基于企业信息化管理的电气设计协同平台构建

（中车长春轨道客车股份有限公司研发综合管理部，130062，长春∥工程师）

基于企业信息化管理的电气设计协同平台构建

周勇志

（中车长春轨道客车股份有限公司研发综合管理部，130062，长春∥工程师）

电气设计过程管理体系的建设是提升产品研发体系的重要组成环节，能直接反映出企业设计水平和信息化建设水平。通过对国内相关企业现状的调研分析，并结合企业现有信息化手段，对企业的整体电气设计模式进行梳理，从基础物料管理、过程协同管理、设计数据管理、设计变更管理、设计质量管理等方面进行分析论证，构建了一套基于企业信息化管理的电气设计协同平台架构体系。

企业信息化管理；电气设计；协同平台

Author′saddressCRRC Changchun Railway Vehicles Co．，Ltd．，130062，Changchun，China

装备制造企业的电气设计具有协同环节多、交互数据量大、数据关联性强、变更频繁、设计成果标的种类繁多等特点，存在协同难、交互难、管理难、归档难等系列问题，致使电气设计过程难以协同和管理，不仅容易产生高昂的设计成本，同时存在数据安全隐患，成为困扰大多数装备制造企业的一大难题。本文以轨道交通装备制造企业为研究对象，基于企业的产品生命周期管理（PLM）系统框架，以契合目前的设计模式、沿用设计工具、继承历史数据为原则，研究并建立一套针对电气设计过程的管理体系（见图1），这对于我国装备制造企业向“工业4．0”转型及实现“中国制造2025”目标都具有现实意义。

图1 电气设计过程管理体系

1 电气设计现状分析

我国轨道交通装备制造企业通过对国外先进技术的多年探索研究与消化吸收，对高速动车组电气设计已经形成了固化的设计流程和设计规范，适用于轨道车辆产品的全新设计和复用设计两种电气设计模式。但随着客户需求向个性化和多样性发展，特别是在产品交付周期缩短的趋势下，现有设计模式也凸显出在数据管理、流程管理、变更管理及协同设计等方面的诸多管理问题。

现有电气设计模式可大致分为方案设计、原理设计、接线设计、路由设计4个阶段。由于各阶段设计工具和管理系统均不相同，因此，各阶段输出物格式也不同，导致产生以下问题：设计数据传递性和沿用性不强，数据需要依靠手动重复录入；设计数据缺少统一知识库的支撑，造成设计数据不对称，需要依靠人为反复校核；没有结构化设计数据，无法统一进行版本管理；过程交互数据没有保存，往往无法追溯。

其中路由设计过程则更加繁复。线束的路由设计往往处在整个电气设计阶段的后期，其需要的输入数据往往是多设计阶段、多专业和多学科的，如布线设计方案、接线设计线束表、设备布置图、电气结构图等。在此基础上展开的线束路由设计工作，有时往往前端设计的一个微小变更，就会对路由设计阶段工作造成巨大的影响，造成很多不必要的重复劳动，严重制约了设计效率。

此外，现有的产品自技术引进以来，已经存在多种平台化产品，但是这些平台产品中各个设计环节对应的设计数据无专业的电气设计平台系统进行储存和管理。

综合目前电气设计的现状（见图2），需要尽快通过信息化的手段来建立电气设计协同平台，将各设计阶段数据流打通，建立结构化数据库，使各环节在输入和输出设计数据方面实现无缝交互和集中化平台管理，同时将设计过程数据及变更数据通过电气设计协同平台进行管理和调用，并直接支持后续工作的完成，最大程度地确保数据的可追溯性与复用性。

图2 电气设计现状

2 电气设计协同平台

2．1 整体构架

作为“中国制造2025”中10个优先重点发展领域之一的轨道交通装备制造，如何能够从电气设计的角度来实现产品创新，首先需要把电气工程师从繁琐低效的设计模式中解放出来，需要提供大量的数据帮助工程师进行既有产品功能分析，让工程师能够通过创新设计来提升产品的市场竞争力。

构建电气设计协同平台（见图3），目标是将目前电气设计过程中的瓶颈问题进行整理与解决，实现在平台下对电气设计过程的各类基础数据（标准符号、规范化元件、标准化回路、标准功能模块、平台基础项目等）、设计数据（各阶段的相关数据、图纸及各类统计报表、外部参考文档或项目等）、数据接口（PLM、制造执行、仿真等）、设计任务、设计需求及变更等进行高效、安全、统一的管理。

图3 电气设计协同平台整体构架

在此基础上，实现平台下电气设计过程中各类数据的集中共享，通过部门分工、人员权限及流程管控，确保设计数据的安全性以及团队成员各类信息推送的及时性。此外，平台要能够自动记录各类相关操作，如设计任务规划、人力资源调配、执行状态反馈、任务计划跟踪及项目主控板公示等，便于设计人员对整个项目的状态了然于心。

电气设计协同平台需要结合信息化手段进行建设，需要采用优化设计方式方法，通过模块化设计模式来实现电气设计智能化，为智能制造提供完整的基础数据。另外，通过对电气设计协同平台的维护，保持平台在运行过程中对后台数据的多维度性，为企业后期的大数据应用提供电气部分的有效支持，支撑企业未来对于客户需求的把控分析、产品预先服务支持及产品元件优化统型等需求。

电气设计协同平台不仅着眼于企业内部需求，还要响应“中国制造2025”对制造型企业的要求，与整个产品外协企业一起实现信息共享与异地协同设计，共同打造现代轨道交通设备制造产业链。

2．2 基础数据管理

基础数据管理是整个电气设计协同平台的核心之一，设计人员在电气设计的整个过程中所使用的基础要素都需要从这里获取。基础数据管理要实现在众多电气设计历史项目中快速整理并形成平台下的电气标准件数据，对电气设计过程中需要的各类符号、报表、器件等进行规范并完善，逐步形成电气专业集中共享的标准件数据库。标准件数据库包含准确的各类电气参数信息、安装尺寸信息以及用于采购和形成BOM的物料编码等，不仅如此，还要包括器件或部件的结构化信息，及其在不同类型图纸中对应的各类标准化符号。

设计人员在各设计阶段可以对标准件数据库的基础数据进行快速查询、预览与项目调用。数据库的维护工作即对元件、符号等的增、删、改等由专人负责，通过平台的协同功能发布更新信息。

2．3 车型平台规范化

目前大多数轨道交通车辆制造企业现有的基础车型平台复杂多样，涵盖多种铁路与城市轨道交通的各类车型，设计工具与设计模式也存在较大差异，因此，需对车辆电气功能组编号、位置区域编号、器件编号、线号编号以及图纸编号等进行规范统一，设计图纸的构图风格及报表格式等差异也需要进行梳理和规范统一。

电气设计协同平台的建设需要从专业角度将繁杂的车型平台进行整合，完善现有的企业规范，并确保电气设计协同平台下的各车型制造平台项目数据规范一致，方便工程师在后期的数据应用。

各车型平台的电气项目目前已基本形成功能组与位置区域，各类图纸能够按照功能和区域的划分进行设计绘制，已经初步形成了模块化应用，但是还需要继续对现有的功能与区域进行细化。特别是对于常用的基础回路、可替换回路、用户可选功能回路及可替换元件等需要进行梳理并进行新模块定义，将基础项目拓展成为包含多种可选功能的复合型项目，使设计人员可以在设计协同平台下对该车型项目进行基础功能模块和可选功能模块查阅。不仅如此，完成各平台车型的规范化后，还可以考虑跨车型平台的功能对比分析，为后续通用模块化的推行提供可视化的数据分析基础。

2．4 设计数据管理

电气设计协同平台负责对既有车型的电气相关数据按照设计阶段及专业进行统一分类管理，按照纵向车型平台及衍生项目的模式，以及横向电气功能模块的方式对项目包含的功能组、子功能模块、位置区域、设备器件、图纸、报表及接口数据等进行梳理和管理，并对存档项目下的各子项进行版本控制。

设计人员可以对车型平台、订单代码、功能组模块、位置区域、设备器件及线号等历史数据进行查询及下载引用。电气设计协同平台支持对项目下图纸的在线预览，帮助用户直观快速了解模块或区域的相关设计内容。车型平台的复合型项目，数据管理将能够支持按照功能及子模块、位置区域或设备器件等配置选项进行定义，快速帮助设计人员自动按照客户需求完成由复合型项目向生产型项目的转换工作，并自动更新后端部门所需的相关文档。设计人员仅对客户个性化并且没有在复合型项目中出现过的部分进行子项目设计，子项目亦可快速同步至复合型项目中，便于下一次新项目的引用。

2．5 知识库管理

目前在各类电气设计项目执行过程中已经形成了各类专业规范，也积累了许多应用设计经验，但这些规范或经验等信息仅仅是通过网络共享硬盘等零散保存。因此，电气设计协同平台下的知识库管理也非常重要，要能够帮助设计人员更好地组织信息和分享信息，使用及提供搜寻功能，形成研发部门的共享文化、团队文化和学习文化，帮助设计人员破除传统的独占观念，加强协作。

知识库需要包含各种电气设计专业规范与标准，同时需要激励设计人员将自己的宝贵经验进行分享，电气设计协同平台可以对这些“金点子”进行打分和评价，并能够直接进行收藏和转发。对于电气设计团队的专家，也可以通过该平台将他们的设计经验进行传递和转换，使设计人员可以通过问答系统来获得专家的快速回复，并通过企业信息化平台进行共享推送，其他设计人员也可以根据词条快速查找到自己需要的设计资源及关联信息。知识库的管理模型见图4。

图4 知识库管理模型

2．6 设计任务管理

由于企业电气研发部门人员众多，通常设计任务都是通过多人协作的模式来完成的。对于新项目的分配落实与跟踪都是通过逐级“人盯人”的方式进行追踪管理。在电气设计协同平台下，项目发起人或电气项目经理可通过自顶向下逐级分解的模式，将完整车型设计任务分解成带层次的各项子任务，形成可以并行设计的子项目。

项目负责人员在平台下可以对分解后的各子项目，定义参与人员和起止时间，查阅任务执行状态，完成相关数据及文件的上传与下载，并可直接进行通知发放操作，最终形成串并联的任务执行图。项目经理可以快速查看当前各个子项目的执行状态，通过平台自动统计人员的执行时间（见图5）。

图5 设计任务管理界面

依据精细化管理理念，平台的设计任务管理功能可帮助企业实现目标细分及任务细分、流程细分，并将逐步向精确计划与精确考核的可量化方向发展。这个任务管理面板就像个光荣榜一样，记录各个员工的成绩，可以通过它排出员工在各设计阶段的各种排名，充分调动员工的积极性。这样的透明化管理方式将直接展现员工的自我价值，能够让团队所有人员受到公正的评价与激励。

2．7 设计过程管理

在现有模式下后端开展设计时，存在较多的重复工作与数据的不一致性，因此，必须打通系统到原理到接线到布线的设计数据推送与接收接口，实现各环节间的数据无缝推送，使得设计数据具备安全性、完整性、继承性等特点，确保设计过程的高效开展。

基于设计数据管理思路，开辟设计协同工作区，对电气设计各环节过程数据进行统一管理。基于设计任务管理思路，平台可以与企业内部的通讯工具进行集成，在本环节设计任务完成后直接进行任务推送，并自动接收由上一环节推送的数据及任务包（见图6）。

图6 设计过程管理构架

2．8 设计变更管理

在电气设计协同平台下，各个设计阶段对应的设计输出都需要进行严格的版本控制，并对本阶段的设计状态进行快照冻结。对新项目的改版，可通过流程管控启动对冻结项目的在线编辑。各部门图纸在变更升版过程中，自动启动平台的版本差异输出单，详细记录本部门电气数据的相关变化，同时，为确保项目能够回滚，升版过程要确保改动前的项目可自动保存。

各环节的变更内容将作为变更信息报文，推送给项目团队的各相关人员。对于差异报文中与设计关联的部分，协同平台可以对这些变更内容进行差异对比和同步，减少设计人员的人工修改工作。变更执行完毕后，系统可以自动输出该环节的差异单，并保存用户回滚的子项目数据。

2．9 智能化电气设计

通过车型平台基础数据规范整理与复合型项目数据的录入，未来的电气设计模式可以参考在协同平台中导入的对客户提供的标准化功能模块，这些项目对应的模块可以快速与平台下的复合型项目构成匹配。复合型项目可以通过用户的选择进行自行配置，无须设计人员进行重复选择。协同平台依据配置自动将复合型项目快速创建，输出独立的用户定制产品项目生产数据，并作为和产品唯一对应的售后服务文档。

项目中其他电气元件的选择，也可以通过用户对型号或价格的要求来指定可替代的电气元件，BOM等报表数据可以即时自动更新。已完成设计的项目数据，可以继续提供给后续的测试平台、车间制造执行系统及裁线打号机。通过对协同平台后台的大数据挖掘，还可持续提升后端的设计与生产效率。

由于目前一些企业车型平台的电气图纸构图风格存在差异，项目结构和命名编码体系等也存在差异，需要首先对这些分歧点进行统一和标准化处理，减少设计人员对不同车型平台所造产品的数据维护工作，为后续电气模块化设计扫清障碍，最终实现智能化电气设计（见图7）。

图7 电气设计协同平台目标规划

3 结语

为了验证电气设计协同平台的可建造性，目前已经在相关企业电气对接线设计环节及路由设计环节进行了数据提取分析及流程优化测试研究。测试分析结果表明，对于路由设计需要的基础数据，可以通过其后台的数据库文件提取至路由设计的SQL server数据库中，协助线缆路由设计工程师快速开展布线设计工作，由此提高路由设计效率，增强设计数据的交互传递。

在电气设计协同平台下，可对基于方案设计的布局图进行文本识别分析，并直接调用CAD图纸环境进行线束路由设计，且路由设计数据可由CAD图形进行导航（见图8）。另外，可以直接读取各电气子系统设计数据，并进行整合及版本差异分析；工艺部门可在平台内在线直接打开图纸数据库对路由数据进行分析及修正反馈，可根据线缆路由数据，自动分析、汇总及统计线束长度并保存。

将设计各个阶段的设计输出及过程数据进行提取，并统一在电气设计协同平台进行信息共享，通过平台及PLM的流程管控，让各个环节的设计人员都能够从数据的流转中及时获取项目信息，势必能够使企业整体电气设计水平有较大的提升。电气设计协同平台有着广泛的业务需求和应用前景，值得继续深入研究并应用推广。

图8 路由协同设计流程

［1］ 田峰．精益研发2．0：面向中国制造2025的工业开发［M］．北京：机械工业出版社，2016．

［2］ ANUMBA C J，KAMARA J M．Concurrent Engineering in Construction Projects［M］．London：Routledge，2006．

［3］ 路庸祥，周济．中国制造2025重点领域技术路线图［M／OL］．（2015－03－01）［2016－07－14］http：∥www．wtoutiao．com．

Design of New Electrical Coordination Platform Based on Enterprise Informatization Management

ZHOU Yongzhi

Electrical design process management system is a key of lean development system，which directly affects the entire informatization and design level of an enterprise．Through investigation of current rail transit design situation in China，and combined with the means of enterprise informatization technology，the electrical integrated design patterns of enterprises，including the basic component management，concurrent engineering management，design data management，changing process management and design quality management are analyzed and verified，in order to build up a coordination platform for electrical design based on the lean development of the system engineering methodology．

enterprise informatization management；electrical design；coordination platform

U270．2

10．16037／j．1007－869x．2017．02．029

2016－09－18）