EDA工具如何幫助設(shè)計(jì)師實(shí)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(jī)中的幾乎每個(gè)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(jī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)未能預(yù)測(cè)到這些一致性要求，那么可能會(huì)對(duì)成本產(chǎn)生很大的影響。通過(guò)在項(xiàng)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(jì)決策，可以避免后期的大部分設(shè)計(jì)修改工作。推遲一致性檢查可能意味著需要做出代價(jià)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(jī)的一項(xiàng)認(rèn)證條件。“EWIS 思維”已經(jīng)延伸到旋翼機(jī)和防衛(wèi)平臺(tái)等其他工業(yè)。我們不妨來(lái)研究一些主要的關(guān)注點(diǎn)，并探討商用現(xiàn)貨 (COTS) 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具幫助設(shè)計(jì)師實(shí)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(xiàng)、隔離要求和唯一性。在飛機(jī)中，每個(gè)組件都有且只有一個(gè)相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，在飛機(jī)的整個(gè)生命周期都必須遵守這項(xiàng)規(guī)則。

舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)電線名稱由線束標(biāo)識(shí)、隔離類別、該線束特定的計(jì)數(shù)和電線規(guī)格組成，那么電線編號(hào)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(hào)為 W238-FC1-101-22 的電線。如今，飛機(jī)中眾多的 EWIS 組件、不同的飛機(jī)配置和生命周期變更管理挑戰(zhàn)使這項(xiàng)工作變得十分困難且容易出錯(cuò)。這就需要系統(tǒng)化和自動(dòng)化程度更高的方法。

一個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法是在設(shè)計(jì)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(cuò)誤的漪漣通過(guò)流程擴(kuò)散并影響飛機(jī)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(cuò)誤的發(fā)生，而不是等用戶出錯(cuò)后依靠后續(xù)檢查來(lái)找出問(wèn)題所在。當(dāng)設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，COTS 工具運(yùn)用電線命名規(guī)則確保達(dá)到 EWIS 目標(biāo)，從而自動(dòng)符合 FAR 25.1711 的要求。

安全問(wèn)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(huì)由一個(gè)小的失效而導(dǎo)致，同時(shí)每種可能的發(fā)生危險(xiǎn)故障的概率也幾近為零。

失效樹(shù)分析法 (FTA) 及失效模式與影響分析法 (FMEA) 對(duì)這里會(huì)用到的虛擬建模功能進(jìn)行了說(shuō)明。進(jìn)行這類分析的軟件工具需要運(yùn)用到電流的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，而根據(jù)變化隨時(shí)拿出應(yīng)對(duì)之策也是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。電氣設(shè)計(jì)師要嚴(yán)格遵守交付時(shí)間，盡量讓這些數(shù)據(jù)更加完善，因?yàn)榘踩こ處煕](méi)有時(shí)間在進(jìn)行每項(xiàng)分析時(shí)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(jì)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(jì)數(shù)據(jù)運(yùn)用到服務(wù)于更大項(xiàng)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(shí)施的“數(shù)據(jù)”，還提供了一種快速評(píng)估分析效果并幫助設(shè)計(jì)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(wèn)題。但現(xiàn)代的 COTS 設(shè)計(jì)和分析工具集已經(jīng)與一個(gè)無(wú)縫的環(huán)境形成了整體。最新的電氣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可重復(fù)用于多種用途，包括以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的當(dāng)前狀態(tài)為對(duì)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(wèn)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(duì)圖形顯示能力的注解。

圖1 - FMEA 結(jié)果的圖形顯示

這個(gè)例子顯示出按風(fēng)險(xiǎn)系數(shù) (RPN) 排列的各種故障。RPN 值為60，表示這個(gè)錯(cuò)誤要引起注意;故障會(huì)導(dǎo)致示警面板 (CAP) 無(wú)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(jì)中的錯(cuò)誤在哪，以及所帶來(lái)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(gè)組件必須“…在種類和設(shè)計(jì)上符合其基本功能”;“獨(dú)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(guò)捕捉類似設(shè)計(jì)規(guī)則和約束的核心要求進(jìn)行滿足。

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

工具集可以迅速、自動(dòng)做出決策

在很多類似決策點(diǎn)都能給出一致的結(jié)果

對(duì)于每個(gè)決策，都能很容易評(píng)估相應(yīng)的跨域影響

促成做出決策的每個(gè)因素都具備固有的可追溯性，可以知道某個(gè)決策是如何得出的。

數(shù)字輔助決策過(guò)程的基本構(gòu)件是約束的概念。約束決定了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu);例如，“IF 《signal = AC》， THEN 《do not route with flight controls》。”這個(gè)例子就限制了攜帶信號(hào)的電線被布線到附近，因?yàn)檫@可能會(huì)造成危險(xiǎn)的相互影響。

基本上，約束會(huì)以能夠在算法上決定的形式捕捉設(shè)計(jì)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(jì)信息的核心集所需的時(shí)間。

規(guī)則，也稱為約束規(guī)則集，只是為了某個(gè)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(jì)人員會(huì)在 3D 模型成熟前構(gòu)建一個(gè)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(dòng)分布在合適的區(qū)域，同時(shí)恰當(dāng)?shù)夭贾镁€路和焊接點(diǎn)。