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摘 要 電氣設計是軍工行業復雜裝備型號產品研制的重要內容。西門子提供復雜裝備從總體架構到電氣架構，到原理圖、線纜設計以及機電協同的全流程管理方案。 1 軍工行業電氣設計管理挑戰 電氣系統是軍工行業復雜裝備型號產品的重要組成部分。當前航天航空行業的很多單位已采用專業的電氣設計工具Capital，極大地提升了設計效率。但其應用的業務范圍和電氣設計數據管理方面則還有很大提升空間。 大多數研制單位的電氣設計主要包括原理圖設計、框圖設計和線纜圖設計，側重電氣詳細設計領域，其前端概念階段的電氣架構設計并未采用專業工具管理，多是在方案中以框圖表示。電氣數據管理則仍是傳統的文檔管理的方式。 很多客戶由于尚未實現完整的數字化電氣設計管理，因此在該領域面臨一些問題或挑戰：
現階段產品創新和差異化80%以上集中于電氣、電子和軟件功能，由此造成復雜裝備的電子電氣部分復雜度日益增加。與此同時，客戶提出的研制周期、交付周期卻是越來越短。這對裝備的重量、空間、成本、安裝、可靠性、維護、開發資源和周期等諸多方面都帶來了巨大影響。  圖 1-1 電氣設計管理現狀 為應對以上挑戰，很多復雜裝備研制單位目前都在致力于研發領域的數字化轉型，基于模型的電氣設計管理是其中一個重要方向。基于模型的電氣設計管理，一方面要實現電氣設計業務的全面覆蓋，另一方面要實現電氣設計的數字化管理。客戶迫切希望通過集成的電氣設計管理流程和系統平臺，提升型號產品的研制效率，并保證裝備質量。 2 電氣設計集成管理方案 西門子電氣設計管理解決方案充分利用Capital與Teamcenter的強大能力，能幫助軍工復雜裝備研制單位實現電氣設計領域的數字化管理。  圖 2-1 集成的電氣設計管理過程 Capital提供從概念和電子電氣平臺架構定義到網絡總線設計、軟件設計、電氣系統設計、線束制造和產品維護的完整能力。Teamcenter是西門子的系統全生命周期管理平臺，幫助客戶型號研制業務從論證階段到維護保障階段全過程的數字化管控。Capital與Teamcenter通過無縫集成能力實現基于模型的電氣設計管理。  圖 2-2 Capital內嵌 Teamcenter Active Workspace Capital與Teamcenter通過無縫集成為電氣設計管理提供了最大便利。電氣設計人員在Capital設計環境中通過內嵌的Teamcenter Active Workspace界面，可直接地查詢系統管理的數據（如查看任務、通知消息、更改單以及設計數據的詳細信息）；可完成各種管理活動，保存電氣設計到Teamcenter平臺、自動生成線纜BOM、發起或執行設計審批/更改流程等。這種管理方式極大地提高了電氣設計管理的易用性，為高效協同奠定基礎。  圖 2-3 Capital與Teamcenter集成管理能力 按照型號研制過程，面向復雜裝備的電氣設計管理主要包括以下內容： 2.1 電氣架構設計 復雜裝備系統模型通過SMW等系統建模工具進行完整定義后，將自動保存到Teamcenter平臺。基于系統總體模型，各領域開展領域設計。  圖 2-4 基于系統模型的電氣領域架構設計并驅動各領域詳細設計 Capital System Architect提供早期的物理架構平臺規劃及原理圖生成功能，同時可以關聯Capital System Capture中的功能設計數據，并識別數據中元件的設備類型（如硬件型、軟件型、驅動型等）、信號類型（如各種不同的總線類型、硬線信號等）等參數，以便在平臺設計中進行信號通路的規劃。 電氣領域架構工程師可在Capital System Capture模塊通過內嵌的Teamcenter Active Workspace查看的收到任務流程通知或直接查找到系統架構模型，將其導入到Capital捕獲其與電子電氣相關內容形成初始的電氣功能架構。  圖 2-5 SMW系統模型捕獲 之此基礎上完成功能詳細設計后，詳細的電氣架構設計數據保存回Teamcenter平臺，更新完善已有系統架構模型，并與原來的系統模型建立關聯從而實現模型完整的可追溯性。  圖 2-6 電氣架構設計集成管理 Capital電氣架構設計過程中，可直接通過內嵌的Teamcenter Active Workspace界面查看相關的需求和指標參數，并可建立需求與電氣設計中組件的鏈接，并將這種關聯關系保存到Teamcenter平臺，從而實現保證需求與電氣組件全生命周期的關聯關系，確保組件設計與需求的一致性。  圖 2-7 電氣系統組件與需求的關聯追溯 電氣架構設計完成后，后續將在此基礎上陸續開展原理圖、拓撲結構圖、線纜圖的設計。 2.2 原理圖設計 基于Capital System完成的電氣功能架構設計模型，設計人員在Capital Logic設計模塊進行系統原理圖設計。原理圖設計過程中，從與Teamcenter同步集成的電氣庫中選擇元器件。原理圖中明確系統各單機之間的連接關系，并進行導線選型號和分束處理。  圖 2-8 原理圖設計集成管理 電氣原理圖設計完成后，保存電氣設計到Teamcenter。 Capital電氣庫是電氣設計的基礎。通過與Teamcenter集成接口可實現二者電氣庫數據的同步。電氣設計管理之前的Capital庫數據可通過批處理方式同步到Teamcenter。之后則通過電氣零部件申請流程進行數據的交互同步，從而保持電氣庫的完整與一致。  圖 2-9 電氣庫與Teamcenter零部件數據同步修改 2.3 拓撲結構圖設計 在系統各單機接口和連接關系確定后，設計人員進入Capital Topology模塊中進行拓撲結構圖設計（也就框圖設計），明確裝備各單機布局以及各單機之間的連接關系。電氣系統拓撲結構圖通過關聯原理設計，將原理設計中的各設備自動映射放置到對應位置，并自動連線。拓撲圖設計完成后，進行功能仿真驗證分析。  圖 2-10 拓撲結構圖設計集成管理 拓撲結構圖設計最終完成后，設計數據保存到Teamcenter。 2.4 線纜圖設計 拓撲結構圖設計完成后，設計人員進入到Capital HarnessXC模塊，在拓撲結構圖基礎上自動進行線束設計。線束設計主要包括線束配套表設計、機電協同等，并進行電氣性能計算。基于線纜圖可自動生成線纜BOM。 Capital完成初步的線纜圖設計后，線纜只有規格信息，尚缺少三維線纜長度信息。線纜長度需要Capital通過Teamceter與MCAD雙向協同獲取。Capital將線纜信息通過Teamcenter傳給MCAD，在MCAD環境中自動生成線纜的三維空間布局，從而獲取線纜長度。MCAD的線纜長度再通過Teamcenter更新到Capital線纜圖中，從而更新線纜具體長度信息。 圖 2-11 ECAD Capital與MCAD NX協同 線纜圖設計完成后，將設計保存到Teamcenter，可自動生成線纜BOM。BOM中包括完整的線纜、連接器并包括具體的規格和長度等信息。這些信息為后續的線纜制造提供了必要的基礎信息。 圖 2-12 線纜圖保存到Teamcenter并生成完整線纜BOM 2.5 集成的生命周期管理 電氣設計保存到Teamcenter系統后，技術人員可在Capital內嵌的Active Workspace界面直接發起審批流程，并請后續相關人員依次完成相關審批，最終發放設計數據。 圖 2-13 電氣設計流程管理 電氣設計數據發布后，如發生變更。技術人員可直接在Capital內嵌的Active Workspace界面發起更改，并可進行更改影響分析，更改執行等相關過程。 3 小結 西門子基于模型的電氣設計管理方案能提供復雜裝備從概念和電氣架構定義到原理圖、線纜圖設計、線束制造和產品維護的完整設計能力，能實現電氣設計管理全過程的數字化管控，幫助軍工客戶推進研發領域的數字化轉型進程。 |
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