Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《采用數(shù)據(jù)連續(xù)性、設(shè)計(jì)自動(dòng)化和 V 型系統(tǒng)來(lái)提升電氣設(shè)計(jì)》的研究報(bào)告。

一.背景

當(dāng)今汽車、越野車輛、航天航空和國(guó)防領(lǐng)域的制造商面臨的挑戰(zhàn)主要是對(duì)不斷縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)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(chǎng)需求而使復(fù)雜性提高的形勢(shì)下，必須實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。定制化服務(wù)則是滿足數(shù)量不斷增長(zhǎng)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(zhǎng);然而，合成技術(shù)需要跟上這一發(fā)展步伐，并且應(yīng)對(duì)與設(shè)計(jì)相關(guān)的持續(xù)挑戰(zhàn)，但許多制造商在這兩個(gè)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(gè)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(jì)與汽車、卡車或飛機(jī)等所有車型的機(jī)械定義關(guān)聯(lián)起來(lái)，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(jìn)行規(guī)劃以維護(hù)公司形象。

“V”周期還有一個(gè)與其密切關(guān)聯(lián)的時(shí)間表，而各家制造商的一個(gè)主要目標(biāo)是縮短這個(gè)周期或“壓縮 V 模式”。壓縮 V 模式可帶來(lái)豐厚的回報(bào)，還能對(duì)縮短上市時(shí)間、降低成本并帶來(lái)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(shí)間已經(jīng)足夠(只需比同行競(jìng)爭(zhēng)者更快)，接著縮短周期可留出時(shí)間，以進(jìn)行更多的設(shè)計(jì)迭代來(lái)進(jìn)一步降低成本或提高質(zhì)量，這進(jìn)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(jì)和驗(yàn)證機(jī)構(gòu)在許多方面進(jìn)行完善。一個(gè)較好流程的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)連續(xù)性和設(shè)計(jì)自動(dòng)化，它們被看作是 Capital 電氣設(shè)計(jì)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(jì)領(lǐng)域內(nèi)和領(lǐng)域之間必須實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)流動(dòng)，以提高設(shè)計(jì)各步驟間的透明度，并能夠在整個(gè)設(shè)計(jì)步驟中以安全可控的方式對(duì)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)各步驟間完全的數(shù)據(jù)流動(dòng)，但這確實(shí)是一項(xiàng)宏遠(yuǎn)目標(biāo)。

2. 設(shè)計(jì)自動(dòng)化：從管理文檔至處理作為設(shè)計(jì)核心的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包，這種轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖_(kāi)發(fā)商帶來(lái)了空前的發(fā)展機(jī)遇，可有助于實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)相關(guān)的流程的自動(dòng)化。這將提高生產(chǎn)力，最為重要的是，它還將提升對(duì)其相應(yīng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)的“正確地構(gòu)建”能力。換而言之，如果一個(gè)設(shè)計(jì)步驟的各要素實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化處理并且設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可對(duì)應(yīng)預(yù)定義設(shè)計(jì)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(jì)自動(dòng)化還可減少所需驗(yàn)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(jì)合成

在 Capital 中，電氣設(shè)計(jì)專家的專門技能可編寫(xiě)成一套規(guī)則并應(yīng)用所有設(shè)計(jì)層面，以提升連續(xù)性和質(zhì)量。生成電氣設(shè)計(jì)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(gè)子系統(tǒng)被收集到一起并以整車二維平面圖進(jìn)行合成。而這種平面圖是從三維機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)配置，合成引擎可以為所有車型配置自動(dòng)生成最佳的配線設(shè)計(jì)。公司相關(guān)規(guī)則在合成過(guò)程中采用，并成為該設(shè)計(jì)完成時(shí)最終驗(yàn)證的依據(jù)。這種“創(chuàng)新式設(shè)計(jì)”過(guò)程代表了電氣平臺(tái)設(shè)計(jì)方式方面取得了一項(xiàng)巨大進(jìn)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(jì)數(shù)據(jù)可加以整合，設(shè)計(jì)合成“引擎”可實(shí)現(xiàn)詳細(xì)設(shè)計(jì)流程的自動(dòng)化。

圖3

在配線規(guī)格確定并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證之后，配線數(shù)據(jù)將與定義的三維線束結(jié)合，并自動(dòng)生成二維線束圖紙。所有機(jī)械零件均可實(shí)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(jì)并完成線束設(shè)計(jì)的規(guī)范、零件號(hào)的自動(dòng)選擇并按需進(jìn)行的相關(guān)計(jì)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(jì)規(guī)則檢驗(yàn)，確保設(shè)計(jì)符合規(guī)范。

額外的功能可擴(kuò)展電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化能力。“合成”過(guò)程可使電氣設(shè)計(jì)師利用最初設(shè)計(jì)階段極其詳盡的模型進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)過(guò)程中各步驟間的數(shù)據(jù)連續(xù)性可以簡(jiǎn)化執(zhí)行和設(shè)計(jì)變動(dòng)的驗(yàn)證過(guò)程，包含制造設(shè)計(jì)信息例如成本的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行快速處理，而且還可以用于完善上游設(shè)計(jì)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(jī)械數(shù)據(jù)中直接創(chuàng)建服務(wù)文檔，無(wú)須進(jìn)行大量的人工轉(zhuǎn)錄工作。數(shù)據(jù)連續(xù)性和設(shè)計(jì)自動(dòng)化是實(shí)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(gè)組織能從概念到制造與服務(wù)實(shí)現(xiàn)“V 模式系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變，從而利用平臺(tái)進(jìn)行電氣數(shù)據(jù)管理。電氣設(shè)計(jì)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(dòng)化和驗(yàn)證為各步驟的電氣設(shè)計(jì)活動(dòng)提供支持。Capital 可與其它企業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行整合，從而發(fā)揮 ePLM 系統(tǒng)的作用，對(duì)日常“進(jìn)行中”和“發(fā)布”各個(gè)層面電氣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(guó)區(qū)技術(shù)市場(chǎng)資深工程師。此前曾長(zhǎng)期任職于國(guó)內(nèi)知名線束廠商的線束開(kāi)發(fā)部門，具有豐富的線束開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

作者 李榮躍