陳 燕 韓繼國 劉 霄

鐵路信號相關(guān)設(shè)計的合理性和正確性不但影響鐵路的建設(shè)成本，更與鐵路運輸?shù)陌踩悦芮邢嚓P(guān)。目前鐵路信號相關(guān)設(shè)計是以單機(jī)版CAD為工具進(jìn)行的，但是由于鐵路信號設(shè)計出圖多，圖紙的正確與否又會涉及到行車安全，尤其是復(fù)雜站場及長大線，參與設(shè)計復(fù)核的人員較多，每位復(fù)核者在自己拿到的圖紙上進(jìn)行修改，很容易造成圖紙版本的混亂，而且打印大量的圖紙不但耗費時間，還會造成資源的浪費，增加設(shè)計成本。為此，需要研究鐵路信號設(shè)計的新方法。

基于網(wǎng)絡(luò)的CAD協(xié)同設(shè)計是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基礎(chǔ)上，多名成員圍繞同一項目，分別承擔(dān)各自的設(shè)計任務(wù)，交互進(jìn)行設(shè)計工作，最終得到符合要求的設(shè)計結(jié)果及設(shè)計方法。由于其具有諸多優(yōu)勢，因此需要討論將基于網(wǎng)絡(luò)的CAD協(xié)同設(shè)計應(yīng)用于鐵路信號設(shè)計的可能性與必要性。

1 單機(jī)版CAD在信號設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

CAD軟件經(jīng)過多年的開發(fā)，不斷改進(jìn)，已非常成熟。它包含了豐富的圖源，使用者可以通過不同的參數(shù)設(shè)置得到自己需要的圖形；其柵格、捕捉、追蹤等功能使繪圖更加精準(zhǔn)；其平移、縮放、及鳥瞰視圖等功能，則大大方便了對圖紙的瀏覽；其靈活的尺寸標(biāo)注，方便的測量工具等一系列的功能優(yōu)勢，注定了CAD在工程設(shè)計中是不可取代的。

同其他工程設(shè)計一樣，鐵路信號設(shè)計也采用單機(jī)版的CAD軟件。在設(shè)計中，除使用以上所說的這些CAD自帶功能進(jìn)行平面圖、雙線圖等的繪制外，相關(guān)設(shè)計人員還開發(fā)了與CAD兼容的一些嵌入式小程序，可以生成電路圖及配線圖，進(jìn)行工程數(shù)量統(tǒng)計等，大大提高了工作效率。

鐵路信號設(shè)計大致可以分為可行性研究、初步設(shè)計和施工設(shè)計3個階段。其中，施工設(shè)計直接指導(dǎo)建設(shè)施工，是要求最高、最精準(zhǔn)的設(shè)計。傳統(tǒng)基于單機(jī)版CAD的鐵路信號設(shè)計的一般流程如圖1所示。

這種基于單機(jī)版的CAD進(jìn)行車站信號設(shè)計存在諸多問題。以雙線圖為例，圖中需要畫出信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道電路送受電電纜路徑、長度、類型和芯數(shù)等多項內(nèi)容，它可以體現(xiàn)出軌道電路的極性交叉，以及變壓器箱和電纜盒類型等。一個中等大小車站的雙線圖就會包含幾百條電纜，百余臺不同類型的箱盒，上百臺轉(zhuǎn)轍機(jī)和幾十架信號機(jī)。如果按照圖1所示的流程進(jìn)行設(shè)計，復(fù)核者在圖中標(biāo)記的修改內(nèi)容可能是某根電纜的長度、類型或芯數(shù)，也可能是某箱盒的類型等。鑒于一張圖紙上如此龐大的信息量，修改標(biāo)記可能是密密麻麻，描圖時漏掉某一項在所難免，而這種遺漏帶來的后果不僅是復(fù)核者辛苦計算的白白浪費，也影響到圖紙的正確性，嚴(yán)重時甚至?xí){到行車安全。

圖1 傳統(tǒng)的鐵路信號設(shè)計流程

工程設(shè)計中還經(jīng)常會出現(xiàn)另一種情況：圖紙在由復(fù)核者校核時，設(shè)計者突然發(fā)現(xiàn)原設(shè)計中有某處錯誤，于是就直接在自己手中的圖中進(jìn)行修改，尤其是參與設(shè)計、復(fù)核的人員較多時的項目，這種同時設(shè)計、復(fù)核的情況時有發(fā)生，這樣復(fù)核者面對的圖紙就不是最終的設(shè)計圖，很容易引起圖紙版本的混亂。

除此之外，專人進(jìn)行描圖浪費了大量人力，打印動輒上百張的信號圖紙，浪費了大量的物力和時間，設(shè)計者、復(fù)核者和描圖者之間的流轉(zhuǎn)對接也大大降低了設(shè)計效率。設(shè)計完成之后，將最終的圖紙打印出來送給審核人員進(jìn)行審核，此過程還可能會造成設(shè)計人員異地往返，增大設(shè)計成本。

由此可見，改變信號設(shè)計流程，提出一種新的設(shè)計思想迫在眉睫。

2 基于網(wǎng)絡(luò)的CAD協(xié)同設(shè)計研究

2．1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外對基于網(wǎng)絡(luò)的CAD協(xié)同設(shè)計進(jìn)行了較多的研究。其中，達(dá)索系統(tǒng) （Dassault Systemes S．A）下的SolidWorks子公司開發(fā)的Blue Print Now在線DWG文件編輯器，能夠打開和編輯DWG文件。德國的WSCAD采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML，eXtensible Markup Language）在客戶端與服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而高效地實現(xiàn)了分布式協(xié)同CAD系統(tǒng)。美國Old Dominionda大學(xué)開發(fā)的JCT （Java Collaborator Toolset），可以把單用戶應(yīng)用程序擴(kuò)展為多用戶界面的應(yīng)用程序，從而達(dá)到 “透明協(xié)同 （Transparent collaboration）”的效果。

國內(nèi)在該方面的研究也取得了一些成果。其中，清華大學(xué)開發(fā)的基于Internet的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計支持系統(tǒng)——CoDesignSpace，提供了一個可以用于異地協(xié)同設(shè)計的虛擬平臺，實現(xiàn)信息、過程和技術(shù)的三方面集成。西安交通大學(xué)計算機(jī)集成制造系統(tǒng) （CIMS）研究所構(gòu)建的遠(yuǎn)程工作原型系統(tǒng)，成功解決了遠(yuǎn)程設(shè)計中用戶進(jìn)行設(shè)計工具共享的問題。中國科技大學(xué)的周自強(qiáng)等人利用超文本傳輸協(xié)議 （HTTP）實現(xiàn)了CAD網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)，它具備完善的分層式結(jié)構(gòu)和基于優(yōu)先權(quán)設(shè)計的協(xié)同設(shè)計策略。由于其解決沖突的協(xié)商機(jī)制不夠完善，同時缺乏對其他CAD和DWG文件的兼容性，李劍又提出了基于 Web的 Web CAD系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用B／S結(jié)構(gòu)，提供了一個異地協(xié)同設(shè)計平臺。

2．2 基于網(wǎng)絡(luò)的CAD仍存在的問題

Blue Print Now協(xié)同功能欠缺，并且用戶只有連接SolidWorks服務(wù)器才能使用。WSCAD只支持其系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交互，而缺乏對其他CAD系統(tǒng)和DWG文件的兼容性。國內(nèi)的基于網(wǎng)絡(luò)的CAD協(xié)同設(shè)計軟件仍處在高校和研究院 （所）開發(fā)階段，仍有大量的技術(shù)問題需要解決。

3 基于網(wǎng)絡(luò)的CAD在鐵路信號設(shè)計中的可行性分析

采用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD進(jìn)行鐵路信號協(xié)同設(shè)計，將可以登錄進(jìn)行數(shù)據(jù)修改的人員分為4種：系統(tǒng)管理員、設(shè)計人員、復(fù)核人員和審查人員。其中，系統(tǒng)管理員擁有為每個項目添加團(tuán)隊人員，分配角色的權(quán)限；設(shè)計人員有權(quán)對所負(fù)責(zé)的項目進(jìn)行圖紙的創(chuàng)建、修改和刪除；復(fù)核人員有查看和修改的權(quán)限；審查人員是各個生產(chǎn)室 （所）、處、院領(lǐng)導(dǎo)，他們可以查看所有項目，但只能填寫審查意見，而不能修改任何數(shù)據(jù)。

使用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD進(jìn)行鐵路信號協(xié)同設(shè)計的流程如圖2所示。設(shè)計任務(wù)首先下達(dá)給系統(tǒng)管理人員和設(shè)計者，系統(tǒng)管理員為該項目分配人員及其角色后，設(shè)計者登錄進(jìn)行圖紙的創(chuàng)建。所有圖紙創(chuàng)建完成，由復(fù)核者1和復(fù)核者2登錄，查看圖紙，若發(fā)現(xiàn)錯誤，則直接進(jìn)行修改。與此同時，設(shè)計人員如果發(fā)現(xiàn)圖紙存在問題也可以登錄進(jìn)行修改。復(fù)核完成之后，設(shè)計者只需要對修改內(nèi)容進(jìn)行逐條確認(rèn)即可完成修改。這樣既保證了網(wǎng)絡(luò)版CAD中的圖紙始終處于最新狀態(tài)，又省去了描圖環(huán)節(jié)。最后，審核人員登陸查看圖紙，進(jìn)行審核。

圖2 基于網(wǎng)絡(luò)的CAD協(xié)同設(shè)計流程

根據(jù)以上設(shè)計流程，基于網(wǎng)絡(luò)的CAD協(xié)同設(shè)計需要實現(xiàn)協(xié)同圖像管理和協(xié)同流程管理二大基本功能。協(xié)同圖像管理負(fù)責(zé)實現(xiàn)平臺或系統(tǒng)間信息的傳輸，異地設(shè)計人員、設(shè)計與審核人員的在線溝通、設(shè)計及審批流程的定制，安全制度定制以及圖檔的異地存儲；協(xié)同流程管理負(fù)責(zé)為項目管理者提供設(shè)計進(jìn)度等信息，以便更好地進(jìn)行設(shè)計流程的控制。每個客戶端可采用如圖3所示流程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖3 CAD協(xié)同設(shè)計信息處理流程

通過設(shè)計相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口服務(wù)器實現(xiàn)不同用戶之間的數(shù)據(jù)交互；數(shù)據(jù)解釋器一方面對接口傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、發(fā)送到狀態(tài)群接口，另一方面對來自狀態(tài)群接口的本機(jī)指令進(jìn)行處理，通過網(wǎng)絡(luò)接口器上傳到服務(wù)器主機(jī)；狀態(tài)群接口對數(shù)據(jù)解釋器傳出的信息和本機(jī)的操作指令進(jìn)行處理，傳遞給動作集成器；最后，動作集成器將來自狀態(tài)群接口的信息轉(zhuǎn)換成Auto CAD命令流，由Auto CAD內(nèi)核進(jìn)行執(zhí)行。

通過在服務(wù)器端建立數(shù)據(jù)庫，對每個客戶端的操作進(jìn)行記錄和相關(guān)日志的存儲，方便日后進(jìn)行追責(zé)。

4 結(jié)論

通過探討單機(jī)版CAD與基于網(wǎng)絡(luò)的CAD在鐵路信號設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀及可行性分析，可得到如下結(jié)論：

1．采用單機(jī)版CAD進(jìn)行鐵路信號設(shè)計將造成資源浪費，增加設(shè)計成本，需要研究新的鐵路信號設(shè)計方法。

2．若采用基于網(wǎng)絡(luò)版CAD進(jìn)行鐵路信號設(shè)計可以提高設(shè)計效率，方便設(shè)計圖紙的審核與修改，從而增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

3．由于我國基于網(wǎng)絡(luò)版CAD尚屬于研發(fā)階段，因此將其應(yīng)用在鐵路信號設(shè)計中還需繼續(xù)研究。

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