汽車行業必須全面擁抱完整的虛擬原型設計，支持多學科仿真和多物理場，并在整個產品開發周期中全面系統化地使用這種方法，這樣才能發揮技術創新的真正潛力。汽車企業能否轉變仿真模式，從壁壘化的方式轉向統一可擴展的企業級仿真平臺，從而支持徹底的系統工程。

    100年前，亨利·福特曾說：“任何顧客可以將這輛車漆成任何他所愿意的顏色，只要它保持它的黑色。”而現在，色彩已是汽車行業最不必擔心的挑戰之一了。21世紀的汽車必須提高燃料效率和穩健性，要支持高新技術，做到物美價廉，而且能在生產線上快速生產，避免任何缺陷。同時，汽車還必須滿足日益嚴格的政府監管要求。汽車必須采用快速發展的電子、通信和軟件技術，而這些技術在幾年之前幾乎還不存在。

    汽車生產商及其供應鏈已經在用工程仿真技術來應對當前的一些難題了，包括燃料效率標準、潛在的質保問題（這會影響商譽和財務業績）以及混合動力汽車和電動汽車（HV/EV）的轉型發展。他們同時也在積極迎接更大的理念變革，如自動駕駛汽車等突破性技術。不過，成功的關鍵在于業界如何用仿真功能發展的大格局來推進創新，滿足客戶要求，符合嚴格的監管要求，并滿足開發時間、成本和性能目標。換言之，公司部署通用企業級仿真平臺的效率能有多高？

    成功的關鍵在于業界如何用仿真功能發展的大格局來推進創新，滿足客戶要求，符合嚴格的監管要求，并滿足開發時間、成本和性能目標。

當前汽車創新的推進力量

更清潔的節能高效汽車

    燃料效率和降低排放是業界最重要的趨勢，這一點不足為奇。全球各國政府都制定了燃料效率和溫室氣體減排標準。到2025年，美國CAFE標準將提升到54.5mpg，13家主要汽車制造商都對此予以支持。中國和印度作為全球最大的汽車市場也跟隨加入。全球計劃將進一步減少道路交通排放，節約燃油，并推動老舊車輛退役。

    滿足上述目標要求需要尋找各種全新開展重組工程的機會。利用仿真技術，我們能了解如何快速解決各種權衡問題，包括減少空氣動力阻力，避免影響冷卻和車廂內安靜性，也包括在減少汽車重量的同時滿足強度和耐用性規范要求。

汽車復雜性增加，突破性技術涌現

    消費者需求、政府監管要求和技術發展都在推動汽車從機械設備向復雜的電子產品發展。舉例來說，車門鎖裝置曾經是一個小型機械設備，現在就成為一種電子系統，包括了電子傳感器、控制器、作動器和高級軟件算法。

    7家汽車廠商已經宣布銷售某種自動駕駛汽車的計劃。有關方面在此領域進行大力投資，也實現了重要發展里程碑。因特網巨頭谷歌在5年前開始測試，僅僅第一年測試的自動駕駛汽車就行駛了12.5萬英里。這些創新引發了消費者的極大興趣，同時也讓汽車企業高管備感壓力，必須應對汽車工程復雜性的增加，而且要分析開發時間和成本的影響。工程如果不能發現潛在的災難性問題，就會直接影響汽車設計復雜性。

    業界如何在短期內大幅提升產品的技術水平呢？汽車生產商如何確保自動駕駛系統的徹底安全性？仿真正是應對重大挑戰的最佳產品開發工具選擇，能幫助工程師將整個車輛作為統一系統進行建模。此外，由于公司通常在全球聘請成千上萬名工程師來設計車輛的不同部分，因此提供統一的協作化仿真平臺是重要的推進力量。有遠見的企業積極開發并部署統一的企業級仿真平臺，這個最佳實踐能加速數百乃至數千種工況的快速測試，實現安全的工作模式，同時探索難以發現的優化和創新機遇。

電子產品

    隨著智能電子技術的推廣，業界對汽車智能接口的需求也在增加。信息娛樂系統包括衛星無線電、GPS裝置、觸摸屏等，會整合在儀表盤和頭枕上。汽車制造商現在提供車載4G LTE Wi-Fi功能（搭載支持相關功能的天線）。

    車鑰匙和門窗鎖等組件可通過軟件操作，燃油消耗表、里程計和排放表等也需要軟件。此外，軟件還控制后視鏡、電池、加速和制動等功能。這些系統共同打造了復雜的嵌入式軟件和電子信號網絡，隨著技術發展，它們會變得更加復雜。現代化汽車無疑是車輪上的大型計算機集群。

    這種物聯網功能需要高保真度仿真工具來完成復雜任務，包括天線和雷達開發、EMI-EMC預測、信號完整性、芯片—封裝系統設計和電子產品冷卻等，這些還要搭配嵌入式代碼建模和生成工具。ANSYS軟件組合能在極具競爭力的時限內確保整個軟硬件實現可靠的系統級工程。

圖1 變速箱仿真

圖2 ANSYS與TU Freiberg合作研究IC引擎流程的仿真

圖3 多物理場仿真

領先趨勢：打破壁壘

    汽車行業是采用工程仿真技術的先驅，已經使用了幾十年的時間了。汽車行業很早就認識到，在裝配任何物理原型之前，仿真技術就能支持整車及部件的虛擬測試和分析，成本要低于物理測試，而且能以很短時間就獲得結果。不過今天，汽車領域超過85%的計算機輔助工程都是單物理場仿真，只能孤立地去分析某個單一物理領域。舉例來說，剎車盤的機械強度分析只能與冷卻制動器的氣流分開進行分析。這種方法無法發現不同物理現象相互作用時潛在的故障模式，因此一旦發生產品故障就會帶來災難性后果。同時這也會影響開發時間，因為不同領域的仿真是順序進行的，不能實現并行同步。

    隨著汽車電氣化過程的推進，不同物理領域之間的相互作用會增加。以牽引電動機為例，電氣、磁性、熱、流體、結構和聲學等各個方面都緊密耦合。冷卻劑流動會影響溫度，溫度影響電磁場，這進而又影響電機效率和結構振動以及噪聲。對這種系統來說，壁壘化的方法難以實現各種不同因素的最佳平衡。

    為了高效對各種元素進行權衡，ANSYS仿真套件整合了所有重要物理領域的耦合求解器、詳細模型、子模型、方法和最佳實踐，有助于分析關鍵的汽車系統和組件。這些工具能幫助汽車公司真正優化設計，執行成千上萬次假設的耦合物理場分析，而用其它方法則是難以做到這一點的。由于ANSYS仿真解決方案具備無與倫比的深度和廣度，能在共享用戶框架下無縫實現托管服務，因此它也能成為出色的企業級通用仿真平臺。

    汽車產品必須做到第一次就實現可靠工作，因此工程師必須通過仿真技術無風險地應對挑戰。

擴大設計探索并采用優化技術

    汽車產品必須做到第一次就實現可靠工作，因此工程師必須通過仿真技術無風險地應對挑戰。ANSYS工具內置高穩健性，同時能加速設計進程。參數化設計探索和參數化本身都能對廣泛設計空間提供全面視圖，從而發現潛在的故障模式和質量問題。這些方法整合了試驗設計（DOE）分析、響應面研究和輸入約束分析，有助于找到最佳設計方案。拓撲優化組件的大塊材料，在減輕重量的同時不會影響強度和耐用性。伴隨法能自動顯示在什么位置、如何去提高部件的形狀，以改善性能，這對優化空氣動力學和管道流特別有用。

    這些方法能測試具體參數，最大限度地整理成千上萬種產品設計方案，而且只使用和調整最佳設計備選方案。高性能計算（HPC）和云端空間加上存儲靈活性可確保在短時間內就能探索各種廣闊的設計空間。

圖4 通過仿真設計最能配合Wi-Fi工作的汽車天線

圖5 ANSYS SCADE針對電子計算機單元（EBU）的混合動力汽車管理系統的精心部署

采用基于模型的系統工程和軟硬件協同仿真

    汽車廠商必須進一步應對復雜性問題，采用整合了高保真度組件分析和整體系統行為模型的仿真技術。重點是基于模型的系統工程（MBSE），它可實現系統和組件的協同仿真。這種解決方案采用降階法（ROM），能在裝配體中反映子組件的效果，避免損失準確度，同時還能大幅提升計算速度。

    這種方法能在真實工況下精確捕獲不同組件作為大系統組成部分的行為特點。現代化汽車包括數十部微型計算機，執行控制和計算功能，同時用嵌入式軟件程序運行。與硬件組件一樣，嵌入式軟件也必須針對各種工況進行測試，以確保無瑕疵的性能，特別在安全氣袋等安全關鍵型系統中尤為重要。為確保硬件和軟件統一無差錯地工作，他們必須進行協同仿真。ANSYS在MBSE和認證嵌入式代碼生成方面的技術發展大幅縮短了嵌入式軟件的開發時間，而且能滿足ISO 26262 ASIL-D等最高的安全標準要求。

下一個偉大想法

    仿真對汽車來說并不是什么新事物，已成為汽車工程領域的關鍵組成部分。有遠見的企業正在變革工作方式，向整個企業部署統一仿真平臺的方向發展，這有助于汽車制造商跟上燃料效率和自動駕駛汽車發展的需求。未來，行業領導者會通過仿真技術設定發展趨勢。

核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/

本文標題：日新月異的汽車行業需要不斷革新的仿真模式

本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/solutions/14019318712.html