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作者：明導(dǎo)集成電氣系統(tǒng)部航空航天業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理 John Low 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(xiàn)。一些最嚴(yán)苛的法規(guī)與電氣線(xiàn)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�！癊WIS 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(lèi)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(xiàn)名稱(chēng)由線(xiàn)束標(biāo)識(shí)、隔離類(lèi)別、該線(xiàn)束特定的計(jì)數(shù)和電線(xiàn)規(guī)格組成，那么電線(xiàn)編號(hào)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(xiàn)另一根編號(hào)為 W238-FC1-101-22 的電線(xiàn)。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(chēng)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(hù)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(xiàn)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(lèi)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(xiàn)表示通電，而藍(lán)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(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(lèi)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(xiàn)�！边@類(lèi)指令可在 COTS 工具集內(nèi)通過(guò)捕捉類(lèi)似設(shè)計(jì)規(guī)則和約束的核心要求進(jìn)行滿(mǎn)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(lèi)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 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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)束的拓?fù)渎肪�(xiàn)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�(xiàn)路和焊接點(diǎn)。 這個(gè)數(shù)字化模型隨后將用來(lái)評(píng)估權(quán)衡方案和盡早定義實(shí)物 EWIS 部分的特點(diǎn)。圖2描述的是顯示兩個(gè)規(guī)則集和三個(gè)約束的拓?fù)鋱D。
圖2 -- 評(píng)估布線(xiàn)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(jì)人員可以根據(jù)分析數(shù)據(jù)自由應(yīng)用其判斷。設(shè)計(jì)人員可探索創(chuàng)新的設(shè)計(jì)替代方案，前提是確保滿(mǎn)足相關(guān)要求。 設(shè)計(jì)“域” EWIS 規(guī)則不適用于有特定用途的解決方案，因?yàn)檫@些規(guī)則過(guò)于寬泛，不夠具體，因此設(shè)計(jì)人員很難用這些很寬泛的規(guī)則來(lái)處理小細(xì)節(jié)。以 FAR 25.1703(4) 來(lái)看： “安裝在飛機(jī)任何部位的所有 EWIS 部件的設(shè)計(jì)和安裝方式都必須遵循最小化機(jī)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(xiàng)跨域要求。它可能會(huì)出現(xiàn)與域的設(shè)計(jì)、驗(yàn)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(xiàn)束是否符合 EWIS 要求，需對(duì)眾多因素有所了解，不僅僅是知道它是個(gè)線(xiàn)束這么簡(jiǎn)單。假設(shè) MCAD 設(shè)計(jì)人員過(guò)分簡(jiǎn)單地將線(xiàn)束設(shè)計(jì)成直徑為一定長(zhǎng)度的管子。理論上說(shuō)，這樣就可以定位和布線(xiàn)，但卻沒(méi)有任何信息來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)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(xiàn)束的要素詳情至關(guān)重要。 一個(gè)整體的跨域設(shè)計(jì)環(huán)境是應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題的解決方案。圖3是一個(gè)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(xiàn)時(shí)，三維圖片和插入表格頁(yè)也會(huì)同時(shí)突出顯示。
圖3：交叉查找：選中 ECAD 域的一個(gè)目標(biāo)時(shí)，相應(yīng)的 MCAD 等值也會(huì)突出顯示。 ECAD 和 MCAD 設(shè)計(jì)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(dòng)關(guān)聯(lián)，大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)人員的工作。 總結(jié) EWIS 規(guī)定不僅僅針對(duì)安裝和維護(hù)。如今，設(shè)計(jì)階段也包括在內(nèi)。一個(gè)完整的 COTS 設(shè)計(jì)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(gè)項(xiàng)目周期之中。 《聯(lián)邦航空條例》第25部—耐飛性標(biāo)準(zhǔn)：運(yùn)輸機(jī)。 |
