现代汽车对于电气和电子需求的不断增长正将当下的设计方法推向极限，然而汽车系统的复杂性却并不会因此而停止。未来的电动汽车动辄需要数十个传感器、数百个ECU和数英里的线路来收集、处理和传输高级功能所需的数据。为了实现这样的复杂系统并达到全面生产的能力，汽车工程师们不仅要考虑电气和电子系统在成本、重量和功耗方面的平衡与优化，同时还要遵守汽车行业严格的安全要求。此时，创成式设计作为一种突破性设计方法应运而生。

什么是创成式设计

所谓创成式设计是将系统定义和需求作为输入，利用基于规则的自动化为电气和电子系统的逻辑、软件、硬件和网络生成架构方案（图1）。这些规则吸收了成熟工程师的知识和经验，为年轻工程师的设计工作进行全面指导。

创成式设计的设计流程从功能模型开始，这些功能模型主要用来呈现要实现的电气系统功能，但并未阐述如何实现。它们一般会涉及通信网络、电源和组件等方面，可以通过电子表格、SysML文件和MS Visio图表等格式建立。

接下来，设计团队需要将这些功能模型规范成电气系统设计环境（如Capital）中的统一格式。一旦功能模型规范化，工程师就可以为E/E系统逻辑、网络、硬件和软件生成潜在架构。有价值的公司IP能够通过管理方案生成的设计规则自动集成到这些方案中。在此阶段，电气工程师可以快速生成、评估和比较多个架构方案，在最初提出的解决方案中进行设计优化。

从选定的架构方案中，工程师能够提取离散逻辑系统来生成平台级网络设计和电气配电系统（EDS）。基于此，团队能够为每个子系统合成线束设计，生成制造辅助工具和过程成本清单，发布电气服务数据并生成车辆识别代码的专属服务文档。

图1. 创成式设计基于规则的自动化为E/E系统的逻辑、软件、硬件和网络生成方案

创成式设计的优势

创成式设计带来的自动化能帮助设计团队在不推迟上市时间的情况下管理设计的复杂性。自动化让工程师们更加专注于在E/E系统功能设计和验证过程中的关键环节，同时减少因手动输入而产生的数据错误，将更多宝贵时间放在技术突破上。自动化还能通过设计规则将公司IP应用于生成的方案，提高设计的准确性和质量。

其次，在全平台情境中进行设计有助于工程师更多地了解信号、电线和其他组件在整车平台上的实现方式，进而减少接口处的错误或由于线束的复杂性而产生的错误。此设计流程还使团队能够跨车辆平台重复使用已经经过验证的数据，提高质量并降低开发成本。

最后，紧密集成的环境使电气工程师能够与其他领域的工程师和工具共享数据。随着车辆电气、机械和软件组件之间相互作用的日益增强，在这些领域之间实现数据的无缝同步将大大促进其在单一系统内的集成。

实现数据的连续性

创成式设计从最初的系统定义和需求到全面的生产和服务，创建了一个连续的数据线程。相同的数据能够应用于生成设计流程的各个阶段，以确保在设计过程中及不同设计领域之间不会丢失内容，所有工程师都能根据该线程接收和使用最新数据（图2）。

内置的设计规则使工程师能够自动检查设计缺陷，这些缺陷在电动汽车的复杂性中很容易被忽视。这些设计规则检查可以捕捉到未端联的导线末端、发现不一致的图形和物理管束长度，并检查导线上的电流负载、产生的热量和其他故障。

图2. 创成式设计确保从最初的系统定义到生产以及售后的数据连续性，以实现完全的可追溯性和符合要求。

此外，数据的连续性还增强了工程师分析设计变更影响的能力。传统的设计方法难以量化由设计变更带来的连锁反应。设计的每一项变化都会影响到系统的其他部分，二级和三级的影响很难预测。数据连续性确保了每个项目都有单一的数据源。当对设计进行变更时，可通过详细的影响分析对其进行检查，该分析将通知工程师变更可能在其他领域引起的问题。

应用实例

作为自动驾驶和汽车联网领域的早期创新者，欧洲第二大汽车制造厂商PSA集团拥有一套既定流程，为其设施提供售后服务文档，其中包括多项有助于快速诊断的设计可交付成果。面对高昂的电气系统内部工具维护成本和日趋复杂的E/E系统，PSA集团发现手动操作已不足以应对，并且容易发生错误，PSA集团需要一种无缝且简便的技术来保障电气数据的连续性。通过深入评估，PSA集团最终选用了西门子的Capital™ 软件，通过图表综合实现correct-by-construction的自动化电气文档。

西门子的Capital E/E系统开发工具是西门子Xcelerator解决方案组合的一部分，覆盖整个电气系统开发过程，从系统定义到设计和制造，从系统定义到设计、制造，再到自动化服务文档创建。在Capital技术的支持下，PSA集团目前已经取代了大部分手工操作流程，能够直接使用来自其E/E工程部门及线束供应商的数据自动绘制电气系统图，确保了数据的准确性、实现快速有效的车辆维护，工作日程缩短了30%。