場上已活躍了20余年。就其起源及特點，這類系統通常以圖形為導向。最近的研究呈現出一個全新的趨勢：系統以虛擬設備模型為基礎，所有對象都被保存在中央數據庫中，通過繪圖和文字數字兩種方式都能對電氣文檔進行編輯。

市場最初需求
目前市場上大部分的ECAD/CAE系統其源頭都在歐洲，特別是在德國。應用最廣的系統幾乎都是在15至20年前開始開發的。隨著技術的不斷進步，當時有效但不以對象為導向的系統，逐漸阻礙了電氣設計的基本發展。在當時，這樣一套系統的引入被企業視作一項昂貴的長期投資，對用戶的系統性培訓理所當然也是軟件是否運行成功的重要條件。公司對員工長期雇傭的保證，也確保了員工對于系統高效使用的熟悉程度在不斷地提升之中。

計算機作為智能繪圖板
新系統最初遵循所有CAD系統的普遍方法，以前在繪圖板上創建的所有設計現在都可以照搬至計算機中，計算機變成了一個新式繪圖設備。最初這方面沒有太大的優勢：較高的繪圖精度、清晰的標準書寫字體或者簡單快速創建文檔。標準設備符號替代了以前的蠟紙圖章。

最早的ECAD系統也具備了多種超出一般CAD的標準功能，來排除設計中的典型錯誤。從防止項目名稱重復到自動創建交互參照等等。除實際繪圖流程外，用戶還可啟用邏輯關系及文檔糾錯功能。

專業人員開始參與
電氣設計必須滿足DIN或IEC等標準，這就意味著這些參照標準的核心也成為了ECAD系統的核心。由于公司或部門的習慣不同，所需解決方案也會有所差別。使用這種系統也要經高標準培訓的技術人員來參與。不久之后，ECAD系統具有了允許自動創建文檔的新特性。比如，可按照DIN標準自動創建端子排，從而避免通過“手動”創建端子帶來的很多錯誤。隨著這一類特性的發展，ECAD系統完成了從幫助繪圖到自動繪圖的決定性跨越，即現在我們所說的CAE：計算機輔助工程設計(Computer Aided Engineering)。

CAE的局限性
最初的CAE系統，包括目前尚在使用的許多CAE系統現在仍是純粹以圖形為導向的。它們可產生一些列文檔去管理邏輯關系，例如，設備代號、設備間的交互參照等。這些清單通常需要通過對整套圖紙的評估來完成。

在很多情況下，原理圖上并不顯示所有設備。當器件或電纜僅部分被使用時就會發生這種狀況。閑置的芯線及電纜，或者端子排中未使用的端子將不出現在原理圖中，但它們仍應該出現在電纜分配清單或上面提到的端子表中。通常用戶會將這些數據顯示在附加的圖紙上，僅用來將其引入到系統數據中，以便能正確地自動生成文檔。

工作流程受限制
若想專注于計算機輔助設計，并熟練掌握ECAD工具用于設計， CAE工作流程所受的限制跟自動生成文檔相比更為突出。在設計過程中，人們往往畫原理圖之前就將器件規格先定義好以便提前安排采購。沒有原理圖也應可創建柜體布局圖，沒有圖形符號也應可在設計前期預定義電纜、端子排，甚至根據需要分配芯線。

新的發展
使用新方法的時機已經到來，現有CAE系統面臨的局限是新方法所需解決的問題。不論是否顯示器件、電纜或任何其他元器件，對象應能夠在一個或多個文檔中完全獨立顯示，并在系統中方便地進行管理。這需要對數據的存儲方式進行改變。以前的存儲方式是對圖形圖表進行分析，以文件型構架來存放數據。全新的方法是從存儲的數據入手，以便能從各個環節入手設計。比如，電動機和電纜在開始設計之前就進行了定義和采購，因此就應該既能從二維布局圖開始設計柜體內部，又能以傳統方式從原理圖入手設計。

以對象為導向的解決方案
最初以對象為導向的方式自身仍有諸多限制，比如它無法將上述元器件放在一起進行查看。最新以對象為導向的方式則不再關心器件符號的具體圖形，而是將器件視為擁有不同屬性的對象并可進行編輯，甚至可以以不同的形式顯示在圖紙上。這就是以對象為導向的解決方案和ECAD最大的不同。這也解決了上述工作流程受限的第一個問題，即用戶可以事先定義好器件的規格。而原理圖和二維布局圖在實質上相同，可以用不同的圖形分別在這兩種圖紙上表示，并可以樹狀結構的形式分別查看。因此這些系統實際上表現了一種進化的步驟：從以圖形為導向發展成為以對象為導向的電氣設計方式。

以對象為導向并以數據庫為驅動的新一代解決方案
最新一代的電氣工程設計工具使得設備與圖紙完全分離。AUCOTEC公司的Engineering Base（EB）是第一代以對象為導向并且以數據庫為驅動的軟件平臺之一。總部位于漢諾威的AUCOTEC公司是德國目前最大的獨立電氣軟件供應商，專注于研發電氣工程及控制設備的設計系統。Engineering Base能將整個設備分層儲存在中央數據庫中。每個設備都從屬于一個設備類型（例如器件、電纜、端子），并有其自身屬性。設備能分級嵌套，一個器件可有多層子器件。除了分級結構之外，其他功能、信號也可作為對象儲存于中央數據庫中。設備可從各種不同的角度來瀏覽，因為所有器件對象都與這些功能相關聯。這種完全開放和靈活的設備模型能很方便靈活地應用于不同的工業領域。

最新一代的解決方案能實時顯示被修改后的對象間的關聯。由于采 用標準中央數據庫構架，編輯方式十分靈活多樣。例如表單的編輯可用與MS Excel同類的功能。真正的多用戶協同設計方式則是面向未來發展的新趨勢，它成就了最新一代以對象為導向以數據庫為驅動的完整的電氣設計系統，即 CBE(Computer Based Engineering)計算機為基礎的工程設計。