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作者：Mentor Graphics集成電氣系統(tǒng)分部業(yè)務發(fā)展經理John Wilson 依靠實際的工程圖紙作為貫穿整個汽車電氣系統(tǒng)設計流程的思路是一種常見的傳統(tǒng)做法。 但是圖紙僅僅是從邏輯到物理設計展示平臺所累計數(shù)據(jù)的一方面，總還有一些其他的有關的看法：從采購的角度（該設計中需要什么零件？）；從工程的角度（當開關打開時，該馬達會啟動嗎？）甚至是審核者的批示：這是當前的設計嗎？被簽署了嗎？ 汽車設計中成本和復雜性的提升以及相互影響是當前主要的挑戰(zhàn)。越來越多的整車廠商和其供應商認識到一種支持數(shù)據(jù)一致性、方便從端到端獲取的以數(shù)據(jù)為中心的流程可以確保他們系統(tǒng)地解決這些問題。 在以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境里，數(shù)據(jù)為王。數(shù)據(jù)流通過貫穿域和跨組織無縫地同步。每一種工具都使用相同的數(shù)據(jù)模型。車輛上的每一個零件在設計過程的不同階段都會出現(xiàn)。產品計劃員、設計員、采購代表以及流程審核員都從相同的數(shù)據(jù)源獲取信息來滿足其分析和工作需求。 核心是數(shù)據(jù)流 圖1是一個以數(shù)據(jù)為中心的電氣設計過程的概述。 最早階段是平臺定義，這里定義了目標車型的功能內容和選項及其變型，并建立可執(zhí)行的規(guī)范。然后才會著手考慮機械的布置、電氣設計、制造以及最終長期支持和服務。 物理接線的布局是把概念的系統(tǒng)連接性映射到具體的設計。當接線信息定義完成后，就可以開始設計每個單獨的線束。單詞“線束”這個詞說起來簡單，但是有可能包含了成千上萬的設計以支持所有可能的顧客選擇。當然，這些線束必須能夠被生產并且線束供應商（另外一個數(shù)據(jù)使用者）將執(zhí)行嚴格的需求分析以優(yōu)化成本。同樣的，售后服務部生成維修服務手冊以支持所有可能的變化。所有的這些準則都需要依賴于一致的以整個數(shù)據(jù)為中心的流程中的信息。 
圖 1: 在一個以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境中，每一個環(huán)節(jié)均產生并使用這些跨整個汽車設計、生產以及售后服務流程中的共享數(shù)據(jù) 在流程的早期階段，零件的表示相對比較抽象。在隨后的每一步其定義都不斷地明確，但這并不表示一成不變。 許多新出現(xiàn)的電氣系統(tǒng)特征能夠并將隨著設計的逐步推進而變化。這意味著在任何單一步驟中的特定零件定義的任何變化都必須在所有的步驟（不管是早期的還是較晚的）中反映出來。建議的更改符合車輛的初始要求嗎？它會在生產中增加成本嗎？ 在服務站會產生問題嗎？以數(shù)據(jù)為中心的方法保證了在整個流程中有效地跟蹤、管理以及驗證設計變更。 跟蹤零件的生命周期 早在邏輯系統(tǒng)設計的第一步，以數(shù)據(jù)為中心的流程就開始管理和跟蹤出現(xiàn)的設計要素。 圖 2 演示了邏輯設計步驟如何從一開始就遵循以數(shù)據(jù)為中心的原則。設計者建立圖形符號，這也是最自然的方式來創(chuàng)建這種類型的設計。這些符號包含了電氣行為的詳細信息以保證正確地創(chuàng)建設計，同時也提供一種豐富的數(shù)據(jù)結構。從這點開始，這些信息將約束隨后設計中的數(shù)據(jù)，并確保在這個過程中的所有步驟保持同步，并且設計更改可以被標記和處理。
圖 2: 在一個以為中心的設計套件中，選中在任何視圖中的一個部分都會在相關視圖中突出顯示同樣的部分. 項目瀏覽器幫助管理正在開發(fā)的平臺電氣內容，把在設計流程中不同階段的設計如邏輯設計、接線設計、線束設計等等放置在不同的目錄下。它也包含每個設計的多個版本。誠然，同樣的數(shù)據(jù)也可以從PLM系統(tǒng)中管理，但是這個窗口提供了有價值的特定功能以進行交叉比較和電氣設計數(shù)據(jù)深入審查，這種方式在單一的PLM系統(tǒng)中往往是比較困難實現(xiàn)的。 設計瀏覽器的功能表明以數(shù)據(jù)為中心協(xié)議的實際意義，并強調特定領域數(shù)據(jù)環(huán)境的重要性。選中一個部件的文本實體會自動定位并高亮顯示相關的圖形元素，甚至這些元素不在當前顯示的頁面上。 設計者通過設計瀏覽器的符號選項卡可以訪問存儲的電氣原理符號，但是這些符號不是單純的線條圖形。他們包含了庫定義和電氣分析模型，允許設計者檢查電壓降、電流流向等等。零件庫的定義包含了客戶和供應商的名稱信息、連接器接口信息及其他的細節(jié)。 在設計流程的早期，不是每一個細節(jié)都可能被定義，但是在以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境中允許新的信息隨時添加到已有的數(shù)據(jù)中并提供結構化的報表。 傳入的數(shù)據(jù)都將被自動標記并可在流程的每一個階段由設計者進行同步更新。 在圖2的邏輯設計中定義了設備的互連但是故意不定義這些連接是如何用連接線和對接件實現(xiàn)的。下一步的接線設計將承擔這樣的任務。這代表了更細節(jié)的電氣連接示意圖，它再次從更廣的數(shù)據(jù)流中獲取數(shù)據(jù)，包括導線規(guī)格以及連接器內各個引腳的分配細節(jié)。值得注意的是，連接器可能攜帶著從幾個不同子系統(tǒng)來的無關信號，而每一個信號又被幾個不同的工程師管理。由此發(fā)生沖突的可能性很高，如果沒有數(shù)據(jù)集成來允許工程師在整個流程進行協(xié)同工作，將很難控制在這種級別的復雜性。 在一個完整的平臺上有數(shù)百個系統(tǒng)的邏輯和接線設計。以數(shù)據(jù)為中心所規(guī)定的原則，使每個設計都有自己的語境和與其他所有設計類似的環(huán)境，這更便于管理。以數(shù)據(jù)為中心的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)，可以確保數(shù)據(jù)從一個設計階段到下階段的一致性，系統(tǒng)本身就確保了設計者無需再次輸入相同的數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)加載約束和反饋以強迫數(shù)據(jù)在零件定義和在同一個項目團隊中工作的各人之間的一致性。 數(shù)據(jù)中心和配置控制 以數(shù)據(jù)為中心的設計流程支持和幫助企業(yè)組織有效的配置管理過程。在這個過程中數(shù)據(jù)的及時性和可訪問性確保工程師知道在使用哪一設計版本、可用的規(guī)范和當前與設計數(shù)據(jù)庫兼容匹配的原理圖。 圖表3是改編自美國空軍技術支持中心的資料，標識了配置控制的4個主要方面：識別，狀態(tài)記賬，審計和變更控制
圖 3: 一個嚴格的配置控制結構和數(shù)據(jù)中心的方法，可以幫助企業(yè)在迅速增加復雜性時仍保持領先地位. 識別是指跟蹤產品在其生命周期內的一切任務，從概念一直到服務，它還涉及零件的問題，如特定車輛指定的導線供應商。它還包括設計文檔等等。 例如，導線的識別，工程師必須防止在同一設計中分配導線/零件識別名稱時使用那些已經被分配給其他部件的名稱。在傳統(tǒng)的以繪制為中心的工具中，這肯定是一個問題，因為它依賴于工程師的命名規(guī)則的正確執(zhí)行，并要求額外的步驟進行檢查和驗證，以防止錯誤。在具有嚴格的數(shù)據(jù)為中心的方法中，系統(tǒng)持續(xù)跟蹤相關元素，防止不正確的選擇和部件自動命名。 當幾十個電氣設計工程師各自獨立地進行設計時，許多的配置和版本變更不可避免。如何管理所有這些設計呢？以數(shù)據(jù)為中心的解決方案包括兩個步驟: 要求工程師按照特別規(guī)定的形式即配置管理進行定義和記錄有效的配置。 執(zhí)行徹底的設計驗證以確保所有的設計兼容，設計定義沒有引用另外一個設計中不存在的導線等等。 在后一個步驟中，傳統(tǒng)的以繪制為中心的流程中，單單這一步就需要一個人*月的工作量。 相比之下，以數(shù)據(jù)為中心的軟件工具在幾分鐘之內就可以自動完成該任務。實際上，以數(shù)據(jù)為中心的過程使用有效的配置和版本管理使得人們有可能去面對現(xiàn)在迅速提高的復雜性 狀態(tài)記賬要求維護產品描述記錄、配置驗證記錄、更改狀態(tài)記錄、更改批準追溯。許多這些功能很自然融合到產品生命周期管理中， 但是特定領域的工具提供了以數(shù)據(jù)為中心的方式來生成更細節(jié)的記錄。 在這樣一個系統(tǒng)，從系統(tǒng)設計到接線設計再到線束設計，部件定義變得越來越豐富，到某一點就以庫零件定義為主。庫定義，例如連接器，就包含了物理描述、顏色、材料、孔位數(shù)等等。還提供了圖形符號，作為修訂記錄。狀態(tài)記賬的意圖即以數(shù)據(jù)為中心的系統(tǒng)提供一種手段來驗證設計活動，并捕捉狀態(tài)記賬記錄作為配置定義。 審核包括正式的資格審查、物理配置審核和功能配置審核。審核跟蹤是有關于跟蹤在平臺設計數(shù)據(jù)上誰做了什么、在哪里、以及什么時候。為滿足這些要求，三種類型的功能是必不可少的：審核跟蹤，配置定義和有效性。 以數(shù)據(jù)為中心的線索審核通常列出了例如版本修訂、設計規(guī)則檢查、線束加工等主要的操作，再加上某天的某一時刻、被修訂的對象、修改者的名字等等。主要的意圖是 跟蹤主要的步驟如設計釋放或者設計狀態(tài)中的更改。全功能設計工具提供了針對某種特別要求的審核過濾，例如平臺、一個特別的設計或者用戶等等。此外，工具知道每一個設計和修訂的有效性范圍，并能夠在給定的有效性范圍內自動產生配置定義和完成設計配置 。 變更控制包括用戶訪問控制，更改策略定義和其與他設計活動中的設計比較。 用戶范圍控制，系統(tǒng)管理員建立每個用戶的角色：庫管理員、設計員、項目管理者等等。這些角色的每一個人都可以有針對性的更進一步的細化。 這些指定是有用的，例如，有必要區(qū)分承包商和內部的工程師對零件和設計數(shù)據(jù)的訪問。 更改策略是整個以數(shù)據(jù)為中心的設計過程的基石，意味他們控制著設計階段之間的數(shù)據(jù)流。簡單來說，更改策略提供精細的數(shù)據(jù)傳輸控制。例如可能會建立一個策略控制導線的定義，該定義是由幾個不同的組協(xié)同工作的。當參與該設計的其他的工程師或者供應商提交更改時，該策略定義是否忽略或者允許特別的導線屬性更改。 當驗證不同設計修訂的變更時，設計比較就是一個非常寶貴的能力。看起來相同的設計，其隱藏的屬性有可能不同。在輸入良好的情況下，計算機可以準確無誤地處理大量的數(shù)據(jù)。以數(shù)據(jù)為中心系統(tǒng)中的圖形和屬性設計比較工具會準確地計算最新的數(shù)據(jù)，決不會由于疲勞或者厭倦而錯過關鍵細節(jié)。 結語 以數(shù)據(jù)為中心的流程提供 一種有效的解決汽車設計中成本和復雜性的方案。傳統(tǒng)的保存記錄的方法根本無法跟上當今汽車或者飛機系統(tǒng)中的成千上萬的變型和數(shù)以百萬計的設計細節(jié)。以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境集成特定領域的專門工具和企業(yè)數(shù)據(jù)庫，以縮短開發(fā)時間、消除系統(tǒng)錯誤并提高設計質量。它能以更低的成本帶來更好的產品。 關于作者: John Wilson John Wilson是任Mentor Graphics的集成電氣系統(tǒng)事業(yè)部產品營銷經理。他在歐洲領先的卡車制造商單位擔任研發(fā)經理11年，隨后的9年在相關技術的軟件公司承擔不同的技術、銷售和市場崗位。1997年成立了一家軟件公司開發(fā)汽車和航空領域的電氣軟件。2003年其公司被Mentor Graphics收購并加入該公司. |
