博客作者： Ethan Pierce

現(xiàn)代汽車本質(zhì)上就是帶輪子的復(fù)雜電子系統(tǒng)。如今，一輛豪華汽車可以承載超過一百個電子控制單元（ECU），這些 ECU 通過網(wǎng)絡(luò)遍布整個車輛，連接它們的線束總長度常常達(dá)到數(shù)公里。所有這些電子設(shè)備都必須與車輛的機(jī)械結(jié)構(gòu)和約束條件無縫集成。

然而，負(fù)責(zé) ECAD 的團(tuán)隊(duì)和處理 MCAD 的團(tuán)隊(duì)傳統(tǒng)上是在各自為政的環(huán)境中工作的。隨著智能汽車設(shè)計(jì)要求電氣和機(jī)械領(lǐng)域緊密協(xié)調(diào)，這種脫節(jié)越來越難以為繼?，F(xiàn)在，連接這些團(tuán)隊(duì)對于按時、無誤地交付復(fù)雜的汽車項(xiàng)目已是勢在必行。

汽車設(shè)計(jì)的障礙：孤立的工作流程

當(dāng) ECAD 和 MCAD 團(tuán)隊(duì)在各自獨(dú)立的軌道上運(yùn)作時，溝通不暢和協(xié)調(diào)不力不可避免地會產(chǎn)生。在傳統(tǒng)工作流程中，PCB 設(shè)計(jì)師可能通過導(dǎo)出的文件將板框或連接器位置發(fā)送給機(jī)械工程師，而機(jī)械團(tuán)隊(duì)也可能以同樣的方式返回外殼模型或安裝要求。這些交接工作勞動強(qiáng)度大且容易出錯。這種孤立工作流程產(chǎn)生的一些常見挑戰(zhàn)包括：

數(shù)據(jù)傳輸錯誤：不同的文件格式和手動的導(dǎo)入/導(dǎo)出步驟常常導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或被誤解。依賴電子郵件和文件轉(zhuǎn)換來更新設(shè)計(jì)，增加了電氣模型和機(jī)械模型之間不一致的風(fēng)險。

設(shè)計(jì)返工：缺乏同步意味著問題發(fā)現(xiàn)得晚。發(fā)現(xiàn) PCB 裝不進(jìn)外殼或連接器未對準(zhǔn)的情況并不少見，這迫使工程師返工。持續(xù)導(dǎo)入和轉(zhuǎn)換文件的來回過程增加了數(shù)小時的手動勞動，并常常導(dǎo)致重復(fù)的返工。

項(xiàng)目延誤：低效的 ECAD-MCAD 交互會拖慢整個設(shè)計(jì)周期。團(tuán)隊(duì)經(jīng)常需要等待更新文件或花費(fèi)時間解決文件轉(zhuǎn)換問題，這反過來會延誤原型制作和產(chǎn)品發(fā)布。碎片化的工作流程最終會阻礙產(chǎn)品上市時間。

在汽車線束設(shè)計(jì)中，無論是用于汽車改裝等專業(yè)安裝，還是用于電動汽車平臺等 OEM 項(xiàng)目，這些低效問題都尤為明顯。

許多工程師仍然依賴 Microsoft Visio 繪制線束圖紙，依賴 Excel 電子表格管理連接數(shù)據(jù)。由于這些工具之間無法通信，在它們之間遷移信息完全是手動的，并且極易出錯。當(dāng)更新沒有在文檔中保持一致時，工程決策很容易丟失。雖然這個過程對于簡單、小批量的構(gòu)建可能足夠，但隨著車輛變得越來越復(fù)雜，連接數(shù)量成倍增加，這種方法很快就會失效。

這一挑戰(zhàn)并非假設(shè)。網(wǎng)上有大量關(guān)于使用 Visio 進(jìn)行線束設(shè)計(jì)的教程，例如這個例子，微軟甚至在其支持站點(diǎn)上提供了在 Visio 中創(chuàng)建電氣圖的文檔化工作流程。雖然這些方法對于圖示說明可能有用，但它們無法適應(yīng)現(xiàn)代汽車線束設(shè)計(jì)的擴(kuò)展需求。缺乏集成意味著設(shè)計(jì)容易出錯，與車輛的機(jī)械現(xiàn)實(shí)脫節(jié)，并且缺乏單一可信源。

因此，分離的設(shè)計(jì)領(lǐng)域造成了低效和錯誤，影響了產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)度。

線束設(shè)計(jì)中的 ECAD-MCAD 協(xié)作

線束是車輛的中央神經(jīng)系統(tǒng)，連接著遍布汽車的電子設(shè)備。設(shè)計(jì)這些線束本質(zhì)上是一項(xiàng)跨領(lǐng)域的任務(wù)。電氣工程師定義連接性（哪些組件需要連接，以及如何連接），而機(jī)械工程師必須確保線纜在車輛內(nèi)的物理布線是可行且安全的。

在布線密度高的現(xiàn)代汽車中，單個線束可能包含數(shù)千根導(dǎo)線和數(shù)十個連接器。一輛普通中型汽車的線束很容易超過一千根導(dǎo)線，重量超過 45 公斤。在高端和電動汽車中，導(dǎo)線總長度可達(dá)數(shù)公里，電動汽車所需的布線比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車大約多 50%-60%。所有這些布線都必須封裝在狹窄的空間內(nèi)：蜿蜒穿過擁擠的發(fā)動機(jī)艙、儀表板、立柱和底盤通道。

緊湊的封裝約束帶來了巨大的挑戰(zhàn)。汽車機(jī)械設(shè)計(jì)中的每一個彎角、支架和護(hù)孔環(huán)都會影響線束的布置方式。如果 ECAD 和 MCAD 團(tuán)隊(duì)孤立工作，幾乎注定會出現(xiàn)錯誤。

例如，電氣工程師可能根據(jù) 2D 原理圖指定線纜長度，但后來機(jī)械團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)線纜太短，無法沿著底盤內(nèi)復(fù)雜的 3D 路徑布線?；蛘撸B接器在 PCB 上的位置在電氣圖紙上看起來合理，但在實(shí)車中可能與結(jié)構(gòu)件發(fā)生碰撞。這些脫節(jié)會導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)變更、成本高昂的設(shè)計(jì)返工，甚至直到制作原型時才發(fā)現(xiàn)布線問題——這在汽車行業(yè)是噩夢般的情景。

另一個常見問題圍繞連接器引腳分配。機(jī)械工程師通常需要手動交叉參考 PDF 和原理圖，以弄清楚 I/O 板如何連接到線束。這是一項(xiàng)緩慢且容易出錯的工作，當(dāng)信息分散在不同的工具中時，很容易誤解哪個引腳承載哪個信號。在 Altium 中，通過同步的線束和多板原理圖，引腳映射一清二楚。工程師可以準(zhǔn)確了解 I/O 板如何與其連接器接口，無需猜測。數(shù)據(jù)持續(xù)在 ECAD 和 MCAD 之間傳播，為兩個領(lǐng)域維護(hù)著單一可信源。

線束制造圖紙示例

解決方案很明確：為線束設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) ECAD 和 MCAD 之間的實(shí)時協(xié)作與同步。當(dāng)兩個團(tuán)隊(duì)共享共同的設(shè)計(jì)愿景和數(shù)據(jù)時，電氣團(tuán)隊(duì)可以在了解機(jī)械約束的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，反之亦然。這正是 Altium 的 ECAD-MCAD 集成能力發(fā)揮作用的地方，它實(shí)現(xiàn)了跨越兩個領(lǐng)域的線束設(shè)計(jì)工作流程。

通過 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)消除差距

Altium 的 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)境之間無縫的"推送-拉取"工作流程。在下面的示例中，SOLIDWORKS 中的一個 PCB 裝配體通過協(xié)同設(shè)計(jì)面板（在右側(cè)的 MCAD 界面中顯示）與 Altium Designer 中的外殼同步。設(shè)計(jì)更改（如板形、元件放置或安裝孔）可以從 MCAD 推送到 ECAD，也可以反向拉取，確保兩個團(tuán)隊(duì)始終使用最新的、精確的 3D 設(shè)計(jì)。

Altium 的 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)消除了 ECAD-MCAD 之間的鴻溝，將 Altium Designer（用于 PCB 和線束）與流行的機(jī)械 CAD 工具（如 SOLIDWORKS 或 PTC Creo）連接起來。這使得電氣和機(jī)械工程師可以在他們偏好的環(huán)境中工作，進(jìn)行實(shí)時的雙向數(shù)據(jù)交換，消除了手動文件導(dǎo)出。持續(xù)的同步確保了板形、元件放置、孔位置以及多板裝配體在 ECAD 和 MCAD 之間的一致性。

MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)傳輸精確的設(shè)計(jì)更新，對 PCB 元件和板幾何圖形使用 3D 模型（Parasolid 格式）。板級設(shè)計(jì)師可以調(diào)整 PCB 輪廓或重新定位連接器，而機(jī)械工程師則可以微調(diào)電路板位置或添加禁布區(qū)。雙方通過共享的工作區(qū)保持同步，消除了文件版本控制問題。

線束設(shè)計(jì)同步實(shí)戰(zhàn)

Altium 的 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)并不僅限于 PCB 板形狀和元件同步。它延伸至電纜線束設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這對汽車工程師來說是一個改變游戲規(guī)則的功能。MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)現(xiàn)在支持 Altium Designer 與 MCAD 工具之間的完整線束項(xiàng)目同步。

在實(shí)踐中，這意味著電氣工程師可以在 Altium 中定義邏輯線束（導(dǎo)線、連接器、接點(diǎn)、"從到"連接數(shù)據(jù)等），并無縫地將這些數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)械團(tuán)隊(duì)進(jìn)行 3D 布線。MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)會將所有必要的線束細(xì)節(jié)從 ECAD 發(fā)送到 MCAD，包括連接器列表、接點(diǎn)位置和連接信息。然后，機(jī)械工程師在 3D CAD 裝配體中布線，將導(dǎo)線沿著車架定位，應(yīng)用夾子或護(hù)孔環(huán)，并遵守彎曲半徑和空間約束。布線完成后，結(jié)果被推送回 ECAD。MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)將物理屬性（如每個連接的確切導(dǎo)線長度），甚至 3D 線束模型本身，傳輸回 Altium 的線束項(xiàng)目中。電氣設(shè)計(jì)師可以拉取這些更新，并在其線束文檔中反映真實(shí)的長度和布線幾何形狀。

傳統(tǒng)上，導(dǎo)線長度估算是一項(xiàng)手動任務(wù)。機(jī)械工程師在 CAD 中布線，然后將長度復(fù)制到電子表格中交給線束團(tuán)隊(duì)。手動的導(dǎo)線長度估算由于計(jì)算錯誤和復(fù)制粘貼失誤，導(dǎo)致線束制造中出現(xiàn)錯誤和大量的材料浪費(fèi)。線束同步通過自動化 3D 布線來精確計(jì)算并回注導(dǎo)線長度，消除了這些問題。

實(shí)時 ECAD-MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)延伸至線束。此處，一個 Altium 線束設(shè)計(jì)與一個機(jī)械裝配體同步：白色線纜代表在 MCAD 環(huán)境中布線的線束，連接兩個橫跨復(fù)雜外殼的 PCB（綠色板）。Altium 協(xié)同設(shè)計(jì)面板（左側(cè)）確認(rèn)在機(jī)械布線被推送回來后，ECAD 和 MCAD 設(shè)計(jì)是相同的。這確保了電氣線束設(shè)計(jì)能精確適應(yīng)機(jī)械空間，具有正確的導(dǎo)線長度和連接器位置。

通過 ECAD-MCAD 協(xié)作驅(qū)動更智能的汽車設(shè)計(jì)

隨著汽車系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，分離的電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)過時。集成的 ECAD-MCAD 工作流程實(shí)現(xiàn)了 PCB 設(shè)計(jì)師和機(jī)械工程師之間的實(shí)時同步，避免了數(shù)據(jù)錯誤、返工循環(huán)和進(jìn)度延誤。像 Altium 的 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)這樣的工具讓團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新，并確信電路板、導(dǎo)線和機(jī)械部件將完全按預(yù)期裝配在一起。

更緊密的 ECAD-MCAD 協(xié)作通過更快的設(shè)計(jì)周期和更高的首次成功率帶來競爭優(yōu)勢。當(dāng)團(tuán)隊(duì)共享實(shí)時設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并同步迭代時，其結(jié)果是一個能夠跟上現(xiàn)代汽車需求步伐的更智能的設(shè)計(jì)過程。合適的協(xié)作平臺是推動下一代汽車電子前進(jìn)的關(guān)鍵。

關(guān)于Altium

Altium有限公司隸屬于瑞薩集團(tuán)，總部位于美國加利福尼亞州圣迭戈，是一家致力于加速電子創(chuàng)新的全球軟件公司。Altium提供數(shù)字解決方案，以最大限度提高電子設(shè)計(jì)的生產(chǎn)力，連接整個設(shè)計(jì)過程中的所有利益相關(guān)者，提供對元器件資源和信息的無縫訪問，并管理整個電子產(chǎn)品生命周期。Altium生態(tài)系統(tǒng)加速了各行業(yè)及各規(guī)模企業(yè)的電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。