CN109923564A - 用于计算机辅助设计技术系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于计算机辅助设计技术系统的方法，本发明涉及一种用于计算机辅助设计技术系统的方法，包括以下步骤：提供多个工程对象，每个工程对象描述技术系统的技术组件并且包括类型，各类型涉及工程对象的功能和该类型属于多个领域中的哪个领域的信息，并且具有包括原理图符号描述、电气行为和电气特性的电气信息；为技术系统提供多个一致性要求，一致性要求包括定义归于一类的对象的对象模式以及所需的对象序列顺序；选择工程对象；通过处理一致性要求，将选择的工程对象和属于选择的工程对象的对象模式的关联工程对象的原理图符号描述放置于设计图上，以按照所需的序列顺序排列选择的工程对象和关联工程对象，从而生成原理图；以及根据一致性要求生成在对象模式的归于一类的所有对象之间的电气连接。

Description

用于计算机辅助设计技术系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于计算机辅助设计技术系统的方法、对应的计算机程序产品、以及用于计算机辅助设计技术系统的系统。

背景技术

在计算机辅助设计技术系统中，不同类别均与技术系统的组件设计相关。下文中，术语技术系统具有广泛的含义，并且涵盖工业设备和技术产品。具体地，技术学科，如机械工程、电气工程、自动化工程和软件工程均涉及技术系统的设计过程。技术系统相对于不同学科的结构通常分别处理，从而导致不同学科中工作的工程师将不同学科特有的结构整合成技术系统的共同设计的高额花费。

存在通过基于不同领域的不同对象来描述技术系统的技术组件的方法。每个对象代表技术组件的数字化表示，并且包括涉及相应领域(诸如上述工程学科)的不同方面。然而，目前还不存在通过使用多领域对象在技术系统设计期间描述不同学科整合的构思。

在设计技术系统的过程中，很大一部分工作是创建精确的电气原理图，使电气详细设计可视化。到目前为止的可视化电气详细设计的原理图是由原理图生成器根据“即发即弃”原则生成的。设计好功能模型后，执行原理图生成器。因此，生成器从模型(如实例具体值和原理图片段)中收集信息，并生成原理图。然而，如上所解释，技术系统相对于不同学科的结构被分别处理，从而导致了变更管理能力差。因此，生成电气原理图是一种单向生成，其中原理图上的更改不能适用于源模型。如果源模型发生变化，则由于输入信息发生变化，必须再次生成可视化电气详细设计的原理图。

发明内容

因此，本发明的一个目的就在于提供一种计算机辅助方法，即使输入信息频繁改变，该方法也能够实现简单有效的设计。

该目的通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求9所述的计算机程序产品和根据权利要求10所述的计算机辅助设计系统来实现。在独立权利要求中限定本发明的优选实施例。

根据本发明的方法，用于计算机辅助设计的方法是一种技术系统，尤其是生产系统或产品工程系统，包括以下步骤：提供多个工程对象，每个工程对象描述技术系统的技术组件并包括类型，各类型涉及工程对象的功能(例如电气、机械或自动化)和该类型属于多个领域中的哪个领域的信息，并且具有包括原理图符号描述、电气行为和电气特性的电气信息。

本发明中涉及的领域可通过任意标准定义，并且优选地指代涉及技术系统的设计过程的学科。学科不限于技术工程学科，而是例如也可以包括关于组织方面的学科。然而，领域通常包括以下技术领域中的一个：

–机械工程；

–电气工程；

–自动化工程；

–系统工程；

–模拟。

提供技术系统的多个一致性要求，其中一致性要求包括定义归于一类的对象的对象模式以及所需的对象序列顺序。总的来说，一致性要求涉及设计技术系统过程中常见的数据。所需的对象序列顺序(即归于一类的对象)决定一种关系，尤其是关于对象的电气连接的关系。该序列可以与多个领域的数据相关，例如机械结构或诸如工业网络分配等自动化相关的属性。

然后，选择工程对象。工程对象的选择可以由设计工程师通过使用图形用户界面、使用例如XML格式的文本文件输入或与其他多学科系统的二进制交换来进行。

通过处理一致性要求，将选择的工程对象和属于选择的工程对象的对象模式的关联工程对象的原理图符号描述放置于设计图上，以按照所需的序列顺序排列选择的工程对象和关联工程对象，从而生成原理图。生成原理图的步骤是计算机辅助的。在该步骤中，通过检索技术系统的预定义的一致性要求，找到与选择的工程对象相关联的工程对象。由于一致性要求不仅定义归于一类的对象，还包含了关于所需的对象序列顺序的信息，所以原理图可以按照所需的工程对象顺序生成。

最后，根据一致性要求，生成在对象模式的归于一类的所有对象之间电气连接。

根据本发明的方法使得多个学科(例如机械、电气和自动化)的工程师在各自的领域中创建设计，并且无需额外的努力就能自动获得这些设计的电气原理图。该方法基于预定义的一致性要求。不需要在选择工程对象后生成电气原理图的手动生成步骤。基于当前的工程数据，电气原理图将只对工程师可用。该方法对于设备的生产工程有用，对于产品工程和需要多学科和利用电气原理图的其他形式的工程也有用。

通过参考一致性要求，如果对象已经改变，则该方法可以在没有用户发明的情况下为定义的模型生成电气原理图的更新。电气原理图随着模型增长而增长，反之亦然，模型随着原理图变化而变化。因此，工程标准均可以被自动应用。它们可以从易于创建的电气原理图中获益。无需重新制定工程标准在具体项目和不同学科中的手动应用。相反，工程师可以专注于进一步开发标准和创建更复杂的一致性要求，从而更加简化工程过程。

技术系统的设计可以在更短的时间内实现。通过避免多个学科之间的不一致以及电气原理图和数据模型之间的不一致，可靠性得以提高。由于工程师能够利用空闲时间来细化和扩展一致性要求，因此即使系统使用时间更长，也会提高节省时间的因素。

在优选的实施例中，工程对象的数量及其类型信息被存储在数据库的模板中。将工程对象的数量及其类型信息存储在模板中有助于进一步重新使用。

该方法将根据其类型识别原理图相关的对象。当新类型被添加到数据库中时，可以确定电气相关性，并且可以添加所需的数据，例如符号描述、电气行为和电气特性。

需要注意的是，模板可以是具有具体一致性要求的多学科模板，当模板在具体项目环境中被重新使用时，这些多学科模板均适用。

在本发明的另一优选实施例中，一致性要求基于至少一种对象类型。此外，一致性要求可具有情境，该情境对于每个一致性要求是唯一的和/或与不同的领域相关。

一致性要求与技术系统中常见的、具有对象模式形式的数据相关。这样，可以确定始终必须一起出现的对象(例如物理装置、软件变量、配置设置或信号)的模式。对象模式是基于对象类型定义的，并确定完成电路需要哪些附加对象。对象模式还捕获所需的物理装置序列的顺序。该顺序还决定了物理装置(即序列连接之前或之后的对象)的连接。序列模式可与多个工程领域的数据相关，例如机械结构或自动化相关的属性。所涉及的通常领域是机械设备工程/产品工程/生产工程，以及产品、设备和生产系统的电气工程/射流技术工程和设备/产品/生产系统的自动化工程。

一致性要求具有决定何时适用的情境。对于每一组一致性要求，情境可以是唯一的，并且与任何学科的工程数据相关，例如机械属性或自动化元件连通性。情境还可与项目结构相关。例如，如果工程数据是用符合EC81346的系统组织的，则一致性要求情境可以确定其仅适用于在功能方面视图中具有明显的“输送机”类型对象的“电机”类型对象。

在本发明的另一个优选实施例中，生成原理图的步骤包括将对象模式的工程对象的原理图符号描述一维或二维地放置在设计图的平面中，或者三维地放置在设计图的空间中。电路顺序的最简单定义是一维的，其中，通常的顺序是从设计图的顶部到底部。还可以有更多的维度，例如平面上的二维分布或空间中的三维分布。

在本发明的另一优选实施例中，工程系统是生产系统或产品工程系统。

在另一个优选实施例中，当用另一个工程对象替换设计图中的工程对象中的一个时，在完成替换过程之后，将再次自动地进行生成原理图和电气连接的步骤。因此，变更管理非常简单，因为只要单个工程对象被其他工程对象替换，就会对原理图进行修改。

除了以上方法之外，本发明也涉及可以直接下载到数字计算机内存中的计算机程序产品，包括在计算机上运行程序时用于执行本发明方法的软件部分。

此外，提出了一种计算机可读介质，该计算机可读介质用由计算机执行的计算机程序进行编码，该计算机程序使得设计技术系统。该计算机程序包括：用于提供多个工程对象的程序代码，每个工程对象描述技术系统的技术组件并包括类型，各类型涉及工程对象的功能和该类型属于多个领域中的哪个领域的信息，并且具有包括原理图符号描述、电气行为和电气特性的电气信息。该计算机程序包括用于提供技术系统的多个一致性要求的程序代码，一致性要求包括定义归于一类的对象的对象模式以及所需的对象序列顺序。该计算机可读介质还包括用于生成原理图的程序代码，该程序代码通过处理一致性要求，将选择的工程对象和属于选择的工程对象的对象模式的关联工程对象的原理图符号描述放置于设计图上，以按照所需的序列顺序排列选择的工程对象和关联工程对象，从而生成原理图。该计算机可读介质包括用于生成电气连接的程序代码，该程序代码根据一致性要求生成在对象模式的归于一类的所有对象之间的电气连接。

根据用于计算机辅助的设计技术系统的系统，该系统包括：第一提供单元，被配置为提供多个工程对象，每个工程对象描述技术系统的技术组件并且包括类型，各类型涉及工程对象的功能和类型属于多个领域中的哪个领域的信息，并且具有包括原理图符号描述、电气行为和电气特性的电气信息；第二提供单元，被配置为提供技术系统的多个一致性要求，一致性要求包括定义归于一类的对象的对象模式以及所需的对象序列顺序；选择单元，被配置为接收选择的工程对象；第一设计单元，被配置为通过处理一致性要求，将选择的工程对象和属于选择的工程对象的对象模式的关联工程对象的原理图符号描述放置于设计图上，以按照所需的序列顺序排列选择的工程对象和关联工程对象，从而生成原理图；以及第二设计单元，被配置为根据一致性要求，生成在对象模式的归于一类的所有对象之间的电气连接。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的原理图创建方法的流程图；

图2示出了用根据本发明的方法产生的电机电路的实例；以及

图3示出了根据本发明实施例的多学科工程系统示例。

具体实施方式

很容易理解，如本文的附图中一般描述和说明的那样，本发明的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如图1至图3所示，本发明的实施例的以下更详细的描述并不旨在限制所要求保护的发明的范围，而仅代表本发明的所选择的实施例。

机电一体化是机械工程、电子工程、控制工程、系统设计工程和计算机工程的协同组合，以创造有用的产品或系统(例如制造或生产系统、产品工程系统或过程工业或消费品系统)。这种跨学科的工程方法尤其支持包含不同学科(例如，数据处理、机械或电子)的混合系统的设计。此外，这种方法使得能够产生更简单、更经济、可靠和通用的系统。这种工程方法的主要概念是机电对象的概念，在本说明书中也称为工程对象。机电对象或工程对象是软件对象，支持面向对象编程和系统开发的范例。

这些工程对象用于多学科工程系统，该多学科工程系统使得多个学科的工程师能够处理公共或连接的数据。例如，工厂设计人员可以与机械工程师、电气工程师和自动化工程师一起为产品装配设计新的生产线。本发明的下述示例性实施例结合的领域(即不同的学科)是用于产品、设备和生产系统的机械设备工程/产品工程/生产工程和电气工程/射流技术工程，以及用于设备/产品/生产系统的自动化工程。

当用户在根据本发明的用于计算机辅助的设计技术系统的系统中输入工程数据时，该系统使用图1所示的方法来确保关于由技术系统的设计产生的电路的最新原理图。参考图1，在步骤S1中，提供多学科设备和/或机器工程数据。在步骤S2，用户可以以工程对象(也被称为选择的对象)的形式将数据添加到技术系统的设计中。在该步骤中，识别多学科数据模型中的原理图相关物理装置，例如传感器和致动器。每个对象都有一个类型，该类型决定了对象的功能和所属的领域。电气相关类型附有电气信息，例如原理图符号描述、电气行为和电气特性。对象和类型信息被存储在库中以供重新使用。该方法根据其类型识别原理图相关的装置。例如，如果像输送机这样的工程对象被添加了电机、传感器和电缆，系统就知道电机、传感器和电缆是电气相关的。该信息可以从机械领域、电气领域或自动化领域获得。当新类型被添加到系统中时，可以确定电气相关性，并且可以添加所需的数据，例如符号描述、电气行为和电气特性。

在技术系统设计的领域，可以在具有具体一致性要求的多学科模板中准备工程解决方案，当模板在其他项目环境中重用时，这些多学科模板均适用。

一致性要求与在技术系统设计中常见的、具有对象模式形式的数据相关。一致性要求被用于完成电路，该电路涉及在步骤S2中用户选择并添加到技术系统的工程对象。在实施根据本发明的方法之前规定一致性要求。在图1的流程图的步骤S5中提供一致性要求。在一致性要求中，可以由用户确定始终必须一起出现的对象。这些被称为对象模式。对象模式是基于对象类型定义的，并确定完成电路需要哪些附加对象。对象模式还捕获被称为序列模式的、所需的对象序列顺序。该顺序决定了对象(也就是物理装置)之间的联系。序列模式可以与多个工程领域的数据相关，例如机械结构或诸如工业网络分配等PLC自动化相关的属性。所涉及的通常领域是机械工程/设备工程/产品工程/生产工程，以及用于产品、设备和生产系统的电气工程/射流技术工程和用于设备/产品/生产系统的自动化工程。

上述一致性要求具有决定何时适用的情境。对于每一组一致性要求，情境可以是唯一的，并且与任何学科的工程数据相关，例如机械特性或自动化相关连通性。情境还可以与项目结构相关。例如，如果工程数据是用符合EC81346的系统组织的，则一致性要求情境可以确定该一致性要求仅适用于在功能方面视图中具有明显的输送机类型对象的具体电机类型对象。

作为一个示例，如果在图1的步骤S2中，用户已经为技术系统中的输送机添加了具体的电机，则根据本发明的方法将前进至步骤S3，验证数据是否完整。如果不完整(路径“N”)，则该方法将前进至步骤S4，以根据步骤S5中提供的一致性要求添加对象数据。此后，该方法将返回到步骤S2，重复步骤S3和S4，直到完成步骤S2中属于选择的对象的所有装置和对象。要在需设计的技术系统中为输送机的电机(作为选择的工程对象)提供完整的电路，必须至少考虑电源、断路器、电线、驱动器/接触器、端子和电缆。

为了明确一致性要求，可以使用图形用户界面以及使用例如XML格式的文本文件输入。甚至可以与其他多学科系统进行二进制交换。

如果技术系统的数据是完整的(路径“Y”)，则该方法前进至步骤S6。在步骤S6，确定对象(即物理装置)的放置顺序。该确定是基于预定义的一致性要求，即待考虑的预先确定的装置和对象。电路顺序的最简单定义是一维的，使得装置可以在设计图(即计算机的设计系统的纸页或电子表)上从上到下排序。还可以有更多的维度，例如平面上的二维分布或空间中的三维分布。

如果在上述示例中，要在技术系统中设计电机电路，则一维序列合适。从图2中可以看出，作为致动器的电机将被放置在较低的位置。在该图中，代表选择的对象的电机用附图标记10表示。电源(其是电机的关联对象)用附图标记19表示，并放置在设计图1的顶部位置。在电源19和电机10之间，从电源19开始，将按顺序放置下列装置(其他关联对象)：可选电缆18、断路器17、电线16、驱动器/接触器15、电线14、端子13、连接到电机10连接点11的电缆12。利用这些具有一致性要求的装置，系统将知道在原理图设计图上从上到下的电路的所有对象(从电源19到电机10)的总和和序列。这种信息也被称为相干装置群集。

在步骤S7中，检查是否已经存在图2所示的原理图。如果不存在(路径“N”)，则在步骤S8中创建如图2所示的原理图。如果已经存在原理图(路径“Y”)，则开始原理图例程上的更新对象表示。该例程基于步骤S10中提供的现有原理图。

在从步骤S8或步骤S9开始的步骤S11中，附加对象被放置或可以被放置在原理图上。在该步骤中，确保存在原理图，并且大小和尺寸足以放置相干装置群集。然后，根据先前确定的序列，将每个对象的符号和电气信息放置在图纸上。考虑符号大小和间距，以使得没有符号重叠。从图2可以看出，电机10带有其符号和附在该符号上的电气信息10D。电缆12(伴有电气信息12D)、驱动器/接触器15(伴有电气信息15D)、断路器17(伴有电气信息17D)和电源19(伴有电气信息19D)也是如此。

在附加对象被放置在原理图上的情况下，该方法前进至步骤S12以进行自动重新连接。在步骤S13中，该原理图被发布给用户。可选地，在步骤S10中，提供并存储原理图以供进一步重复使用。

本发明考虑了对选择的页面大小的空间限制，并创建了多个适合整个电路的页面。根据一致性要求放置符号，并在连接线之间的任何分页符处创建页面间引用。

符号的分布(参见图2)还通过交叉线、符号群集等考虑了视觉混乱的程度，以在给定的一致性要求内最大化工程可读性。

如图3的原理图所示，可以实现多学科之间的协作。属于不同学科31、32、33、42中的一个或多个的一个或多个用户30可以经由网络14与团队中心应用程序50通信，其中学科中的每一个分别具有带有原理图31S和另一数据模型31DM、32DM、33DM、34DM的多学科工程系统应用部分32A、33A、34A。电气设计应用程序31是具有基于模型的电气原理图的系统的示例。多学科模型服务于应用电气设计31、自动化设计32、线路设计33以及建模和工程应用34。团队中心应用程序50由能够访问不同领域51、52、53、54、55的一致性要求和工程对象的多学科工程系统服务器部分50S组成。各个多学科工程系统应用部分31A、32A、33A、34A和多学科工程系统服务器部分50S之间的通信路径是经由专用通信信道41、42、43、44形成的。

团队中心应用程序50提供基于元模型的储存库系统，并且可以用作不同学科的工程平台31、32、33、34的数据平台。它还被用作自动化工程应用和工厂布局应用。这些应用程序一起形成了集成的多学科工程系统。

通过使用所描述的系统方法，用户可以输入多学科模型形式的数据，该模型表示例如机械、电气和自动化工程数据以及一致性要求。根据一致性要求，系统可以绘制和更新模型的电气原理图，而无需用户干预。原理图可以随着模型增长而增长，反之亦然，模型也会随着原理图变化而变化。用户可以自动应用他的工程标准，并从容易创建的电子表中获益。用户不必一次又一次地重新制定或手动将他的工程标准应用于具体项目和不同的学科数据。相反，用户可以专注于进一步开发标准和创建更复杂的一致性要求，从而更加简化工程过程。

所建议的方法通过避免多个学科之间以及原理图和数据模型之间的不一致，节省了工程时间并增加了原理图的可靠性。由于工程师能够利用空闲时间来细化和扩展一致性要求，因此即使系统使用时间达到最长，也会提高节省时间的因素。

Claims (10)

1.一种用于计算机辅助设计技术系统的方法，包括以下步骤：

提供多个工程对象，每个工程对象描述所述技术系统的技术组件并且包括类型，各类型涉及所述工程对象的功能和所述类型属于多个领域中的哪个领域的信息，并且具有包括原理图符号描述、电气行为和电气特性的电气信息；

提供所述技术系统的多个一致性要求，所述一致性要求包括定义归于一类的对象的对象模式以及所需的对象序列顺序；

选择工程对象；

通过处理所述一致性要求，将选择的工程对象和属于选择的工程对象的对象模式的关联工程对象的原理图符号描述放置于设计图上，以按照所需的序列顺序排列所述选择的工程对象和所述关联工程对象，从而生成原理图；

根据所述一致性要求，生成在所述对象模式的归于一类的所有对象之间的电气连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工程对象的数量及其类型信息被存储在数据库的模板中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一致性要求基于至少一种对象类型。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一致性要求具有情境，所述情境对于每个一致性要求是唯一的和/或与不同的领域相关。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，生成所述原理图的步骤包括将所述对象模式的工程对象的所述原理图符号描述一维或二维地放置在所述设计图的平面中，或者三维地放置在所述设计图的空间中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个领域包括以下领域中的一个或多个：

-机械工程；

-电气工程；

-自动化工程；

-系统工程；

-模拟。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，工程系统是生产系统或产品工程系统。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当用另一个工程对象替换所述设计图中的工程对象中的一个时，在完成替换过程之后，自动地进行生成所述原理图和所述电气连接的步骤。

9.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质用由计算机执行的计算机程序进行编码，所述计算机程序使得设计技术系统，所述计算机程序包括：

用于提供多个工程对象的程序代码，每个工程对象描述所述技术系统的技术组件并且包括类型，各类型涉及所述工程对象的功能和所述类型属于多个领域中的哪个领域的信息，并且具有包括原理图符号描述、电气行为和电气特性的电气信息；

用于提供所述技术系统的多个一致性要求的程序代码，所述一致性要求包括定义归于一类的对象的对象模式以及所需的对象序列顺序；

用于生成原理图的程序代码，其通过处理所述一致性要求，将选择的工程对象和属于选择的工程对象的对象模式的关联工程对象的原理图符号描述放置于设计图上，以按照所需的序列顺序排列所述选择的工程对象和所述关联工程对象，从而生成所述原理图；

用于生成电气连接的程序代码，其根据所述一致性要求生成在所述对象模式的归于一类的所有对象之间的所述电气连接。

10.一种用于计算机辅助的设计技术系统的系统，包括：

第一提供单元，被配置为提供多个工程对象，每个工程对象描述技术系统的技术组件并且包括类型，各类型涉及所述工程对象的功能和所述类型属于多个领域中的哪个领域的信息，并且具有包括原理图符号描述、电气行为和电气特性的电气信息；

第二提供单元，被配置为提供所述技术系统的多个一致性要求，所述一致性要求包括定义归于一类的对象的对象模式以及所需的对象序列顺序；

选择单元，被配置为接收选择的工程对象；

第一设计单元，被配置为通过处理所述一致性要求，将选择的工程对象和属于选择的工程对象的对象模式的关联工程对象的原理图符号描述放置于设计图上，以按照所需的序列顺序排列所述选择的工程对象和所述关联工程对象，从而生成原理图；

第二设计单元，被配置为根据所述一致性要求生成在所述对象模式的归于一类的所有对象之间的电气连接。