一、引言
信息化是企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化管理，提升企業(yè)技術(shù)實力的有效手段。電氣設(shè)計作為產(chǎn)品邏輯控制的主要設(shè)計環(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結(jié)果的管理，而不能深入到設(shè)計過程及產(chǎn)品的生命周期管理。
PDM工具在管理產(chǎn)品的設(shè)計全生命周期時，要求設(shè)計數(shù)據(jù)數(shù)字化。
新一代的電氣設(shè)計工具融入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)面向?qū)ο蟮墓芾?。以Trace Software International公司的elecworks為例，軟件使用Microsoft SQL Server為數(shù)據(jù)庫載體，存儲和管理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PTC Windchill為媒介，探討電氣設(shè)計的信息化集成方案。
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過程中的所有數(shù)據(jù)。就電氣設(shè)計而言，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. 建立完善的查錯機制，讓設(shè)計與查錯形成閉環(huán)，有效的減少設(shè)計過失;
3. 將設(shè)計過程參數(shù)化和模塊化，減少人工干預(yù)的程度，降低產(chǎn)生低級錯誤的風(fēng)險。
隨著產(chǎn)品生命周期的管理，BOM結(jié)構(gòu)的搭建不能由PDM管理工具實現(xiàn)，而是要在設(shè)計端產(chǎn)生，并建立到PDM系統(tǒng)中去。也就是說，電氣設(shè)計環(huán)節(jié)在產(chǎn)品設(shè)計的過程中就要開始并完成BOM結(jié)構(gòu)的搭建;對于PDM來說，只是引入這個結(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)計業(yè)務(wù)邏輯
1) 電氣設(shè)計流程
傳統(tǒng)的電氣設(shè)計，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)計方式。電氣工程師另行建立Microsoft Excel手工統(tǒng)計電器件數(shù)量。在21世紀(jì)初期，這樣的設(shè)計方式逐步被淘汰，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Microsoft SQL Server來管理所有數(shù)據(jù)，在軟件中建立起一種新的概念“庫”。
“庫”分為符號庫和設(shè)備型號庫，一個設(shè)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(shè)備型號(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)計后可以自動的統(tǒng)計出設(shè)備型號使用的數(shù)量、品牌等參數(shù)。除了完成自動化統(tǒng)計工作，庫的另一個特點也被廣為稱贊：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，讓電腦自動統(tǒng)計各項數(shù)據(jù)。Elecworks的另一個特性是數(shù)據(jù)可以相互關(guān)聯(lián)，這樣使得各個設(shè)計環(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)計原理圖內(nèi)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(shè)計流程)
不同的企業(yè)，電氣設(shè)計流程不盡相同，電氣設(shè)計的流程需要根據(jù)企業(yè)的實際情況做調(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)計工程師在使用elecworks時使用的是圖 2所示優(yōu)化后的工作流程。
(圖 2 優(yōu)化后的設(shè)計流程)
在優(yōu)化后的設(shè)計流程中，設(shè)計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的銷售部做項目報價環(huán)節(jié)已經(jīng)確定，所以在電氣部的設(shè)計環(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)，工程師會根據(jù)設(shè)備型號數(shù)據(jù)先做布局圖(或稱排版圖)。這樣，工程師后期設(shè)計原理圖的時候，車間工程可以先做設(shè)備的布局。待接線原理完成設(shè)計后，根據(jù)設(shè)計內(nèi)容完善設(shè)計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)計與檢查的閉環(huán)
缺乏設(shè)計規(guī)則的檢查，會讓設(shè)計成為“天馬行空”不能落地。在電氣設(shè)計中，需要建立檢查機制。在elecworks中，檢查機制分為兩種：內(nèi)在邏輯判斷、外在報表檢查。
內(nèi)在邏輯判斷：
各項參數(shù)通過數(shù)據(jù)的交互，在各個設(shè)計環(huán)節(jié)形成隱形的數(shù)據(jù)流通平臺。設(shè)計規(guī)則就需要建立并融入到這個數(shù)據(jù)流通平臺中。例如設(shè)備標(biāo)注的唯一性檢查，在開始一個工程設(shè)計前，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”，則整個工程中不允許有設(shè)備重名。對于單臺設(shè)備，這樣的規(guī)則有是有效的;如果一個工程有兩臺設(shè)備，那么這里的規(guī)則就需要根據(jù)設(shè)計需要更改范圍。
(圖 3 標(biāo)注唯一性定義)
除此之外，還有線型定義規(guī)則、文檔頁碼編號規(guī)則、標(biāo)注編號規(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)計規(guī)則可以有效的做到防呆。
外在報表檢查：
對于設(shè)計結(jié)果的比對，簡單的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則就不能滿足了。對設(shè)計的結(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(shè)計規(guī)則查錯模板。工程師可以根據(jù)需要選擇對應(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)在和外在的機制，形成設(shè)計與檢查的閉環(huán)，確保設(shè)計的準(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。實際上對于原理圖的設(shè)計，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概念，使用elecworks的“功能”對系統(tǒng)設(shè)計內(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)計內(nèi)容模塊化的基礎(chǔ)上，對模塊內(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)過一年時間，積累了大量的模塊，目前已經(jīng)進入“選配式”設(shè)計模式，如圖 7所示。
(圖 7選配式設(shè)計模式)
根據(jù)訂單需求，直接選擇所需配置的模塊，通過elecworks自動生成模塊的圖紙和報表，這樣的模式讓設(shè)計過程更傻瓜。
設(shè)計環(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PTC Windchill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)計的結(jié)果，也就是設(shè)計師將繪制的圖紙上傳給PDM系統(tǒng)。PTC Windchill在對elecworks的工程數(shù)據(jù)做管理時，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)
PTC Windchill需要管理的包括產(chǎn)品的設(shè)計全過程數(shù)據(jù)，所以電氣設(shè)計圖紙和設(shè)備BOM都需要進入到系統(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，推動到elecworks，避免工程師人為干預(yù)。
在創(chuàng)建推送規(guī)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(tǒng)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(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，彈出報錯信息。完全一致，則Windchill會根據(jù)elecworks的BOM結(jié)構(gòu)自動創(chuàng)建對應(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?！@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(yù)。
(圖 10Windchill中工程文檔)
4) 工藝文件的管理
機械設(shè)計是一個獨立的環(huán)節(jié)，PDM系統(tǒng)在管理機械設(shè)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(shè)計要求電氣數(shù)據(jù)能夠與機械模型做關(guān)聯(lián)，形成2D原理-3D布局-自動布線-2D報表這個閉環(huán)設(shè)計。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)計變更的管理
設(shè)計發(fā)生變更時，工程師檢出工程設(shè)計數(shù)據(jù)，完成修改后再次檢入工程，在Windchill中自動創(chuàng)建新的版本數(shù)據(jù)。如果物料發(fā)生變化，則Windchill中可以自動比對不同版本的物料變化情況。
四、結(jié)語
通過運用elecworks和PTC Windchill共同構(gòu)建企業(yè)的電氣信息化平臺，優(yōu)化了設(shè)計的流程和產(chǎn)出過程，實現(xiàn)了企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化管理，降低了人為干預(yù)的程度，讓數(shù)據(jù)在信息化平臺中自由交互，確保了信息的安全性和可靠性。
（轉(zhuǎn)載）
