采用數(shù)據(jù)連續(xù)性、設計自動化和V型系統(tǒng)來提升電氣設計 - 全文

　　挑戰(zhàn)

　　當今汽車、越野車輛、航天航空和國防領(lǐng)域的制造商面臨的挑戰(zhàn)主要是對不斷縮短設計周期，同時保持或提高質(zhì)量的需求。在電氣設備增加，以及源于增加成品定制化服務的市場需求而使復雜性提高的形勢下，必須實現(xiàn)這一目標。定制化服務則是滿足數(shù)量不斷增長的客戶定制選擇?？蛻暨x擇的增加及其選擇的組合將促使電氣系統(tǒng)配置數(shù)量呈現(xiàn)出爆炸式增長；然而，合成技術(shù)需要跟上這一發(fā)展步伐，并且應對與設計相關(guān)的持續(xù)挑戰(zhàn)，但許多制造商在這兩個層面均不成熟且滯后。

　　高效的系統(tǒng)設計需要制造商內(nèi)部各個部門，以及與眾多致力于單獨系統(tǒng)和子系統(tǒng)的供應商之間開展合作。目前的流程仍十分依靠人工處理，通常采用文檔，并且極其依賴從一個設計步驟到下一設計步驟的設計數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)錄。從邏輯連接數(shù)據(jù)，到詳細的接線原理圖及隨后的物理線束設計的過渡是一個明顯的例子。電氣和機械數(shù)據(jù)的合成則是另外一個例子。設計數(shù)據(jù)可能來源于制造商內(nèi)部及其供應商。這些開發(fā)用于汽車內(nèi)合成（例如音響系統(tǒng)）的邏輯系統(tǒng)的公司通常是主要負責合成這些系統(tǒng)的原始設備制造商 （OEM） 的供應商，而線束制造商幾乎總是第三方。

　　V 模式

　　單個設計步驟之間的相互關(guān)系具有多種表現(xiàn)方式。表述各設計步驟之間的關(guān)系，以及把這些步驟映射到時間維度和設計驗證維度上時， “V 模式”系統(tǒng)工程顯得極為重要。

　　V 模式系統(tǒng)工程可展示需求定義的最初步驟如何被分解，首先是分解為單個功能，然后是用于執(zhí)行的相關(guān)功能。這些功能必須結(jié)合在系統(tǒng)上并配置在物理設備或車載軟件上。這種邏輯設計與汽車、卡車或飛機等所有車型的機械定義關(guān)聯(lián)起來，然后最終由物理配線系統(tǒng)連接，而該系統(tǒng)最終被劃分成可以生產(chǎn)和安裝的各種線束。這些車型一旦售出，就需要在其使用年限中提供維修服務直到被拆卸。維修要求是車輛與集成電路 （IC） 或印刷電路板 （PCB） 等電氣零件之間使用年限的主要區(qū)別，需要進行規(guī)劃以維護公司形象。

　　“V”周期還有一個與其密切關(guān)聯(lián)的時間表，而各家制造商的一個主要目標是縮短這個周期或“壓縮 V 模式”。壓縮 V 模式可帶來豐厚的回報，還能對縮短上市時間、降低成本并帶來質(zhì)量的必然提升產(chǎn)生重大影響。此外，如果您認為上市時間已經(jīng)足夠（只需比同行競爭者更快），接著縮短周期可留出時間，以進行更多的設計迭代來進一步降低成本或提高質(zhì)量，這進而可以降低維修成本并提升品牌形象。

　　基礎

　　“壓縮 V 模式”需要設計和驗證機構(gòu)在許多方面進行完善。一個較好流程的基礎是數(shù)據(jù)連續(xù)性和設計自動化，它們被看作是 Capital 電氣設計工具的主要基礎元素。

　　數(shù)據(jù)連續(xù)性：在設計領(lǐng)域內(nèi)和領(lǐng)域之間必須實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)流動，以提高設計各步驟間的透明度，并能夠在整個設計步驟中以安全可控的方式對設計變更提供指導與支持。該公司將其稱為“數(shù)字連續(xù)性”。業(yè)內(nèi)尚未實現(xiàn)各步驟間完全的數(shù)據(jù)流動，但這確實是一項宏遠目標。

　　設計自動化：從管理文檔至處理作為設計核心的設計數(shù)據(jù)包，這種轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖_發(fā)商帶來了空前的發(fā)展機遇，可有助于實現(xiàn)與設計相關(guān)的流程的自動化。這將提高生產(chǎn)力，最為重要的是，它還將提升對其相應產(chǎn)生的設計的“正確地構(gòu)建”能力。換而言之，如果一個設計步驟的各要素實現(xiàn)了自動化處理并且設計數(shù)據(jù)可對應預定義設計規(guī)則和流程限制要求，它將按符合要求的定義生成結(jié)果。設計自動化還可減少所需驗證的次數(shù)，還可使 V 模式右側(cè)更加垂直并縮短周期。

　　電氣設計合成

　　在 Capital 中，電氣設計專家的專門技能可編寫成一套規(guī)則并應用所有設計層面，以提升連續(xù)性和質(zhì)量。生成電氣設計的主要步驟如下：

　　剎車、音響和配電等汽車子系統(tǒng)被看作是邏輯連接。這些多個子系統(tǒng)被收集到一起并以整車二維平面圖進行合成。而這種平面圖是從三維機械設計中生成的電氣布局。

　　利用這些數(shù)據(jù)，以及該車型確定的客戶與工程設計配置，合成引擎可以為所有車型配置自動生成最佳的配線設計。公司相關(guān)規(guī)則在合成過程中采用，并成為該設計完成時最終驗證的依據(jù)。這種“創(chuàng)新式設計”過程代表了電氣平臺設計方式方面取得了一項巨大進步，而數(shù)據(jù)連續(xù)性可確保多種渠道的規(guī)范和設計數(shù)據(jù)可加以整合，設計合成“引擎”可實現(xiàn)詳細設計流程的自動化。這些成果是正確的構(gòu)建的，因為它符合設計工具內(nèi)建的規(guī)則，可減少 V 模式系統(tǒng)驗證階段所需的時間和工作量。電氣設計可利用合成模擬工具開展深入認證，以計算正確的配線尺寸甚至進行更廣泛的行為驗證如失效模式影響分析 （FMEA）。

　　在配線規(guī)格確定并經(jīng)過驗證之后，配線數(shù)據(jù)將與定義的三維線束結(jié)合，并自動生成二維線束圖紙。所有機械零件均可實現(xiàn)三維和二維之間的同步，從而為車型各種線束提供完整且可選配的線束定義。然后線束工程師接管線束設計并完成線束設計的規(guī)范、零件號的自動選擇并按需進行的相關(guān)計算。在向制造（Build）發(fā)布數(shù)據(jù)前，最后執(zhí)行一系列標準和自定義的設計規(guī)則檢驗，確保設計符合規(guī)范。

　　額外的功能可擴展電氣設計自動化能力。“合成”過程可使電氣設計師利用最初設計階段極其詳盡的模型進行優(yōu)化。設計過程中各步驟間的數(shù)據(jù)連續(xù)性可以簡化執(zhí)行和設計變動的驗證過程，包含制造設計信息例如成本的設計數(shù)據(jù)可以進行快速處理，而且還可以用于完善上游設計決策。數(shù)據(jù)連續(xù)性可使技術(shù)文檔工程師從初始配線和機械數(shù)據(jù)中直接創(chuàng)建服務文檔，無須進行大量的人工轉(zhuǎn)錄工作。數(shù)據(jù)連續(xù)性和設計自動化是實現(xiàn)所有這些性能的主要基礎。

　　總結(jié)

　　當今制造商面臨的挑戰(zhàn)是推動對縮短設計周期，同時提高質(zhì)量的需求。這兩個層面必須同時實現(xiàn)，因為電氣設備及其產(chǎn)生的電氣復雜性不斷增加。這些挑戰(zhàn)正在推動新一代電氣設計工具的開發(fā)，并配有可以提高數(shù)據(jù)連續(xù)性、設計自動并與 MCAD 和 PLM（產(chǎn)品生命周期管理）等相鄰系統(tǒng)進行靈活整合的 IT 架構(gòu)。

　　Capital 等工具使各個組織能從概念到制造與服務實現(xiàn)“V 模式系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變，從而利用平臺進行電氣數(shù)據(jù)管理。電氣設計數(shù)據(jù)能以更加可控的方式創(chuàng)建并加以管理，而其自動化和驗證為各步驟的電氣設計活動提供支持。 Capital 可與其它企業(yè)系統(tǒng)進行整合，從而發(fā)揮 ePLM 系統(tǒng)的作用，對日?！斑M行中”和“發(fā)布”各個層面電氣設計數(shù)據(jù)進行管理，滿足企業(yè)主系統(tǒng)生成與存檔的需求。

　　所以，Capital 外在的吸引力在于其強大的設計功能，但重要的是認識到基礎的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，這使 Capital 能進一步推動在當前實現(xiàn)平臺化工程方式的轉(zhuǎn)變。