汽車確實(shí)是一個(gè)大型的復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)。為設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)，許多公司正在轉(zhuǎn)向虛擬樣機(jī)技術(shù)，通過創(chuàng)建軟件“模型”來研究、優(yōu)化，該方法的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際樣件的成本。虛擬的范圍不僅僅局限于機(jī)械組件，而且還包括電氣仿真以預(yù)測電氣行為和性能。兩者不能互相隔離，設(shè)計(jì)者必須考慮跨部門整合和同步協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)管理以及電氣和機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)變更。
電氣仿真盡早開始
在初始設(shè)計(jì)階段的電氣仿真可以揭示那些需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的問題。電氣系統(tǒng)和物理設(shè)計(jì)是相互依存的，因此，在電氣系統(tǒng)中的變更可能要求機(jī)構(gòu)的布置發(fā)生變化。架構(gòu)的變化－不管是電氣的還是機(jī)構(gòu)的－在設(shè)計(jì)的早期階段實(shí)現(xiàn)會更簡單、成本更低。
仿真減少了物理樣機(jī)的需求，同時(shí)縮短了時(shí)間降低了成本。重要的是，基于計(jì)算機(jī)的方法承擔(dān)了驗(yàn)證設(shè)計(jì)完整性的過程，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出采用物理樣機(jī)的方法所能達(dá)到的結(jié)果。汽車的電氣子系統(tǒng)、嵌入式軟件和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可以支持大范圍的數(shù)據(jù)交互，這些數(shù)據(jù)能夠非常容易地結(jié)合在一起，這種結(jié)合將會給汽車服務(wù)帶來一個(gè)主要的問題。采用物理樣機(jī)的方法是不太可能找到這些問題的，而仿真可以在產(chǎn)品投入服務(wù)之前就揭示那些最了不起眼的問題。
不僅僅驗(yàn)證直流電
仿真工具可以用來驗(yàn)證和支持電氣設(shè)計(jì)過程中的許多階段。最常用的直流仿真工具可以驗(yàn)證導(dǎo)線的截面積、保險(xiǎn)絲和供電。這種電氣仿真模型的基礎(chǔ)就是電氣系統(tǒng)中每一個(gè)用電設(shè)備和導(dǎo)線的“電氣模型”。直流分析模型是相對簡單的電阻模型。
連續(xù)性/定性仿真模型是直流仿真的變種，使用了比直流模型更為簡單的電氣模型，但是為工程師創(chuàng)建布線設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)支持。在每個(gè)用電設(shè)備和導(dǎo)線在完成布置后，該仿真即可辨識連續(xù)性和連接錯(cuò)誤的問題。
瞬態(tài)仿真被廣泛用于模擬電感電路如包含馬達(dá)和熒光放電照明，它和啟動和穩(wěn)態(tài)功耗有顯著差別。仿真工具指導(dǎo)這些設(shè)計(jì)以適應(yīng)這些最壞狀況下的電流。
通過建立收發(fā)器模擬、數(shù)字和模擬數(shù)字混合信號以及傳輸線路行為等模型，仿真工具可以對車載網(wǎng)絡(luò)是否正確運(yùn)行進(jìn)行驗(yàn)證。這些數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的具體布局以及組件之間的物理距離能影響它們的性能，因此電氣和物理設(shè)計(jì)工具之間的緊密集成是必不可少的。
線徑、潛藏電路及其他
在電氣仿真初期，工具主要保證零件如保險(xiǎn)絲、導(dǎo)線選型正確。現(xiàn)今的系統(tǒng)可以確認(rèn)電氣系統(tǒng)的行為在任何情況下都正確無誤，同時(shí)也可能驗(yàn)證零件失效時(shí)的良性行為。
仿真工具必須遍歷多個(gè)方案中的電氣設(shè)計(jì)，這些方案代表了在汽車服務(wù)過程中出現(xiàn)的每一種電氣開關(guān)的開閉和/或零件的失效模式。再次說明，這里有很多很多的排列組合。仿真是計(jì)算密集型的任務(wù)，但是它能夠揭示不可預(yù)見的失效，如果得不到解決，會影響最終用戶的舒適性或者安全性。
設(shè)計(jì)不良的電氣系統(tǒng)可以包含“潛藏電路”。這種結(jié)果發(fā)生在某一特定的開關(guān)位置組合或者是零件故障時(shí)，電流流入到不應(yīng)該有電流的回路。零件可能被激活或者被凍結(jié)，或者燈變暗或關(guān)閉，呈現(xiàn)出隨機(jī)性。今天，越來越多的公司把潛藏電流仿真加入到評估過程。
電氣故障失效模式分析(FMEA)為確保組件故障不影響安全或者產(chǎn)品的完整性是至關(guān)重要的。在一個(gè)復(fù)雜的汽車系統(tǒng)中，單個(gè)組件故障可以產(chǎn)生影響其他電氣系統(tǒng)的連鎖的副作用。這些只能通過計(jì)算仿真來評估數(shù)以百萬計(jì)的可能性并確定嚴(yán)重的問題來進(jìn)行預(yù)測。
MCAD ECAD協(xié)同工作
計(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)的早期就出現(xiàn)了電氣仿真工具，但是直到近來這些工具都還沒有被廣泛應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)過程。這部分是因?yàn)殡姎庠O(shè)計(jì)與物理布置是相互依存的。例如，導(dǎo)線的電阻依賴于它的電阻率和長度。在分析模型中，電氣分析工程師必須確保所有的導(dǎo)線長度被完整定義。傳統(tǒng)上這是一個(gè)勞動密集型的過程，隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜型的增加已經(jīng)越來越不適用。
現(xiàn)代解決方案是采用ECAD與MCAD工具的交互式接口。ECAD工具把每根導(dǎo)線的“點(diǎn)－點(diǎn)”信息發(fā)送到MCAD工具。MCAD工具把這些導(dǎo)線布置到三維線纜網(wǎng)絡(luò)，然后把導(dǎo)線的長度信息返回到ECAD工具。
在電氣和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之間也存在著同步的問題。實(shí)際上，在設(shè)計(jì)最為緊張的階段，電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)變更幾乎每天都在發(fā)生，而每一個(gè)設(shè)計(jì)是由許多的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成的。電氣仿真工程師必須確保當(dāng)前設(shè)計(jì)階段的仿真和分析結(jié)果的正確性。這種數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)會影響電氣仿真工程師、零件工程師、制造工程師及其他人。
最初，簡單的文件管理工具遇到過這樣的挑戰(zhàn)，但是對應(yīng)成百上千的文件和對每個(gè)文件的多版本，現(xiàn)在的PLM系統(tǒng)提供了更高層次的控制。電氣設(shè)計(jì)工具中已經(jīng)具備了更進(jìn)一步的數(shù)據(jù)管理控制，以確保導(dǎo)線和線束設(shè)計(jì)、零件定義和電氣仿真模型之間的同步。由此，通過ECAD系統(tǒng)自動驗(yàn)證和檢查以及報(bào)告任何過時(shí)的設(shè)計(jì)，工程師能夠操縱、同步不同的設(shè)計(jì)集合。
物理和電氣設(shè)計(jì)者對同樣的產(chǎn)品有不同的視角。設(shè)計(jì)者把導(dǎo)線創(chuàng)建成三維空間中的管狀彎曲的實(shí)體。而ECAD 把導(dǎo)線看成是在兩個(gè)終止點(diǎn)之間帶有截面積和長度的連接線。雖然在MCAD和ECAD之間導(dǎo)線和其他的實(shí)體定義有共性，但是每個(gè)工具還是維護(hù)其自己的一套其他工具并不需要的屬性。
當(dāng)在MCAD和ECAD之間進(jìn)行共同的數(shù)據(jù)交換時(shí)，導(dǎo)線和其他的元素以誰的數(shù)據(jù)為主？ 實(shí)際操作上，每個(gè)系統(tǒng)都主宰了某個(gè)特別的屬性。挑戰(zhàn)是正確的合并這些定義，因?yàn)樗鼤谀硞�(gè)工具里發(fā)生更改。直到最近，在MCAD系統(tǒng)的更新會改寫ECAD系統(tǒng)的定義，破壞那些在ECAD環(huán)境中已經(jīng)更改的ECAD特定屬性。
幸運(yùn)的是，最新的工具，包括變更管理和合并工具，能夠精確的控制兩個(gè)系統(tǒng)之間的信息流。針對每個(gè)數(shù)據(jù)、每個(gè)屬性，過濾器會定義哪個(gè)系統(tǒng)為主數(shù)據(jù)，允許數(shù)據(jù)流在兩個(gè)系統(tǒng)之間無縫的流動而不發(fā)生改寫。
讀取零件庫
今天一些緊密集成的仿真工具能夠自動定義導(dǎo)線線徑。圖1顯示了一輛汽車的物理拓?fù)洳季�結(jié)構(gòu)。導(dǎo)線的布線網(wǎng)絡(luò)在MCAD中完全定義并導(dǎo)入到ECAD工具中，圖1中插入的圖片是有關(guān)汽車的音響系統(tǒng)電氣原理圖。ECAD工具使用工程規(guī)則放置電氣原理圖中的零件并生成完整的布線設(shè)計(jì)。這確保了正確的導(dǎo)線長度，因?yàn)樗械膶?dǎo)線布線都是在MCAD系統(tǒng)中完成的。
圖1 支持“什么－如果”的架構(gòu)分析的電氣機(jī)械設(shè)計(jì)集成
現(xiàn)在設(shè)計(jì)者可以啟動電氣仿真以遍歷所有的開關(guān)位置排列組合并確定每根導(dǎo)線最大最壞狀況下的電流。仿真器使用這些值從零件庫中選擇合適的導(dǎo)線類型并更新原理圖上的導(dǎo)線屬性，以符合零件庫的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)也可以返回到MCAD系統(tǒng)中，以確保在MCAD設(shè)計(jì)中導(dǎo)線線徑被正確定義。MCAD和ECAD都能夠在連續(xù)的設(shè)計(jì)變更中通過變更管理器合并接口保持同步。在兩種環(huán)境中始終使用最新的仿真反饋結(jié)果。
PLM環(huán)境
PLM系統(tǒng)的作用在大的公司中已經(jīng)完全確立，它提供了一種有效的手段來管理大量的與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)文件，特別是MCAD的數(shù)據(jù)。通常情況下，MCAD的數(shù)據(jù)按照樹形結(jié)果進(jìn)行存儲，與組成物理產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化的總成和子總成類似。
ECAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常不同。一個(gè)特定的布線設(shè)計(jì)，包括來自許多不同子總成的零件，這意味著ECAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不是與已有樹形結(jié)構(gòu)等效條目直接和簡單地鏈接。相反，ECAD設(shè)計(jì)有自己的樹形結(jié)構(gòu)。ECAD設(shè)計(jì)以其自身的文件格式和圖紙的方式進(jìn)行存儲，允許PLM的用戶查看電氣設(shè)計(jì)而無需使用ECAD工具。PLM系統(tǒng)檢出/檢入工具管理對ECAD設(shè)計(jì)的訪問。更先進(jìn)的工具能夠提供復(fù)雜的報(bào)告和相關(guān)的MCAD和ECAD的鏈接，提供兩個(gè)領(lǐng)域的緊密集成。
結(jié)語
今天車輛的復(fù)雜性已經(jīng)超越了用物理樣機(jī)來驗(yàn)證電氣系統(tǒng)。仿真和虛擬樣機(jī)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)過程中的重要組成部分。今天，在汽車公司和其他的設(shè)計(jì)/制造業(yè)，ECAD工具已經(jīng)與MACD工程捆綁在一起，以幫助提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、可靠性和成本。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/
本文標(biāo)題：協(xié)同電氣仿真、MCAD和PLM的汽車設(shè)計(jì)
本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/solutions/14019315713.html
相關(guān)文章
