基于仿真的电气专业化协同设计工具的开发及应用

姚海兰+郭玉亮+王丽娟+王丽丽+宫洪磊

摘 要：本文介绍了轨道车辆基于仿真的电气专业化协同设计系统的开发及应用情况。该系统通过实时动态解析初步电气电路图文件，获取仿真数据，并进行电气控制电路仿真和逻辑验证，在仿真验证的基础上实现电气参数计算、元件选型、选型校验等功能，实现了电路图仿真指导电路图逻辑设计，实现了元器件选型过程自动化，规范电气设计，减少设计错误，提高设计效率。

关键词：电气协同设计；电路仿真；逻辑验证；自动化选型

中图分类号：TP391 文献标识码：A

0.背景

城市轨道交通以其高效、安全、可靠、环保的特点近年来在我国许多大中城市获得迅猛的发展，新的机遇要求全新动车组、城轨车设计周期短，随着公司精益化管理已经成为提高企业核心竞争力的重要手段，随着公司研发平台精益化，传统的电气设计工具存在以下问题，如设计不规范，设计控制缺失，工具间集成性差，参数元器件选型体外进行，因此需梳理电气设计流程，建立基于仿真的电气设计专用工具，实现电气设计合理化、规范化、高效率。

1.系统总体方案

基于仿真的电气专业化协同设计工具基于电气系统的数字化开发及仿真平台，围绕电气设计流程和方法，开发较为智能的元器件选型模块，建立及完善电气元器件库等，规范电气设计。本系统主要利用电气设计工具模板元器件库绘制初步电气原理图，通过实时动态解析初步电气电路图文件，获取仿真数据，实现黑盒设备基本逻辑的可视化编辑、编译和集成接口，并进行电气控制电路仿真和逻辑验证，在仿真验证的基础上实现电气参数计算、元件选型、选型校验等功能，并将电气设计工具输出数据存入电气项目数据管理系统，系统功能构架图如图1所示。

系统功能分为电路图数据解析功能、电路图仿真功能、逻辑验证功能、设备选型功能、选型校验功能和其他功能等六部分。

2.系统功能实现

基于仿真的电气专业化协同设计工具的建设，针对电气设计流程及特点，通过实时动态解析E3电路图文件，获取仿真数据，实现黑盒设备基本逻辑的可视化编辑、编译和集成接口，实现了电气控制电路仿真和逻辑验证，在仿真验证的基础上实现电气参数计算、元器件选型、选型校验功能，且按照标准建立元件库，按照各类元件选型规则，建立各类元件属性表，为选型参数的录入和元件选型提供基础。最后将电气设计工具输出数据存入电气项目数据管理系统。

2.1 电路图解析功能

此功能主要实现电路图文件解析、解析数据修正和黑盒设备逻辑设计。针对设计师对解析实时性需求，将解析功能分为文件解析和实时解析两部分，分别实现整个文件初始解析和对电路图修改的实时解析；解析数据修正主要针对动态符号绘制的设备（主要是多档开关等）和继电器类型等无法通过解析确定的部分进行人工设置，以及负载参数的批量导出/导入；提供黑盒设备的逻辑开发工具。

2.2 电路图仿真功能

此功能在电路图数据解析功能的基础上对电气控制电路进行仿真，实现与E3软件的交互，可通过E3软件对仿真状态进行设置，并将仿真结果显示在电路图中。通过电路图仿真结果，验证电路图设计逻辑的正确性，规范指导电路图过程设计。

2.3 元器件选型功能

分析各类元器件基本选型规则，并固化于选型工具后台，工具自动获取电路中工作电压、断路器、接触器开闭数等参数，部分参数由设计师确认并可修改，选型过程中，根据电路导通情况、电压、负载功率和功率系数等计算电路中的电流值，各种参数为元器件选型提供依据，保证选型过程自动化，灵活性、规范化、正确性。此功能实现了接触器、继电器、断路器、线缆以及端子等元件的自动选型选型，并支持选型功能的可扩展性。

2.4 选型校验功能

此功能在电路图仿真基础上计算电路中的电流值，依据选型规则，对电路图中元器件选型进行校验，并输出校验结果。

2.5 元件库建立

2.5.1 元件库建立

按照各类元件选型规则，建立各类元件属性表，为选型参数的录入和元件选型提供基础。符号图形的建立按照电气简图用图形符号标准GB/T4728—2005执行。唐车元件库以模板元器件库为基准建立，增加选型参数录入信息及物料信息，当执行元件选型替换后，只是将唐车元件库中元件的属性提取出来赋予模板元器件中的元件符号，从而实现了元件图形与属性分离。

2.5.2 元件库参数管理

重新设计E3元件库结构，实现元件图形与属性分离，元件通过参阅各厂家元器件技术样本，将选型所需参数录入数据库，实现了元件属性管理、校验工具；完成录入元件参数、属性等。

3.系统应用效果

目前，公司应用基于仿真的电气专业化协同设计系统的轨道车辆产品包括城轨城际、高速动车组各四个项目，通过电路图仿真及逻辑验证，减少了人工设计错误，通过元器件选型功能，实现了选型过程自动化，实现了机械设计数据及电气设计数据的统一管理，规范了电气设计流程，提高了产品研发效率，提升设计质量，逐步实现数据标准化、结构标准化及流程标准化。

结语

本文以电气设计流程为导向，信息化技术及电路图仿真为手段，建立了基于仿真的电气专业化协同设计系统，实现了电路图仿真指导电路图逻辑设计，实现了选型过程自动化，设计过程规范化。解决了设计不规范，设计控制缺失，工具间集成性差，参数元器件选型体外进行等问题，遵循了客户导向思维的公司理念，逐步实现研发平台精益化。

参考文献

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