图表生成工具将实现汽车电气设计流程的现代化
发布时间：2013-1-9 09:56
发布者：eechina
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明导国际 (Mentor Graphics Corporation) 集成电气系统部软件开发经理 Artem Kornilov 不久前，汽车电气系统设计师还要依靠纸笔画的图表以及电线列表来将他们的新设计记录成文。设计师创建出这些文件的初稿，最后的工作由制图人完成，他们负责制作出整齐连贯的图表。制图人在逐行确定对象和连接线的布局时，都会遵守公认的标准和规范。“自动图表生成”等未来技术似乎只是一个遥不可及的梦想。 如今的电气系统设计师则通过工作站或个人电脑进行工作，他们设计的电气系统将被集成到更大的电动机械平台上，如乘用车、农场设备、飞机甚至船艇。设计师所在的设计部门负责管理整个设计流程，包括需求开发、电路和布线设计以及验证等。设计师的终端产品方案通常包括一个可行的原型，但更重要的是，方案中的文件必须使整个设计能够投入生产并最终投入使用。 在当今典型的汽车电气系统设计流程中，设计师以两种形式中的一种来制定设计规格：可视化图表（图表）或文字形式的表单和表格。许多设计师仍在期待一个软件工具集的出现，这种工具集不仅要能够简化他们的构想和记录工作，还要能创建出可以将他们的设计记录成文的图表。 经过多年的构想和努力，电气计算机辅助设计 (ECAD) 工具终于出现了。这种工具自动生成的图表能够描述一辆汽车的整体或部分电气系统。图表或表格的制作都能采用现代化的 ECAD 技术。生成的图表不仅可用于内部的电气设计流程，也适用于内部生产部门和外部供应商。企业内部或其它地区的生产厂都能采用符合公认规范的这些图表。 图表可用于汽车设计、生产和服务 不论一个企业是从事端到端电气设计还是仅负责其中一个流程并将结果交给第三方供应商，文件交付是必不可少的。每个流程和/或整个电气设计流程最后都需要交付文件。这些文件分为以下几类： 交付给全方位服务供应商的产品需求文件 交付给按图加工供应商的产品设计文件 交付给客户以便进行产品维护和服务的服务文件 交付给监管部门以便在售予客户前进行审批的产品设计文件 在绝大部分电气设计应用中，图表是交付物中必不可少的一部分。在许多机构中，图表的格式和布局都沿用常见的制图惯例，而制作图表是设计师的例行工作。但这些图表仅仅是设计方案的一部分，必要的列表和支持信息必须单独完成。 在主要使用表格法的机构中，当然不会有实际的图表。相反，表格传达的是详细的点到点连接信息。与图表法（必须建立列表来补充图表）相反，在使用表格法时，必须单独建立必要的图表。 无论是图表法还是表格法，传统流程都需要设计师手动创建文件，力求保持文件与设计本身的同步，即便是经历多次变动。这不可避免地需要多次手动操作并且容易出错。 相比之下，自动图表生成方案（如果用于现代化的 ECAD 环境）能够综合设计数据库中众多必要的图表，无需手动操作。此外，自动化应用还可以为服务技术人员生成某个具体配置（一辆汽车）的正确的最新电气图，协助排除故障。图1对两种能够为服务提供商提供数据的设计流程做了说明和比较。箭头右边的“辅助”流程表示的是一种全功能解决方案（如明导国际 CAPITAL 线束设计工具集）的功能。右边的流程或多或少包含了一些自动化的环节。箭头左边的流程在环节上看起来相似，但它是完全手动的。这是当今汽车行业较常见的方案。 
图1：传统手动服务文件流程与新的自动化解决方案的对比 避免重复和多余 在手动图表法设计环境中，设计师根据一些规定的格式和结构创建图表。这通常意味着，多个图表中的数据元素完全相同。比如，电源和接地线可能出现在单个子系统和独立的电源和接地线图表中。显然，首次信息输入之外的所有这些重复对于设计师来说都是多余的工作。手动重复输入相同的数据不仅耗时，也容易多次出现错误，因为设计师必须一遍又一遍重复输入相同的信息，而每一次都有可能敲错键或输入错误命令。相比之下，自动图表生成方案可以从根本上防止出现错误和不一致。 图表法和表格法这两种形式都可以使用多种图表。设计师可能希望对描述电路走线、线束、功能、系统甚至是自己选择的具体可订购的产品配置的图表进行检查。每种形式都有助于设计师了解不断变化的系统。图2是一个自动生成的具体系统（汽车的音响系统）单页示意图。该图显示了这一系统的实际布局。如果不借助自动化图表生成工具，很难准确描述出所有这些变量，更别说手动创建图表所耗费的成本和时间。 
图2：图表生成工具可以生成某个具体系统的单页示意图。图表的一部分被放大，用以突显系统中某个部分的连接 超越线条和模块 若要符合所有相关应用的要求，理想的图表生成器必须满足非常高的期望值。它必须提供一种方法来在一个或多个结构合理的图表中自动显示出汽车电气系统的指定部分。所生成的图表必须要： 传达出电气设计意图 符合相关制图标准 遵守公认规范 当然，该工具集还必须提供一种便利的方法来控制其自身的特性与功能，以及通过设置和自定义来满足用户具体流程的要求。美观也非常重要，因为整洁有序的布局设计更能吸引眼球，也更易理解。训练有素的设计师能够制作出满足所有这些标准的连贯图表，但是个人对美观的判断很难编成电脑程序。有时候人为调整是取得最后画龙点睛之笔的唯一方法。 图表生成的设置 任何自动图表生成工具都需要在“真正的”工作开始之前在应用中进行一些配置。毕竟电脑无法知晓设计师在指定类型项目中需要哪些专门的元素，或者需要多详细的细节。设计师至少要从一套预定义模板中进行选择，如电路走线或线束图。另一方面，功能齐全的解决方案能提供在生成的图表上显示出最小细节的方法。 多样化的选择满足了用户多项技能的要求与用户的偏好。通过网页界面来利用 ECAD 查看电路走线的新设计师可能希望仅靠输入信号名称就能获得所需图表。相反，经验丰富的高级用户可能更乐意控制一切——从整体配置到用于设备和电线等图表元素的精确制图规范。 为了满足不同配置等级的要求，该图表生成工具可以对用户进行高效的人员分工。例如，高级用户可以创建供全团队使用的配置，根据整个团队的经验水平或技术需求来优化这些配置。 工具的配置极为关键，因为这会影响用户和应用的效率。全面的一次性配置流程能减少图表生成过程中的费用并且只是偶尔需要手动调整。 在配置汽车图表生成工具集时要考虑几个方面，文章后面的部分对此进行了总结。 选择合适的图表 一个自动化的图表生成器如果只能生成“鸟瞰”式的全系统图，那它的用处可能不大。毫无疑问，鸟瞰图非常重要，但是用户也需要具体查看局部的细节。许多日常工作只需要一个能够直观地查看特定细节的工具，例如图3中的电路走线。该图标出了所有与特定信号（如本例中汽车的电源连接）直接或间接相连的环节，有助于进行故障处理。高级用户则需要一种能够针对问题给出不同详细程度的答案的解决方案，就像一个搜索引擎，输入一个查询单词会返回很多结果，搜索字符串越长，匹配结果就越精确、越少，如图4所示。图4是一张精确到某一特定功能配置的示意图。但其他设计师希望图表生成工具能够接受用户编写的插件，从而自动挑选出指定部分，例如通过贯穿导体和保险丝标出一个指定设备的所有接地路径。 
图3：电路走线示意图通过总结所有与特定信号直接或间接相连的环节加快了故障处理过程 
图4：该示意图描述了精确到特定装置配置的汽车电气子系统 随着移动设备和笔记本电脑的广泛使用，在多种平台上获取生成的图表的能力变得越来越重要。如果该应用能够在这些小型的高清平台（见图5）上达到其效果，那么用户便可以放心地在采用该应用的车辆之间自由移动，甚至从一个服务或制造点向另一个移动，与此同时还可以获得可靠、最新的图表信息。 
图5：最新的技术进步已经使在 iPad™ 等移动设备上使用当今的图表生成工具成为可能 图表的构造与分割 迫切需要图表自动化的复杂的大型开发项目会采用多页图表集。这可能需要根据规律或功能、或者按照机构的特殊要求进行分割。无论是哪一种情况，用户都需要一个方法来指定将要生成的图表和每张图表都应该包含的元素。元素可能很多，分布也很复杂。尽管如此，页码的指定也不能很繁琐，要便于用户从不同的视角快速浏览他们的设计。 这就是 ECAD 工具集和其图表生成功能的好处。例如它可以帮助用户指定一个属性，然后自动将拥有相同属性值的所有元素分配至一个图表下。这种方法便于为每个线束创造单独的线束图表。此外，设计师还可以选择将主要元素分配至某些图表，然后让生成工具自动完成分配过程，必要地组织数据，从而在图表上显示出每个元素，以及与其最密切相连的设备。 遵守制图标准 汽车制图标准确保企业内外部的不同设计师和制造技术员都能以相同的方式解读图表。至少用户应能指定各类元素的颜色和线条风格。而从最专业的角度，用户应能根据各类元素的属性及相互间的关系来控制具体的形状和外观。例如，用户可能希望将公连接器与母连接器或焊接套管接头和声波焊接接头区分开来。 此外，按照标准，对于出现在不同情况下的某个特定元素，用户可能需要显示出不同的属性、表格和指标。确定哪种“情况”适用的规则可能很简单；例如确定某个属性是否有固定的值。这些规则还可能涉及与元素相关的复杂问题，甚至延伸到定制插件。功能强大的 ECAD 图表生成工具可轻松捕捉所有这类信息，以便在之后的图表生成环节甚至是手动图表编辑过程中自动应用于相关元素。 遵守布局规范 通常，企业必须针对布局和其它制图惯例制定内部规范。例如，图表的布局是自左向右还是自上而下？这些方面的一致性有助于图表使用者更快地理解图表上的内容。另一个常见规范是将连接最多的设备放在图纸中央。这使得图表更易于理解，从而将用户的目光吸引到图表上信号活动的中心。但是，为了清晰起见，这种集中显示方式往往需要从图表上去掉无关的电线。图表上的其余电线被“切断”并在其它图表上显示出来。这就需要严格的制图规范来确定这些电线在图表上如何放置和交叉参考。 表达设计意图和美学 从根本上说，图表必须能够表达设计意图，并且在一定程度上让人赏心悦目。有时一些美学细节无法自动操作——并非每个细节都能以一致的方式向电脑“解释”。在这种情况下，必须手动调整生成的图表。之后，图表生成工具在电气系统内相同或类似零件的所有图表生成过程中都必须考虑这些调整。 主观变量（尤其是与美学和设计意图相关的变量）的处理仍然是图表生成技术最难捉摸的方面。这与语音识别和自动语言翻译等其它电脑技术相似。近年来，这些领域都取得了巨大的进步，但依然任重而道远。领先的电子设计自动化创新企业正不断改进用户与图表生成工具之间的这种关键互动。 结论 如今，自动图表生成正在改变 ECAD 在汽车设计应用中的作用。重要的是，它可以减少繁忙的设计师必须完成的制图量。此外还能管理新设计所有相关文件的同步和传播，从而大大提高开发阶段（从最开始的设计理念到制造再到现场服务）的生产效率。自动化可确保必要的一致性和标准化，同时允许进行专门的定制。当今的汽车图表生成工具能够比以往更有效地发挥这些能力并将带来现代化的电气设计。 |
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