汽車CAE應(yīng)用亟待突破

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在汽車發(fā)展歷史上,至今還沒有什么技術(shù)能與CAE技術(shù)相比,為汽車企業(yè)帶來巨大的回報(bào)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,應(yīng)用CAE 技術(shù)后,新車開發(fā)期的費(fèi)用占開發(fā)成本的比例從80%~90%下降到8%~12%。例如:美國(guó)福特汽車公司2000年應(yīng)用CAE后,其新車型開發(fā)周期從36個(gè)月降低到12~18個(gè)月;開發(fā)后期設(shè)計(jì)修改率減少50%;原型車制造和試驗(yàn)成本減少50%;投資收益提高50%。

汽車行業(yè)是一個(gè)高速發(fā)展的行業(yè),其競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈,在這種情況下,新產(chǎn)品推出的速度也越來越快,這也對(duì)行業(yè)的CAE應(yīng)用提出了越來越高的要求。CAE技術(shù)為汽車行業(yè)的高速發(fā)展提供具有中心價(jià)值地位的技術(shù)保障,可以為企業(yè)帶來巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

CAE應(yīng)用分類

在汽車行業(yè),包括整車和零部件企業(yè),哪些部分需要應(yīng)用到CAE技術(shù)呢?籠統(tǒng)地講,每一個(gè)部件都可以做CAE分析,但主要包括以下三大關(guān)鍵部分:

整車。該部分的CAE通常要做運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真,以模擬如車輛行駛的平順性、舒適性和可通過性。這需要建立整車的虛擬樣機(jī),以確定整車參數(shù)。通常要確定的整車參數(shù)有:行駛性、操縱穩(wěn)定性、振動(dòng)、噪聲和舒適性;輪胎、懸架的配備;車身的動(dòng)靜剛度、強(qiáng)度、壽命評(píng)價(jià)和車身固有頻率;駕駛室(乘員室)通風(fēng)、隔熱、噪聲;車身外流場(chǎng)特性、發(fā)動(dòng)機(jī)艙的氣流和熱交換;主動(dòng)安全性與被動(dòng)安全性水平等。

大總成或者大的子系統(tǒng)。汽車通常劃分為四大系統(tǒng):車身、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子電器系統(tǒng)。整車分析確定的參數(shù),分解到各個(gè)總成后,需要對(duì)各總成進(jìn)行CAE分析,以確定這些參數(shù)可以在各總成實(shí)現(xiàn)。

零部件和小總成。這部分主要是對(duì)零部件(子總成)做CAE分析,如車門、車門密封條、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、懸架、面板、曲軸活塞、進(jìn)排氣系統(tǒng)、輪胎、輪轂等等,以確定它們的力學(xué)特性是否符合總體設(shè)計(jì)要求,或者優(yōu)化以進(jìn)一步改進(jìn)初始設(shè)計(jì)。

通過對(duì)這些關(guān)鍵部分的CAE仿真分析,可以在概念設(shè)計(jì)階段就把握好產(chǎn)品的各個(gè)方面的性能,排除問題,這對(duì)于汽車行業(yè)來說極為重要,因?yàn)閱栴}發(fā)現(xiàn)越早,解決問題的代價(jià)就越低。

國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)CAE應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)際上一些著名的汽車廠家如通用、福特、豐田、日產(chǎn)等以及大的零部件供應(yīng)商,在整車系統(tǒng)仿真、總成和零部件方面的CAE應(yīng)用水平比較高,有自己的CAE應(yīng)用規(guī)范和分析流程。而且這些企業(yè)長(zhǎng)期與專業(yè)仿真軟件和服務(wù)公司合作,共同發(fā)展、相互促進(jìn)。

CAE在中國(guó)汽車行業(yè)的應(yīng)用起步于二十世紀(jì)80年代中期,歷經(jīng)十幾年的緩慢發(fā)展,到90年代后期開始加速,目前已經(jīng)進(jìn)入飛速發(fā)展期。中國(guó)汽車工業(yè)整車廠主要有中外合資、民營(yíng)企業(yè)、國(guó)有企業(yè)、國(guó)內(nèi)資本控股企業(yè)這些形式,零部件企業(yè)有國(guó)有、民營(yíng)、私有、合資、獨(dú)資等。從這些企業(yè)的資本組成形式可以比較清楚地了解這些企業(yè)CAE應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)。

中外合資的汽車以及零部件生產(chǎn)企業(yè)的CAE應(yīng)用水平普遍比較低,因?yàn)檫@些合資企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)權(quán)在國(guó)外,他們的CAE應(yīng)用一般停留在工藝更改后的驗(yàn)證層次,談不上汽車關(guān)鍵部件的CAE應(yīng)用,當(dāng)然隨著外國(guó)汽車以及零部件公司逐步在中國(guó)建立研發(fā)中心,他們的CAE的應(yīng)用會(huì)越來越好。

國(guó)有汽車企業(yè)的CAE應(yīng)用開始較早,但是發(fā)展緩慢,CAE人才流失比較多,有的單位CAE仿真技術(shù)應(yīng)用20幾年來還停留在基本分析階段。民營(yíng)或者國(guó)內(nèi)股份企業(yè)因?yàn)闆]有現(xiàn)成的產(chǎn)品可以生產(chǎn),開始是仿造,現(xiàn)在有的企業(yè)已經(jīng)有自己的設(shè)計(jì)能力。有自己設(shè)計(jì)能力的企業(yè),CAE應(yīng)用比較好,企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層也很重視,而且CAE在關(guān)鍵部件應(yīng)用水平也相對(duì)高。

國(guó)內(nèi)一些自主品牌自主(半自主)開發(fā)的車型,對(duì)CAE分析的需求和依賴性較強(qiáng),部件、子系統(tǒng)、整車運(yùn)動(dòng)與安全都在進(jìn)行CAE分析。有的企業(yè)借助一些曾經(jīng)在國(guó)外大汽車公司工作的“海歸”帶回的經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合本企業(yè)CAE應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),開始在著手建立自己的CAE應(yīng)用規(guī)范和仿真流程。

轎車企業(yè)這方面走的步伐快一些,卡車和客車企業(yè)相對(duì)遲緩。總體來講,中國(guó)的轎車企業(yè)CAE應(yīng)用水平相對(duì)高,卡車次之,客車企業(yè)屬于起步階段。

解決應(yīng)用難題

中國(guó)汽車工業(yè)高歌猛進(jìn),自主研發(fā),自主生產(chǎn),自主品牌又一次大量見諸媒體。就汽車行業(yè)來說,國(guó)內(nèi)汽車廠家所用到的CAE軟件跟國(guó)外汽車廠家所用的基本一樣,那么國(guó)內(nèi)汽車廠家普遍應(yīng)用水平不高原因在哪里呢?

首先是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)CAE的功能還沒有能夠充分認(rèn)識(shí),雖然現(xiàn)在汽車企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層普遍認(rèn)識(shí)到CAE非常有用,但是對(duì)CAE應(yīng)用的難度沒有充分估計(jì),不少企業(yè)認(rèn)為買回來CAE軟件就可以發(fā)揮立竿見影的作用,但事實(shí)上如果沒有經(jīng)驗(yàn)豐富的CAE人員,很難立刻見到成效;再就是CAE人員的培養(yǎng)問題,CAE分析專家既需要比較深厚的理論基礎(chǔ),也要具有相應(yīng)行業(yè)的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),CAE分析人員的培養(yǎng)非常不容易,周期相對(duì)較長(zhǎng);還有就是汽車企業(yè)通常缺乏自己的CAE分析標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范。

要解決好汽車行業(yè)CAE 應(yīng)用的上述問題,首先,汽車行業(yè)相關(guān)廠商的領(lǐng)導(dǎo)層要充分認(rèn)識(shí)CAE的作用和難度,特別是后者。軟件可以隨時(shí)購(gòu)買, 但是使用CAE軟件的人從哪里來?是企業(yè)從頭培養(yǎng)還是從相關(guān)行業(yè)引進(jìn)CAE人才?如果是自己培養(yǎng),那就要有長(zhǎng)期見效的心理準(zhǔn)備,而且要肯花錢培訓(xùn)CAE人員。當(dāng)然如果企業(yè)想盡快見到成效,可以引進(jìn)經(jīng)驗(yàn)豐富的CAE人才,采取引進(jìn)與自己培養(yǎng)相結(jié)合,這是一個(gè)較好的途徑。

我國(guó)汽車CAE應(yīng)用最大的問題就在于我們的汽車企業(yè)沒有自己的標(biāo)準(zhǔn),或者標(biāo)準(zhǔn)不完善,這就導(dǎo)致即使做了CAE分析,也無(wú)法有效地評(píng)價(jià)分析結(jié)果這種現(xiàn)象。因此,當(dāng)企業(yè)有了CAE人員之后,就要努力建立企業(yè)自己的CAE分析標(biāo)準(zhǔn)。

建立CAE分析標(biāo)準(zhǔn)有兩條途徑,一是企業(yè)通過試驗(yàn)和仿真相互校核,建立相關(guān)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);二是利用相關(guān)行業(yè)已有的經(jīng)驗(yàn)來輔助建立自己的CAE分析標(biāo)準(zhǔn)。CAE分析標(biāo)準(zhǔn)的建立相當(dāng)不容易,需要做大量的工作,并且要結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果,這個(gè)過程是必須要走的。