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Simcenter:汽車工程及研發創新的最佳利器

—— 專訪Siemens PLM Software測試業務副總裁Bruno Massa

2018年4月17日     作者:e-works  涂彬  吳星星       
關鍵字:汽車工程  數據采集  Simcenter  
Simcenter通過1D仿真、3D仿真、控制開發、設計探索、數據分析和物理測試之間進行強有力的協同,來實現閉環的汽車工程及研發創新。

    2018年3月28-30日Siemens PLM Software大中華區汽車OEM領導力峰會在寧波成功舉辦。本次大會探討了中國汽車制造業的發展現狀及未來趨勢,介紹了西門子如何幫助中國汽車的OBMs和OEMs通過建設數字化企業和優化創新過程來實現技術創新,并與全球和本地專家、客戶分享西門子汽車行業最新解決方案和行業實踐。

    在本次大會上,e-works記者采訪了Siemens PLM Software測試業務副總裁Bruno Massa先生,就Simcenter平臺在汽車工程及研發創新的技術發展和應用實踐進行了交流,Bruno Massa先生分享了時下汽車產業所面臨的研發挑戰,指出了Simcenter更為注重仿真和試驗的有機結合,詳細闡述了如何運用Simcenter解決電動汽車的噪聲難題,汽車供應商如何運用Simcenter實現創新。此外,Bruno Massa先生還向記者介紹了LMS SCADAS數據采集系統。

西門子工業軟件測試業務副總裁Bruno Massa先生

西門子工業軟件測試業務副總裁Bruno Massa先生

    Bruno Massa先生是西門子工業軟件NV測試系統事業部副總裁,目前負責帶領團隊開發和銷售基于測試的NVH聲學以及耐用性工程解決方案。其團隊主要負責Simcenter–LMS Test.Lab軟件和Simcenter-LMS SCADAS數據采集系統這兩個解決方案。

汽車產業發展新趨勢 帶來汽車研發新挑戰

    汽車產業作為許多國家國民經濟的支柱產業之一,在社會發展新趨勢的推動下,在能源轉換與智能網聯的驅使下,汽車行業正在經歷百年不遇的大變革,并催生了諸多新業態和新模式。例如以電動化、智能化、網聯化、共享化為特征的快速推進,給汽車產業帶來了新的技術變革浪潮,同時也使諸企業及行業面臨著新的商機和挑戰。

    首先,在節能減排方面,汽車產業需要面對電氣化混合動力、小型化和輕量化的發展趨勢所帶來的研發挑戰。

    隨著很多國家開始注重改善環境問題,一時之間有關汽車節能減排的政策層出不窮。此后,各大車企也紛紛表示未來將停售燃油車、推出新型能源車。在談到汽車產業在節能減排上的發展趨勢時,Bruno先生指出:“現在國家推行節能減排,應該會推行一些電氣化的發動機和小排量的發動機,以及一些輕量化的車型設計。同時,對于汽車行業而言,所面臨新的挑戰之一,就是針對節能減排方面的國家政策,提升相應的開發創新能力。”

    其次,在新的出行及交通方式上,汽車產業需要面對自動駕駛、出行即服務、連通性等發展趨勢所帶來的挑戰。

    從國際智能交通發展來看,自動駕駛、出行即服務、連通性等話題是當前智能交通研究的熱點。業內普遍認為,交通系統必須更加關注出行者本身,不能僅關注技術驅動或基礎設施優化,而忽視人的角色、生活的需求和質量。對此,Bruno先生表示:“隨著智慧交通概念的提出,后續西門子的產品會更加側重于自動駕駛的研發以及出行服務,包括整個交通領域充分利用物聯網、空間感知、云計算、移動互聯網等技術,以應對車的功能性帶來的更多挑戰。”

    第三,市場全球化,使得汽車產業需要面對客戶定制化、當地市場需求、有保障的使用壽命等諸多挑戰。

    Bruno先生認為:“伴隨著汽車行業市場全球化,也給汽車制造廠商帶來了巨大的挑戰。一方面表現為,汽車制造廠商不再把眼光局限于本國,而是希望能夠更多地開拓國外市場。但是由于各個國家的法規不同,例如中國的汽車法規與歐洲、日本、美國的法規是不一樣的,這就要求所設計的產品不僅要符合本國的法規,也要符合其他國家的法規。

    同時,另一方面,汽車制造廠商還需要滿足一些用戶的定制化需求。如今,不同的用戶群對汽車有一定的定制化要求的情況日益增多。此外,人們逐漸開始重視汽車疲勞的問題。例如在美國,疲勞問題等同于汽車的可靠性問題,擺在第一位,那么,汽車研發人員就需要花費更大的精力在汽車疲勞問題的解決上。

Simcenter,更注重仿真和試驗的有機結合

    早在2016年,西門子就推出了全新仿真和測試解決方案套件Simcenter軟件,用以幫助企業應對現代復雜產品所帶來的工程挑戰,汽車行業也不例外。Bruno先生強調:“Simcenter在市場上的定位,是為應對企業所面臨的諸多挑戰。Simcenter主要定位在產品創新以及效率提升上,通過數字化的工具或者數字化的思路,也可以概括為利用數字雙胞胎的思想幫助客戶提升產品的創新能力以及工作效率,這也是Simcenter目前所重點關注的問題。”

    在汽車技術不斷向前發展的過程中,仿真和試驗一直是相輔相成的關系。Bruno先生解釋道:“今天,用戶可能更希望用一些虛擬的模型,即盡可能用CAE工具取代試驗,因為試驗周期長,成本也比較高,運用CAE就會高效很多。現在西門子提出的策略是CAE與試驗相結合的方法。這是考慮到CAE不能完全脫離試驗,試驗會起到一個閉環的驗證作用,使CAE更高效、更準確的開發新車型,尤其在EV汽車(電動汽車)中會有更多的體現。”

    “Simcenter的產品理念是試驗和仿真組合運用的閉環策略,提升客戶工作效率的方法就是能夠保證客戶每一個重要的CAE環節都有相應的試驗測試方案進行驗證,進而保證CAE仿真分析的正確性。通過試驗和仿真組合的方案來幫助客戶避免冗余的仿真和試驗工作,直接實現客戶想要的效果。”Bruno先生進一步對仿真與試驗的關系補充解釋道。

    Simcenter允許用戶把工程仿真流程從以驗證為中心的設計方法變為一種更加有預測性的方法。這些方法以強大的軟件和測試硬件解決方案為基礎,真正為用戶提供可實現的、最好的建模精度和最有效的部件及最終產品的預測。Simcenter能更好地幫助用戶并保持競爭優勢。

與比亞迪、菲亞特合作,Simcenter精確解決電動汽車的噪聲難題

    隨著設計環保汽車成為全球汽車制造商和供應商的重點,純電動汽車行業蓬勃發展,這就會帶來許多新的設計難題。例如發動機的噪聲問題,傳統汽車中發動機是一個重要的噪聲來源,但從傳統汽車過渡到電動汽車,由于缺少對發動機噪聲的掩蓋,使得路面噪聲、風噪、胎噪、空調噪聲、壓縮機和汽車附件等噪聲就突顯出來,即純電動汽車有著獨特的NVH問題,目前Simcenter軟件也將此作為一個重點研發方向。

    Bruno先生介紹道:“在國內,西門子最先是與比亞迪合作,幫助客戶搭建了秦HEV車型的CAE仿真模型,同時也定制了針對HEV車型的試驗計劃。根據仿真與試驗相結合的理念,我們與客戶一起完成了CAE與試驗的NVH目標設定、目標分解。最終,通過與西門子團隊的密切合作,比亞迪研發推出了秦2015款HEV車型,這款車型在市場的表現非常好。”

    事實上,電動汽車的研發已經不再采用傳統汽車的測試方式,僅僅以測試車內聲音大小,或者振動的量級為主,而是更希望告訴客戶,聲音、振動到底是怎么產生和傳遞的。Simcenter純電動車解決方案就是這樣一個理念,圍繞噪聲來源——傳遞——接收點的方法,從來源到傳遞的路徑,以及到響應點都會有相應的解決方案。例如噪音的來源是什么?是否有路徑傳播?是通過輪胎還是通過電機或者風傳播?通過分析電動車的噪音是如何產生,從而為整車研發提供一個指導性方向。

    再如西門子與菲亞特合作的車身疲勞耐久性的案例,通過采用Simcenter的解決方案,結果與真實載荷工況相比,誤差減少了8%~15%。這個案例能比較好地體現試驗與仿真相結合的過程,首先在意大利的都靈試驗場,我們完整地采集了一個汽車試驗場路譜;然后運用Simcenter軟件幫搭建了一個虛擬的整車模型。采集路譜有兩個作用,第一,可以給虛擬的模型施加真實的載荷;第二,路譜也可以用來驗證數字化模型。這個案例幫助客戶縮短了整車開發周期,同時車的疲勞耐久性可以用數字模型比較精確的預測出來。”Bruno先生補充道。

基于Simcenter,實現汽車供應商的創新

    汽車行業面臨的新挑戰,不僅給汽車整車制造商OEM帶來了挑戰,也給零部件的供應商帶來了挑戰。例如,新的純電動車或者混合動力車的研發對配件的要求是不一樣的。由于能源汽車相比傳統汽車多出來一個電池冷卻的需求,使得對空調噪聲,水泵、油泵的噪聲以及一些冷卻系統的噪聲的要求也不盡相同。此外,整車集成也是汽車供應商需要應對的挑戰,Simcenter針對供應商也提出了相應的解決方案。

    Bruno先生將汽車供應商遇到的問題總結為兩個方面:首先,與傳統汽車配套不同,電動汽車的整個動力總成發生了改變,以前的零部件已經不再適用于新的車身;其次,一些供應商的水平還停留在臺架試驗上,實際上汽車零部件在臺架上的表現并不能完全重現它在整車上的表現。這也涉及到了整車集成的問題,即主機廠與供應商提供的整車目標(零部件安裝在整車上的表現目標)是否匹配的問題。

    借助Simcenter,幫助客戶創建一個從虛擬試驗到現場測試的統一框架,利用基于模型的測試系統,通過實時仿真,實現主機廠與供應商整車目標的準確匹配。“Simcenter提出的概念是一個半實物的仿真或者半實物的試驗。在Simcenter中,可以直接打開仿真模型,把實測的試驗數據直接輸入到仿真模型。這等于在軟件中搭建了一個試驗和仿真的虛擬環境,試驗數據是直接通過傳感器和線輸入,然后進行仿真模擬,這樣可以大大縮短整個產品的研發周期,真正做到CAE和試驗的有機結合。”Bruno先生進一步解釋道。

    此外,Simcenter還可以助力數字雙胞胎,通過把一個仿真與實物的模型相結合,進而融入到數字雙胞胎中來提高效率。Bruno先生總結道:“Simcenter其實是一個大的平臺,囊括了試驗與仿真。不僅包含了全套的試驗測試,也包含了流體、三維、動力學、聲學、一維系統仿真等方面的仿真。同時,Simcenter中也有基于這些工具的工程咨詢服務,所有這一切構成了目前的Simcenter平臺。”

LMS SCADAS數據采集系統,讓仿真更高效

    SCADAS是Siemens PLM Software所推出的數據采集硬件,只有口袋大小,由12個普通的模擬采集通道加上GPS和CAN組成,是目前市面上最小,功能最全的一款前段數據采集硬件設備。因其便攜式的特點,在Simcenter平臺提供的解決方案中被廣泛應用,通過將實物傳感器和虛擬傳感器中的數據采集出來,進行虛擬與現實的對比或用作參考。

    Bruno先生表示:“SCADAS數據采集的應用非常多,由于其便攜性,基本上主機廠都會使用到。無論在試驗室還是外場試驗,使用筆記本電腦還是自動采集,都可以保證工作所需數據質量和格式可以一次完成。在Simcenter中,試驗軟件中可以直接調用CAE模型。”

    同時,SCADAS系統支持多種類型的傳感器與信號調理功能,可將數字與模擬信號結合并涵蓋廣泛的物理類型,包括振動、力、應變、溫度、CAN總線信號等。此外,LMS Test.Lab軟件包與LMS SCADAS件數據采集系統可以實現無縫集成,讓CAE和試驗的管理、對比更方便、更高效。Bruno先生強調:“未來,實物會越來越少,在Simcenter的新版本中,試驗的軟件都可以打開仿真模型,這點在其他公司是看不到的。”

【后記】

    Simcenter與市場上其他平臺相比,更為閉環。而閉環的系統驅動的產品開發不僅需要將設計分解為可分離的部件,還需要同時考慮部件之間預期的相互作用,進而從設計之初就能控制整體的系統行為。而Simcenter正是通過1D仿真、3D仿真、控制開發、設計探索、數據分析和物理測試之間進行強有力的協同,來實現閉環的汽車工程及研發創新。

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