軟件工具如何為智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)賦能，西門子有話說

GM 公司 CEO Reuss 表示：“無論是現(xiàn)在還是未來幾年，軟件的關(guān)鍵作用及其對(duì)我們車輛的重要性絕對(duì)不容小覷。它將成為產(chǎn)品的關(guān)鍵定義特性?！碑?dāng)然，這種復(fù)雜性的增加也帶來了巨大的驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)。航空航天行業(yè)的多起事例表明，錯(cuò)誤或重大返工可能會(huì)使整個(gè)計(jì)劃甚至整個(gè)公司陷入風(fēng)險(xiǎn)。

問題的根本在于工程流程中團(tuán)隊(duì)之間缺乏整合，尤其是在 E/E 系統(tǒng)領(lǐng)域。從流程早期負(fù)責(zé)定義特性的系統(tǒng)工程師，到流程末端負(fù)責(zé)發(fā)布文檔（例如向維護(hù)中心提供服務(wù)文檔）的工程師，這個(gè)過程中存在大量注入錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。由 E/E 架構(gòu)師驅(qū)動(dòng)的電氣流程涵蓋負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和利用等方面的團(tuán)隊(duì)。網(wǎng)絡(luò)和軟件工程流程中也有對(duì)應(yīng)的團(tuán)隊(duì)。大多數(shù)人意識(shí)到，這種孤島思維很難消除，往往需要在質(zhì)量與成本之間進(jìn)行折衷，因此給行業(yè)造成了數(shù)百萬美元的利潤(rùn)損失。頻頻出現(xiàn)的預(yù)算超支和應(yīng)對(duì)不斷變化的挑戰(zhàn)使行業(yè)不堪重負(fù)。能夠打破孤島壁壘、促進(jìn)無縫交互的工具將極具價(jià)值。

無論是復(fù)雜的機(jī)器、聯(lián)合收割機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車還是飛機(jī)， ?任何產(chǎn)品都面臨相同的挑戰(zhàn)。

為此，近日西門子宣布擴(kuò)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(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

西門子數(shù)字化工業(yè)軟件集成電氣系統(tǒng)高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理 Martin O’Brien

西門子數(shù)字化工業(yè)軟件集成電氣系統(tǒng)高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理 Martin O’Brien 在發(fā)布會(huì)上的演講如下：

在 CAD 時(shí)代，我們使用線束設(shè)計(jì)工具開始進(jìn)行開發(fā)。當(dāng)時(shí)，這類工具非常先進(jìn)，專注于采集設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，而不是圖紙。但實(shí)際上，當(dāng)時(shí)很多工具都專注于圖紙，現(xiàn)在還是如此。因?yàn)閷Ｗ⒂跀?shù)據(jù)復(fù)用，它迅速確立了線束制造業(yè)第一設(shè)計(jì)工具的地位。我們從一開始就掌握了這些數(shù)據(jù)，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(xiàn)了左移的需求。

為改進(jìn)線束設(shè)計(jì)，我們需要改善驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的輸入，因此，我們開發(fā)了將有效數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)，用于線束工具，用戶能夠通過鍵盤進(jìn)行交互，并逐個(gè)系統(tǒng)、逐個(gè)圖紙地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ?

第二種方法基于模型，被稱為“創(chuàng)成式設(shè)計(jì)”，綜合了產(chǎn)品的整個(gè)電氣系統(tǒng)。我們準(zhǔn)備好邏輯系統(tǒng)及描述單獨(dú)特征的相關(guān)需求，將它們分配到平臺(tái)拓?fù)渲?。描述殘留?nèi)容，產(chǎn)品計(jì)劃，詳細(xì)的變化、成本目標(biāo)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(gè)布線系統(tǒng)及其所有衍生變型，并驗(yàn)證和存儲(chǔ)生成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 在提取表示整個(gè)布線系統(tǒng)和線束的圖紙之前，我們可以使用動(dòng)態(tài)生成的指標(biāo)做出更改和評(píng)估，進(jìn)行權(quán)衡研究并優(yōu)化設(shè)計(jì)。目標(biāo)是確保輸出乃至整個(gè)電氣系統(tǒng)“設(shè)計(jì)即正確”，并逐個(gè)系統(tǒng)、逐個(gè)圖紙進(jìn)行驗(yàn)證。?

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一種范式轉(zhuǎn)變，改變了汽車和飛機(jī)公司開發(fā)電氣系統(tǒng)的方式。創(chuàng)建的數(shù)據(jù)還可以再利用到其他工程應(yīng)用中，例如一級(jí)線束制造商用于制造線束的數(shù)據(jù)。我們可以搭建 OEM 與這些公司的數(shù)據(jù)橋梁。再利用的一個(gè)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(shí)現(xiàn)了顯著的時(shí)間節(jié)約（通常達(dá)到 80% 以上）和零錯(cuò)誤輸出，使 Capital 成為全球五大汽車線束制造商的首選設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)的第二個(gè)應(yīng)用側(cè)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(shù)人員生成所有文檔的時(shí)間減少了 30%?？芍苯訛榫S修人員生成獨(dú)特的 VIN 專用電氣圖，并在 iPad 等設(shè)備上通過 HTML 查看。技術(shù)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(shù)據(jù)為中心的功能使 Capital 成為汽車和航空航天業(yè) OEM 及其供應(yīng)商的首選工具，我們稱之為“核心 Capital”。Peugeot Citroen 是生成式 EDS 設(shè)計(jì)的早期采用者，在 10 年前已將其稱為“數(shù)字連續(xù)性”。正如他們的 CIO 在左側(cè)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(jìn)相互依賴，使各個(gè)孤島的行動(dòng)者團(tuán)結(jié)起來，并促使他們重視相鄰工程團(tuán)隊(duì)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(shù)字化仿真模型”。 ??

設(shè)計(jì)中的左移為我們帶來了巨大的好處，使我們能夠向上游轉(zhuǎn)移，掌握描述汽車內(nèi)特性的功能模型，綜合邏輯系統(tǒng)而不是布線，從而推動(dòng)對(duì)整個(gè)車輛架構(gòu)的研究和優(yōu)化。所保存的架構(gòu)指標(biāo)包括重量、成本、網(wǎng)絡(luò)延遲和 CPU 負(fù)載等，從而能夠在系列設(shè)計(jì)之前對(duì)不同架構(gòu)進(jìn)行快速的權(quán)衡研究。

當(dāng)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(hào)，因此可以研究網(wǎng)絡(luò)通信并了解哪些功能最好在硬件中實(shí)現(xiàn)，哪些功能最好作為軟件實(shí)現(xiàn)。此類架構(gòu)方案是設(shè)計(jì)階段的輸出，而且是下游設(shè)計(jì)的重要起點(diǎn)。這些設(shè)計(jì)流程本身就很復(fù)雜，因此，從架構(gòu)方案中獲得良好的開端是很可貴的。例如，通過識(shí)別平臺(tái)拓?fù)渲械墓泊婀δ?，可以將這些功能分組為功能輸出，并傳遞給 PCB 架構(gòu)師用于開發(fā)多板系統(tǒng)。此外，我們了解信號(hào)和功能以及定義這些功能之間通信的參數(shù)，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(biāo)準(zhǔn)方法的網(wǎng)絡(luò)。 ?

汽車是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)，也是一個(gè)存亡攸關(guān)的領(lǐng)域。比如，GM 制定了值得稱道的目標(biāo)：零碰撞、零排放、零擁堵。這對(duì)他們的未來和社會(huì)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(shè)計(jì)流程。這個(gè)流程不僅關(guān)注電氣領(lǐng)域，還關(guān)注網(wǎng)絡(luò)通信、軟件架構(gòu)以及用于實(shí)現(xiàn)軟件的嵌入式 AUTOSAR 解決方案。AUTOSAR 解決方案有助于將獨(dú)立于硬件開發(fā)的應(yīng)用軟件安裝到 ECU。 ?

我們從復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工具開始，這種工具了解時(shí)序要求，而且可以進(jìn)行高級(jí)分析，有助于理解和開發(fā)汽車內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信。

這里引用 CEVT 商業(yè)項(xiàng)目經(jīng)理 Jeremy Parker 所說的話。據(jù)他表示，他們得以減少了多達(dá) 50% 的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證時(shí)間。當(dāng)然，這不僅與網(wǎng)絡(luò)通信有關(guān)，也與軟件有關(guān)。

安裝在硬件上的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)了車載設(shè)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(yīng)用軟件到 ECU 的連接和配置是通過另一個(gè) 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(guó)汽車工業(yè)，定義了那些嵌入式軟件模塊，使硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)分離。

認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)使我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了電氣系統(tǒng)的界限，進(jìn)入軟件和網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的新領(lǐng)域，這在當(dāng)今整個(gè)行業(yè)中是極為重要的熱門領(lǐng)域。Capital 產(chǎn)品組合的設(shè)計(jì)是這樣的。Capital 支持流程前端的電氣架構(gòu)，這些架構(gòu)與上游需求和系統(tǒng)模型相關(guān)聯(lián)，但它們可能是從供應(yīng)商購(gòu)買的。架構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)并行流程，包括電氣系統(tǒng)和線束流程，以及軟件和網(wǎng)絡(luò)流程。 這些被組合為三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品組合，從較高的層面描述了我們?yōu)閼?yīng)對(duì) 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(nèi)置功能或采用專業(yè)的外部工具在所有設(shè)計(jì)階段進(jìn)行管理和驗(yàn)證。大家知道，我們加入 Siemens 之后，合并成一家擁有出色數(shù)據(jù)管理和仿真功能的公司。這使我們能夠通過 Simcenter 產(chǎn)品進(jìn)一步增強(qiáng)持續(xù)確認(rèn)和驗(yàn)證。之后，我們立即開展工作以加深我們的關(guān)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(jìn)一步增強(qiáng)了整個(gè) Siemens Xcelerator 產(chǎn)品組合。

Mentor 加入 Siemens 三年中努力在做的事，包括通過模糊機(jī)械領(lǐng)域與電氣領(lǐng)域之間的界限來降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。致力于開發(fā) Capital（屏幕左側(cè)）與 NX（屏幕右側(cè)）之間的非常復(fù)雜的集成，在這些工具之間進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，在對(duì)立工具顯示的每個(gè)模型的視圖中，可以交叉顯示 NX 與 Capital，當(dāng)然，這適用于所有市場(chǎng)，包括我們最大的汽車市場(chǎng)。

除了使 MCAD 與 ECAD 協(xié)同工作，我們還非常專注于增強(qiáng)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(nèi)容。我們可以在 Active Workspace 中運(yùn)行 NX，或者在 Active Workspace 中查看任何 Capital 工具中的任何機(jī)械模型。我們還可以通過 Active Workspace 在 NX 或 Teamcenter 內(nèi)顯示任何 Capital 設(shè)計(jì)。自收購(gòu)以來，這項(xiàng)非常強(qiáng)大的功能一直在不斷發(fā)展?？紤]到我們的新關(guān)注點(diǎn) — 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(yàn)證這些軟件設(shè)計(jì)。

為了讓您更好地理解系統(tǒng)工程環(huán)境，假設(shè)您已部署了 Teamcenter Configurator 來管理變型的復(fù)雜性。Teamcenter Configurator 是 Teamcenter 的一項(xiàng)高級(jí)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(duì)汽車的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(gè) 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(gòu)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?fù)涞能囕v級(jí)視圖之前，先將其引入 Capital 中進(jìn)行表示。之后，針對(duì)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(jí)的邏輯架構(gòu)。每個(gè)邏輯系統(tǒng)都是該流程的輸出。 ?可以將開發(fā)的每個(gè)架構(gòu)與相關(guān)指標(biāo)一同保存，以便對(duì)多個(gè)架構(gòu)進(jìn)行權(quán)衡研究，從而向下游的 E/E 工程團(tuán)隊(duì)提供最佳解決方案。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)例子。在這種情況下，拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)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(diǎn)的上游或下游的任何 Capital 抽象。

針對(duì)目前 EDA 工具不斷智能化、自動(dòng)化的趨勢(shì)，Martin 稱，“Capital 一直堅(jiān)持整合、自動(dòng)化和數(shù)據(jù)一致性的原則。Capital 有著高水平的自動(dòng)化程度，無論是進(jìn)行自定義的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，以確保實(shí)現(xiàn) correct-by-construction，還是自動(dòng)整合邏輯設(shè)計(jì)的電路圖創(chuàng)成技術(shù)，都可以為工程師提供支持。這些創(chuàng)成技術(shù)能幫助我們突出相應(yīng)設(shè)計(jì)的 KPI，并通過重復(fù)交付的方式捕捉最佳工程實(shí)踐。我們將繼續(xù)著重在這些技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行投資，確保我們的產(chǎn)品能為公司在開發(fā)復(fù)雜 E/E 系統(tǒng)時(shí)提供最佳體驗(yàn)?！?/p>

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