試論計算機(jī)輔助電氣設(shè)計的應(yīng)用

宋慧姝

【摘 要】計算機(jī)輔助電氣設(shè)計是指利用計算機(jī)輔助軟件解決專業(yè)電氣設(shè)計問題，具有高效率、高質(zhì)量等優(yōu)勢，而且方便修改和優(yōu)化與計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件。文章分析計算機(jī)輔助電氣設(shè)計應(yīng)用的發(fā)展趨勢，并探討其在不同場景中的應(yīng)用，包括電力系統(tǒng)設(shè)計、建筑電氣設(shè)計、發(fā)電廠電氣設(shè)計等。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī);輔助設(shè)計;電氣設(shè)計

【中圖分類號】TM63;TM76 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）03-0171-02

0 引言

在計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展的環(huán)境下，計算機(jī)輔助設(shè)計在許多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。計算機(jī)輔助電氣設(shè)計可以解決電氣工程線路設(shè)計復(fù)雜、結(jié)構(gòu)優(yōu)化耗時長等問題。目前，在電力系統(tǒng)設(shè)計、電氣回路設(shè)計、控制電氣設(shè)計等方面，計算機(jī)輔助電氣設(shè)計都得到了應(yīng)用，因此有必要對其具體應(yīng)用進(jìn)行研究，以期提升電氣設(shè)計水平。

1 計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件的應(yīng)用

1.1 電氣CAD軟件的應(yīng)用

電氣CAD軟件，即行業(yè)應(yīng)用最廣泛的AutoCAD軟件，利用該軟件進(jìn)行計算機(jī)輔助電氣設(shè)計，具有較高的通用性，其對計算機(jī)輔助電氣設(shè)計的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。目前，國內(nèi)電力工程采用的電氣CAD軟件基本都是通過對AutoCAD R14或AutoCAD 2000版本進(jìn)行改進(jìn)得到的。從事此方面研究的機(jī)構(gòu)包括中建科學(xué)研究院計算機(jī)中心、北京華遠(yuǎn)軟件公司等，它們不斷推出新的技術(shù)產(chǎn)品，市面上成熟的計算機(jī)輔助軟件越來越多，雖然在功能上有所差別，但基本都能夠滿足計算機(jī)輔助電氣設(shè)計的需求。比如，Priomis.e是一款應(yīng)用較多的計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件，基于AutoCAD開發(fā)，最早是為了支持電子控制系統(tǒng)的設(shè)計。該軟件在SQL工程數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上運行，專業(yè)設(shè)計人員可以利用其編制元器件數(shù)據(jù)庫，完成標(biāo)準(zhǔn)報表設(shè)計等工作，使用較為方便。

1.2 智能化專家系統(tǒng)的應(yīng)用

智能化專家系統(tǒng)（EES）是目前較為先進(jìn)的一款計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件，多作為大型智能化電氣工程的專用設(shè)計軟件。EES系統(tǒng)的優(yōu)點是沒有命令、操作步驟等方面的限制，可以為電氣設(shè)計的繪圖、標(biāo)注、計算、校驗、統(tǒng)計等一系列操作提供支持。通過應(yīng)用EES系統(tǒng)輔助電氣設(shè)計，不僅能夠提高設(shè)計效率，而且有助于優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量。比如，在配電系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要根據(jù)負(fù)荷計算結(jié)果選擇變壓器型號、配置無功補(bǔ)償設(shè)備，并完成配電元器件的整定和校驗等工作。這些過程都可以由EES系統(tǒng)完成，得出的設(shè)計方案不僅能夠滿足線路保護(hù)方面的要求，還能夠保證末端電壓水平符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。隨著計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件功能和性能的不斷完善，其在電氣工程設(shè)計中的應(yīng)用能夠發(fā)揮出更重要的作用。

2 計算機(jī)輔助電氣設(shè)計的應(yīng)用發(fā)展方向

2.1 目前存在的不足

近年來，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)在大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等的帶動下，得到較快發(fā)展，輔助設(shè)計軟件的功能越來越強(qiáng)大。但是這些創(chuàng)新應(yīng)用成果還沒有完全體現(xiàn)在計算機(jī)輔助電氣設(shè)計方面，計算機(jī)輔助電氣設(shè)計的技術(shù)水平還有較大的提升空間。許多電氣工程師在長期的工作實踐過程中，對傳統(tǒng)設(shè)計模式的依賴性較高。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，要求電氣工程師具備一定的信息化操作水平，由于電氣設(shè)計人員自身缺乏對計算機(jī)輔助設(shè)計應(yīng)用的關(guān)注，或缺乏實際操作能力，導(dǎo)致計算機(jī)輔助電氣設(shè)計難以發(fā)揮作用。此外，目前市面上較為成熟的計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件仍以國外產(chǎn)品居多，或是從國外成熟軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行移植的，許多軟件的操作界面為全英文界面，為其實際應(yīng)用增加了阻礙。

2.2 未來發(fā)展方向

針對計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件的實際應(yīng)用問題，在其未來發(fā)展過程中，加強(qiáng)自主技術(shù)產(chǎn)品的研究是一種必然趨勢。我國相關(guān)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)在此方面投入了大量的人力和物力，電氣工程發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，只有不斷采用新的技術(shù)與手段，才能提升電氣工程建設(shè)水平。對于計算機(jī)輔助電氣設(shè)計的自身發(fā)展而言，其軟件功能也有待進(jìn)一步完善，而且在功能界面設(shè)計方面，會更加注重人性化設(shè)計，方便使用人員操作，從而提升設(shè)計效率。隨著計算機(jī)輔助電氣設(shè)計技術(shù)的逐漸成熟，其功能優(yōu)勢將逐漸展現(xiàn)，并在實際的電氣設(shè)計工作中得到更多的應(yīng)用。電氣設(shè)計人員應(yīng)明確這種發(fā)展趨勢，主動彌補(bǔ)自身專業(yè)技能上的欠缺，推動計算機(jī)輔助電氣設(shè)計的應(yīng)用與推廣。

3 計算機(jī)輔助電氣設(shè)計在不同場景中的應(yīng)用

3.1 在電力系統(tǒng)電氣設(shè)計中的應(yīng)用

從計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件在不同場景中的具體應(yīng)用情況來看，在電力系統(tǒng)設(shè)計方面，計算機(jī)輔助電氣設(shè)計能夠解決變電站設(shè)計、線路設(shè)計等方面的難點問題。在電力工程中，變電站和輸電線路設(shè)計受實際環(huán)境影響較大，許多輸電線路的沿線區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，在桿塔設(shè)計過程中，需要考慮承重、應(yīng)力和牢固性等方面的問題，得出的設(shè)計方案需要克服實際環(huán)境條件的阻礙，滿足施工技術(shù)規(guī)范的要求。利用計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計，可以全面反映工程施工、材料等方面的信息，用圖表等可視化形式進(jìn)行展示，也能為施工過程提供較為全面的指導(dǎo)。

計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件發(fā)揮的具體作用包括以下幾個方面：{1}材料統(tǒng)計功能，在設(shè)計過程中，自動生成材料報表，可即時進(jìn)行瀏覽和打印;{2}實時查詢功能，對材料使用位置、設(shè)備連接情況等進(jìn)行實時查詢，根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行動態(tài)修改;{3}電力通道仿真功能，在遇到電纜穿過已有電力通道時，可模擬電纜鋪設(shè)過程，反映有無剩余通道等信息，并完成碰撞檢測工作;{4}合規(guī)性檢測功能，在設(shè)計過程中，由系統(tǒng)自動提示不滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范的部分，比如安全距離不足、電力走廊遇到障礙等。在這些輔助設(shè)計功能的支持下，設(shè)計人員可以更加高效地完成電力系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)，同時為設(shè)計質(zhì)量提供保障。

3.2 在建筑電氣設(shè)計中的應(yīng)用

與普通電力系統(tǒng)設(shè)計不同，在建筑電氣設(shè)計過程中，還需要確保電氣工程設(shè)計符合建筑的基本情況，確保電氣方案布置的可行性。在以往的建筑電氣設(shè)計過程中，設(shè)計人員為了保證繪圖定位的準(zhǔn)確性，需要緊緊盯著屏幕，頻繁進(jìn)行縮放和修改等操作。目前，許多計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件已經(jīng)提供了動態(tài)模糊操作功能，可以根據(jù)操作時的光標(biāo)停放位置，自動轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)確的定位。全面開放的圖形庫和數(shù)據(jù)庫，也為設(shè)計人員根據(jù)自身習(xí)慣進(jìn)行操作提供了方便。無論是元件圖形、型號、規(guī)格等，都可以滿足設(shè)計人員的使用習(xí)慣，而且避免出現(xiàn)相互之間參數(shù)不一致的情況。因此，在計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件的應(yīng)用下，能夠明顯降低建筑電氣設(shè)計的難度。

在計算機(jī)輔助建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計過程中，可以隨時調(diào)取建筑設(shè)計參數(shù)，實現(xiàn)電氣設(shè)計專業(yè)與建筑設(shè)計專業(yè)的緊密結(jié)合。當(dāng)電氣設(shè)計部分與建筑設(shè)計發(fā)生沖突時，系統(tǒng)會進(jìn)行提示，并調(diào)用專家知識庫中的解決方案，為設(shè)計人員提供解決思路。在此情況下，能夠保證電氣設(shè)計不會超出建筑設(shè)計的限制條件，出現(xiàn)走線錯誤、位置偏移、施工條件不足等問題。在實際的建筑電氣設(shè)計過程中，電氣設(shè)計和建筑設(shè)計專業(yè)的設(shè)計活動都是分開進(jìn)行的，所以容易出現(xiàn)沖突。計算機(jī)輔助軟件的應(yīng)用解決了這一基本問題，為雙方設(shè)計人員提供了一個直接溝通對話的機(jī)制，實現(xiàn)不同設(shè)計專業(yè)的信息共享和方案組合優(yōu)化。計算機(jī)輔助建筑電氣設(shè)計也是電氣設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展較快的部分，目前已經(jīng)基本實現(xiàn)了三維輔助設(shè)計，功能更加完善，可以真實再現(xiàn)設(shè)計方案的三維立體效果。

3.3 在發(fā)電廠電氣設(shè)計中的應(yīng)用

發(fā)電廠電氣設(shè)計也是計算機(jī)輔助電氣設(shè)計應(yīng)用的一個常規(guī)場景，隨著發(fā)電市場的發(fā)展和完善，發(fā)電企業(yè)對工程建設(shè)的成本核算要求越來越高。設(shè)計人員需要同時考慮工程設(shè)計的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性，在經(jīng)濟(jì)受限的條件下，推出精品設(shè)計方案。從這一角度來看，計算機(jī)輔助電氣設(shè)計為推動發(fā)電廠電氣專業(yè)設(shè)計的發(fā)展提供了有力支持，解決了市場發(fā)展過程中遇到的實際問題。在傳統(tǒng)的發(fā)電廠電氣設(shè)計中，手工電纜敷設(shè)主要面臨全場分區(qū)編號及區(qū)域內(nèi)節(jié)點編號等問題，由于工作量很大，所以容易出現(xiàn)重復(fù)編號或漏編的情況。由計算機(jī)輔助軟件完成此類工作，可以減少人工失誤，提高設(shè)計效率。在全場設(shè)備和橋架的電纜通道設(shè)計過程中，需要詳細(xì)掌握設(shè)備布置空間的三維坐標(biāo)情況，在傳統(tǒng)設(shè)計方式下，無論是坐標(biāo)采集還是標(biāo)注，都較為繁瑣，錯誤率也較高。計算機(jī)輔助電氣設(shè)計軟件的應(yīng)用同樣能夠解決這方面的問題，將設(shè)備三維空間定位做到精確化。

總體來看，計算機(jī)輔助電氣設(shè)備在發(fā)電廠電氣設(shè)計中具有多方面的應(yīng)用優(yōu)勢，在設(shè)計過程中，區(qū)域設(shè)置、編號、路徑敷設(shè)和數(shù)據(jù)生成均由系統(tǒng)自動完成，并以三維可視化的方式進(jìn)行展示，能夠有效減少現(xiàn)場增補(bǔ)電纜的情況。而且計算機(jī)輔助軟件的應(yīng)用極大地減輕了設(shè)計人員重復(fù)工作量，使其可以將更多的時間和精力投入到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面。最重要的是，采用這種設(shè)計方式能夠有效控制設(shè)計偏差，幫助電氣工程減少成本損失，設(shè)計周期也能縮短，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

綜上所述，計算機(jī)輔助電氣設(shè)計將成為電氣設(shè)計領(lǐng)域的一種必然發(fā)展趨勢，通過應(yīng)用各種先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，可以代替人工操作完成基礎(chǔ)性的設(shè)計任務(wù)。在不同場景的應(yīng)用過程中，計算機(jī)輔助電氣設(shè)計都能夠提升設(shè)計效率，保證設(shè)計質(zhì)量，同時能降低工程建設(shè)成本。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]