2020年08月26日 | 解密基于MBSE的整车电子设计解决方案

以5G、物联网、人工智能、大数据为代表的技术正在引领新一轮的产业革新。在全球数字化浪潮的重塑下，汽车产业正朝向网联化、智能化和电动化方向发展。

在这一发展趋势之下，作为汽车支撑力量的电子产品在近年来得到了持续快速发展，行业市场规模增速保持在10%以上。据估算，电子系统的成本已经占据新车成本的40%；而随着新能源车、无人驾驶、车载信息系统技术日渐成熟，最新预测表明，到2030年，电子产品将占据新车价值的50%左右。

整车电子化程度的大幅增加，将使设计的难度成倍增长。

汽车数字化时代的挑战

挑战来自多个方面。首先，随着汽车电子化程度越来越高，汽车电子软件的开发量增长惊人。目前先进的智能汽车的代码量已突破2亿行，超越IT史上任何一款产品，预计未来L5自动驾驶代码量将突破10亿行。

然而，汽车电子软件爆炸式增长给汽车电子电气构架带来了巨大的挑战。最重要的原因是，伴随着汽车技术的进步，被视为汽车“大脑”的车载控制单元（ECU）的数量日益增多，分布从ABS系统、自动变速箱系统、四轮驱动扭矩分配系统、主动悬挂系统、安全气囊+安全带系统，逐渐延伸到了车身安全、网络、车载娱乐影音、传感控制系统等等。市场研究数据显示，各级别汽车ECU数量都在逐年递增，目前一些高端车型已经突破百个。

而ECU剧增会带来一系列问题，包括：ECU性能面临瓶颈，功能协调困难、系统互斥现象时有发生，导致软件开发低效。因此，汽车电子系统正从传统的分布式架构转向以域控制器为核心的集中式处理，这意味着汽车电子产品研发的计算量正逐渐集中化，庞大的计算需求亟待解决。

另一方面，为满足产品高密度、高速度、高性能的要求，汽车电子产品在设计中往往需要考虑电子、电气、热和三维机械结构等多领域、多学科问题，数据一致性上存在挑战；除此之外，传统进程通常将验证留给原型实验室，尤其在汽车功能安全认证等至关重要设计环节中，若不能尽早地进行验证，研发就会变成一件十分复杂且耗时的任务。

但需要注意的是，研发团队若针对一个产品并发设计，各方数据虽能互为参考模型，却会给设计数据管理和项目进度管理带来挑战。

再者，当车厂发现投放的汽车由于设计或制造方面的原因存在缺陷时，召回改造还对设计数据提出了可追溯、可复用的要求。

尽管挑战诸多，车厂仍需要更快地将更复杂的产品推向市场，这需要电子硬件、软件、线缆和机械基础设施的无缝集成。也代表着，设计工具不仅需要支持全局性的设计验证，还需要一套完整、可靠的设计流程管理系统。

长期设计流程管理核心EDM

因此，在白热化的市场竞争环境下，如何控制成本并提高生产力，成为转型中的车厂不断追寻的目标。而一款集成研发数据管理和支持并行设计的研发平台，成为未来汽车产业数字化的重要解决之道。

在这一方面，Mentor基于MBSE的汽车电子设计平台是业界最好的解决方案之一。

Mentor完整的EDA工具套件引入了基于模型的系统工程（MBSE）理念，通过用数字化建模改变传统的文本式系统描述，能够实现可追溯、可验证的数据版本管理，进而提高产品质量、性能，提升产品研发效率，为车企创造潜在利润空间。

以其中的核心Xpedition EDM来说，该平台提供了支持数据管理的基础架构，是设计和元件库的集中式数据与信息中心，除了符号、封装等，经过验证的设计复用模块、仿真模型都可以在此进行管理。

最关键的是，EDM可以确保每个数据来源唯一、可跟踪和可追溯，同时配合相应工具，应用数字孪生技术减少仿真验证过程的成本和周期。此外，该平台集成了设计数据交流功能，方便设计人员直接在准确的数据文件中进行交流；集成工厂数据文件，保证研发数据与生产数据一致性。换句话说，在统一的数据库支持下，车厂能够更好的实现长期设计流程管理。

基于MBSE的整车电子设计解决方案

而具备竞争优势的设计工具则是这一流程的重要分支。其中，Xpedition Designer是专门的原理图绘制工具，支持多人协同设计，支持设计复用，同时它提供了与企业其它管理系统的接口，实现了元器件、设计数据和生产文件的高度一致。

Xpedition Layout是PCB设计工具，兼顾易用性和功能性，包括自动布局布线能力和协同设计特性等，帮助设计人员完成任何复杂的设计。面对设计复杂度提高，密度越来越大，产品开发周期缩短的设计挑战，Xpedition Layout运用多种技术，规则约束、元件布局和网络规划、高性能差分对布线，HDI/微孔技术等，很大程度地提高了设计质量，加速PCB设计进程。

有了EDM的支撑，汽车电子产品的设计研发能够克服电子、电气和机械等不同领域间数据不一致的风险；而在设计验证方面，验证工具与创作环境紧密集成，也确保了电气、电热和机电的质量和可靠性。

仿真验证工具HyperLynx是目前业界内功能全面、技术先进的解决方案。通过MBSE的流程优势之下，可为企业提供经过验证的、可复用的、经过认证的模块。主要有模拟电路仿真分析、电气设计规则检查（DRC/ERC）、信号完整性分析（SI）、电源完整性分析（PI）、板级热分析、3D电磁场建模分析等。

此外，由 Valor 驱动的一流 DFM（可制造性设计）解决方案与制造产品模型相结合，能够实现最高效、最具成本效益的新产品导入。Valor DFM技术有利于在设计中发现潜在的制造问题，并可以直接在Xpedition环境中进行多项检查，进而达到有效的优化产品设计，降低产品制造成本的目的。

Xpedition工具套件可支持多领域协同工作，并更高效地完成协同设计工作，缩短30-60%的周期时间，减少高达80%的集成工作。

可以说，这样一套自动化的整车解决方案正是现下市场迫切需要的。

如今，汽车产业转型势在必行，如何实现长期的设计管理关乎着车厂未来的利润空间与竞争能力，而基于MBSE的设计平台被认为是必不可少的高效、可靠的解决方案。那么怎样抓住机会，成为转型浪潮中的先锋者呢？

9月10日晚20:00~21:30，Mentor将举行主题为《基于可靠模型的先进汽车电子设计平台应用方案》的网络研讨会，详细介绍基于MBSE的解决方案，欢迎有兴趣的朋友报名参加。