原创 汽车产业中的MATHCAD应用

前几天，MATHCAD的某位女士曾经和我聊过MATHCAD在中国的汽车产业中的应用，在聊天之中我只能介绍一下背景和情况。不过我个人认为这是一个非常好的工具，在以前的设计验证之中，我曾经用过很长的一段时间，也和美国的工程师和西班牙的工程师，共同去向GM和Renault写过文档，以验证设计的合理性。所以我这里想写篇文章，介绍一下这个工具，以及我对它的一些看法。而在我现在的工作之中，个人以为锂电池的模型设计之中，可以考虑采用它作为BMS开发之中，电学模型的导入作为参考设计，想要进一步做点什么，我个人觉得并不具备处理非常大量实验数据的可行性。

1.MATHCAD谁在用

从PTC官方的两份文件（Mathcad – Use Cases for Automotive，Mathcad Customer References）之中，可以看出汽车行业内的用户：
 

我在网上能够找到一些非电子的案例使用比如：Ex 5 Mass Balance Air & Fuel for Gasoline Auto Engine to Obtain Exhaust Gas Flow Rate

电子方面的使用在一些论文之中比较多：

1.Automotive Powertrain DC/DC Converter with 25kW/dm3 by using SiC Diodes
High Efficiency Power Supply using new SiC devices

更有Delphi的专门的PPT介绍：

Statistics and Reliability in Automotive Electronics Design
Modeling & Automotive System Design

2.Mathcad在什么阶段用？

从项目开发时间来看，PTC自己的文档之中给出了一个统计学的结果：
 

从以上的这张图来看，主要在质量管控（这应该是使用它的统计和分析的功能）；概念设计、系统设计和细节设计三个阶段，以及后期的验证和测试的辅助工作阶段，这部分内容就是我以前用的非常多的。

从使用的方法来看，其实本质上用的还是差异分析的方法来设计出来一个相对合理的结果，特别需要注意的是，狭义的最坏分析（WC）仅仅是其中一种方法。我在查阅很多的文档的时候，也可以把WC分为一个广义的WC方法（有点等同于容差分析）是包含极值分析法、RSS和蒙特卡洛三种，至于DOE这又是另外一个故事了。
 

3.曾经写过的文章

这里还是把以前的文章都翻出来，有助于整体的理解并保持一致。

a.电路分析文档的注意点

b.电路分析文档格式和Mathcad资源

c.使用MATHCAD进行电路分析的小技巧_1

d.使用MATHCAD进行电路分析的小技巧_2

e.容差分析与最坏分析、设计阈度与最坏分析、最坏分析由来和内容 (Worst Case Analysis)

4.新的构思

由于在国内的特殊情况，使得老板觉得设计越快越好、成本越低越好、过程越简单越好和人员越少越好，如果都要完成这几个目标，我觉得那中国的工程师就比国外同行强几个档次了，这显然是不可能的。能做的，就是在使用足够的软件工具的基础上，进行质量和成本的预测。想要节约返工费用、BOM费用和测试费用，就是需要对设计的内容进行彻底的软件评估，使用MATHCAD可以做这个事情。对一个汽车电子模块而言，大概能做以下的事情：

1.概念设计的时候，去验证系统的拓扑，主要是电路拓扑，这点在未来的汽车功率化过程之中尤为关键。个人觉得充电机（AC-DC）、转换器（DC-DC）、逆变器（Inverter）和高压分配器（Power Distribute）几个部件，拓扑是决定产品的特性的首要因素。

2.细节设计，选了芯片之后，完成原理图，导出BOM的各个参数，然后就需要在MATHCAD中进行各个功能部分的电路的设计工作，需要能够搞定从BOM的EXCEL中提取数据的功能，这个非常重要，可以保证在后期设计之中，不会出现元件变化而分析文件出现差异和脱离的情况出现。

3.结果传递，由于各个模块内容相关关联，所以需要进行各个文件之间的结果汇总和传递。这点MATHCAD之中有个比较完善的EXCEL导入和导出功能。

4.实验验证前的分析工作：如果想要做个耐久和高温实验，由于样件是通过一定顺序进行测试的（我看到EDN有位网友在抱怨做了跌落实验之后做别的实验，其实你只要设定好实验分组和流程图，完全可以杜绝这样的情况），可以开辟一组实验结果估计的文件，将各个文件的条件输入后进行结果预计，这样可以避免出现不必要的样件炮灰和测试费用浪费的情况发生。当然，估计仅仅是估计，实验的作用就是实践，这是不能避免的。

写这么多并不是广告文章，以后我可能也会在我的台式机上保留一个“学习”用的MATHCAD license，建议目前在学校的xdjm可以提前学着用一下，在汽车电子业内的可以在家尝试看看这个工具。如果有能力的话，可以找PTC的Richard买个License啥的，呵呵。