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GM 公司 CEO Reuss 表示：“無論是現在還是未來幾年，軟件的關鍵作用及其對我們車輛的重要性絕對不容小覷。它將成為產品的關鍵定義特性。”當然，這種復雜性的增加也帶來了巨大的驗證風險。航空航天行業(yè)的多起事例表明，錯誤或重大返工可能會使整個計劃甚至整個公司陷入風險。
問題的根本在于工程流程中團隊之間缺乏整合，尤其是在 E/E 系統(tǒng)領域。從流程早期負責定義特性的系統(tǒng)工程師，到流程末端負責發(fā)布文檔（例如向維護中心提供服務文檔）的工程師，這個過程中存在大量注入錯誤的機會。由 E/E 架構師驅動的電氣流程涵蓋負責設計、生產和利用等方面的團隊。網絡和軟件工程流程中也有對應的團隊。大多數人意識到，這種孤島思維很難消除，往往需要在質量與成本之間進行折衷，因此給行業(yè)造成了數百萬美元的利潤損失。頻頻出現的預算超支和應對不斷變化的挑戰(zhàn)使行業(yè)不堪重負。能夠打破孤島壁壘、促進無縫交互的工具將極具價值。
無論是復雜的機器、聯合收割機、自動駕駛汽車還是飛機， ?任何產品都面臨相同的挑戰(zhàn)。
為此，近日西門子宣布擴展其 Capital 電子電氣 (E/E) 系統(tǒng)開發(fā)軟件工具組合，打造全面的 E/E 系統(tǒng)開發(fā)解決方案，以滿足今天的智能產品設計需求。
西門子數字化工業(yè)軟件集成電氣系統(tǒng)高級副總裁兼總經理 Martin O’Brien
西門子數字化工業(yè)軟件集成電氣系統(tǒng)高級副總裁兼總經理 Martin O’Brien 在發(fā)布會上的演講如下：
在 CAD 時代，我們使用線束設計工具開始進行開發(fā)。當時，這類工具非常先進，專注于采集設計過程中產生的數據，而不是圖紙。但實際上，當時很多工具都專注于圖紙，現在還是如此。因為專注于數據復用，它迅速確立了線束制造業(yè)第一設計工具的地位。我們從一開始就掌握了這些數據，從而能夠以創(chuàng)新的方式整合、分享和使用這些信息。但很快就出現了左移的需求。
為改進線束設計，我們需要改善驅動設計的輸入，因此，我們開發(fā)了將有效數據饋送到下游的電氣解決方案。我們采用了兩種方法。
一種是交互式設計，用于線束工具，用戶能夠通過鍵盤進行交互，并逐個系統(tǒng)、逐個圖紙地進行設計。 ?
第二種方法基于模型，被稱為“創(chuàng)成式設計”，綜合了產品的整個電氣系統(tǒng)。我們準備好邏輯系統(tǒng)及描述單獨特征的相關需求，將它們分配到平臺拓撲中。描述殘留內容，產品計劃，詳細的變化、成本目標和其他輸入的其他模型也被添加到組合中。之后，我們使用規(guī)則和約束生成汽車模型的整個布線系統(tǒng)及其所有衍生變型，并驗證和存儲生成的設計數據。 在提取表示整個布線系統(tǒng)和線束的圖紙之前，我們可以使用動態(tài)生成的指標做出更改和評估，進行權衡研究并優(yōu)化設計。目標是確保輸出乃至整個電氣系統(tǒng)“設計即正確”，并逐個系統(tǒng)、逐個圖紙進行驗證。?
創(chuàng)成式設計是一種范式轉變，改變了汽車和飛機公司開發(fā)電氣系統(tǒng)的方式。創(chuàng)建的數據還可以再利用到其他工程應用中，例如一級線束制造商用于制造線束的數據。我們可以搭建 OEM 與這些公司的數據橋梁。再利用的一個例子是生成全尺寸制造模板，這種模板通常由人工抄錄。這種方法很快就實現了顯著的時間節(jié)約（通常達到 80% 以上）和零錯誤輸出，使 Capital 成為全球五大汽車線束制造商的首選設計工具。Capital 中的其他模塊可用于創(chuàng)建 BOM、開發(fā)成本和支持制造的工作說明。
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該數據的第二個應用側重于文檔和診斷。Peugeot Citroen 在最近發(fā)布的新聞稿中表示，為維修技術人員生成所有文檔的時間減少了 30%?？芍苯訛榫S修人員生成獨特的 VIN 專用電氣圖，并在 iPad 等設備上通過 HTML 查看。技術人員的工作效率可得到大幅提升，從而改善公司的品牌形象。 ? ?
這些以數據為中心的功能使 Capital 成為汽車和航空航天業(yè) OEM 及其供應商的首選工具，我們稱之為“核心 Capital”。Peugeot Citroen 是生成式 EDS 設計的早期采用者，在 10 年前已將其稱為“數字連續(xù)性”。正如他們的 CIO 在左側幻燈片中所展示的，真正引起他注意的是生成式流程能夠促進相互依賴，使各個孤島的行動者團結起來，并促使他們重視相鄰工程團隊的下游需求 如今，所有 PSA 汽車都采用這種方法，我們稱之為“電氣數字化仿真模型”。 ??
設計中的左移為我們帶來了巨大的好處，使我們能夠向上游轉移，掌握描述汽車內特性的功能模型，綜合邏輯系統(tǒng)而不是布線，從而推動對整個車輛架構的研究和優(yōu)化。所保存的架構指標包括重量、成本、網絡延遲和 CPU 負載等，從而能夠在系列設計之前對不同架構進行快速的權衡研究。
當然，您真正要做的就是將硬件放入車輛中并了解如何將它們電氣互連。更重要的是，您了解它們之間的需求、功能和信號，因此可以研究網絡通信并了解哪些功能最好在硬件中實現，哪些功能最好作為軟件實現。此類架構方案是設計階段的輸出，而且是下游設計的重要起點。這些設計流程本身就很復雜，因此，從架構方案中獲得良好的開端是很可貴的。例如，通過識別平臺拓撲中的共存功能，可以將這些功能分組為功能輸出，并傳遞給 PCB 架構師用于開發(fā)多板系統(tǒng)。此外，我們了解信號和功能以及定義這些功能之間通信的參數，因此能夠開發(fā)出符合重工業(yè)和越野汽車使用的 SAE J1939 標準方法的網絡。 ?
汽車是一個更大的挑戰(zhàn)，也是一個存亡攸關的領域。比如，GM 制定了值得稱道的目標：零碰撞、零排放、零擁堵。這對他們的未來和社會的發(fā)展而言都是極其重要的。隨著與我們合作的公司越來越多，我們了解到他們所面臨的挑戰(zhàn)，因此決定打造全新的電氣設計流程。這個流程不僅關注電氣領域，還關注網絡通信、軟件架構以及用于實現軟件的嵌入式 AUTOSAR 解決方案。AUTOSAR 解決方案有助于將獨立于硬件開發(fā)的應用軟件安裝到 ECU。 ?
我們從復雜的網絡設計工具開始，這種工具了解時序要求，而且可以進行高級分析，有助于理解和開發(fā)汽車內的網絡通信。
這里引用 CEVT 商業(yè)項目經理 Jeremy Parker 所說的話。據他表示，他們得以減少了多達 50% 的設計和驗證時間。當然，這不僅與網絡通信有關，也與軟件有關。
安裝在硬件上的應用軟件實現了車載設備的功能并使其智能化，這些軟件控制 ECU 的功能，為客戶提供特定的功能。應用軟件到 ECU 的連接和配置是通過另一個 Capital 解決方案完成的，該解決方案編譯并提供符合 AUTOSAR 的接口模塊。AUTOSAR 起源于德國汽車工業(yè)，定義了那些嵌入式軟件模塊，使硬件設計與軟件設計分離。
認識到這一點使我們遠遠超出了電氣系統(tǒng)的界限，進入軟件和網絡開發(fā)的新領域，這在當今整個行業(yè)中是極為重要的熱門領域。Capital 產品組合的設計是這樣的。Capital 支持流程前端的電氣架構，這些架構與上游需求和系統(tǒng)模型相關聯，但它們可能是從供應商購買的。架構驅動兩個并行流程，包括電氣系統(tǒng)和線束流程，以及軟件和網絡流程。 這些被組合為三個相互關聯的產品組合，從較高的層面描述了我們?yōu)閼獙?E/E 系統(tǒng)開發(fā)挑戰(zhàn)提出的解決方案。?
Capital 的封裝器使用工具內置功能或采用專業(yè)的外部工具在所有設計階段進行管理和驗證。大家知道，我們加入 Siemens 之后，合并成一家擁有出色數據管理和仿真功能的公司。這使我們能夠通過 Simcenter 產品進一步增強持續(xù)確認和驗證。之后，我們立即開展工作以加深我們的關系，從 Teamcenter PLM 的需求和編排開始，到 Polarion ALM、NX 和 MCAD，再到 Siemens 制造工具。 ? 這些措施進一步增強了整個 Siemens Xcelerator 產品組合。
Mentor 加入 Siemens 三年中努力在做的事，包括通過模糊機械領域與電氣領域之間的界限來降低項目風險。致力于開發(fā) Capital（屏幕左側）與 NX（屏幕右側）之間的非常復雜的集成，在這些工具之間進行協同設計，在對立工具顯示的每個模型的視圖中，可以交叉顯示 NX 與 Capital，當然，這適用于所有市場，包括我們最大的汽車市場。
除了使 MCAD 與 ECAD 協同工作，我們還非常專注于增強我們的工具與 Teamcenter 和 Polarion 的連接。 ?尤其是將 Active Workspace 引入 Capital。我們可以顯示 Active Workspace，因此可以在任何 Capital 工具中訪問 Teamcenter 的所有內容。我們可以在 Active Workspace 中運行 NX，或者在 Active Workspace 中查看任何 Capital 工具中的任何機械模型。我們還可以通過 Active Workspace 在 NX 或 Teamcenter 內顯示任何 Capital 設計。自收購以來，這項非常強大的功能一直在不斷發(fā)展?？紤]到我們的新關注點 — 嵌入式軟件，我們與 Polarion ALM 集成以滿足軟件需求，與 Amesim 集成以驗證這些軟件設計。
為了讓您更好地理解系統(tǒng)工程環(huán)境，假設您已部署了 Teamcenter Configurator 來管理變型的復雜性。Teamcenter Configurator 是 Teamcenter 的一項高級功能，可捕獲車輛的所有功能區(qū)及其所有變型。例如，它允許您將功能映射到它們支持的特征，如此處所示。特征指客戶對汽車的標準配置，可能是為了符合安全要求，也可能是可選的配置，例如攝像頭或音響系統(tǒng)。 ?這些特征又映射到相應的車輛或汽車的 VIN。 ?
Teamcenter 管理所有這些變型并提供給 Capital，使其用于整個 E/E 系統(tǒng)開發(fā)流程。例如，這里捕獲的特征定義成為 Capital 架構流程的前端饋入之一。功能模型是在 Teamcenter 中捕獲和定義的，在分配到拓撲的車輛級視圖之前，先將其引入 Capital 中進行表示。之后，針對配置程序模型派生的所有模型變型，Capital 以生成方式綜合車輛級的邏輯架構。每個邏輯系統(tǒng)都是該流程的輸出。 ?可以將開發(fā)的每個架構與相關指標一同保存，以便對多個架構進行權衡研究，從而向下游的 E/E 工程團隊提供最佳解決方案。網絡拓撲網絡就是一個例子。在這種情況下，拓撲網絡的元素可以一直鏈接到 Configurator 或 Teamcenter 中保存的需求，或者鏈接到所考慮的節(jié)點的上游或下游的任何 Capital 抽象。
總而言之，Capital 提供了一個整體的 E/E 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，有助于實現每個領域的卓越工程設計。 ?通過采用基于模型的工程范式，工程流程有助于提高自動化和質量，同時降低成本和風險。這樣的自動化不僅存在于領域內，而且存在于領域之間。因此，我們可以促進并實現這些領域之間的相互依賴性，并滿足當前工作流程的下游需求。有了這些功能，您可以重塑業(yè)務運營方式，將電氣、網絡和軟件設計挑戰(zhàn)的所有要素都整合在一起。您可以在為客戶提供的制造優(yōu)化和售后解決方案中找到例子。收集這些數據之后，您可以關閉循環(huán)并將這些數據返回上游的工程領域，以不斷改進制造設計或維修。 ??
在接受與非網記者的采訪時，Martin 表示，“我們利用網絡技術，通過界定清晰的接口來實現電氣架構工具和實施該架構的特定領域工具之間的銜接。其中的一個主要要素是應對變化，并以結構化的方式將其推送給特定領域的工具；變化管理是植入這種交互中的根本性要素，同時遵循 Capital “控制變更”的理念，即讓工程師根據項目生命周期自行選擇在合適的時間、以受控的方式進行更新?！?/p>
針對目前 EDA 工具不斷智能化、自動化的趨勢，Martin 稱，“Capital 一直堅持整合、自動化和數據一致性的原則。Capital 有著高水平的自動化程度，無論是進行自定義的設計規(guī)則檢查，以確保實現 correct-by-construction，還是自動整合邏輯設計的電路圖創(chuàng)成技術，都可以為工程師提供支持。這些創(chuàng)成技術能幫助我們突出相應設計的 KPI，并通過重復交付的方式捕捉最佳工程實踐。我們將繼續(xù)著重在這些技術領域進行投資，確保我們的產品能為公司在開發(fā)復雜 E/E 系統(tǒng)時提供最佳體驗。”
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