汽車CAE應用亟待突破

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在汽車發展歷史上,至今還沒有什么技術能與CAE技術相比,為汽車企業帶來巨大的回報。統計結果表明,應用CAE 技術后,新車開發期的費用占開發成本的比例從80%~90%下降到8%~12%。例如:美國福特汽車公司2000年應用CAE后,其新車型開發周期從36個月降低到12~18個月;開發后期設計修改率減少50%;原型車制造和試驗成本減少50%;投資收益提高50%。

汽車行業是一個高速發展的行業,其競爭也日趨激烈,在這種情況下,新產品推出的速度也越來越快,這也對行業的CAE應用提出了越來越高的要求。CAE技術為汽車行業的高速發展提供具有中心價值地位的技術保障,可以為企業帶來巨大的技術經濟效益。

CAE應用分類

在汽車行業,包括整車和零部件企業,哪些部分需要應用到CAE技術呢?籠統地講,每一個部件都可以做CAE分析,但主要包括以下三大關鍵部分:

整車。該部分的CAE通常要做運動學、動力學仿真,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,以確定整車參數。通常要確定的整車參數有:行駛性、操縱穩定性、振動、噪聲和舒適性;輪胎、懸架的配備;車身的動靜剛度、強度、壽命評價和車身固有頻率;駕駛室(乘員室)通風、隔熱、噪聲;車身外流場特性、發動機艙的氣流和熱交換;主動安全性與被動安全性水平等。

大總成或者大的子系統。汽車通常劃分為四大系統:車身、底盤、發動機、電子電器系統。整車分析確定的參數,分解到各個總成后,需要對各總成進行CAE分析,以確定這些參數可以在各總成實現。

零部件和小總成。這部分主要是對零部件(子總成)做CAE分析,如車門、車門密封條、發動機缸體、懸架、面板、曲軸活塞、進排氣系統、輪胎、輪轂等等,以確定它們的力學特性是否符合總體設計要求,或者優化以進一步改進初始設計。

通過對這些關鍵部分的CAE仿真分析,可以在概念設計階段就把握好產品的各個方面的性能,排除問題,這對于汽車行業來說極為重要,因為問題發現越早,解決問題的代價就越低。

國內汽車企業CAE應用現狀

國際上一些著名的汽車廠家如通用、福特、豐田、日產等以及大的零部件供應商,在整車系統仿真、總成和零部件方面的CAE應用水平比較高,有自己的CAE應用規范和分析流程。而且這些企業長期與專業仿真軟件和服務公司合作,共同發展、相互促進。

CAE在中國汽車行業的應用起步于二十世紀80年代中期,歷經十幾年的緩慢發展,到90年代后期開始加速,目前已經進入飛速發展期。中國汽車工業整車廠主要有中外合資、民營企業、國有企業、國內資本控股企業這些形式,零部件企業有國有、民營、私有、合資、獨資等。從這些企業的資本組成形式可以比較清楚地了解這些企業CAE應用的現狀和未來發展趨勢。

中外合資的汽車以及零部件生產企業的CAE應用水平普遍比較低,因為這些合資企業的產品設計權在國外,他們的CAE應用一般停留在工藝更改后的驗證層次,談不上汽車關鍵部件的CAE應用,當然隨著外國汽車以及零部件公司逐步在中國建立研發中心,他們的CAE的應用會越來越好。

國有汽車企業的CAE應用開始較早,但是發展緩慢,CAE人才流失比較多,有的單位CAE仿真技術應用20幾年來還停留在基本分析階段。民營或者國內股份企業因為沒有現成的產品可以生產,開始是仿造,現在有的企業已經有自己的設計能力。有自己設計能力的企業,CAE應用比較好,企業領導層也很重視,而且CAE在關鍵部件應用水平也相對高。

國內一些自主品牌自主(半自主)開發的車型,對CAE分析的需求和依賴性較強,部件、子系統、整車運動與安全都在進行CAE分析。有的企業借助一些曾經在國外大汽車公司工作的“海歸”帶回的經驗,并結合本企業CAE應用的經驗,開始在著手建立自己的CAE應用規范和仿真流程。

轎車企業這方面走的步伐快一些,卡車和客車企業相對遲緩。總體來講,中國的轎車企業CAE應用水平相對高,卡車次之,客車企業屬于起步階段。

解決應用難題

中國汽車工業高歌猛進,自主研發,自主生產,自主品牌又一次大量見諸媒體。就汽車行業來說,國內汽車廠家所用到的CAE軟件跟國外汽車廠家所用的基本一樣,那么國內汽車廠家普遍應用水平不高原因在哪里呢?

首先是企業領導對CAE的功能還沒有能夠充分認識,雖然現在汽車企業領導層普遍認識到CAE非常有用,但是對CAE應用的難度沒有充分估計,不少企業認為買回來CAE軟件就可以發揮立竿見影的作用,但事實上如果沒有經驗豐富的CAE人員,很難立刻見到成效;再就是CAE人員的培養問題,CAE分析專家既需要比較深厚的理論基礎,也要具有相應行業的工程應用經驗,CAE分析人員的培養非常不容易,周期相對較長;還有就是汽車企業通常缺乏自己的CAE分析標準或者規范。

要解決好汽車行業CAE 應用的上述問題,首先,汽車行業相關廠商的領導層要充分認識CAE的作用和難度,特別是后者。軟件可以隨時購買, 但是使用CAE軟件的人從哪里來?是企業從頭培養還是從相關行業引進CAE人才?如果是自己培養,那就要有長期見效的心理準備,而且要肯花錢培訓CAE人員。當然如果企業想盡快見到成效,可以引進經驗豐富的CAE人才,采取引進與自己培養相結合,這是一個較好的途徑。

我國汽車CAE應用最大的問題就在于我們的汽車企業沒有自己的標準,或者標準不完善,這就導致即使做了CAE分析,也無法有效地評價分析結果這種現象。因此,當企業有了CAE人員之后,就要努力建立企業自己的CAE分析標準。

建立CAE分析標準有兩條途徑,一是企業通過試驗和仿真相互校核,建立相關產品的評價標準;二是利用相關行業已有的經驗來輔助建立自己的CAE分析標準。CAE分析標準的建立相當不容易,需要做大量的工作,并且要結合試驗結果,這個過程是必須要走的。