依靠實際的工程圖紙作為貫穿整個汽車電氣系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(guān)的看法：從采購的角度（該設(shè)計中需要什么零件？）；從工程的角度（當(dāng)開關(guān)打開時，該馬達(dá)會啟動嗎？）甚至是審核者的批示：這是當(dāng)前的設(shè)計嗎？被簽署了嗎？

汽車設(shè)計中成本和復(fù)雜性的提升以及相互影響是當(dāng)前主要的挑戰(zhàn)。越來越多的整車廠商和其供應(yīng)商認(rèn)識到一種支持?jǐn)?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(shè)計過程的不同階段都會出現(xiàn)。產(chǎn)品計劃員、設(shè)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(shè)計過程的概述。 最早階段是平臺定義，這里定義了目標(biāo)車型的功能內(nèi)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(jī)械的布置、電氣設(shè)計、制造以及最終長期支持和服務(wù)。

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(shè)計。當(dāng)接線信息定義完成后，就可以開始設(shè)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(shè)計以支持所有可能的顧客選擇。當(dāng)然，這些線束必須能夠被生產(chǎn)并且線束供應(yīng)商（另外一個數(shù)據(jù)使用者）將執(zhí)行嚴(yán)格的需求分析以優(yōu)化成本。同樣的，售后服務(wù)部生成維修服務(wù)手冊以支持所有可能的變化。所有的這些準(zhǔn)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(chǎn)生并使用這些跨整個汽車設(shè)計、生產(chǎn)以及售后服務(wù)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(shè)計的逐步推進(jìn)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(chǎn)中增加成本嗎？ 在服務(wù)站會產(chǎn)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(shè)計變更。

跟蹤零件的生命周期

早在邏輯系統(tǒng)設(shè)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(shè)計要素。

圖 2 演示了邏輯設(shè)計步驟如何從一開始就遵循以數(shù)據(jù)為中心的原則。設(shè)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(shè)計。這些符號包含了電氣行為的詳細(xì)信息以保證正確地創(chuàng)建設(shè)計，同時也提供一種豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從這點開始，這些信息將約束隨后設(shè)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(shè)計更改可以被標(biāo)記和處理。

圖 2： 在一個以為中心的設(shè)計套件中，選中在任何視圖中的一個部分都會在相關(guān)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(nèi)容，把在設(shè)計流程中不同階段的設(shè)計如邏輯設(shè)計、接線設(shè)計、線束設(shè)計等等放置在不同的目錄下。它也包含每個設(shè)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(jìn)行交叉比較和電氣設(shè)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(shè)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(diào)特定領(lǐng)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(guān)的圖形元素，甚至這些元素不在當(dāng)前顯示的頁面上。

設(shè)計者通過設(shè)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(shè)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(yīng)商的名稱信息、連接器接口信息及其他的細(xì)節(jié)。 在設(shè)計流程的早期，不是每一個細(xì)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(jié)構(gòu)化的報表。 傳入的數(shù)據(jù)都將被自動標(biāo)記并可在流程的每一個階段由設(shè)計者進(jìn)行同步更新。

在圖2的邏輯設(shè)計中定義了設(shè)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(shè)計將承擔(dān)這樣的任務(wù)。這代表了更細(xì)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(dǎo)線規(guī)格以及連接器內(nèi)各個引腳的分配細(xì)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(guān)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(jìn)行協(xié)同工作，將很難控制在這種級別的復(fù)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(shè)計。以數(shù)據(jù)為中心所規(guī)定的原則，使每個設(shè)計都有自己的語境和與其他所有設(shè)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(shè)計階段到下階段的一致性，系統(tǒng)本身就確保了設(shè)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(tuán)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(shè)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(shè)計版本、可用的規(guī)范和當(dāng)前與設(shè)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(shù)支持中心的資料，標(biāo)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(yán)格的配置控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)中心的方法，可以幫助企業(yè)在迅速增加復(fù)雜性時仍保持領(lǐng)先地位。

識別是指跟蹤產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)的一切任務(wù)，從概念一直到服務(wù)，它還涉及零件的問題，如特定車輛指定的導(dǎo)線供應(yīng)商。它還包括設(shè)計文檔等等。

例如，導(dǎo)線的識別，工程師必須防止在同一設(shè)計中分配導(dǎo)線/零件識別名稱時使用那些已經(jīng)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(jìn)行檢查和驗證，以防止錯誤。在具有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)為中心的方法中，系統(tǒng)持續(xù)跟蹤相關(guān)元素，防止不正確的選擇和部件自動命名。

當(dāng)幾十個電氣設(shè)計工程師各自獨立地進(jìn)行設(shè)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(shè)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(jìn)行定義和記錄有效的配置。

執(zhí)行徹底的設(shè)計驗證以確保所有的設(shè)計兼容，設(shè)計定義沒有引用另外一個設(shè)計中不存在的導(dǎo)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(nèi)就可以自動完成該任務(wù)。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(fù)雜性

狀態(tài)記賬要求維護(hù)產(chǎn)品描述記錄、配置驗證記錄、更改狀態(tài)記錄、更改批準(zhǔn)追溯。許多這些功能很自然融合到產(chǎn)品生命周期管理中， 但是特定領(lǐng)域的工具提供了以數(shù)據(jù)為中心的方式來生成更細(xì)節(jié)的記錄。

在這樣一個系統(tǒng)，從系統(tǒng)設(shè)計到接線設(shè)計再到線束設(shè)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(shè)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(guān)于跟蹤在平臺設(shè)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(shè)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(shè)計釋放或者設(shè)計狀態(tài)中的更改。全功能設(shè)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(shè)計或者用戶等等。此外，工具知道每一個設(shè)計和修訂的有效性范圍，并能夠在給定的有效性范圍內(nèi)自動產(chǎn)生配置定義和完成設(shè)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(shè)計活動中的設(shè)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(shè)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(jìn)一步的細(xì)化。 這些指定是有用的，例如，有必要區(qū)分承包商和內(nèi)部的工程師對零件和設(shè)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(shè)計過程的基石，意味他們控制著設(shè)計階段之間的數(shù)據(jù)流。簡單來說，更改策略提供精細(xì)的數(shù)據(jù)傳輸控制。例如可能會建立一個策略控制導(dǎo)線的定義，該定義是由幾個不同的組協(xié)同工作的。當(dāng)參與該設(shè)計的其他的工程師或者供應(yīng)商提交更改時，該策略定義是否忽略或者允許特別的導(dǎo)線屬性更改。

當(dāng)驗證不同設(shè)計修訂的變更時，設(shè)計比較就是一個非常寶貴的能力?？雌饋硐嗤脑O(shè)計，其隱藏的屬性有可能不同。在輸入良好的情況下，計算機(jī)可以準(zhǔn)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(shè)計比較工具會準(zhǔn)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(guān)鍵細(xì)節(jié)。

結(jié)語

以數(shù)據(jù)為中心的流程提供 一種有效的解決汽車設(shè)計中成本和復(fù)雜性的方案。傳統(tǒng)的保存記錄的方法根本無法跟上當(dāng)今汽車或者飛機(jī)系統(tǒng)中的成千上萬的變型和數(shù)以百萬計的設(shè)計細(xì)節(jié)。以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境集成特定領(lǐng)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(shè)計質(zhì)量。它能以更低的成本帶來更好的產(chǎn)品。

關(guān)于作者： John Wilson

John Wilson是任Mentor Graphics的集成電氣系統(tǒng)事業(yè)部產(chǎn)品營銷經(jīng)理。他在歐洲領(lǐng)先的卡車制造商單位擔(dān)任研發(fā)經(jīng)理11年，隨后的9年在相關(guān)技術(shù)的軟件公司承擔(dān)不同的技術(shù)、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(lǐng)域的電氣軟件。2003年其公司被Mentor Graphics收購并加入該公司。

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