關于類別化與模塊化設計模式的解釋

下面就是關于類別化與模塊化設計模式的解釋，希望這份文章能給正在設計中的你帶來一些啟發！

之一：類別化與模塊化

目前，電氣圖紙設計分為兩大類：類別化繪圖方式和模塊化繪圖方式，國內和日本傳統設計方式常為類別化繪圖方式，德國偏向于模塊化繪圖方式，下面就類別化和模塊化設計進行闡述。

一、類別化與模塊化

要想區分類別化和模塊化，我們先通過類比的方式來尋找它們的優缺點，假設我們要在計算機上管理四個項目文件，這四個項目名稱分別為項目1、項目2、項目3、項目4，每個項目需要提供圖紙、程序、培訓、資料四種類型的文件，如何管理這些文件呢？類別化的做法是按照文件的類別，創建四個文件夾，然后按照文件分類存儲到這四個文件夾中去，結構如下：

上圖是按類別進行管理的文件夾

模塊化的做法是按照功能分類進行模塊化的劃分，這里以項目為功能模塊，每個模塊單元內包含它所需的完整息：圖紙、程序、培訓、資料，如下是它的結構樣式：

上圖是按功能進行管理的文件夾

二、類別化與模塊化的比較

當項目或者模塊較少時，我們可以看出采用類別化沒有太大問題，而隨著項目的增多，我們就會發現查找某個項目中的某類型文件會越來越困難。

通過對比，可以發現模塊化相對于類別化有如下優點：

命名的優點，如上圖，模塊化只需要修改每個文件夾的名稱（項目名稱）即可，而類別化則需要進入文件夾修改每個文件的名稱，以避免在一個文件夾下的文件重復。

編輯的優點，包括拷貝和刪除，比如我們需要新增第五個項目：項目5，按照類別化的方式，我們需要在每個文件夾下去拷貝，然后重命名，而采用模塊化的方式，找到最類似的項目文件，拷貝整個文件夾，然后重命名即可，同理，刪除一個項目，模塊化的方式也更方便。

信息查閱的便利性，采用模塊化的方式，若查看某個項目的信息，直接進入文件夾，即可看到與此項目相關的信息，而類別化的方式，則需要進入各個分類文件夾才能查看到此項目的全部信息。

我們在實際圖紙設計中，可以預先對項目電氣部件的數量、種類、用途等等進行整理分析，根據項目的實際情況進行合理的選擇。

對于較小的項目：可以采用類別化繪圖方式，這樣繪圖、柜體成套、查閱圖紙等都相對快速和方便。

對于較大或功能復雜的項目：則推薦采用模塊化繪圖方式，可以大量的進行圖紙復用以及團隊成員按項目的不同子系統或模塊分工設計，確保設計的進度和質量。

之二：模塊化設計

之前我們分析了模塊化的幾個優點，電氣圖紙中模塊化繪圖方式相對于類別化的繪圖方式，也有這些優點。

類別化的繪圖方式主要是講電路按照電路特性進行分類，典型的就是電機的動力電路連續畫在一起，然后所有與PLC的IO相關的電路按照IO點順序連續畫在一起，其結果就是命名和編輯都不方便，比如如果我們要添加一個電機控制電路，我們需要在動力電路部分去添加驅動，在PLC信號部分去添加反饋和輸出控制，如果IO點未分配好，可能新增的IO點只能添加到最后，這樣導致了IO使用的無規則性，造成了查閱圖紙的困難。

模塊化的繪圖方式則是基于單元設備或者按照它實現的功能分類進行繪圖，例如，風力發電機組的發電機水冷系統包含著冷卻水泵/冷卻風扇/電機保護開關反饋信號/溫度測量等，我們把它們總的歸納為一個單元設備或者一個相對完備的功能單元，用連續的幾頁圖紙把這個單元內的所有電路表示出來，以后再出現類似的設備，只需用做一個總的拷貝（類似于上面提到的文件夾拷貝），總的命名（類似于上面的項目文件夾命名），即完成了一個新設備的電路增加，同樣刪除設備電路也是一鍵完成。

但相對于類別化繪圖方式，模塊化繪圖方式有一個缺點，那就是模塊化繪圖方式是基于功能模塊繪制的電路，但控制柜排布時，元器件多少基于類別排布的（比如接觸器排布在一起，電機保護開關排布在一起），這樣就必須在圖紙中多設置中斷點來解決接線的就近便利性，但不能因為一個不算重要的確定而放棄模塊化的大量優點。

之三：模塊化設計特點

模塊化做到了最大限度的與外界獨立，但他還得與外界產生聯系，中斷點和PLC的IO就是用于和外界聯想的，對于我們的電路而言，比如一個齒輪箱冷卻水風扇驅動電路，我們在一頁或者兩頁中畫完了電機的驅動電路和控制電路，如下圖所示：

上圖中左側為主電路，右側為控制電路

從上面的這個圖，我們可以總結出一個標準電路與外界聯系主要有兩類：中斷點（電源分配），PLC的IO點，因此當我們添加一個標準電路需要修改的就是中斷點和PLC的IO，如果中斷點采用了標準化的命名，則改動的并不多，主要修改的就是PLC的IO,從上圖中我們知道PLC的IO點采用的是分散式畫法，這點不同于我們目前集中式繪制IO點，為了解決分散式IO畫法在查閱IO時的便利性，我們可以引入PLC的IO地址預覽，EPLAN可以自動生成IO預覽，或者由人工將地址預覽放置到原理圖中，EPLAN自動完成交互關聯，從IO地址預覽中我們可以查看IO點在哪些地方被用到，也可以查閱哪些IO點還有空閑。

如下圖所示：

在進行圖紙設計時，我們可以總結各子系統或子功能電路中的共同點和差異部分，對于功能特征相同的電路，我們可以生成窗口宏或頁宏，使圖紙設計標準化，并使圖紙設計更高效。

之四：積木化

模塊化的另一個特點就是積木化，可以這樣說，一個復雜的系統是由無數簡單的模塊化組件像搭積木似的構建而成，積木化不是簡單的組合，而是要考慮更大范圍的模塊標準化，比如需要考慮模塊A和模塊B的組合是否能夠建一個更大的標準模塊C呢？上面我們提到的齒輪箱冷卻風扇驅動電路，最基本的積木是電機驅動主電路、電機保護反饋與控制電路，將這兩塊組合在一起構成了一個設備標準功能模塊C，當在另一個位置有類似的電機控制時，我們不是簡單的拷貝基本的積木電路，而是拷貝整個設備標準功能模塊C，這樣就完成了更大范圍的電路重用。

模塊化電路是通過功能組來進行管理的，一個好的模塊化電路不僅影響到電路本身，還會影響到后續編程的代碼重用性，一個人對設備和標準的理解深度決定著他劃分模塊化電路的能力。

這里再舉一例：假設一臺風力發電機組的設備中包含著三套冷卻系統：齒輪箱冷卻系統S1、變流器冷卻系統S2，發電機冷卻系統S2，齒輪箱冷卻系統包含著與之相關的冷卻水泵PUMP1和冷卻風扇FAN1，變流器冷卻系統包含著與之相關的冷卻水泵PUMP2和冷卻風扇FAN2，發電機冷卻系統包含著與之相關的冷卻水泵PUMP3和冷卻風扇FAN3和冷卻風扇FAN4；如何進行模塊化劃分呢？

如果是傳統的剛接觸功能電路的人來說，習慣于通過類別來區分電路，他們會把冷卻水泵歸為功能組F1，冷卻風扇歸為F2，這樣看似也使用了功能組來區分電路，但實際上是沒有真正理解標準電路的深層思想，這種劃分只能在小范圍內的標準電路層面進行圖紙的重用。

而正確的劃分方式則是按照冷卻系統這種大設備來劃分電路：F1包含冷卻水泵1和冷卻風扇1，F2包含冷卻水泵2、冷卻風扇2，F3包含著冷卻水泵3、冷卻風扇3和冷卻風扇4，由于功能組中包含的內容是相似的，當畫好F1（類似上圖中的冷卻系統標準模塊D）后，可以整個拷貝到F2和F3（F3只需添加標準模塊C），然后可能只需要修改一下名稱、功率，這就是從更大范圍內進行圖紙重用的典型示例，也是上述積木化需要闡明的思想實踐。

模塊化設計思想：

模塊化設計電路示例：