基于网络的CAD在铁路信号设计中的应用探讨

陈 燕 韩继国 刘 霄

铁路信号相关设计的合理性和正确性不但影响铁路的建设成本，更与铁路运输的安全性密切相关。目前铁路信号相关设计是以单机版CAD为工具进行的，但是由于铁路信号设计出图多，图纸的正确与否又会涉及到行车安全，尤其是复杂站场及长大线，参与设计复核的人员较多，每位复核者在自己拿到的图纸上进行修改，很容易造成图纸版本的混乱，而且打印大量的图纸不但耗费时间，还会造成资源的浪费，增加设计成本。为此，需要研究铁路信号设计的新方法。

基于网络的CAD协同设计是在网络技术和数据库技术的基础上，多名成员围绕同一项目，分别承担各自的设计任务，交互进行设计工作，最终得到符合要求的设计结果及设计方法。由于其具有诸多优势，因此需要讨论将基于网络的CAD协同设计应用于铁路信号设计的可能性与必要性。

1 单机版CAD在信号设计中的应用现状

CAD软件经过多年的开发，不断改进，已非常成熟。它包含了丰富的图源，使用者可以通过不同的参数设置得到自己需要的图形；其栅格、捕捉、追踪等功能使绘图更加精准；其平移、缩放、及鸟瞰视图等功能，则大大方便了对图纸的浏览；其灵活的尺寸标注，方便的测量工具等一系列的功能优势，注定了CAD在工程设计中是不可取代的。

同其他工程设计一样，铁路信号设计也采用单机版的CAD软件。在设计中，除使用以上所说的这些CAD自带功能进行平面图、双线图等的绘制外，相关设计人员还开发了与CAD兼容的一些嵌入式小程序，可以生成电路图及配线图，进行工程数量统计等，大大提高了工作效率。

铁路信号设计大致可以分为可行性研究、初步设计和施工设计3个阶段。其中，施工设计直接指导建设施工，是要求最高、最精准的设计。传统基于单机版CAD的铁路信号设计的一般流程如图1所示。

这种基于单机版的CAD进行车站信号设计存在诸多问题。以双线图为例，图中需要画出信号机、转辙机、轨道电路送受电电缆路径、长度、类型和芯数等多项内容，它可以体现出轨道电路的极性交叉，以及变压器箱和电缆盒类型等。一个中等大小车站的双线图就会包含几百条电缆，百余台不同类型的箱盒，上百台转辙机和几十架信号机。如果按照图1所示的流程进行设计，复核者在图中标记的修改内容可能是某根电缆的长度、类型或芯数，也可能是某箱盒的类型等。鉴于一张图纸上如此庞大的信息量，修改标记可能是密密麻麻，描图时漏掉某一项在所难免，而这种遗漏带来的后果不仅是复核者辛苦计算的白白浪费，也影响到图纸的正确性，严重时甚至会威胁到行车安全。

图1 传统的铁路信号设计流程

工程设计中还经常会出现另一种情况：图纸在由复核者校核时，设计者突然发现原设计中有某处错误，于是就直接在自己手中的图中进行修改，尤其是参与设计、复核的人员较多时的项目，这种同时设计、复核的情况时有发生，这样复核者面对的图纸就不是最终的设计图，很容易引起图纸版本的混乱。

除此之外，专人进行描图浪费了大量人力，打印动辄上百张的信号图纸，浪费了大量的物力和时间，设计者、复核者和描图者之间的流转对接也大大降低了设计效率。设计完成之后，将最终的图纸打印出来送给审核人员进行审核，此过程还可能会造成设计人员异地往返，增大设计成本。

由此可见，改变信号设计流程，提出一种新的设计思想迫在眉睫。

2 基于网络的CAD协同设计研究

2．1 国内外研究现状

国外对基于网络的CAD协同设计进行了较多的研究。其中，达索系统 （Dassault Systemes S．A）下的SolidWorks子公司开发的Blue Print Now在线DWG文件编辑器，能够打开和编辑DWG文件。德国的WSCAD采用可扩展标记语言（XML，eXtensible Markup Language）在客户端与服务器之间进行数据交换，从而高效地实现了分布式协同CAD系统。美国Old Dominionda大学开发的JCT （Java Collaborator Toolset），可以把单用户应用程序扩展为多用户界面的应用程序，从而达到 “透明协同 （Transparent collaboration）”的效果。

国内在该方面的研究也取得了一些成果。其中，清华大学开发的基于Internet的网络化协同设计支持系统——CoDesignSpace，提供了一个可以用于异地协同设计的虚拟平台，实现信息、过程和技术的三方面集成。西安交通大学计算机集成制造系统 （CIMS）研究所构建的远程工作原型系统，成功解决了远程设计中用户进行设计工具共享的问题。中国科技大学的周自强等人利用超文本传输协议 （HTTP）实现了CAD网络化的系统设计架构，它具备完善的分层式结构和基于优先权设计的协同设计策略。由于其解决冲突的协商机制不够完善，同时缺乏对其他CAD和DWG文件的兼容性，李剑又提出了基于 Web的 Web CAD系统，该系统采用B／S结构，提供了一个异地协同设计平台。

2．2 基于网络的CAD仍存在的问题

Blue Print Now协同功能欠缺，并且用户只有连接SolidWorks服务器才能使用。WSCAD只支持其系统内部的数据交互，而缺乏对其他CAD系统和DWG文件的兼容性。国内的基于网络的CAD协同设计软件仍处在高校和研究院 （所）开发阶段，仍有大量的技术问题需要解决。

3 基于网络的CAD在铁路信号设计中的可行性分析

采用基于网络的CAD进行铁路信号协同设计，将可以登录进行数据修改的人员分为4种：系统管理员、设计人员、复核人员和审查人员。其中，系统管理员拥有为每个项目添加团队人员，分配角色的权限；设计人员有权对所负责的项目进行图纸的创建、修改和删除；复核人员有查看和修改的权限；审查人员是各个生产室 （所）、处、院领导，他们可以查看所有项目，但只能填写审查意见，而不能修改任何数据。

使用基于网络的CAD进行铁路信号协同设计的流程如图2所示。设计任务首先下达给系统管理人员和设计者，系统管理员为该项目分配人员及其角色后，设计者登录进行图纸的创建。所有图纸创建完成，由复核者1和复核者2登录，查看图纸，若发现错误，则直接进行修改。与此同时，设计人员如果发现图纸存在问题也可以登录进行修改。复核完成之后，设计者只需要对修改内容进行逐条确认即可完成修改。这样既保证了网络版CAD中的图纸始终处于最新状态，又省去了描图环节。最后，审核人员登陆查看图纸，进行审核。

图2 基于网络的CAD协同设计流程

根据以上设计流程，基于网络的CAD协同设计需要实现协同图像管理和协同流程管理二大基本功能。协同图像管理负责实现平台或系统间信息的传输，异地设计人员、设计与审核人员的在线沟通、设计及审批流程的定制，安全制度定制以及图档的异地存储；协同流程管理负责为项目管理者提供设计进度等信息，以便更好地进行设计流程的控制。每个客户端可采用如图3所示流程进行数据处理。

图3 CAD协同设计信息处理流程

通过设计相应的网络接口服务器实现不同用户之间的数据交互；数据解释器一方面对接口传递的数据进行处理、发送到状态群接口，另一方面对来自状态群接口的本机指令进行处理，通过网络接口器上传到服务器主机；状态群接口对数据解释器传出的信息和本机的操作指令进行处理，传递给动作集成器；最后，动作集成器将来自状态群接口的信息转换成Auto CAD命令流，由Auto CAD内核进行执行。

通过在服务器端建立数据库，对每个客户端的操作进行记录和相关日志的存储，方便日后进行追责。

4 结论

通过探讨单机版CAD与基于网络的CAD在铁路信号设计中的应用现状及可行性分析，可得到如下结论：

1．采用单机版CAD进行铁路信号设计将造成资源浪费，增加设计成本，需要研究新的铁路信号设计方法。

2．若采用基于网络版CAD进行铁路信号设计可以提高设计效率，方便设计图纸的审核与修改，从而增强企业竞争力。

3．由于我国基于网络版CAD尚属于研发阶段，因此将其应用在铁路信号设计中还需继续研究。

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