面向汽车行业的仿真和验证解决方案-冒小萍

汽车行业仿真和验证解决方案作者：冒小萍 审核：汪永财一、 汽车产品开发的趋势目前，轻型汽车的强制性燃油消耗、燃油经济性、GHG（温室气体）排放标准已在全球超过70%的汽车市场上生效。全球许多国家/地区的政府包括日本、欧盟、美国、中国、印度等国家已提出、制定或正在修订轻型汽车燃油经济性或GHG排放标准。日本和欧洲的轿车平均燃油效率目前处于世界领先水平，美国的新车有望在未来实现最高幅度的降低燃油消耗从 2000年至 2025年降低56。未来，汽车OEM厂商将增加新型的电子产品和软件，用来管理车辆和动力系统性能，以满足燃油经济性和排放法规、提高安全性、实现智能移动性，并纳入消费者要求的新特性和功能，以更好地整合消费者的个人生活方式。汽车行业仍将继续稳健增长。虽然欧洲仍处于20年来的最低销售水平，但也已从金融危机中成功复苏，并将继续高速增长。随着中国在2009年再次占据市场首位，亚洲将继续成为该行业的增长引擎。美国市场也已从2008汽车销量不足1000万辆的低迷期恢复过来，今年预计销量可达1600万辆。由此可见，汽车行业的高利润为推动投资和创新提供了必要的刺激因素。二、 汽车产品开发的挑战我们看到汽车业的发展趋势，同时汽车厂商将面临很大的创新压力。为了满足燃油经济性和排放法规要求，汽车业将面临的一系列的技术改革问题。轻量化设计、节能驱动式传动系统，安全性能，个性化需求，将带来更多新技术创新和更复杂的系统，设计变更不断产生棘手的工程项目问题。汽车厂商在收回投资、利润减少和召回处罚方面也面临更大的风险。其次，汽车制造商已提高了电子产品和嵌入式软件的使用，不仅可满足燃油经济性和排放标准，以实现更高的安全性、智能性和客户个性化需求的融合。因此，供应商必须提高电子产品、软件功能以及系统的开发知识，才能满足复杂系统开发需求。汽车行业正在随着中国和印度等新兴市场的强劲增长而不断发展。供应商需要在全球范围对零件进行工程设计和生产，这将在生产区域、资源开发和供应链开发方面增加运营和管理的复杂性。此外，全球普遍的劳动力老龄化以及经验丰富、技术精湛的资源的缺乏，也会影响供应商在全球范围内执行项目的能力。汽车行业的发展趋势必然带给汽车厂商很大的创新压力，但是汽车厂商不得不迎接挑战。高度重视效率意味着需要增加创新和协同。供应商设计的系统和组件会影响汽车的性能和最终用户的感受，因此系统必须在与汽车关联的情况下进行优化，并且必须了解系统之间的交互。这些系统越来越复杂，这意味着必须跨多个领域和学科进行验证。最后，压缩的时间表将推动快速设计迭代和虚拟验证的需求。重量优化设计、新材料和更复杂的替代动力和电子控制系统，将需要更多创新技术并承担更大风险。汽车业的转型和创新将推动更先进的CAE仿真验证技术集成到设计流程中来，以便优化零件和系统性能。三、 面向汽车行业的仿真和验证解决方案在汽车行业，几乎每家以工程设计为导向的公司都已经在使用仿真技术。但是，使用仿真技术的方式正在发生变化。CIM DATA 是一家总部设在美国的市场研究分析公司，研究了当今仿真技术的现状以及如何才能进行改进。研究结果指出“通过支持仿真驱动型设计，CAE 正在从一系列面向高度专业化个人的黑盒工具演进为可为企业提供战略性竞争优势的高效生产环境。”他们进一步表示，现代仿真环境的特征是支持某些特定工作流。那么，现代仿真环境的关键要素是什么？ 现代仿真环境通过将几何体及分析建模集成到单个环境中，改变了设计和分析团队的工作流。而传统的CAE分析首先必须通过新构或者转换获取分析模型。 其次，现代仿真环境通过在同一个环境中支持多学科和物理场，在很大速度上消除了繁琐的工作，这样还可以更加有效地评估权衡方案。 考察车辆级性能，系统仿真变得更加至关重要，现代仿真环境可以从建模和分析方案处理大型系统模型。 最后，现代仿真环境可以实现团队间的更紧密协同，可以获取仿真流程和知识并且可以实现仿真执行和管理的自动化。SIMCENTER 3D就是拥有现代仿真环境的多学科 CAE 环境，其面向的人群包括高级分析师、工作组和设计师。他们需要及时提供高质量的性能分析以推动产品决策的制定。与无关联的单学科 CAE 工具不同，SIMCENTER 3D将一流的分析建模与多物理场的仿真解算方案集成到一个环境中。同时将仿真数据管理无缝集成到一个分析师工作流程中。推动企业将 CAE 扩展到设计人员群体，并增强高端分析师和设计师之间的协同，从而可以实现更强大的仿真驱动型设计流程。联宏科技具有一支经验丰富的CAE技术团队，旨在帮助客户基于SIMCENTER 3D平台进行产品的仿真和验证，并且将此过程提前到概念设计或者初始设计阶段，让一般的设计人员在设计过程中就能提前预测产品的性能并加以优化。3.1 集成几何体和分析建模SIMCENTER 3D集成几何体和分析建模具有快速、高效、开放的特点，这也是已经得到客户广泛认可的。传统的CAE软件在应用时最大的难点在于模型的简化，以及有限元模型与3D模型之间的关联问题。而SIMCENTER 3D可以有效的提高模型前处理的效率。SIMCENTER 3D仿真的前后处理基于NX软件平台，利用前后处理工具，用户能够迅速进行部件和装配模型的有限元前处理和结果后处理。SIMCENTER 3D提供了一套全面的多CAD有限元建模和结果可视化产品，辅助用户提取几何图形进行网格化、添加载荷和其他边界条件定义与材料定义，支持大量的产品性能评估解决方案，利用动态的可视化工具来快速而容易地查看分析结果。NX具有丰富的CAD接口，可直接读取Parasolid、STEP、 ACIS、IGES等格式的几何模型以及Inventor、CATIA、Pro/E、SolidWorks等CAD模型文件，不需进行二次开发接口。NX高级仿真可无缝集成行业标准解算器Abaqus、Ansys、MSC Nastran等。3.2 多学科仿真和优化多学科仿真意味着在一个环境中提供了多种仿真功能。传统的CAE仿真往往具有单一性，特定性，只能完成某一种分析类型。SIMCENTER 3D在单一环境下完成多学科仿真，用户只需要熟悉一种界面，数据传递方便。随着汽车中使用的电子产品日益增加，用户可以在SIMCENTER 3D同一个环境中执行振动分析、冷却仿真以及耐久性评估等所有操作，确保电子组件和设备正常工作。3.3 系统级建模和仿真系统级的仿真一直是汽车厂商比较关注的问题。SIMCENTER 3D将系统级分析模型采用装配有限元方法进行管理，这一概念在 CAE 领域非常独特。就像CAD工程师把一个个零件组装成装配件一样，分析工程师也可以将分析模型进行组装，变成系统级分析模型，这样做的好处是易于更改单个分析组件。而以往的做法是在同一个环境下对整个装配件创建仿真模型，识别和修改模型都是很困难的事情。SIEMENS还针对解算器的并行计算进行了广泛投资，包括 NX Nastran 以及热和流体解算方案。使用并行处理可以高效解算大型模型。3.4 仿真数据和过程管理系统级的整个仿真周期会产生大量的数据，如何管理这些数据，如何从这些数据中获取知识，以便进行数据重用？这也是现代仿真环境具备的功能。现在仿真数据流程和工作流管理成为Teamcenter的核心部分，SIMCENTER 3D用户可以直接存取存储在Teamcenter中的数据，并将分析模型和结果推送回Teamcenter，以便与其他工程设计团队、站点或供应商共享。通过获取和管理数据和流程，可以为汽车厂商构建长期的知识和价值。四、 好处和优势 集成的CAD/CAE一体化平台，进行预测工程性分析。 多学科仿真和优化，满足汽车行业各部门研发的需求。 系统级建模和仿真，在系统环境下综合考察产品性能，更符合实际工况，结果更准确。 仿真数据和过程管理，可以集成工程专家知识，共享仿真数据。SIMCENTER 3D具有现代仿真环境，帮助客户做出更明智的决策，以提供更出色的产品。五、 关于联宏科技上海联宏创能信息科技有限公司（以下简称联宏科技）是在西门子工业软件公司支持下成立的，旨在为中国国内重点用户提供西门子工业软件公司全线产品的专业授权分销和深度应用服务技术支持。主要为汽车、航空航天、通用机械、电子等机械制造业领域的用户提供包括软件产品以及技术服务在内的完整数字化产品工程解决方案。联宏科技员工由从事多年NX业务的专业人士组成。技术团队目前拥有绿带工程师5人，白带工程师12人，专业NX教员认证17人。联宏科技的技术团队具有很强的工程知识背景和为用户提供技术服务的技能及经验，联宏科技技术团队在软件服务方面深得广大用户的赞誉及西门子的认可，并在2013年获得了西门子工业软件颁发的“最高服务质量奖”。联宏科技能为用户按时保质提供合同所规定的软件资料、安装介质和授权许可证等，并及时提供软件安装、调试，能为用户提供多种层次多种形式的软件技