电气工程及其自动化这个专业,可以说是跟软件打交道最紧密的工科专业之一了。如果你问我这个专业的学生或从业者经常用什么软件,那可真是说不完,不过我可以给你挑一些最核心、最常用的来说说,让你有个大概的了解。
1. 电路设计与仿真类软件:
这个是电气工程的根基,没法不提。就像建筑师要用CAD画图一样,电气工程师设计电路也得靠软件。
Altium Designer: 这个可以说是很多电路设计工程师的“亲爹”。它集成了原理图设计、PCB布局布线、3D模型查看等全流程功能,专业性非常强。你可以用它画出复杂的电路图,然后设计出印刷电路板(PCB),最后还能在里面看看你的板子实际装上元件后是什么样子,有没有干涉什么的。虽然贵,但功能确实强大,很多企业都在用。
Eagle (现在是 Autodesk Eagle): 这个相对来说更入门一些,很多学生或者小型项目会用它。它也提供原理图和PCB设计的功能,而且价格相对亲民,甚至有免费版本供个人非商业用途。虽然功能上可能不如Altium那么全能,但对于学习和一些中小型项目来说足够了。
KiCad: 这个是开源免费的软件,近年来发展得非常快,功能也越来越强大,很多学校和个人都开始转向使用KiCad。如果你想省钱,或者想学习一个不被某个公司锁定的工具,KiCad是个很好的选择。它也有完整的原理图和PCB设计流程。
PSpice / LTspice: 说到仿真,就不能不提它们。PSpice是Cadence公司的一个非常经典的仿真器,非常强大,可以模拟各种模拟电路、数字电路的行为。而LTspice是Linear Technology(现在是Analog Devices的一部分)免费提供的一个非常优秀的仿真工具,尤其在模拟电路仿真方面非常出色,很多电源设计、模拟信号处理的工程师都离不开它。它们能帮你提前知道你的电路在各种条件下会不会正常工作,有没有bug,避免真正制作电路时出现很多问题,省时省力省钱。
2. 编程与嵌入式开发类软件:
现在太多电气设备都智能化了,需要写代码来控制它们。所以编程能力是必不可少的。
MATLAB/Simulink: 这个绝对是电气工程的“瑞士军刀”。MATLAB本身是一个强大的数值计算和可视化平台,你可以用它进行数据分析、算法开发、建模等等。而Simulink是它旗下的一个图形化仿真工具,简直就是自动化控制和信号处理的福音。你可以像搭积木一样,在Simulink里拖拽各种模块,搭建出复杂的控制系统、信号处理流程,然后进行仿真,看看效果。很多大学的课程都会用它来教学和做项目。它还有一个很重要的作用是,可以根据Simulink模型自动生成代码,直接烧到很多单片机或DSP上,这在快速原型开发时特别有用。
C/C++ 编程语言: 这是嵌入式开发最常用的语言。很多单片机、微控制器、DSP(数字信号处理器)的底层驱动、实时控制代码都是用C或C++写的。所以,熟悉C/C++,以及相关的IDE(集成开发环境)是必须的。
IDE (集成开发环境):
Keil MDK: 专为ARM CortexM系列微控制器设计的,非常流行,很多基于STM32等芯片的开发都会用到它。
IAR Embedded Workbench: 也是一个非常强大的嵌入式开发IDE,支持很多种类的微控制器,性能和优化都做得很好。
VS Code (Visual Studio Code): 这是一个越来越受欢迎的通用代码编辑器,通过安装各种插件,也可以成为非常强大的嵌入式开发IDE,支持C/C++,也方便与各种工具链集成。
MPLAB X IDE: 如果你用Microchip的PIC系列单片机,那这个就是你的主战场了。
Python: 虽然不是传统的电气工程语言,但Python在数据分析、机器学习、自动化测试、脚本编写等方面越来越受欢迎。比如用Python来处理从仪器采集的数据,或者做一些简单的自动化控制任务。
3. 工业自动化与控制类软件:
如果你关注的是工厂自动化、过程控制、机器人这些领域,那又有一套新的软件体系了。
PLC(可编程逻辑控制器)编程软件: PLC是现代工业自动化的大脑。不同的PLC品牌都有自己的编程软件,最常见的有:
Siemens TIA Portal (博图): 西门子是工业自动化领域的巨头,TIA Portal集成了西门子PLC、HMI(人机界面)、变频器等所有产品的编程和组态,功能非常强大全面。
Rockwell Automation RSLogix/Studio 5000: 罗克韦尔(AllenBradley)在美国和北美市场占有率非常高,他们的Logix系列PLC编程软件也是行业标杆。
Schneider Electric EcoStruxure Machine Expert: 施耐德也有自己的PLC和自动化控制平台。
Mitsubishi Electric GX Works: 三菱电机在亚洲市场的PLC非常流行。
这些软件通常支持IEC 611313国际标准定义的多种编程语言,比如梯形图(Ladder Diagram,最常见)、功能块图(Function Block Diagram)、结构化文本(Structured Text)等。
SCADA(监控与数据采集)系统软件: SCADA系统用于监控整个工业过程。常见的有:
Wonderware (AVEVA System Platform): 曾经是SCADA领域的领头羊。
Ignition: 近年来发展迅速,以其灵活性和强大的集成能力受到欢迎。
Siemens WinCC: 和TIA Portal集成,用于上位机监控。
HMI(人机界面)设计软件: 用于设计用户在操作设备时看到的图形界面。通常和PLC编程软件集成在一起,比如西门子的WinCC Flexible或WinCC Unified,罗克韦尔的FactoryTalk View。
4. EDA(电子设计自动化)工具:
这个更偏向于集成电路(IC)设计,但一些高级的硬件设计也会用到。
Cadence Virtuoso: 用于模拟和混合信号IC的设计。
Synopsys Design Compiler: 用于数字IC的前端逻辑综合。
Xilinx Vivado / Intel Quartus Prime: 如果你做FPGA(现场可编程门阵列)开发,这两个就是你的“饭碗”。FPGA可以让你在硬件层面实现非常灵活的逻辑,用Verilog或VHDL这些硬件描述语言来编程,然后用这些软件将你的代码转换成可以在FPGA上运行的硬件电路。
5. 其他辅助软件:
Microsoft Office Suite (Excel, Word, PowerPoint): 这个不用说了,报告、文档、数据分析哪个都离不开。Excel在数据处理方面简直是万能的。
Visio / draw.io: 用于绘制流程图、框图、网络拓扑图等,方便梳理思路和进行技术交流。
Git / SVN: 版本控制系统,用于管理代码和设计文件,团队协作神器。
LabVIEW: 如果你做仪器仪表、测试测量或者数据采集,LabVIEW可能是一个非常好的选择。它是一个图形化编程环境,你可以通过连接虚拟仪器模块来创建测试系统,特别直观。
总的来说,电气工程及其自动化是一个非常广泛的领域,具体用什么软件,很大程度上取决于你研究的方向或者工作的具体岗位。但上面提到的MATLAB/Simulink、C/C++编程、EDA工具(如Altium, KiCad)、PLC编程软件,可以说是“出镜率”非常高的选手了。
要真正掌握这些软件,不是光看看名字就行的,都需要花大量的时间去学习、去实践。而且技术更新也快,经常需要学习新工具和新方法。所以,这个专业既考验理论功底,也考验动手能力和持续学习的能力。