EDA工具如何幫助設(shè)計師實現(xiàn)EWIS一致性？

一些法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)適用于現(xiàn)代化飛機中的幾乎每個螺栓、面板和電線。一些最嚴(yán)苛的法規(guī)與電氣線路互連系統(tǒng) (EWIS) 有關(guān)。如果在飛機設(shè)計項目開始時未能預(yù)測到這些一致性要求，那么可能會對成本產(chǎn)生很大的影響。通過在項目初期將 EWIS 法規(guī)納入考慮范圍并以此做出英明的設(shè)計決策，可以避免后期的大部分設(shè)計修改工作。推遲一致性檢查可能意味著需要做出代價最高昂的更改。

EWIS現(xiàn)在是《聯(lián)邦航空條例》(FAR) 第25部規(guī)定的一部分，也因此成為所有新商用飛機的一項認(rèn)證條件。“EWIS 思維”已經(jīng)延伸到旋翼機和防衛(wèi)平臺等其他工業(yè)。我們不妨來研究一些主要的關(guān)注點，并探討商用現(xiàn)貨 (COTS) 電子設(shè)計自動化工具幫助設(shè)計師實現(xiàn) EWIS 一致性的方式。

命名規(guī)范

FAR 25.1711 描述了 EWIS 組件必須帶有的認(rèn)證和信息類型，包括組件的功能、冗余考慮事項、隔離要求和唯一性。在飛機中，每個組件都有且只有一個相應(yīng)的標(biāo)識，在飛機的整個生命周期都必須遵守這項規(guī)則。

舉例來說，假設(shè)電線名稱由線束標(biāo)識、隔離類別、該線束特定的計數(shù)和電線規(guī)格組成，那么電線編號為 W238- FC1-101-22。按照唯一性要求，線束或車輛其它地方不能出現(xiàn)另一根編號為 W238-FC1-101-22 的電線。如今，飛機中眾多的 EWIS 組件、不同的飛機配置和生命周期變更管理挑戰(zhàn)使這項工作變得十分困難且容易出錯。這就需要系統(tǒng)化和自動化程度更高的方法。

一個簡單的解決辦法是在設(shè)計周期的不同階段以電子方式檢查組件名稱是否重復(fù)。但這可能使錯誤的漪漣通過流程擴散并影響飛機其它地方的連接或者歸檔。。

與之不同的是，先進(jìn)的 COTS 工具采用“正確構(gòu)建”法。該軟件從源頭上杜絕錯誤的發(fā)生，而不是等用戶出錯后依靠后續(xù)檢查來找出問題所在。當(dāng)設(shè)計人員創(chuàng)建設(shè)計數(shù)據(jù)時，COTS 工具運用電線命名規(guī)則確保達(dá)到 EWIS 目標(biāo)，從而自動符合 FAR 25.1711 的要求。

安全問題

FAR Part 25.1709 側(cè)重于 EWIS 系統(tǒng)的安全性。這些要求確保災(zāi)難性的失效幾乎是不可能的，也不會由一個小的失效而導(dǎo)致，同時每種可能的發(fā)生危險故障的概率也幾近為零。

失效樹分析法 (FTA) 及失效模式與影響分析法 (FMEA) 對這里會用到的虛擬建模功能進(jìn)行了說明。進(jìn)行這類分析的軟件工具需要運用到電流的設(shè)計數(shù)據(jù)，而根據(jù)變化隨時拿出應(yīng)對之策也是一個巨大挑戰(zhàn)。電氣設(shè)計師要嚴(yán)格遵守交付時間，盡量讓這些數(shù)據(jù)更加完善，因為安全工程師沒有時間在進(jìn)行每項分析時都重新輸入新的數(shù)據(jù)。

解決這一難題的最好方法就是采用整套符合設(shè)計環(huán)境需求的安全分析工具。這樣便于重復(fù)使用信息，并將設(shè)計數(shù)據(jù)運用到服務(wù)于更大項目的應(yīng)用中。理想的情況是，安全分析工具不僅提供了有關(guān)安全實施的“數(shù)據(jù)”，還提供了一種快速評估分析效果并幫助設(shè)計工程師有??效進(jìn)行更改的方法。

最近，大多數(shù)分析工具已經(jīng)給出了文本形式的分析結(jié)果，安全工程師要根據(jù)這些結(jié)果找出最關(guān)鍵的問題。但現(xiàn)代的 COTS 設(shè)計和分析工具集已經(jīng)與一個無縫的環(huán)境形成了整體。最新的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)可重復(fù)用于多種用途，包括以設(shè)計數(shù)據(jù)的當(dāng)前狀態(tài)為對象的 EWIS 安全一致性分析。此外這些數(shù)據(jù)還能以圖形化的方式指出問題可能出在哪。

圖1顯示出明導(dǎo) Capital Design 套件的若干相關(guān)分析窗口，標(biāo)有對圖形顯示能力的注解。

圖1 - FMEA 結(jié)果的圖形顯示

這個例子顯示出按風(fēng)險系數(shù) (RPN) 排列的各種故障。RPN 值為60，表示這個錯誤要引起注意;故障會導(dǎo)致示警面板 (CAP) 無法顯示駕駛艙內(nèi)的信息。

從這張示意圖的高亮部分可以直接看到設(shè)計中的錯誤在哪，以及所帶來的影響。電路中的綠線表示通電，而藍(lán)線表示電路中斷。工程師可以很容易地看到，斷路器故障導(dǎo)致為特定設(shè)備供電的電流中斷。

執(zhí)行規(guī)則

EWIS 規(guī)定包括一系列能夠表達(dá)要求的規(guī)則。例如。每個組件必須“…在種類和設(shè)計上符合其基本功能”;“獨立電源絕不能共用接地線。”這類指令可在 COTS 工具集內(nèi)通過捕捉類似設(shè)計規(guī)則和約束的核心要求進(jìn)行滿足。

設(shè)計工具可強制執(zhí)行規(guī)則和約束從而協(xié)助和自動化大部分決策。這種方法具有很明顯的優(yōu)勢：

工具集可以迅速、自動做出決策

在很多類似決策點都能給出一致的結(jié)果

對于每個決策，都能很容易評估相應(yīng)的跨域影響

促成做出決策的每個因素都具備固有的可追溯性，可以知道某個決策是如何得出的。

數(shù)字輔助決策過程的基本構(gòu)件是約束的概念。約束決定了簡單的結(jié)構(gòu);例如，“IF 《signal = AC》， THEN 《do not route with flight controls》。”這個例子就限制了攜帶信號的電線被布線到附近，因為這可能會造成危險的相互影響。

基本上，約束會以能夠在算法上決定的形式捕捉設(shè)計和/或法規(guī)意圖。使用約束可以大幅縮短獲得已定義設(shè)計信息的核心集所需的時間。

規(guī)則，也稱為約束規(guī)則集，只是為了某個特定目的而組合到一起的約束集。在線束構(gòu)建早期階段，設(shè)計人員會在 3D 模型成熟前構(gòu)建一個預(yù)期線束的拓?fù)渎肪€圖，然后定義必要的規(guī)則集和約束。約束可確保電氣組件能夠自動分布在合適的區(qū)域，同時恰當(dāng)?shù)夭贾镁€路和焊接點。

這個數(shù)字化模型隨后將用來評估權(quán)衡方案和盡早定義實物 EWIS 部分的特點。圖2描述的是顯示兩個規(guī)則集和三個約束的拓?fù)鋱D。

圖2 -- 評估布線約束的影響

EWIS 規(guī)定不執(zhí)行任何具體的解決方案，因此設(shè)計人員可以根據(jù)分析數(shù)據(jù)自由應(yīng)用其判斷。設(shè)計人員可探索創(chuàng)新的設(shè)計替代方案，前提是確保滿足相關(guān)要求。

設(shè)計“域”

EWIS 規(guī)則不適用于有特定用途的解決方案，因為這些規(guī)則過于寬泛，不夠具體，因此設(shè)計人員很難用這些很寬泛的規(guī)則來處理小細(xì)節(jié)。以 FAR 25.1703(4) 來看：

“安裝在飛機任何部位的所有 EWIS 部件的設(shè)計和安裝方式都必須遵循最小化機械牽張力的原則。”

像諸多 EWIS 規(guī)定一樣，F(xiàn)AR 25.1703(4) 是一項跨域要求。它可能會出現(xiàn)與域的設(shè)計、驗證和安裝等——所有這些都是相關(guān)聯(lián)且同步的——相關(guān)的結(jié)果。

確定線束是否符合 EWIS 要求，需對眾多因素有所了解，不僅僅是知道它是個線束這么簡單。假設(shè) MCAD 設(shè)計人員過分簡單地將線束設(shè)計成直徑為一定長度的管子。理論上說，這樣就可以定位和布線，但卻沒有任何信息來指導(dǎo)設(shè)計人員做出有關(guān)松弛和后殼進(jìn)入條件等方面的正確決策。了解線束的要素詳情至關(guān)重要。

一個整體的跨域設(shè)計環(huán)境是應(yīng)對這一問題的解決方案。圖3是一個整體的工具集中的一部分。左邊的原理圖與右邊的 MCAD 三維視圖共用數(shù)據(jù)，這樣查找原理圖的特定電線時，三維圖片和插入表格頁也會同時突出顯示。

圖3：交叉查找：選中 ECAD 域的一個目標(biāo)時，相應(yīng)的 MCAD 等值也會突出顯示。

ECAD 和 MCAD 設(shè)計領(lǐng)域之間的集成數(shù)據(jù)互通可將某一域的變化與所有域的“連鎖反應(yīng)”自動關(guān)聯(lián)，大大簡化設(shè)計人員的工作。

總結(jié)

EWIS 規(guī)定不僅僅針對安裝和維護(hù)。如今，設(shè)計階段也包括在內(nèi)。一個完整的 COTS 設(shè)計解決方案可提供諸多功能，如跨域關(guān)聯(lián)，并且有助于盡快高效地了解 EWIS 要求，從而持續(xù)應(yīng)用在整個項目周期之中。

作者：明導(dǎo)集成電氣系統(tǒng)部航空航天業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理 John Low