满足智能产品设计需求，西门子Xcelerator再添利器

为了满足研发不断“左移”的需求，西门子数字化工业软件日前宣布扩展其 Capital 电子电气 (E/E) 系统开发软件工具组合。基于在电气系统设计、制造和维护方面的领先能力，Capital 将其延伸至涵盖 E/E 系统和软件架构、网络通信和嵌入式软件开发。作为 Xcelerator 软件、运维和应用开发平台解决方案组合的一部分，Capital 与相关的西门子解决方案紧密集成，包括用于产品生命周期管理的 Teamcenter产品组合、用于机械设计的 NX软件以及 Mendix 低代码开发平台，打造全面的 E/E 系统开发解决方案，以满足今天的智能产品设计需求。

西门子集成电气系统业务高级副总裁 Martin O’Brien表示，Capital在左（上游）右（下游）两方面均进行了扩展。随着客户自身流程的“左移”，其需要更多的自动化与多领域协作，上游扩展即受此驱动。显然，考虑到安全要求或配置管理等因素，线束工程（Capital的起源）已无法再独立完成。最终，电气领域实施了一体化系统级行为，进军系统级开发顺理成章。通过提供优质数据，以及生产与售后等高成本运营的进一步自动化与优化，下游扩展也创造了更多商业价值。从电气到网络通信和嵌入式软件的额外扩展创造了一个解决方案，以支持完整的E/E系统开发。

设计中的左移极为重要，能够向上游转移，掌握描述汽车内特性的功能模型，综合逻辑系统而不是布线，从而推动对整个车辆架构的研究和优化。所保存的架构指标包括重量、成本、网络延迟和 CPU 负载等，从而能够在系列设计之前对不同架构进行快速的权衡研究。

系统级开发与基础开发的全生命周期结合

O’Brien引用了GM CEO Reuss的一段发言：“无论是现在还是未来几年，软件的关键作用及其对我们车辆的重要性绝对不容小觑。它将成为产品的关键定义特性。”当然，这种复杂性的增加也带来了巨大的验证风险。 航空航天行业的多起事例表明，错误或重大返工可能会使整个计划甚至整个公司陷入风险。也正是如此，软件与系统变得越来越重要。

O’Brien表示，如今的E/E系统非常复杂，需要集成电气、电子、嵌入式软件以及网络，以用于打造功能符合预期的、可靠且能准时面市的产品。如果没有此类系统，即便“简单”的产品也会因为缺少支持多领域设计、开发与虚拟验证的适当设计工具，而经常出现延迟、成本超支以及质量问题。也正如此，尽管“左移”趋势明显，但客户也越来越需要系统的工具。

O’Brien说道，一方面是因为客户关注。如今一辆汽车中普遍拥有3000 万行代码和 10,000 个信号。而在高端汽车中有 1.5 亿行代码和 20,000 个信号。在飞机等复杂系统中，这种增长更加惊人。功能复杂性的剧增提出了新的挑战，将各个行业的能力逼到了极限。另外，包括电动汽车和自动驾驶汽车等新产品的出现，需要通过整体集成设计、制造和优化转型，实现节能减排、实现更加安全的功能。 实际上，E/E 系统开发对实现这些目标至关重要，它不仅推动所处领域内的相互依赖，还能促进与相邻领域的依存关系。

在产品生命周期的全流程开发过程中，西门子已经处于绝对领先地位。

首先，其提供适用于多种领域的机械解决方案。Teamcenter 提供了该流程完整 产品生命周期的编排，其他解决方案则支持对所生成的产品进行仿真、生产和利用。

其次收购Mentor带来了三个新的设计抽象。处于最小物理层面的是 Mentor 在集成电路 (IC) 开发和验证方面的领先功能。 IC 被组装到印刷电路板 (PCB) 中并互连，PCB 则整合到电子控制单元 (ECU) 和线路可更换单元 (LRU) 中。 此类设备被放入机械设计过程所定义的产品中，并通过电气系统互连，赋予这些无生命的产品“生命的活力”。 “我们可以将电气系统视为复杂终端产品的神经系统。而Capital 则支持整个电气系统的设计、生产和利用。”O’Brien说道。

O’Brien指出，目前在E/E系统领域，工程流程中团队之间缺乏整合。从流程早期负责定义特性的系统工程师，到流程末端负责发布文档（例如向维护中心提供服务文档）的工程师，这个过程中存在大量注入错误的机会。由 E/E 架构师驱动的电气流程涵盖负责设计、生产和利用等方面的团队。网络和软件工程流程中也有对应的团队。大多数人意识到，这种孤岛思维很难消除，往往需要在质量与成本之间进行折衷，因此给行业造成了数百万美元的利润损失。频频出现的预算超支和应对不断变化的挑战使行业不堪重负。 能够打破孤岛壁垒、促进无缝交互的工具将极具价值。

Capital如何应对并解决挑战

O’Brien解读了Capital成为全球五大汽车线束制造商的首选设计工具的原因，正是因为其重视“以数据为中心”的创成式设计。创成式设计是基于模型的电气系统综合，其具体流程为准备好逻辑系统及描述单独特征的相关需求，将它们分配到平台拓扑中。描述残留内容，产品计划，详细的变化、成本目标和其他输入的其他模型也被添加到组合中。之后，使用规则和约束生成汽车模型的整个布线系统及其所有衍生变型，并验证和存储生成的设计数据。在提取表示整个布线系统和线束的图纸之前，就可以使用动态生成的指标做出更改和评估，进行权衡研究并优化设计。目标是确保输出乃至整个电气系统“设计即正确”，并逐个系统、逐个图纸进行验证。

创建的数据还可以再利用到其他工程应用中，例如一级线束制造商用于制造线束的数据。Capital可以搭建 OEM 与这些公司的数据桥梁。Capital还可生成全尺寸制造模板，这种模板通常由人工抄录。而通过数据的方法很快就实现了显著的时间节约（通常达到 80% 以上）和零错误输出，此外，Capital 中的其他模块可用于创建 BOM、开发成本和支持制造的工作

从需求到验证的完整产品组合

通过集成电气系统设计、线束制造和售后维修的解决方案，Capital扩展了 E/E 系统开发能力，支持 Xcelerator 解决方案中的软件架构、网络通信和符合 AUTOSAR 的嵌入式软件，使其远远超出了电气系统的界限，进入软件和网络开发的新领域，这在当今整个行业中是极为重要的热门领域。

Capital的封装器使用工具内置功能或采用专业的外部工具在所有设计阶段进行管理和验证。通过与西门子的整合，能够通过 Simcenter 产品进一步增强持续确认和验证。这三年多来，从 Teamcenter PLM 的需求和编排开始，到 Polarion ALM、NX 和 MCAD，再到 Siemens 制造工具，从而增强了整个 Siemens Xcelerator 产品组合。

加入 Siemens 三年来，Capital通过模糊机械领域与电气领域之间的界限来降低项目风险，使各种工具之间进行协同设计。使 MCAD 与 ECAD 协同工作，并且增强Capital与 Teamcenter 和 Polarion 的连接。 比如在任何 Capital 工具中访问 Teamcenter 的所有内容。也可以在 Active Workspace 中运行 NX，或者在 Active Workspace 中查看任何 Capital 工具中的任何机械模型。此外还可以通过Active Workspace在NX或Teamcenter 内显示任何Capital设计。而在嵌入式软件方面，Capital与Polarion ALM 集成以满足软件需求，与 Amesim 集成以验证这些软件设计。

“总而言之，Capital 提供了一个整体的 E/E 系统开发环境，有助于实现每个领域的卓越工程设计。通过采用基于模型的工程范式，工程流程有助于提高自动化和质量，同时降低成本和风险。这样的自动化不仅存在于领域内，而且存在于领域之间。因此，我们可以促进并实现这些领域之间的相互依赖性，并满足当前工作流程的下游需求。”O’Brien总结道，“有了这些功能，您可以重塑业务运营方式，将电气、网络和软件设计挑战的所有要素都整合在一起。您可以在为客户提供的制造优化和售后解决方案中找到例子。 收集这些数据之后，您可以关闭循环并将这些数据返回上游的工程领域，以不断改进制造设计或维修流程。”