車身CAE流程講座課件

CAE技術(shù)在車身設(shè)計中的應(yīng)用

2005-03一、加速汽車產(chǎn)品創(chuàng)新流程的技術(shù)

多年來汽車制造商堅持不懈地對汽車的操縱性、美觀性、大小、舒適性、經(jīng)濟性等眾多指標(biāo)進行改善，以期達到最好的綜合性能，將最有創(chuàng)意的汽車投放市場。同樣汽車零部件供應(yīng)商也需要研發(fā)創(chuàng)新，在配置、成本、質(zhì)量等方面滿足主機廠的要求。

對創(chuàng)新苛刻的要求源自上市時間的嚴(yán)格要求，如果競爭對手以快于你的速度將類似的設(shè)計呈現(xiàn)于市場，創(chuàng)新的價值也就喪失殆盡了，第一個上市的廠商常常贏得最大的銷售利益。因此研發(fā)周期的縮短也就意味著實現(xiàn)銷售利潤，準(zhǔn)確地滿足消費者的需要。盡管創(chuàng)新非常重要，但汽車的安全、成本、質(zhì)量絕對是實現(xiàn)銷售利潤的長期需要，這些方面的任何不足都會導(dǎo)致銷售的直線下降。簡單來說，汽車在路上行駛的時間越長，汽車廠商和其零部件供貨商可以售出的配件就越多。產(chǎn)品的創(chuàng)造過程將是市場占有率戰(zhàn)役的最前線，"產(chǎn)品創(chuàng)造過程所面臨的最大挑戰(zhàn)在于車輛概念的研發(fā)，以最大限度地滿足客戶的需求，最好的概念是那種可以以最短的時間、最低的成本、最高的質(zhì)量得以實施的。這一挑戰(zhàn)不能用常規(guī)的方法應(yīng)對，必須研究創(chuàng)新途徑。"在汽車工業(yè)中，產(chǎn)品創(chuàng)新扮演著至關(guān)重要的角色，成為戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢的要點和高于一切的市場關(guān)鍵。戴姆勒-克萊斯勒的總裁JurgenSchrempp說："人們常常問我批量、產(chǎn)品、銷售、生產(chǎn)率，但沒人問我創(chuàng)造力、技術(shù)、創(chuàng)新，但這才是我賺錢的關(guān)鍵，問題不在于降低了3美元的成本，公司最賺錢的是創(chuàng)新，而不是降低成本。"這一制造、試驗過程即費時又耗資巨大，手工建造一個汽車實物模型需要數(shù)月的時間和數(shù)十萬元的費用，試驗費用還遠遠超過這個數(shù)，并且設(shè)計還遠遠達不到優(yōu)化，為滿足修改定型時間表的要求，常常通過損失總體性能的方式解決一些局部問題；例如，為加強有問題的裝配部件，某些零部件設(shè)計可能常常過于保守，增加無謂用的重量和體積。

2、前端分析的價值

所有主要的汽車制造商以及制造業(yè)的許多公司都已經(jīng)開始通過計算機仿真及優(yōu)化進行虛擬樣機的評價和設(shè)計，由此降低對物理樣機試驗的依賴。目標(biāo)并不是完全取消物理樣機試驗，而是減少樣機試驗的數(shù)量，改變完全靠經(jīng)驗的設(shè)計流程，引導(dǎo)設(shè)計朝正確的方向進行。在設(shè)計的早期，通過研究不同的設(shè)計方案，工程師可方便地進行設(shè)計變更，并且所花的代價非常低。研究表明，設(shè)計階段每向前推進一步，變更設(shè)計所需的成本將呈指數(shù)增加，例如，如果概念階段設(shè)計修正的代價是10，到了詳細設(shè)計階段再修正的話代價將是100，到了物理樣機試驗階段將變成1000，進入生產(chǎn)階段后將超過10000，如果產(chǎn)品售出后再修正錯誤，"召回"和保修的成本驚人，有時甚至?xí)?dǎo)致制造商悲劇，由此可見早期發(fā)現(xiàn)并修正設(shè)計缺陷的意義。在設(shè)計早期進行仿真的另一個益處在于，設(shè)計者有時間和能力評價多種方案，提出創(chuàng)新性的設(shè)計。

不能把計算機仿真簡單地當(dāng)作降低成本的手段而取代物理樣機，它為創(chuàng)新帶來了一種完全不同的試驗方式。公司創(chuàng)新能力的核心在于試驗方式，即創(chuàng)造和提高產(chǎn)品系統(tǒng)試驗的觀念；啟發(fā)性試驗采用試驗仿真技術(shù)，在計算機軟件上測試多種不同的產(chǎn)品方案，以在苛刻的創(chuàng)新時間和成本約束下，取得多方面的突破；計算機仿真這樣的新技術(shù)不但可降低試驗費用、加快試驗速度，而且使公司更有創(chuàng)造力，快速的反饋和高質(zhì)量的計算機圖形可以驅(qū)動創(chuàng)新，可實時可視化地研究多種設(shè)計可能性，加快設(shè)計迭代速度。在研發(fā)的早期進行迭代仿真是最有效的，可快速、不費力地發(fā)現(xiàn)并修正設(shè)計問題。許多公司往往在研發(fā)后期花數(shù)百萬元修正設(shè)計問題，卻常常忽視早期解決問題所帶了的效益。在產(chǎn)品研發(fā)前期識別、解決問題的概念為"前期裝載"(front-loading)，仿真可起到很好的杠桿作用。為加速產(chǎn)品研發(fā)流程，豐田公司實施了"前期裝載"概念，進行早期仿真并配合相應(yīng)的流程改進，研發(fā)時間和成本降低了30%~40%。在實施"前期裝載"過程中，豐田公司采用CAE技術(shù)在設(shè)計前期發(fā)現(xiàn)功能性的問題，汽車制造商期望通過這種方法在初次樣機前發(fā)現(xiàn)并解決80%的設(shè)計問題，并通過減少第二代樣機的某些實驗降低時間和成本。汽車工業(yè)的許多努力是降低上市時間，更確切地說是壓縮創(chuàng)新時間，壓縮從概念設(shè)計到投產(chǎn)的時間；對大多數(shù)汽車制造商來說，90年代車輛的研發(fā)時間是48到60個月，2000年是24到36個月，某些汽車制造商將分析和仿真技術(shù)集成于設(shè)計之中，已將周期降低到了18個月，下一個目標(biāo)是12個月，這對汽車工業(yè)來說是一眨眼的時間。"將研發(fā)時間降低到這一水平的關(guān)鍵是虛擬樣機技術(shù)，并在跨供應(yīng)鏈的實時協(xié)同中采用這一技術(shù)。對于大多數(shù)零部件來說，這一技術(shù)已經(jīng)是成熟技術(shù)，汽車制造商和其供應(yīng)鏈所面臨的挑戰(zhàn)是如何將其集成到自己的研發(fā)流程之中并加以實施，從而將創(chuàng)新性的車輛投放到市場。"4、基于時間的產(chǎn)品研發(fā)

汽車公司采用分析仿真技術(shù)的關(guān)鍵是其縮短研發(fā)周期的需求，基于時間的產(chǎn)品研發(fā)已經(jīng)成為勢在必行的策略，而基于時間的產(chǎn)品研發(fā)必須以CAE工具和流程的革新為支撐；第一個上市會帶來巨大的市場份額和收益，隨著對這一觀念的認(rèn)可，各公司爭相研究加快產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)造性方法。汽車行業(yè)中，在市場競爭的驅(qū)動下，人員的分配、流程、工具正在發(fā)生巨大的變革，在汽車新研發(fā)平臺的資金投入巨資，市場的壓力將產(chǎn)品研發(fā)和投放市場的周期壓縮到3年以下，上市時間這一事實永遠地改變了汽車研發(fā)和試驗的方法。例如，某汽車廠商通過CAE分析物理樣機建造時間減少了30個星期，新車型的上市時間提前5個月，同時帶來2千萬美元的銷售額。另一個例子是某汽車零部件制造商，通過分析主要零部件的物理樣機減少50%（由6次減少到3次），一般認(rèn)為，零部件廠商通過分析設(shè)計最終可減少75%的物理樣機。到2010年，通過將CAE和協(xié)同技術(shù)集成入設(shè)計流程，通過設(shè)計流程的再造，汽車行業(yè)主要廠商的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)力應(yīng)該提高1倍至2倍，因此，堅持傳統(tǒng)設(shè)計方法的公司是沒有出路的，尋求生存和發(fā)展的公司必須認(rèn)識到再造設(shè)計流程和制造流程的重要性，并且加以實施。

加強CAE仿真技術(shù)的使用及建立高效的流程是大量降低產(chǎn)品研發(fā)時間和成本的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)公司核心業(yè)務(wù)的關(guān)鍵。要想在幾個小時而不是幾個月內(nèi)評估一個設(shè)計概念、探討多種設(shè)計方案和設(shè)計條件，通過物理樣機基本是不可能的，快速、低成本地評價設(shè)計方案的能力為管理提供了獨特的戰(zhàn)略優(yōu)勢，可讓設(shè)計工程師從多種經(jīng)過優(yōu)化的概念中選擇，而不是僅僅保證按時完成了任務(wù)，這一優(yōu)勢將產(chǎn)品研發(fā)變成了時間競爭優(yōu)勢。三、技術(shù)方案與工作流程

（以車身骨架設(shè)計為例）1、樣車設(shè)計階段

目標(biāo)為設(shè)計部門提供車身骨架的設(shè)計參考意見輸入條件設(shè)計目標(biāo)概念設(shè)計載荷條件材料參數(shù)時間節(jié)點分析報告

a.

理想車身骨架的幾何分布分析報告

b.

理想車身骨架的截面分布分析報告

c.

車身骨架動力學(xué)特性分析報告2、樣車驗證階段

目標(biāo)驗證樣車車身骨架設(shè)計，針對該設(shè)計提出評價報告輸入條件設(shè)計目標(biāo)三維數(shù)模工藝要求載荷條件材料參數(shù)時間節(jié)點分析報告a

車身骨架扭轉(zhuǎn)載荷應(yīng)力分析報告b