一些法規或標準適用于現代化飛機中的幾乎每個螺栓、面板和電線。一些最嚴苛的法規與電氣線路互連系統 （EWIS） 有關。如果在飛機設計項目開始時未能預測到這些一致性要求，那么可能會對成本產生很大的影響。通過在項目初期將 EWIS 法規納入考慮范圍并以此做出英明的設計決策，可以避免后期的大部分設計修改工作。推遲一致性檢查可能意味著需要做出代價最高昂的更改。

　　EWIS現在是《聯邦航空條例》（FAR） 第25部規定的一部分，也因此成為所有新商用飛機的一項認證條件。“EWIS 思維”已經延伸到旋翼機和防衛平臺等其他工業。我們不妨來研究一些主要的關注點，并探討商用現貨 （COTS） 電子設計自動化工具幫助設計師實現 EWIS 一致性的方式。

　　命名規范

　　FAR 25.1711 描述了 EWIS 組件必須帶有的認證和信息類型，包括組件的功能、冗余考慮事項、隔離要求和唯一性。在飛機中，每個組件都有且只有一個相應的標識，在飛機的整個生命周期都必須遵守這項規則。

　　舉例來說，假設電線名稱由線束標識、隔離類別、該線束特定的計數和電線規格組成，那么電線編號為 W238- FC1-101-22。按照唯一性要求，線束或車輛其它地方不能出現另一根編號為 W238-FC1-101-22 的電線。如今，飛機中眾多的 EWIS 組件、不同的飛機配置和生命周期變更管理挑戰使這項工作變得十分困難且容易出錯。這就需要系統化和自動化程度更高的方法。

　　一個簡單的解決辦法是在設計周期的不同階段以電子方式檢查組件名稱是否重復。但這可能使錯誤的漪漣通過流程擴散并影響飛機其它地方的連接或者歸檔。。

　　與之不同的是，先進的 COTS 工具采用“正確構建”法。該軟件從源頭上杜絕錯誤的發生，而不是等用戶出錯后依靠后續檢查來找出問題所在。當設計人員創建設計數據時，COTS 工具運用電線命名規則確保達到 EWIS 目標，從而自動符合 FAR 25.1711 的要求。

　　安全問題

　　FAR Part 25.1709 側重于 EWIS 系統的安全性。這些要求確保災難性的失效幾乎是不可能的，也不會由一個小的失效而導致，同時每種可能的發生危險故障的概率也幾近為零。

　　失效樹分析法 （FTA） 及失效模式與影響分析法 （FMEA） 對這里會用到的虛擬建模功能進行了說明。進行這類分析的軟件工具需要運用到電流的設計數據，而根據變化隨時拿出應對之策也是一個巨大挑戰。電氣設計師要嚴格遵守交付時間，盡量讓這些數據更加完善，因為安全工程師沒有時間在進行每項分析時都重新輸入新的數據。

　　解決這一難題的最好方法就是采用整套符合設計環境需求的安全分析工具。這樣便于重復使用信息，并將設計數據運用到服務于更大項目的應用中。理想的情況是，安全分析工具不僅提供了有關安全實施的“數據”，還提供了一種快速評估分析效果并幫助設計工程師有??效進行更改的方法。

　　最近，大多數分析工具已經給出了文本形式的分析結果，安全工程師要根據這些結果找出最關鍵的問題。但現代的 COTS 設計和分析工具集已經與一個無縫的環境形成了整體。最新的電氣設計數據可重復用于多種用途，包括以設計數據的當前狀態為對象的 EWIS 安全一致性分析。此外這些數據還能以圖形化的方式指出問題可能出在哪。

　　圖1顯示出明導 Capital Design 套件的若干相關分析窗口，標有對圖形顯示能力的注解。

　　圖1 - FMEA 結果的圖形顯示

　　這個例子顯示出按風險系數 （RPN） 排列的各種故障。RPN 值為60，表示這個錯誤要引起注意；故障會導致示警面板 （CAP） 無法顯示駕駛艙內的信息。

　　從這張示意圖的高亮部分可以直接看到設計中的錯誤在哪，以及所帶來的影響。電路中的綠線表示通電，而藍線表示電路中斷。工程師可以很容易地看到，斷路器故障導致為特定設備供電的電流中斷。

　　執行規則

　　EWIS 規定包括一系列能夠表達要求的規則。例如。每個組件必須“…在種類和設計上符合其基本功能”；“獨立電源絕不能共用接地線。”這類指令可在 COTS 工具集內通過捕捉類似設計規則和約束的核心要求進行滿足。

　　設計工具可強制執行規則和約束從而協助和自動化大部分決策。這種方法具有很明顯的優勢：

　　工具集可以迅速、自動做出決策

　　在很多類似決策點都能給出一致的結果

　　對于每個決策，都能很容易評估相應的跨域影響

　　促成做出決策的每個因素都具備固有的可追溯性，可以知道某個決策是如何得出的。

　　數字輔助決策過程的基本構件是約束的概念。約束決定了簡單的結構；例如，“IF 《signal = AC》， THEN 《do not route with flight controls》。”這個例子就限制了攜帶信號的電線被布線到附近，因為這可能會造成危險的相互影響。

　　基本上，約束會以能夠在算法上決定的形式捕捉設計和/或法規意圖。使用約束可以大幅縮短獲得已定義設計信息的核心集所需的時間。

　　規則，也稱為約束規則集，只是為了某個特定目的而組合到一起的約束集。在線束構建早期階段，設計人員會在 3D 模型成熟前構建一個預期線束的拓撲路線圖，然后定義必要的規則集和約束。約束可確保電氣組件能夠自動分布在合適的區域，同時恰當地布置線路和焊接點。

　　這個數字化模型隨后將用來評估權衡方案和盡早定義實物 EWIS 部分的特點。圖2描述的是顯示兩個規則集和三個約束的拓撲圖。

　　圖2 -- 評估布線約束的影響

　　EWIS 規定不執行任何具體的解決方案，因此設計人員可以根據分析數據自由應用其判斷。設計人員可探索創新的設計替代方案，前提是確保滿足相關要求。

　　設計“域”

　　EWIS 規則不適用于有特定用途的解決方案，因為這些規則過于寬泛，不夠具體，因此設計人員很難用這些很寬泛的規則來處理小細節。以 FAR 25.1703（4） 來看：

　　“安裝在飛機任何部位的所有 EWIS 部件的設計和安裝方式都必須遵循最小化機械牽張力的原則。”

　　像諸多 EWIS 規定一樣，FAR 25.1703（4） 是一項跨域要求。它可能會出現與域的設計、驗證和安裝等——所有這些都是相關聯且同步的——相關的結果。

　　確定線束是否符合 EWIS 要求，需對眾多因素有所了解，不僅僅是知道它是個線束這么簡單。假設 MCAD 設計人員過分簡單地將線束設計成直徑為一定長度的管子。理論上說，這樣就可以定位和布線，但卻沒有任何信息來指導設計人員做出有關松弛和后殼進入條件等方面的正確決策。了解線束的要素詳情至關重要。

　　一個整體的跨域設計環境是應對這一問題的解決方案。圖3是一個整體的工具集中的一部分。左邊的原理圖與右邊的 MCAD 三維視圖共用數據，這樣查找原理圖的特定電線時，三維圖片和插入表格頁也會同時突出顯示。

　　圖3：交叉查找：選中 ECAD 域的一個目標時，相應的 MCAD 等值也會突出顯示。

　　ECAD 和 MCAD 設計領域之間的集成數據互通可將某一域的變化與所有域的“連鎖反應”自動關聯，大大簡化設計人員的工作。

　　總結

　　EWIS 規定不僅僅針對安裝和維護。如今，設計階段也包括在內。一個完整的 COTS 設計解決方案可提供諸多功能，如跨域關聯，并且有助于盡快高效地了解 EWIS 要求，從而持續應用在整個項目周期之中。
作者：明導集成電氣系統部航空航天業務開發經理 John Low