EDA工具如何幫助設計師實(shí)現EWIS一致性？

一些法規或標準適用于現代化飛機中的幾乎每個(gè)螺栓、面板和電線(xiàn)。一些最嚴苛的法規與電氣線(xiàn)路互連系統 (EWIS) 有關(guān)。如果在飛機設計項目開(kāi)始時(shí)未能預測到這些一致性要求，那么可能會(huì )對成本產(chǎn)生很大的影響。通過(guò)在項目初期將 EWIS 法規納入考慮范圍并以此做出英明的設計決策，可以避免后期的大部分設計修改工作。推遲一致性檢查可能意味著(zhù)需要做出代價(jià)最高昂的更改。

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

命名規范

FAR 25.1711 描述了 EWIS 組件必須帶有的認證和信息類(lèi)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(gè)組件都有且只有一個(gè)相應的標識，在飛機的整個(gè)生命周期都必須遵守這項規則。

舉例來(lái)說(shuō)，假設電線(xiàn)名稱(chēng)由線(xiàn)束標識、隔離類(lèi)別、該線(xiàn)束特定的計數和電線(xiàn)規格組成，那么電線(xiàn)編號為 W238- FC1-101-22。按照唯一性要求，線(xiàn)束或車(chē)輛其它地方不能出現另一根編號為 W238-FC1-101-22 的電線(xiàn)。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使這項工作變得十分困難且容易出錯。這就需要系統化和自動(dòng)化程度更高的方法。

一個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法是在設計周期的不同階段以電子方式檢查組件名稱(chēng)是否重復。但這可能使錯誤的漪漣通過(guò)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“正確構建”法。該軟件從源頭上杜絕錯誤的發(fā)生，而不是等用戶(hù)出錯后依靠后續檢查來(lái)找出問(wèn)題所在。當設計人員創(chuàng )建設計數據時(shí)，COTS 工具運用電線(xiàn)命名規則確保達到 EWIS 目標，從而自動(dòng)符合 FAR 25.1711 的要求。

安全問(wèn)題

FAR Part 25.1709 側重于 EWIS 系統的安全性。這些要求確保災難性的失效幾乎是不可能的，也不會(huì )由一個(gè)小的失效而導致，同時(shí)每種可能的發(fā)生危險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(lèi)分析的軟件工具需要運用到電流的設計數據，而根據變化隨時(shí)拿出應對之策也是一個(gè)巨大挑戰。電氣設計師要嚴格遵守交付時(shí)間，盡量讓這些數據更加完善，因為安全工程師沒(méi)有時(shí)間在進(jìn)行每項分析時(shí)都重新輸入新的數據。

解決這一難題的最好方法就是采用整套符合設計環(huán)境需求的安全分析工具。這樣便于重復使用信息，并將設計數據運用到服務(wù)于更大項目的應用中。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“數據”，還提供了一種快速評估分析效果并幫助設計工程師有??效進(jìn)行更改的方法。

最近，大多數分析工具已經(jīng)給出了文本形式的分析結果，安全工程師要根據這些結果找出最關(guān)鍵的問(wèn)題。但現代的 COTS 設計和分析工具集已經(jīng)與一個(gè)無(wú)縫的環(huán)境形成了整體。最新的電氣設計數據可重復用于多種用途，包括以設計數據的當前狀態(tài)為對象的 EWIS 安全一致性分析。此外這些數據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 Capital Design 套件的若干相關(guān)分析窗口，標有對圖形顯示能力的注解。

圖1 - FMEA 結果的圖形顯示

這個(gè)例子顯示出按風(fēng)險系數 (RPN) 排列的各種故障。RPN 值為60，表示這個(gè)錯誤要引起注意;故障會(huì )導致示警面板 (CAP) 無(wú)法顯示駕駛艙內的信息。

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

執行規則

EWIS 規定包括一系列能夠表達要求的規則。例如。每個(gè)組件必須“…在種類(lèi)和設計上符合其基本功能”;“獨立電源絕不能共用接地線(xiàn)。”這類(lèi)指令可在 COTS 工具集內通過(guò)捕捉類(lèi)似設計規則和約束的核心要求進(jìn)行滿(mǎn)足。

設計工具可強制執行規則和約束從而協(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：

工具集可以迅速、自動(dòng)做出決策

在很多類(lèi)似決策點(diǎn)都能給出一致的結果

對于每個(gè)決策，都能很容易評估相應的跨域影響

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。

數字輔助決策過(guò)程的基本構件是約束的概念。約束決定了簡(jiǎn)單的結構;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的電線(xiàn)被布線(xiàn)到附近，因為這可能會(huì )造成危險的相互影響。

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

規則，也稱(chēng)為約束規則集，只是為了某個(gè)特定目的而組合到一起的約束集。在線(xiàn)束構建早期階段，設計人員會(huì )在 3D 模型成熟前構建一個(gè)預期線(xiàn)束的拓撲路線(xiàn)圖，然后定義必要的規則集和約束。約束可確保電氣組件能夠自動(dòng)分布在合適的區域，同時(shí)恰當地布置線(xiàn)路和焊接點(diǎn)。