汽车电气/电子设计中的系统设计

V 形图表

工程设计有了相当标准的设计周期。在系统设计中，设计周期通常用“V 形图表”来表示。图2显示了完整的 V 形图表，每个步骤都列举了出来。


图2：系统设计方法可通过这个 V 型图显示。

一款产品首先进行顶层的可视化处理，生成需求。然后这些需求被分解成特性和功能。下一步是完成逻辑设计，然后是不超出平台限制的物理设计。接着，组件设计进入最详细的关头（V 型图底部）。然后对设计进行“重新安排”，将印刷电路板、电子控制单元和线束等整合进最终产品。

面对与日俱增的复杂性，要想管理设计和变更，并且及早发现问题以便快速找到低成本的解决方案，需要实现高度自动化，从而在合理的时间内处理复杂问题。

要想解决这一挑战，可以采取一种结合先进软件的系统设计方法来提供数字连续性、要求追踪、归档和设计自动化，并采用涵盖生命周期各个阶段的综合性系统 V 模型。V 型图左侧代表的是需求的分解和系统规范的创建，而右侧代表的是零件的集成和验证。

利用这种方法，高度抽象化的数据被逐步分解和丰富，直到可建造的组件（软件模块、电子元件和线束等）被充分定义。然后这些组件被集成并不断验证，直到完成整个系统的装配。抽象化数据的转变可通过计算机可执行规范来自动实现（这个过程被称之为合成），从要求到组件执行都能保持全面的可追溯性。

连续性和自动化是成功的关键

市面上已推出执行系统设计方法的软件包，其中一款来自Mentor Graphics。这款软件可生成系统工程范例。执行系统设计的软件自动化应该为用户提供大量工具。下文介绍了软件包应具备的必要功能。

平台级抽象化

软件应使用一种生成方法，让布线设计通过高水平的输入自动生成，在构建时即做到准确无误。软件可以针对所有平台级配置自动生成准确的布线设计（如图3所示）。


图3：通过自动化，系统能够完成合乎逻辑的初步设计。随着设计的进程，软件将不断“完善”数据。

这种方法使制造商能够掌握并发展他们具有竞争力的知识产权（IP）。系统集成很快，只需几小时即可完成以往需要花费数周时间的任务。这减少了电气设计的时间和成本，同时可以评估替代架构。

集成设计环境

软件应提供适用于更大生态系统的完整电气设计套件。设计之初就应采用能推动与第三方 MCAD、PLM 或 ALM 工具集成的 IT 架构。

管理变更

自动化应允许多种抽象化层次，并管理它们之间的联系，以便变更得到全面传递。在传递变更时要加以控制并采取智能化的方式，确保先前在较低抽象化层次下完成的任何增值工作都能保留下来。

通过紧密集成，应用于配电系统的变更能够与其他领域要求的变更协调一致以完整得实施变更：有效协调变更、节约时间并支持并行设计。

架构优化

设计人员应能够生成最详细的线束成本模型和相关报告，便于在几分钟内对几种设计方案的成本进行比较（如图4所示）。他们可在数小时内对各种广泛的布局概念进行详细准确的分析。快速准确的权衡可节省每辆汽车的成本并降低汽车重量。为不同客户开展数千次有时甚至数百万次电气设计是一项艰巨的任务，但有了这些软件工具，一个平台项目的数千个构造的零部件布局和布线可同时得到优化，从而实现更佳且成本更低的设计。更高的设计质量可降低成本和风险。


图4：系统设计软件实现轻松权衡比较，从而使设计人员能够快速敲定最佳设计方案。

可追踪流程

用户能够对流程控制进行设计，以实现可核实和可追踪的发布流程和设计修改。该软件还可利用设计规则检查执行特定的约束条件。

尽早排查问题

应在设计早期发现问题并提供解决方案。这样才能迅速做出调整，调整相关成本要比设计后期发现问题所付出的代价低得多。通过模拟仿真，设计可在试制之前进行设计测试，这样问题就能及早发现，而在设计早期，调整成本也相对较低。软件可提供严格的故障模式效果分析，以确定可能只被客户发现的问题。如果问题只被客户发现，厂家的声誉和利润都将严重受损。

设计阶段完善数据

线束开发是车辆设计和制造过程的转折点。在线束开发环境下，关键设计数据可经过完善转变成可制造的产品。软件工具套件需通过实现数据连续性为该流程提供支持，贯穿从最早的设计工作（获取电气功能需求和物理需求）到实施的各个流程阶段。应交付产品为附有详细文档资料的完整线束产品。

管理复杂性，避免召回和延误带来的重大损失

没有认识到电子 / 电气系统所发挥的特殊作用可能会造成召回或延误等严重后果，从而使厂家蒙受重大损失。例如，已造成重大经济损失的空客 A380 大型喷气式客气的布线故障本质上是机械和电气工程师在管理数据连续性和信息流方面的失职。通过系统设计 V 模型右侧的整合和验证流程便可避免这种最坏结果的发生。

实施系统设计方法有助于车辆生产商在未来保证品质和保持利润率。Mentor Graphics的 Capital 工具可通过在整个电气平台提供数据连续性和设计自动化实现成功的变化管理，从而有助于管理和应对车辆设计领域所面临的电子器件不断增多的复杂性和挑战。