◎北京空間機電研究所 忻剛等

隨著航天產(chǎn)品需求的不斷加大，航天型號任務(wù)急劇增加，產(chǎn)品的研制周期越來越短，性能要求越來越高，規(guī)模及復雜度不斷增加，可靠性和質(zhì)量要求也越來越嚴格，這些都對航天電子學產(chǎn)品的研制提出了更高的要求。

為適應(yīng)當前航天電子學產(chǎn)品研制的新形勢，全面提升電子產(chǎn)品的設(shè)計能力和競爭力，亟需建立一套科學的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)，通過采用更為先進的管理和設(shè)計方法改進現(xiàn)有工作模式，提高電子學產(chǎn)品的性能和設(shè)計質(zhì)量，從而保證科研型號任務(wù)的按時保質(zhì)完成。

針對目前航天電子學產(chǎn)品研制的新形勢，北京空間機電研究所參考國內(nèi)外的相關(guān)標準制定了元器件原理圖及封裝模型的命名與制作規(guī)范，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)了電子設(shè)計自動化（EDA）知識庫，進而建立了基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)采用院所分級管理和院所主服務(wù)器定時定期同步的管理模式，主要用于解決EDA設(shè)計工具多樣化，缺少統(tǒng)一、標準的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，各廠所、研究室及設(shè)計人員制作元件庫造成重復勞動，成熟可靠的電路得不到廣泛應(yīng)用等問題，有助于提高電子學產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，縮短電子學產(chǎn)品的研制周期。

一、系統(tǒng)的特點

EDA知識庫是為電子設(shè)計提供相應(yīng)的電子元器件零件原理圖模型和封裝模型的數(shù)據(jù)庫平臺。基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)從航天電子學產(chǎn)品的實際研制需求出發(fā)，以EDA知識庫作為基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)，建立了一個面向航天電子學產(chǎn)品研制過程的綜合設(shè)計管理體系，其特點主要有以下幾個方面：

1.創(chuàng)建了綜合管理平臺

航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)建立了統(tǒng)一的EDA知識庫應(yīng)用環(huán)境，加強了對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及設(shè)計規(guī)范、流程的管理，使航天電子學產(chǎn)品的設(shè)計流程更加合理優(yōu)化，促進了協(xié)同設(shè)計和設(shè)計標準化，便于設(shè)計人員間的交流和溝通。同時結(jié)合航天電子學產(chǎn)品的特點制定了一套與其研制需求相適應(yīng)的綜合管理平臺，由專業(yè)的管理人員和技術(shù)小組進行管理，確保EDA知識庫的唯一性、標準化和通用性，保證設(shè)計流程的規(guī)范化。

2.制定了企業(yè)內(nèi)部標準和規(guī)范

制定了與該系統(tǒng)配套的企業(yè)內(nèi)部標準和規(guī)范，包括基于EDA知識庫的航天電子學產(chǎn)品設(shè)計流程規(guī)范以及EDA知識庫的制作、管理及應(yīng)用規(guī)范等。這些標準和規(guī)范的制定與不斷完善推動了航天電子學產(chǎn)品科研生產(chǎn)管理體系的建立，促進了航天電子學產(chǎn)品的設(shè)計標準化和管理規(guī)范化。

3.建立了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

通過制作合格的元器件原理圖模型、印刷電路板（PCB）封裝模型、元器件IBIS模型和PSpice模型，為航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)建立了統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

該系統(tǒng)采用了統(tǒng)一、標準的元器件零件模型，可提高產(chǎn)品的標準化水平。同時，采用基于仿真模型庫的原理圖仿真和PCB仿真可將設(shè)計錯誤控制在源頭，進而提高工作效率和電路的性能指標。

4.建立了可復用電路模型庫

將經(jīng)過反復討論并實際測試成功的常用電路模塊制作成合格的可復用電路模塊，并將其作為EDA知識庫中的可復用知識。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員在系統(tǒng)中可直接使用驗證過的可復用電路進行電子學產(chǎn)品設(shè)計，在縮短設(shè)計時間的同時也提高了效率，增強了電路設(shè)計的可靠性、可繼承性和可移植性，促進了產(chǎn)品的層次化、模塊化設(shè)計。

5.實現(xiàn)了研制生產(chǎn)一體化管理

通過將統(tǒng)一的航天電子學產(chǎn)品設(shè)計平臺與企業(yè)內(nèi)部的物資系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了統(tǒng)一的元器件基礎(chǔ)信息管理，進而形成了基于EDA知識庫的研制生產(chǎn)一體化管理的航天電子學產(chǎn)品設(shè)計模式。該模式中的設(shè)計平臺可自動生成物資部門和生產(chǎn)部門需要的報表，不僅提高了設(shè)計人員的工作效率，也有助于提高航天電子學產(chǎn)品整個研制流程的效率。

二、實施方法

1.確立航天電子學產(chǎn)品研制體系

通過廣泛的調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)當前航天電子學產(chǎn)品研制過程中仍存在諸多問題，如設(shè)計工具多樣化，元器件模型不統(tǒng)一、不標準，技術(shù)積累沒有得到充分利用以及研制流程不適應(yīng)新形勢等問題，北京空間機電研究所在查閱國內(nèi)外相關(guān)資料和調(diào)研相關(guān)專業(yè)公司的基礎(chǔ)上，確定了建立航天電子學產(chǎn)品研制體系的總體思想。

航天電子學產(chǎn)品研制體系將依托信息化技術(shù)，采用統(tǒng)一的設(shè)計平臺，以統(tǒng)一的EDA知識庫為基礎(chǔ)，加強對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及設(shè)計規(guī)范、流程的管理，促進協(xié)同設(shè)計和設(shè)計標準化，同時對配套的科研生產(chǎn)管理規(guī)章制度進行修訂和完善，建立適應(yīng)航天電子學產(chǎn)品研制的科研生產(chǎn)管理體系，提升科研生產(chǎn)能力。

2.建立綜合設(shè)計管理體系

在航天電子學產(chǎn)品研制體系總體思想的指導下，確定了基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)的總體體系框架，如圖1所示。

作為一個面向航天電子學產(chǎn)品研制過程的綜合設(shè)計管理體系，其包括數(shù)據(jù)庫層、設(shè)計應(yīng)用層和集成層3個層次的建設(shè)內(nèi)容。其中，數(shù)據(jù)庫層以EDA知識庫為核心，包含國產(chǎn)/進口元器件模型庫、仿真模型庫和可復用電路模型庫；設(shè)計應(yīng)用層是基于統(tǒng)一的航天電子學產(chǎn)品設(shè)計平臺和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)電子學產(chǎn)品設(shè)計的整個流程；集成層為設(shè)計應(yīng)用層與物資、生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供一個集成接口平臺，使航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)在航天電子學產(chǎn)品的整個研制流程中發(fā)揮作用。

建立綜合設(shè)計管理體系的具體做法：

一是由專家組對航天電子學產(chǎn)品現(xiàn)有的設(shè)計流程進行梳理優(yōu)化。規(guī)范的電路板設(shè)計工作流程如圖2所示，電子工程師根據(jù)設(shè)計輸入進行元器件原理圖設(shè)計和系統(tǒng)仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果進行PCB板的自動布局布線。在制作PCB板之前還要進行PCB后分析，并將后分析的結(jié)果反饋回電路圖再次進行系統(tǒng)仿真。根據(jù)仿真的結(jié)果調(diào)整和優(yōu)化PCB板的布局布線，并完成設(shè)計。在整個電路板設(shè)計流程中，EDA知識庫的支撐作用貫穿始終。

圖1 系統(tǒng)總體體系框架

圖2 規(guī)范的電路板設(shè)計流程

二是成立專門的管理組織。為了更好地適應(yīng)航天產(chǎn)品研制的需要及專業(yè)能力的提升，研究所對航天電子學專業(yè)進行了劃分，成立了專門的EDA技術(shù)小組及各研究室專業(yè)設(shè)計小組，由研究所信息中心主管，并配備了物資部門及質(zhì)量技術(shù)部門作為協(xié)管部門，其管理組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 管理組織結(jié)構(gòu)圖

三是建立配套的標準規(guī)范及管理制度。為保證航天電子學產(chǎn)品的可生產(chǎn)性、可測試性和可維護性，以及適應(yīng)產(chǎn)品標準化要求、實行規(guī)范化管理，需建立航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)配套的標準規(guī)范及管理制度。

四是研制設(shè)計管理系統(tǒng)。在完成上述一系列的前期準備工作后，進入航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)的研制階段，其中的核心內(nèi)容是EDA知識庫的構(gòu)建。

3.構(gòu)建EDA知識庫

一是根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標準制定EDA知識庫的制作規(guī)范和管理辦法，形成以管理和技術(shù)為主線的綜合設(shè)計管理體系，見表1。

表1 EDA知識庫建設(shè)與應(yīng)用規(guī)范列表

二是選擇設(shè)計平臺。Cadence設(shè)計軟件是一種集設(shè)計和管理于一體且具有強大功能的EDA設(shè)計工具，也是在EDA領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)計工具之一。Cadence平臺雖已作為電子學產(chǎn)品設(shè)計、仿真和分析的主流設(shè)計平臺，但目前大多只使用了基本的設(shè)計功能，其強大的設(shè)計流程管理和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計功能幾乎沒有得到應(yīng)用，在造成資源浪費的同時還降低了設(shè)計人員的工作效率。所以，要以統(tǒng)一、標準的EDA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺作為支持，充分發(fā)揮已有Cadence設(shè)計軟件在數(shù)據(jù)管理、設(shè)計流程管理及協(xié)同設(shè)計等方面的優(yōu)勢，從而更高效地圍繞Cadence平臺建立航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)的統(tǒng)一設(shè)計平臺。

三是建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。EDA知識庫包含元器件模型數(shù)據(jù)庫、可復用電路模型數(shù)據(jù)庫和電子元器件仿真模型數(shù)據(jù)庫3個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。其具體建立步驟為：首先根據(jù)中國空間技術(shù)研究院國產(chǎn)元器件清單及部分手冊篩選元器件，以確定制作清單；其次收集元器件數(shù)據(jù)手冊，整理元器件數(shù)據(jù)信息，編寫元器件命名及制作規(guī)范，提交相關(guān)廠所審閱；第三制作元器件零件模型，并按照相關(guān)規(guī)范檢驗元器件模型；第四在完成元器件模型數(shù)據(jù)庫的制作后，對型號研制過程中產(chǎn)生和設(shè)計工作中運用到的可復用電路模型進行整理和統(tǒng)計，在確?？蓮陀秒娐纺Ｐ偷恼_性和完整性的基礎(chǔ)上，按照規(guī)范進行封裝，建立可復用電路模型數(shù)據(jù)庫，再根據(jù)相關(guān)規(guī)范制作可復用電路模塊的電路原理圖符號等，并進行可靠性驗證。最后，建立電子元器件仿真模型數(shù)據(jù)庫。

4.集成物資、生產(chǎn)管理系統(tǒng)

通過基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)設(shè)計平臺與物資系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成接口，當物資系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)生變更時，知識庫系統(tǒng)能夠及時地自動更新模型的技術(shù)數(shù)據(jù)，確保設(shè)計用模型對應(yīng)元器件數(shù)據(jù)的準確性，提高了設(shè)計效率和產(chǎn)品的可靠性。另外，生產(chǎn)管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計平臺的物料清單生成領(lǐng)料單，物資系統(tǒng)則根據(jù)該物料清單運行配料流程，最后根據(jù)領(lǐng)料單完成領(lǐng)料過程?？梢姡教祀娮訉W設(shè)計管理系統(tǒng)與物資、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，有助于提高航天電子學產(chǎn)品整個研制流程的效率。

5.培訓與推廣應(yīng)用

為了使管理人員、設(shè)計人員能更深入地認識基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)的管理及應(yīng)用思想，熟練掌握其中的技術(shù)環(huán)節(jié)，研究所進行了統(tǒng)一設(shè)計平臺、設(shè)計模式應(yīng)用和標準規(guī)范3個階段的培訓。在此基礎(chǔ)上也對視頻電子學室進行了EDA知識庫的試點建設(shè)與應(yīng)用，取得了良好的效果，進而開始在研究所總體室、管理電路電子學室和視頻電路電子學室等多個部門進行應(yīng)用，充分發(fā)揮了該系統(tǒng)在集成設(shè)計、協(xié)同設(shè)計方面的優(yōu)勢。

基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)在研究所成功使用后，在空間技術(shù)研究院進行了推廣運用。以研究所制作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，采用院所分級管理和院所主服務(wù)器定時定期同步的管理模式，既保證了研究院知識庫的統(tǒng)一性和標準性，又保留了各廠所的專業(yè)性，保護了各廠所的知識產(chǎn)權(quán)。

三、實施效果

基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)在中國空間技術(shù)研究院的正式上線應(yīng)用，實現(xiàn)了全院航天電子學產(chǎn)品的設(shè)計標準化，提高了全院的設(shè)計效率和設(shè)計能力。院屬各廠所也積極成立了項目小組，大力推進EDA知識庫的建設(shè)與應(yīng)用，在所選型號的設(shè)計中都成功應(yīng)用本系統(tǒng)，取得了積極的成效。對比使用前后，取得的實施效果主要有以下幾個方面：

◆建立了統(tǒng)一的EDA知識庫應(yīng)用環(huán)境，加強了對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及設(shè)計規(guī)范、流程的管理，促進了協(xié)同設(shè)計和設(shè)計標準化，集成了物資、生產(chǎn)管理系統(tǒng)，提升了綜合管理水平。

◆使用統(tǒng)一的元器件零件模型和可復用電路模型庫，從根本上杜絕了數(shù)據(jù)制作調(diào)用錯誤，縮短了設(shè)計時間，提高了電路設(shè)計的可靠性、可繼承性和可移植性，促進了產(chǎn)品化。

◆自動生成物資部門和生產(chǎn)部門需要的報表，避免出現(xiàn)報表填寫錯誤、遺漏等問題，節(jié)省了設(shè)計人員的填寫時間，提高了工作效率。

◆設(shè)計流程優(yōu)化，設(shè)計人員直接調(diào)用仿真模型庫進行原理圖和PCB仿真，通過原理圖仿真驗證功能正確性，將設(shè)計錯誤控制在設(shè)計源頭，降低了成本，提高了電路的性能指標及產(chǎn)品質(zhì)量。

基于EDA知識庫的航天電子學設(shè)計管理系統(tǒng)完全將設(shè)計人員從低層次的元器件模型設(shè)計中解放出來，使設(shè)計人員在設(shè)計電路時能站在更高的高度進行層次化和模塊化設(shè)計，快速提升了航天電子學產(chǎn)品的研制能力。