Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《采用數(shù)據(jù)連續(xù)性、設(shè)計自動化和 V 型系統(tǒng)來提升電氣設(shè)計》的研究報告。

一.背景

當(dāng)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(shè)計周期，同時保持或提高質(zhì)量的需求。在電氣設(shè)備增加，以及源于增加成品定制化服務(wù)的市場需求而使復(fù)雜性提高的形勢下，必須實現(xiàn)這一目標(biāo)。定制化服務(wù)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(yīng)對與設(shè)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。

圖1

二.V 模式

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(shè)備或車載軟件上。這種邏輯設(shè)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(wù)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(biāo)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(rèn)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(shè)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。

三.基礎(chǔ)

“壓縮 V 模式”需要設(shè)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(chǔ)是數(shù)據(jù)連續(xù)性和設(shè)計自動化，它們被看作是 Capital 電氣設(shè)計工具的主要基礎(chǔ)元素。

圖2

1. 數(shù)據(jù)連續(xù)性：在設(shè)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(shè)計各步驟間的透明度，并能夠在整個設(shè)計步驟中以安全可控的方式對設(shè)計變更提供指導(dǎo)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(biāo)。

2. 設(shè)計自動化：從管理文檔至處理作為設(shè)計核心的設(shè)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(shè)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(yīng)產(chǎn)生的設(shè)計的“正確地構(gòu)建”能力。換而言之，如果一個設(shè)計步驟的各要素實現(xiàn)了自動化處理并且設(shè)計數(shù)據(jù)可對應(yīng)預(yù)定義設(shè)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(shè)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。

四.電氣設(shè)計合成

在 Capital 中，電氣設(shè)計專家的專門技能可編寫成一套規(guī)則并應(yīng)用所有設(shè)計層面，以提升連續(xù)性和質(zhì)量。生成電氣設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計。公司相關(guān)規(guī)則在合成過程中采用，并成為該設(shè)計完成時最終驗證的依據(jù)。這種“創(chuàng)新式設(shè)計”過程代表了電氣平臺設(shè)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(shè)計數(shù)據(jù)可加以整合，設(shè)計合成“引擎”可實現(xiàn)詳細設(shè)計流程的自動化。

圖3

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(shè)計并完成線束設(shè)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(biāo)準(zhǔn)和自定義的設(shè)計規(guī)則檢驗，確保設(shè)計符合規(guī)范。

額外的功能可擴展電氣設(shè)計自動化能力。“合成”過程可使電氣設(shè)計師利用最初設(shè)計階段極其詳盡的模型進行優(yōu)化。設(shè)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(shè)計變動的驗證過程，包含制造設(shè)計信息例如成本的設(shè)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(shè)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(wù)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(shè)計自動化是實現(xiàn)所有這些性能的主要基礎(chǔ)。

五.總結(jié)

Capital 等工具使各個組織能從概念到制造與服務(wù)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(shè)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(shè)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，對日常“進行中”和“發(fā)布”各個層面電氣設(shè)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。

作者背景

李榮躍于2011年加入 Mentor Graphics，任集成電氣事業(yè)部(IESD)中國區(qū)技術(shù)市場資深工程師。此前曾長期任職于國內(nèi)知名線束廠商的線束開發(fā)部門，具有豐富的線束開發(fā)與設(shè)計經(jīng)驗。

作者 李榮躍