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摘要：本文介绍了运用capital Integrator中的CWS（综合布线）进行汽车线束中导线自动布线的方法，从车辆配置选项的维护、原理图的设计、拓扑图设计以及导线合成约束规则的制定到最后的导线生成进行了全面阐述，并着重对约束规则的制定进行了说明，通过使用该方法可大大提高设计工作效率并提高设计质量。
关键词：Capital;CWS（综合布线）;线束等级;约束规则
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）02-0048-07
窦明佳
毕业于华北水利水电大学，本科学历，现就职于东风汽车股份有限公司商品研发院，任轻客与新能源开发部助理工程师，主要从事电子电气架构工作，已发表论文2篇。
1引言
目前汽车行业的创新变革主要集中在电气、电子和嵌入式软件领域，随着高级驾驶辅助系统（ADAS）、车辆互联系统以及乘员舒适性配置增多导致车上的控制器（ECU）、传感器、执行器数量不断增加，而这些车辆用电器之间的信号传输、电源分配都需要线束进行互联;同时随着车辆配置多样化、定制化的顾客需求变化，更增加了线束设计的复杂性，实际上如果车辆有20中可选功能配置将产生1000000中可制造车辆种类;另外，汽车制造商（OEM）还必须满足严格的安全性、效率及可靠性准则，例如功能安全的标准（ISO26262）要求E/E系统需要满足一定的功能安全等级保证在电气系统发生故障时关键信号能够正常传输而不会发生不可预知的安全问题。另一力面，在竞争激烈的汽车行业中，成本是每个车企必须关注的问题，而最大限度的减少新车开发过程中所需的新的设计工作量，实现设计复用可大大减少设计和验证新车辆设计所需的时间和成本。
面对上述各种挑战需要一种新的设计流程来帮助工程师管理日益复杂的电子电气系统，而生成式的设计方法正好能够满足这些要求，其基于规则驱动的自动化设计能够使工程师减少手工操作的工作量，通過跨平台使用经验证的数据可减少开发成本、缩短开发周期。Memor Graphics公司的Capital平台是汽车及航空领域电气系统设计的先进工具，其中的Capital Integrator模块是实现生成式设计的关键模块，本文对Capital Integrator中CWS（Composite Wiring Synthesis）在汽车线束设计过程中的运用方法进行阐述。
2CWS综合布线流程
CWS（Composite Wiring Synthesis）综合布线是Capital Integrator中至关重要的功能，在满足输入约束条件下CWS综合布线自动执行必要的步骤为车辆中每个线束的所有线束级别综合布线，从而为每个可能的车辆配置综合布线，对于电气系统中的每个线束，CWS将识别与该线束相关联的所有配置选项，并为该线束生成多种配置组合的线束等级，
2.1定义配置选项及关系
可在Capital Project中进行选项维护，也可在Capital Integrator中DataSE具栏选择选项进行配置选型的定义以及配置之间包含、互斥关系的定义。（见图2）
2.2整车电气原理图的设计
该工作通常在Capital Logic中将各电器模块之间的信号逻辑连接关系进行定义，然后将设计完成的各系统电气原理以及电源分配、搭铁分配通过生成列表（Bulid List）与Capital Integrator进行关联。
2.3整车平面拓扑的设计
拓扑是在一个整车框架上表示整车线束的分段以及整车用电器的平面物理位置，可通过BridgeIn进行Capital 3D接线（.xml）数据导入而构建拓扑，也可通过添加线束段（Bundle）、添加设备插槽（Add Slot）、添加接地插槽（Add Ground）、添加接线盒插槽（Add Junction Box）以及创建线束内连接插件（Add Inline Pair）进行手工绘制，如下图表示的乘用车的平面拓扑，整车线束包括机舱线束、仪表线束、四门线束以及车身线束，各线束可根据设计者的风格用不同颜色来区分，设计完成的平面拓扑中各线束端可看做导线路由的通道，在CWS时软件会根据输入约束条件沿着通道自动布线。
2.4定义规则及约束条件
在生成式设计流程中设计者通过设置规则和约束来使自动过程达到自己想要的结果，在CapitalIntegrator中可创建的约束类型包括放置、导线路南、导线综合、网络综合、导线规范以及接地设计。（见图5）
在设计过程中有一些约束规则是比较常用的，下面着重对常用的约束规则进行说明：
2.4.1设置设备/接地放置规范：
执行放置属性/特性匹配名称=插槽名称的设备，接地：定义该规则后在进行自动放置设备命令时所有的电器设备（Device）会根据CapitalLogic中定义的名称去寻找匹配插槽（Slot），如果两者名字相同，就将该设备放置在相应的插槽中。在项目开展过程中有遇到相同设备在不同的车型（Vehicel model）中放置位置不同，例如下图中蓄电池在左舵车型上放置在机舱右侧，而右舵车型时放置在机舱左侧的情况，可在位于机舱左侧的蓄电池插槽（BATTERY-RHD）上设置规则：在属性/特性匹配名称=BArFFERY的设备/接地上放置选型RHD，同理可在位于机舱右侧的蓄电池插槽（BAT-FERY-LHD）放置规则：在属性/特性匹配名称=BATFERY的设备/接地上放置选型LHD，这样可实现相同设备在不同车型中物理位置不同的设计，在CWS导线综合时会根据上述规则赋予蓄电池的配置选项（Option）生成左舵和右舵车型连接蓄电池的导线。（见图6）例如在线束生产的工艺上有的OEM会规定一条线束上相同信号的导线只能连接一个焊接点（Splice），为了达到这样的目的，需要设置每个焊接点的成本为1000，而单位导线长度成本为1，这里的成本是相对成本而不是实际的价格成本，只是为了在CWS导线综合时减少焊接点的生成，同时如果设置每个焊接点的最大导线数为7，这样在连接焊接点的导线数大于7时会自动增加一个焊接点。 2.4.4网络规范：
SAE J1939对波特率为250Kbit/s的CAN网络通讯采用非屏蔽双绞线拓扑结构进行了规定，例如规定了节点到主干线的分支长度最大为3m，而对于高速CAN总线（250Kbit/S-1Mbit/s）有些OEM通常设置总线各分支长度小于1m以提高总线信号传输的抗干扰能力。
所以在Capital Integrator中可设置网络规范使生成的网络传输媒介一导线满足总线输出物理层的要求。
2.5 CWS综合布线运算
在完成上述2.4.1到2.4.4的输入条件后，接下来可进行cwsN算
2.5.1CWS运算的第一步：生成线束等级
可根据前期定义的车型、配置组合以及导线路由需求为每个线束总成生成多个线束等级以满足不同车型的配置需求，配置越多同时可选配置越丰富生成的线束等级就越复杂，這也是目前乘用车线束种类繁多的原因。（见图7）
同时，线束等级不仅可以自动生成也可以手动编辑或者外部导入预先定义好的线束等级。（见图8）
2.5.2导线合成
在线束等级自动生成或者导入后下一步进行导线的生成，导线生成步骤会利用已经存在的线束等级为每个线束总成的每个线束等级生成对应的导线，这时软件路由信号并生成需要的导线、焊接点和多线压接，这一步受放置在拓扑中的设备上配置选项以及各设备之间的复杂逻辑连接关系影响，同时导线在路由时会寻找成本最低的路径，导线路由的成本主要是下列成本的总和：
a）导线的成本：导线的成本等于导线的总长度乘以单位导线的成_奉，默认单位导线的成本为1，同时可通过上述2.4.3中描述的方法改变单位导线的成本。
b）焊接点的成本：默认焊接点的成本为0，也可通过2.4.3中添加焊接点的成本约束。
c）多线压接的成本：默认多线压接的成本为0，也可对连接器孔位、连接器、插槽或者整个设计添加多线压接成本约束条件。
d）导线穿过内连接（Inline）的成本：默认穿过内连接的成本为0，也可通过添加内连接/接线盒的成本约束来减少相同信号导线重复通过两个线束总成对接插件的情况。
导线合成对话框包括5个不同的选型，分别为完全合成对话框、模块化综合对话框、生成
关键词：Capital;CWS（综合布线）;线束等级;约束规则
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）02-0048-07
窦明佳
毕业于华北水利水电大学，本科学历，现就职于东风汽车股份有限公司商品研发院，任轻客与新能源开发部助理工程师，主要从事电子电气架构工作，已发表论文2篇。
1引言
目前汽车行业的创新变革主要集中在电气、电子和嵌入式软件领域，随着高级驾驶辅助系统（ADAS）、车辆互联系统以及乘员舒适性配置增多导致车上的控制器（ECU）、传感器、执行器数量不断增加，而这些车辆用电器之间的信号传输、电源分配都需要线束进行互联;同时随着车辆配置多样化、定制化的顾客需求变化，更增加了线束设计的复杂性，实际上如果车辆有20中可选功能配置将产生1000000中可制造车辆种类;另外，汽车制造商（OEM）还必须满足严格的安全性、效率及可靠性准则，例如功能安全的标准（ISO26262）要求E/E系统需要满足一定的功能安全等级保证在电气系统发生故障时关键信号能够正常传输而不会发生不可预知的安全问题。另一力面，在竞争激烈的汽车行业中，成本是每个车企必须关注的问题，而最大限度的减少新车开发过程中所需的新的设计工作量，实现设计复用可大大减少设计和验证新车辆设计所需的时间和成本。
面对上述各种挑战需要一种新的设计流程来帮助工程师管理日益复杂的电子电气系统，而生成式的设计方法正好能够满足这些要求，其基于规则驱动的自动化设计能够使工程师减少手工操作的工作量，通過跨平台使用经验证的数据可减少开发成本、缩短开发周期。Memor Graphics公司的Capital平台是汽车及航空领域电气系统设计的先进工具，其中的Capital Integrator模块是实现生成式设计的关键模块，本文对Capital Integrator中CWS（Composite Wiring Synthesis）在汽车线束设计过程中的运用方法进行阐述。
2CWS综合布线流程
CWS（Composite Wiring Synthesis）综合布线是Capital Integrator中至关重要的功能，在满足输入约束条件下CWS综合布线自动执行必要的步骤为车辆中每个线束的所有线束级别综合布线，从而为每个可能的车辆配置综合布线，对于电气系统中的每个线束，CWS将识别与该线束相关联的所有配置选项，并为该线束生成多种配置组合的线束等级，
2.1定义配置选项及关系
可在Capital Project中进行选项维护，也可在Capital Integrator中DataSE具栏选择选项进行配置选型的定义以及配置之间包含、互斥关系的定义。（见图2）
2.2整车电气原理图的设计
该工作通常在Capital Logic中将各电器模块之间的信号逻辑连接关系进行定义，然后将设计完成的各系统电气原理以及电源分配、搭铁分配通过生成列表（Bulid List）与Capital Integrator进行关联。
2.3整车平面拓扑的设计
拓扑是在一个整车框架上表示整车线束的分段以及整车用电器的平面物理位置，可通过BridgeIn进行Capital 3D接线（.xml）数据导入而构建拓扑，也可通过添加线束段（Bundle）、添加设备插槽（Add Slot）、添加接地插槽（Add Ground）、添加接线盒插槽（Add Junction Box）以及创建线束内连接插件（Add Inline Pair）进行手工绘制，如下图表示的乘用车的平面拓扑，整车线束包括机舱线束、仪表线束、四门线束以及车身线束，各线束可根据设计者的风格用不同颜色来区分，设计完成的平面拓扑中各线束端可看做导线路由的通道，在CWS时软件会根据输入约束条件沿着通道自动布线。
2.4定义规则及约束条件
在生成式设计流程中设计者通过设置规则和约束来使自动过程达到自己想要的结果，在CapitalIntegrator中可创建的约束类型包括放置、导线路南、导线综合、网络综合、导线规范以及接地设计。（见图5）
在设计过程中有一些约束规则是比较常用的，下面着重对常用的约束规则进行说明：
2.4.1设置设备/接地放置规范：
执行放置属性/特性匹配名称=插槽名称的设备，接地：定义该规则后在进行自动放置设备命令时所有的电器设备（Device）会根据CapitalLogic中定义的名称去寻找匹配插槽（Slot），如果两者名字相同，就将该设备放置在相应的插槽中。在项目开展过程中有遇到相同设备在不同的车型（Vehicel model）中放置位置不同，例如下图中蓄电池在左舵车型上放置在机舱右侧，而右舵车型时放置在机舱左侧的情况，可在位于机舱左侧的蓄电池插槽（BATTERY-RHD）上设置规则：在属性/特性匹配名称=BArFFERY的设备/接地上放置选型RHD，同理可在位于机舱右侧的蓄电池插槽（BAT-FERY-LHD）放置规则：在属性/特性匹配名称=BATFERY的设备/接地上放置选型LHD，这样可实现相同设备在不同车型中物理位置不同的设计，在CWS导线综合时会根据上述规则赋予蓄电池的配置选项（Option）生成左舵和右舵车型连接蓄电池的导线。（见图6）例如在线束生产的工艺上有的OEM会规定一条线束上相同信号的导线只能连接一个焊接点（Splice），为了达到这样的目的，需要设置每个焊接点的成本为1000，而单位导线长度成本为1，这里的成本是相对成本而不是实际的价格成本，只是为了在CWS导线综合时减少焊接点的生成，同时如果设置每个焊接点的最大导线数为7，这样在连接焊接点的导线数大于7时会自动增加一个焊接点。 2.4.4网络规范：
SAE J1939对波特率为250Kbit/s的CAN网络通讯采用非屏蔽双绞线拓扑结构进行了规定，例如规定了节点到主干线的分支长度最大为3m，而对于高速CAN总线（250Kbit/S-1Mbit/s）有些OEM通常设置总线各分支长度小于1m以提高总线信号传输的抗干扰能力。
所以在Capital Integrator中可设置网络规范使生成的网络传输媒介一导线满足总线输出物理层的要求。
2.5 CWS综合布线运算
在完成上述2.4.1到2.4.4的输入条件后，接下来可进行cwsN算
2.5.1CWS运算的第一步：生成线束等级
可根据前期定义的车型、配置组合以及导线路由需求为每个线束总成生成多个线束等级以满足不同车型的配置需求，配置越多同时可选配置越丰富生成的线束等级就越复杂，這也是目前乘用车线束种类繁多的原因。（见图7）
同时，线束等级不仅可以自动生成也可以手动编辑或者外部导入预先定义好的线束等级。（见图8）
2.5.2导线合成
在线束等级自动生成或者导入后下一步进行导线的生成，导线生成步骤会利用已经存在的线束等级为每个线束总成的每个线束等级生成对应的导线，这时软件路由信号并生成需要的导线、焊接点和多线压接，这一步受放置在拓扑中的设备上配置选项以及各设备之间的复杂逻辑连接关系影响，同时导线在路由时会寻找成本最低的路径，导线路由的成本主要是下列成本的总和：
a）导线的成本：导线的成本等于导线的总长度乘以单位导线的成_奉，默认单位导线的成本为1，同时可通过上述2.4.3中描述的方法改变单位导线的成本。
b）焊接点的成本：默认焊接点的成本为0，也可通过2.4.3中添加焊接点的成本约束。
c）多线压接的成本：默认多线压接的成本为0，也可对连接器孔位、连接器、插槽或者整个设计添加多线压接成本约束条件。
d）导线穿过内连接（Inline）的成本：默认穿过内连接的成本为0，也可通过添加内连接/接线盒的成本约束来减少相同信号导线重复通过两个线束总成对接插件的情况。
导线合成对话框包括5个不同的选型，分别为完全合成对话框、模块化综合对话框、生成