上海2014年11月10日電 /美通社/ -- 電子(zi)設計自動化技術的領導廠商 Mentor Graphics 近(jin)日(ri)發布一份題為《汽(qi)車電氣 / 電子(zi)設計中的系(xi)統設計》的研究報告。

客戶與各種政(zheng)府規章和要求促進了(le)大眾對汽車電(dian)氣 / 電(dian)子 (E/E) 系(xi)統(tong)更多功能的(de)需求，這(zhe)種需求為負責執(zhi)行這(zhe)些(xie)功能的(de)原始設(she)備(bei)制造(zao)商 (OEM) 帶來新的(de)挑(tiao)戰(zhan)。當(dang)然，系(xi)統(tong)開(kai)發和制造(zao)的(de)成本(ben)巨大，但原始設(she)備(bei)制造(zao)商必(bi)須應(ying)對的(de)挑(tiao)戰(zhan)遠遠不只是成本(ben)問題(ti)，還包(bao)括不斷增加(jia)的(de)重量(liang)(liang)、可(ke)靠性和質(zhi)量(liang)(liang)問題(ti)、呈指數(shu)增長的(de)復(fu)雜性以及(ji)政(zheng)府要求等。

從(cong)整個電氣系統(tong)平(ping)臺而(er)言，它(ta)具有整合所有獨立電氣/電子(zi)系統(tong)的(de)獨特作用。整合時可能產生(sheng)需要(yao)設計(ji)修改的(de)意(yi)外(wai)問(wen)題。通(tong)常這些問(wen)題是隨著設計(ji)的(de)逐步進行而(er)被發現，從(cong)而(er)會(hui)導致計(ji)劃延遲，從(cong)而(er)錯過截止日期(qi)并(bing)產生(sheng)代價高昂的(de)返工。

向客戶提供的配置數量引起的日益提高的復雜性以及錯誤成本都體現出使用系統設計途徑來解決該問題的價值。系統設計方法應讓 OEMs 能夠維持產品質量，減少總成本，管理變化變更并(bing)滿足上市時間目標。

在(zai)探討(tao)系統設計如何能用于克服這些挑(tiao)戰之前，我們先詳(xiang)細檢查部分這些問題。

電氣系統重量和成本增加

在車(che)輛中增(zeng)加電(dian)纜(lan)(lan)布(bu)線和(he)電(dian)氣功(gong)能(neng)對(dui)整體重(zhong)量和(he)生產(chan)成(cheng)本都會帶來(lai)重(zhong)大影響。例如，一些帶有(you)更多功(gong)能(neng)的(de)豪華(hua)車(che)包含超過5千米和(he)大約90公(gong)斤的(de)電(dian)纜(lan)(lan)。更多布(bu)線重(zhong)量和(he)成(cheng)本令電(dian)氣平(ping)臺設計人員不得不權衡取舍，在成(cheng)本、重(zhong)量和(he)功(gong)能(neng)之間取得較佳平(ping)衡。

更多電子功能意味著更高復雜性

設計和(he)制(zhi)造的(de)(de)復(fu)雜性隨(sui)著電(dian)氣/電(dian)子(zi)功(gong)能(neng)的(de)(de)增(zeng)加(jia)而增(zeng)加(jia)。在(zai)(zai)當今的(de)(de)車輛中，超量的(de)(de)電(dian)子(zi)模塊(kuai)提(ti)供著客戶和(he)法規規定(ding)需要的(de)(de)功(gong)能(neng)。這(zhe)些功(gong)能(neng)甚至(zhi)分布在(zai)(zai)大量的(de)(de)電(dian)子(zi)控制(zhi)單元(yuan) (ECU) 中。高端汽車可(ke)能(neng)擁有多達70個ECU，從而能(neng)提(ti)供800多項功(gong)能(neng)，并(bing)通過(guo)5套(tao)系統總線相互連接。

隨著電線(xian)、總線(xian)和功能(neng)的(de)數量增加(jia)，出(chu)現潛在電路(lu)等意(yi)外問題的(de)可(ke)能(neng)性也會增加(jia)。潛在電路(lu)中(zhong)，開關和載荷的(de)特殊結合可(ke)能(neng)導致(zhi)電氣功能(neng)的(de)偶然運行或故障。

潛在電路可能帶來的(de)良(liang)性后果恰似糊涂的(de)駕(jia)車人(ren)，但更嚴重的(de)惡(e)性后果包括(kuo)丟失(shi)對(dui)安(an)全至關重要的(de)功能，甚至車禍。

配置：對復雜性而言是個噩夢

雖然很多人并沒有意識到，但汽車已經成為市場電子消費品較復雜的一個領域。這種復雜性帶來了以多種方式配置功能的機會。隨著向客戶提供旨在提高價值和需求，滿足安全性、可靠性以及 ISO 26262 和 Euro 5/6 排(pai)放標準(zhun)等法(fa)定排(pai)放要(yao)求的功能(neng)變(bian)多(duo)，電氣系(xi)統可能(neng)性配(pei)置的數量(liang)也在(zai)激增。

電(dian)氣設(she)(she)計過程中(zhong)的步驟(zou)數(shu)(shu)量乘(cheng)以(yi)配置(zhi)數(shu)(shu)量，如圖1所示。設(she)(she)計人員要面對整(zheng)個(ge)平(ping)臺(tai)的一系(xi)(xi)列要求(qiu)，他們通過幾(ji)個(ge)階段；首先(xian)將其分解為單(dan)個(ge)特性(xing)，然(ran)(ran)后分解為實現這些特性(xing)的功(gong)能。這些功(gong)能被集群到系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)，然(ran)(ran)后分配物理設(she)(she)備或軟件中(zhong)。當(dang)今現代化汽(qi)車中(zhong)的嵌入(ru)式軟件可多達1億行代碼。然(ran)(ran)后，原理設(she)(she)計與(yu)整(zheng)個(ge)車輛的機械定(ding)義關(guan)聯，并以(yi)物理布線系(xi)(xi)統(tong)互連起來，該系(xi)(xi)統(tong)最后被劃分進線束系(xi)(xi)列。每種(zhong)平(ping)臺(tai)配置(zhi)都有其獨一無二的線束，其可以(yi)分化為數(shu)(shu)千甚至數(shu)(shu)百萬個(ge)線束。

配置數(shu)量的(de)急(ji)劇增(zeng)多影響著從需求(qiu)(qiu)到服務文檔的(de)整個數(shu)據流。一(yi)旦銷售出去(qu)，OEMs就要負責終生有效的(de)汽車服務。法(fa)律越來越嚴格地要求(qiu)(qiu)此類(lei)數(shu)據（特指每種獨(du)一(yi)無二(er)的(de)汽車配置）要向(xiang)所有經(jing)銷商提供（而不(bu)僅是原(yuan)始設(she)備制造商網(wang)絡(luo)）。

管理設計變更

以(yi)前，汽車設(she)(she)計(ji)的(de)每個階段都是一個“孤島”，它們(men)有自(zi)己的(de)設(she)(she)計(ji)工(gong)具以(yi)及(ji)(ji)一種用來描(miao)述特定階段的(de)組件、輸入和輸出(chu)的(de)復雜本(ben)地語言。通(tong)信通(tong)常也比較麻煩，每個步驟(zou)都需要轉化和/或(huo)手動重(zhong)新錄入數(shu)據，從(cong)而導致冗余和延遲。這些(xie)方法(fa)難(nan)以(yi)應(ying)對(dui)當(dang)今的(de)時間、成(cheng)本(ben)和競爭壓(ya)力。電(dian)氣設(she)(she)計(ji)工(gong)程師需要能夠與(yu)其他工(gong)程師及(ji)(ji)其它“孤島”共享(xiang)信息，來提升跨(kua)團(tuan)隊及(ji)(ji)跨(kua)部門的(de)通(tong)信。他們(men)需要能夠更(geng)容易地理解變更(geng)的(de)環境(jing)和影響，從(cong)而更(geng)快地執行變更(geng)，并且減(jian)少(shao)誤(wu)解。

系統工程設計方法更好地管理復雜性

當今的(de)周期(qi)(qi)時(shi)間太慢，不能有效(xiao)地(di)參(can)與競爭和滿足需求。從自上而(er)下的(de)系統設計(ji)開始(shi)創建詳細(xi)的(de)布線設計(ji)的(de)過(guo)程重復而(er)且費時(shi)間，使設計(ji)周期(qi)(qi)延(yan)長了(le)數月。這里討(tao)論的(de)這些(xie)問題增(zeng)加(jia)了(le)設計(ji)和制造周期(qi)(qi)的(de)時(shi)間，而(er)競爭又增(zeng)大了(le)更(geng)快創造理(li)想電(dian)氣(qi)系統的(de)壓力。

不斷增多的電氣內容，再(zai)加上法律和供應鏈挑(tiao)戰正在(zai)推動流程變化。系(xi)統設(she)(she)計可讓面臨現(xian)代化汽車(che)開(kai)發重壓(ya)的各方受益。大量證據顯(xian)示了(le)系(xi)統設(she)(she)計范(fan)例在(zai)管理(li)復雜性中的有效性，幾個關(guan)鍵特點(dian)包(bao)括(kuo)：整體性、抽象性、逐步整合和互聯性。

整體性指(zhi)可從整體上來(lai)(lai)看一個問題，而(er)不是從一系(xi)列孤(gu)立的活動上來(lai)(lai)看。在(zai)汽車電氣/電子(zi)設(she)計(ji)環境中(zhong)，這意味(wei)著連接各個設(she)計(ji)領域，包括形(xing)形(xing)色色的嵌(qian)入式軟(ruan)件設(she)計(ji)、電子(zi)元件設(she)計(ji)、配(pei)電系(xi)統設(she)計(ji)和機械設(she)計(ji)。

V 形圖表

工程設計(ji)(ji)(ji)有了相當標(biao)準的設計(ji)(ji)(ji)周期。在系統設計(ji)(ji)(ji)中，設計(ji)(ji)(ji)周期通常用“V 形圖表”來表示(shi)。圖2顯(xian)示(shi)了完整的 V 形圖表，每個步驟都列舉(ju)了出來。

面對與日俱增的(de)復雜性，要想(xiang)管理(li)(li)設計和(he)變更，并且及早發現問題以(yi)便快(kuai)速找(zhao)到低成(cheng)本的(de)解決方案，需要實(shi)現高度自動化，從而在合理(li)(li)的(de)時(shi)間內處理(li)(li)復雜問題。

要(yao)想解決這一挑(tiao)戰，可(ke)以采取一種(zhong)結合(he)先進軟(ruan)件的(de)系(xi)統(tong)(tong)設計(ji)方法來提供(gong)數字連(lian)續性(xing)(xing)、要(yao)求追蹤、歸檔和(he)設計(ji)自動化，并采用涵蓋生命周(zhou)期各個階段的(de)綜合(he)性(xing)(xing)系(xi)統(tong)(tong) V 模型。V 型圖(tu)左側(ce)代(dai)表(biao)的(de)是(shi)需求的(de)分解和(he)系(xi)統(tong)(tong)規范的(de)創建(jian)，而右側(ce)代(dai)表(biao)的(de)是(shi)零(ling)件的(de)集成(cheng)和(he)驗證。

利用這(zhe)種(zhong)方法，高度抽象化的(de)(de)數據被(bei)逐步分解(jie)和豐富，直到(dao)(dao)可(ke)建造的(de)(de)組(zu)件(jian)（軟件(jian)模(mo)塊、電子(zi)元件(jian)和線(xian)束等(deng)）被(bei)充分定義(yi)。然后這(zhe)些組(zu)件(jian)被(bei)集成并不斷驗證，直到(dao)(dao)完成整個系統的(de)(de)裝配。抽象化數據的(de)(de)轉變(bian)可(ke)通過計算(suan)機(ji)可(ke)執行規范來自(zi)動實現（這(zhe)個過程被(bei)稱之為合成），從(cong)要(yao)求(qiu)到(dao)(dao)組(zu)件(jian)執行都能保持(chi)全面的(de)(de)可(ke)追(zhui)溯性。

連續性和自動化是成功的關鍵

市面(mian)上(shang)已推出(chu)執行(xing)系統(tong)(tong)設計(ji)方法(fa)的(de)軟件包，其中一款來自Mentor Graphics。這款軟件可生成系統(tong)(tong)工(gong)程范例(li)。執行(xing)系統(tong)(tong)設計(ji)的(de)軟件自動(dong)化應該(gai)為(wei)用戶提供大量工(gong)具。下文介(jie)紹了軟件包應具備的(de)必要(yao)功能。

平臺級抽象化

軟件應使用一種生(sheng)(sheng)成(cheng)方法，讓布(bu)(bu)線(xian)設計(ji)通過高(gao)水平的輸入自(zi)動生(sheng)(sheng)成(cheng)，在構建時即做到準(zhun)確(que)(que)無誤。軟件可(ke)以針對所(suo)有平臺級(ji)配置自(zi)動生(sheng)(sheng)成(cheng)準(zhun)確(que)(que)的布(bu)(bu)線(xian)設計(ji)（如圖3所(suo)示）。

這種方法使制造商(shang)能夠(gou)掌握并(bing)發展他(ta)們具有競(jing)爭力的知識產權（IP）。系(xi)統集成很快(kuai)，只需(xu)幾小時即可完成以往(wang)需(xu)要(yao)花費數周時間的任務。這減少了電(dian)氣設計的時間和(he)成本，同時可以評估替(ti)代架構。

集成設計環境

軟件(jian)應(ying)提供適(shi)用于更大生態系統的完(wan)整(zheng)電氣(qi)設(she)計套(tao)件(jian)。設(she)計之初就應(ying)采(cai)用能推動與第三方 MCAD、PLM 或 ALM 工具(ju)集成的 IT 架構。

管理變更

自動(dong)化(hua)應允許多種抽(chou)象(xiang)化(hua)層(ceng)次(ci)，并管理它們之間的聯系，以便變更得到(dao)全面傳遞。在傳遞變更時要(yao)加以控(kong)制并采(cai)取智能(neng)化(hua)的方(fang)式(shi)，確保先(xian)前在較低抽(chou)象(xiang)化(hua)層(ceng)次(ci)下完成的任何增(zeng)值工作(zuo)都(dou)能(neng)保留(liu)下來。

通過緊(jin)密集成，應用于配電系統的變(bian)(bian)更能夠與其他領域要求的變(bian)(bian)更協調(diao)一致以完整得(de)實施變(bian)(bian)更：有效協調(diao)變(bian)(bian)更、節約時間并支持(chi)并行設計。

架構優化

設(she)計人(ren)員應能夠生成詳細(xi)的(de)(de)(de)線(xian)(xian)束(shu)成本模型和(he)(he)相關報(bao)告(gao)，便于(yu)在(zai)幾(ji)(ji)分鐘內對幾(ji)(ji)種設(she)計方案(an)的(de)(de)(de)成本進行(xing)比較（如(ru)圖4所示(shi)）。他們可在(zai)數(shu)小(xiao)時內對各種廣(guang)泛的(de)(de)(de)布(bu)局概念進行(xing)詳細(xi)準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)分析。快速準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)權衡可節省每(mei)輛汽車的(de)(de)(de)成本并降低汽車重量。為不同(tong)(tong)客(ke)戶開展數(shu)千次有時甚至(zhi)數(shu)百萬次電氣設(she)計是一(yi)項(xiang)艱巨的(de)(de)(de)任務，但有了這些軟件工具，一(yi)個平臺項(xiang)目的(de)(de)(de)數(shu)千個構造(zao)的(de)(de)(de)零部件布(bu)局和(he)(he)布(bu)線(xian)(xian)可同(tong)(tong)時得(de)到優化(hua)，從而(er)實現更佳且成本更低的(de)(de)(de)設(she)計。更高的(de)(de)(de)設(she)計質量可降低成本和(he)(he)風險。

可追蹤流程

用戶能夠對(dui)流程控制(zhi)進行設計，以實現可核實和(he)(he)可追蹤的發布流程和(he)(he)設計修改。該(gai)軟件還(huan)可利用設計規則檢查執(zhi)行特定的約(yue)束條件。

盡早排查問題

應在(zai)設(she)(she)計(ji)(ji)早期(qi)發(fa)現問(wen)(wen)題(ti)并提供解決方案。這樣才能(neng)迅速做出(chu)調(diao)(diao)整，調(diao)(diao)整相關成本(ben)要比設(she)(she)計(ji)(ji)后期(qi)發(fa)現問(wen)(wen)題(ti)所付出(chu)的代價低得(de)多。通過模(mo)擬(ni)仿真，設(she)(she)計(ji)(ji)可在(zai)試制之前進行(xing)設(she)(she)計(ji)(ji)測試，這樣問(wen)(wen)題(ti)就能(neng)及早發(fa)現，而(er)在(zai)設(she)(she)計(ji)(ji)早期(qi)，調(diao)(diao)整成本(ben)也相對(dui)較低。軟件可提供嚴格的故障模(mo)式效(xiao)果(guo)分析，以(yi)確定可能(neng)只被客戶發(fa)現的問(wen)(wen)題(ti)。如(ru)果(guo)問(wen)(wen)題(ti)只被客戶發(fa)現，廠家(jia)的聲譽(yu)和利潤都將嚴重受(shou)損。

設計階段完善數據

線束(shu)開(kai)發是(shi)車輛設(she)計(ji)和制(zhi)造(zao)(zao)過(guo)程(cheng)(cheng)的(de)(de)轉折(zhe)點(dian)。在線束(shu)開(kai)發環(huan)境(jing)下，關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)數據(ju)可經過(guo)完善轉變成可制(zhi)造(zao)(zao)的(de)(de)產品(pin)。軟(ruan)件工(gong)具套件需通過(guo)實現數據(ju)連續性為該流程(cheng)(cheng)提(ti)供支(zhi)持，貫(guan)穿從(cong)較早的(de)(de)設(she)計(ji)工(gong)作(zuo)（獲取電氣功(gong)能(neng)需求和物(wu)理需求）到(dao)實施的(de)(de)各個流程(cheng)(cheng)階段(duan)。應交付產品(pin)為附有詳細文(wen)檔資料的(de)(de)完整(zheng)線束(shu)產品(pin)。

管理復雜性，避免召回和延誤帶來的重大損失

沒(mei)有認(ren)識到電子 / 電氣系(xi)統(tong)所發(fa)揮的特(te)殊作用可能會造成召回或延誤(wu)等嚴重(zhong)(zhong)(zhong)后果，從而使廠家蒙受重(zhong)(zhong)(zhong)大損失(shi)。例如，已造成重(zhong)(zhong)(zhong)大經濟損失(shi)的空客(ke) A380 大型噴氣式客(ke)氣的布線(xian)故障本質上是機械和電氣工程師在管理數據連續性和信(xin)息流方面的失(shi)職。通過系(xi)統(tong)設(she)計 V 模型右(you)側(ce)的整合和驗證流程便(bian)可避(bi)免這種最壞結果的發(fa)生。

實(shi)施系(xi)統設計方法有助于車輛生產商在未來保證品質和(he)(he)保持利潤率。Mentor Graphics的(de) Capital 工具可(ke)通過在整個(ge)電氣平臺提供數據連續性和(he)(he)設計自(zi)動化(hua)實(shi)現成功的(de)變化(hua)管(guan)理，從而(er)有助于管(guan)理和(he)(he)應對車輛設計領域所面(mian)臨的(de)電子器(qi)件不斷增多的(de)復雜性和(he)(he)挑戰。

Nick Smith 自2001年起擔任明導集成電氣系統部門業務開發總監，目前仍擔任該職位。在加入明導之前，他曾在 Raychem Corporation（瑞侃公司）（隨后被泰科 (Tyco) 收購）擔任過多個職位，包括負責多種微電子和電氣互連部件的開發和產品營銷。他在汽車、航空和鐵路行業積累了超過15年的電氣 / 線束經驗。Nick 擁有豐富的國際經驗，包括曾在美國工作3年。Nick 曾就讀于劍橋大學 (Cambridge University)，擁有激光物理學(xue)博(bo)士學(xue)位(wei)和高科技(ji)營銷工商管理碩(shuo)士學(xue)位(wei)。他不(bu)僅是(shi)多項專利(li)的作者(zhe)，而且還(huan)發(fa)表了(le)多篇學(xue)術和行(xing)業論文。

作者簡介

Nick Smith 自2001年起擔任明導集成電氣系統部門業務開發總監，目前仍擔任該職位。在加入明導之前，他曾在 Raychem Corporation（瑞侃公司）（隨后被泰科 (Tyco) 收購）擔任過多個職位，包括負責多種微電子和電氣互連部件的開發和產品營銷。他在汽車、航空和鐵路行業積累了超過15年的電氣/線束經驗。Nick 擁有豐富的國際經驗，包括曾在美國工作3年。Nick 曾就讀于劍橋大學 (Cambridge University)，擁有激(ji)光物理(li)學(xue)博士學(xue)位和高(gao)科技營銷工商管理(li)碩士學(xue)位。他不(bu)僅是多(duo)項(xiang)專利的(de)作者，而(er)且還發表了(le)多(duo)篇學(xue)術和行(xing)業論(lun)文。

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