铁路信号计算机辅助设计集成系统研究

贾利生

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 系统研究背景

铁路信号工程设计具有图纸量大、复杂度高、容易出错等特点，为了降低设计人员的劳动强度、减少差错、统一标准，在铁路信号工程设计中，计算机辅助设计(CAD)发挥着非常重要的作用[1]。

从20世纪90年代至今，6502电气集中联锁CAD系统(简称6502CAD)、计算机联锁CAD系统、ZPW-2000系列电码化CAD系统、ZPW-2000R移频自动闭塞CAD系统的开发和相继投入应用，大大提高了信号工程设计效率，同时提高了设计质量、缩短了设计周期[2-4]。但是随着多个系统的应用，出现了新的问题。由于各系统的开发时期、软件开发人员、使用的开发语言等不同，各系统在同一台电脑中使用时，出现了软件互相冲突、软件使用方法各异等问题，这样不易于信号设计人员对各系统的学习和使用，因此将各系统集成为一体，解决系统间相互冲突问题，建立统一的运行平台，将各系统的程序进行统一管理，从而形成一个平台化、集成化、系统化的铁路信号计算机辅助设计集成系统(简称SIGCAD)是非常必要的。

2 系统开发内容

2.1 系统平台开发

开发全新的系统运行平台，完成统一的菜单设计、软件更新、系统帮助、系统信息等功能；开发针对不同子系统打包方案的软件注册功能及通用安装程序。

2.2 各子系统移植

各子系统至SIGCAD系统平台的移植及解决集成后系统间相互冲突问题。

2.3 用户界面的统一

统一各子系统的界面风格。

3 系统结构模块划分及界面设计

3.1 系统的功能

SIGCAD系统集成了6502CAD、计算机联锁CAD、ZPW-2000系列电码化CAD、ZPW-2000R移频自动闭塞CAD四个子系统的所有功能，具体如下。

6502CAD子系统用于完成车站6502电气集中联锁包括控制台盘面布置及配线、联系图、排列表、信号机点灯、轨道电路、道岔控制、网络电路图、侧面配线等全套施工图图纸设计，其中子系统里的信号平面图、双线及电缆径路图、联锁表、室外电缆配线图软件同样适用于计算机联锁车站，且可满足普速、重载、客专、城市轨道交通等的设计需求。

计算机联锁CAD子系统，可完成计算机联锁的信号机点灯、轨道电路、道岔控制、自动闭塞方向电路、自闭结合、半自动闭塞、驱采电路等电路图纸，以及组合内部配线、驱采匣(接口柜)配线、室外分线盘、侧面等配线图纸。

ZPW-2000系列电码化CAD子系统可完成两线制和四线制站内电码化的移频设备、综合架设备、防雷柜等的布置图，JMJ/FMJ/GCJ电路、正线电码化电路、股道电码化电路等电路图纸，以及内部配线、室外分线盘、侧面等配线图纸。

ZPW-2000R移频自动闭塞CAD子系统可完成区间信号平面布置图、双线及电缆径路图等室外部分图纸，各闭塞分区电路图、驱采电路、侧面配线图等室内部分图纸。

3.2 系统结构模块划分

结构模块分为功能模块和平台模块，详见图1。

图1 系统结构模块

根据系统功能，将功能模块划分为20个，包括了6502CAD、计算机联锁CAD、ZPW-2000系列电码化CAD、ZPW-2000R移频自动闭塞CAD四个子系统包含的所有模块。在车站联锁设计时，无论是6502电气集中联锁还是计算机联锁，都必须有信号平面图、双线及电缆径路图、联锁表、电缆配线图，故将此4个功能模块单独设置。绘制继电器电路模块主要完成零散的继电电路设计，实用工具模块则完成图纸目录、移交清册、加图框、图标等的设计，与前面的4个子系统没有直接关系，也单独设置。

平台模块共4个，分别为软件注册、软件更新、系统帮助、系统信息。

3.3 界面设计

根据系统结构模块的划分进行的系统界面设计如图2所示。

4 关键技术及难点

4.1 如何建立系统运行平台

系统运行平台的建立分为两部分：

(1)在WINDOWS操作系统下建立“使用帮助”“授权协议”“卸载”功能，如图3所示。此处的使用帮助提供了PDF格式的用户手册[5]。

图2 系统界面

图3 windows操作系统中的系统界面

(2)在AutoCAD的菜单区建立SIGCAD系统界面。

SIGCAD系统共20个功能模块，每个模块中又包含了多个命令，命令总计200多项。系统界面设计可采用屏幕菜单或抽屉式菜单的方式，但此2种方式均需占用AutoCAD绘图区域，且不符合用户使用习惯，因此还是采用了用户习惯使用的下拉式菜单方式。由于AutoCAD的下拉式菜单区是有限的，20个模块做成20个下拉式菜单全部排列在菜单区是不现实的，为此，巧妙地采用了在AutoCAD内部进行菜单切换的方式解决了此问题。

在AutoCAD下拉菜单区建立如图2所示的“SIGCAD”菜单，菜单上列出4个子系统及其他模块，4个子系统的模块采用了二级菜单项，如图4列出了6502CAD子系统的模块。当选择任何一个功能模块时，例如：选择“信号平面布置图”，则下拉菜单区自动将“SIGCAD”菜单替换为“信号平面”菜单，而“信号平面”菜单的最后一项功能为“退出”，即切换回“SIGCAD”菜单。

图4 6502CAD二级菜单界面

通过菜单切换的方式建立系统运行平台的优点：只占用了一个菜单位置就可以放置下20个模块的菜单项，同时，在绘制同一张图中可使用20个模块中的任意命令，只需切换一下菜单即可。同时该种方式充分实现了各模块命令的资源共享，例如在设计车站的双线及电缆布置图或区间信号平面布置图时，可以切换到“信号平面”菜单使用其中的“绘制土建设施”方便地绘制站台、桥梁、隧道、涵洞、道口等设施。

为了便于用户及时更新系统及获得帮助，将软件更新、系统帮助(提供CHM格式的帮助文件)等4个系统平台模块也设置在了“SIGCAD”菜单区。

4.2 如何满足对AutoCAD不同版本的兼容

为了实现SIGCAD系统对AutoCAD 2000～2013所有版本的兼容，SIGCAD系统采用了Visual lisp语言开发。Visual LISP是一种可视化的集成开发环境系统，它是在Auto lisp语言基础上发展的一种智能化语言，有更多的功能函数和更强大的接口，可充分利用AutoCAD提供的界面设计出高起点的软件系统。由于Visual LISP是嵌入在AutoCAD2000及以上的所有版本内部的LISP编程语言，它是LISP语言与AutoCAD有机结合的产物[6]，因此通过系统开发语言的选择有效地解决了系统对AutoCAD不同版本的兼容性。

为了满足在不同版本的AutoCAD中SIGCAD菜单能够顺利装载，不是简单的更换AutoCAD菜单文件的方法，而是采用对当前菜单区的菜单进行检测和判断，然后在指定的位置加入SIGCAD菜单，这样不仅可不影响不同版本的AutoCAD菜单，对用户安装的第三方软件的菜单也不构成影响。

对于菜单文件的支持，不同版本的AutoCAD还是存在着差异。如2006以前版本只支持MNU、MNS、MNC菜单文件，2006及以后版本则可支持装载速度更快的基于XML格式的CUI菜单文件，2010及以后版本则又可支持CUIX格式，因此为了提高菜单的装载速度，编制了不同格式的菜单文件，根据检测到的AutoCAD版本信息，装载不同格式的菜单文件。

4.3 如何解决模块间的软件冲突

软件冲突主要表现在两个方面。

(1)程序名的重名冲突。由于系统涉及的程序众多，开发时间跨度大、软件开发人员多，故部分软件的子程序名、函数名存在用重的问题，如将所有程序都集成到一起时，装载程序时容易调用了错误的程序。为了解决此问题，将不同模块的程序设置于不同的程序目录中，在系统切换菜单的同时，设置相应的系统支持路径，如图5的系统切换菜单流程。这样只需保证同一模块内的子程序不要重名即可，大大降低了系统集成开发的工作量。

图5 系统切换菜单流程

(2)图块的重名冲突。图形库中图块的名称用重时，图块的调用则会出错，插入的图块总是第一次被图形调用的块。由于系统中对于图块的插入都是由程序自动完成的，用户只有在成图后才能发现图纸的错误。为了彻底解决此问题，最好的解决方案就是对图块名进行逐一核对，将重名的图块重新命名。

4.4 如何实现.NET开发程序的集成

由于ZPW-2000R移频自动闭塞CAD子系统是基于在.NET2010开发环境下利用C号语言进行的AutoCAD二次开发[7]，与Visual LISP语言开发的系统存在着差别。由于Visual LISP支持对Windows的ActiveX对象的操作及支持ActiveX与其他程序的交互，因此通过Visual LISP提供的丰富的ActiveX接口函数可轻松实现将其他开发环境开发的系统进行集成[8]。如将自动闭塞CAD子系统集成至SIGCAD系统，可通过vlax-create-object和vlax-invoke-method两个函数来实现。

4.5 如何统一系统界面

友好的系统界面便于用户操作，提高设计效率，因此系统集成中大量采用了与AutoCAD界面风格一致的菜单、对话框和幻灯片显示技术，可以使用户彻底摆脱使用说明书。

(1)统一各系统的界面，各模块菜单采用了标准的

下拉菜单方式实现，用户不再需要记忆各程序命令名称；

(2)对于交互式操作，如设计参数的输入、类型的选择、图形中位置的输入及实体的拾取等则采用了对话框的方式(图6)，通过对话框形象、直观的界面，达到了可以随意输入、随时修改，鼠标、键盘并用的效果；

(3)当需用户人工输入设备类型时，如果类型较多，类型名不便于记忆，则需从使用说明书中查找类型对应图块的名称。针对这种情况，设计了信号设备幻灯库、控制台块幻灯库、继电电路设备幻灯库等，开发了带双击幻灯片放大显示功能的幻灯片显示程序，显示效果如图7所示，可使用户摆脱使用说明书。

图6 计算机联锁子系统中的对话框

图7 信号平面布置图模块中的幻灯片显示

5 结语

随着该集成系统的研究和应用，使得铁路信号计算机辅助设计上了一个新的台阶，达到了集成化、系统化、专业化的水平，由于集成系统采用了模块化的设计，系统易于扩展，便于随后开发的列控数据等新的功能模块的添加。该集成系统已初步在邯黄、邯长、邯济、张唐、津秦客运、哈齐客运等项目的生产中投入使用，极大地提高了生产效率，达到了预期的成效。

[1] 王秉文.6502电气集中工程设计[M].北京：中国铁道出版社，2005：200-201．

[2] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.信号专业CAD综合改造与开发软件研制报告[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2006．

[3] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.ZPW-2000A电码化计算机辅助设计软件研制报告[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2010．

[4] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.车站信号冗余型计算机联锁辅助设计软件研制报告[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2013．

[5] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.SIGCAD系统用户手册V0.9.3[Z].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2013．

[6] 赵景亮.AutoCAD 2004与AutoLISP二次开发技术[M].北京：清华大学出版社，2004:1-2．

[7] 杨瑞宇.CAD二次开发及其在铁路信号施工图设计中的应用[J].铁道标准设计，2012(2)：115-117．

[8] Autodesk， Inc..AutoCAD2000 VISUAL LISP开发人员手册[Z].Autodesk， Inc.1999:161-1637．