一、業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)

CAE技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用最多且最好，從最初的線彈性部件分析到汽車結(jié)構(gòu)中大量的非線性問題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，CAE分析幾乎涵蓋了汽車性能的所有方面。但CAE是不是真的解決了問題？一些企業(yè)的仿真部門在研發(fā)領(lǐng)域還處于非常弱勢的地位。至于仿真結(jié)果不可信的問題，個(gè)人認(rèn)為還有很多原因。如CAE仿真周期比設(shè)計(jì)周期長。

仿真依賴于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的發(fā)布，設(shè)計(jì)部門發(fā)布模型后，CAE部門需要進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、建模、計(jì)算、后處理、V&V對標(biāo)、優(yōu)化，通常周期在一個(gè)半月到兩個(gè)月左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于設(shè)計(jì)周期。大量的資源和時(shí)間耗費(fèi)在數(shù)據(jù)收集、網(wǎng)格劃分、模型裝配和工況設(shè)置上（俗稱前處理），仿真分析的主要價(jià)值是取得準(zhǔn)確的分析結(jié)果，提出改進(jìn)意見和優(yōu)化方案，但目前該部分時(shí)間得不到保障，設(shè)計(jì)難以及時(shí)采納仿真建議，導(dǎo)致效果大打折扣，CAE部門很難體現(xiàn)它的價(jià)值。

圖1 仿真分析周期

二、客戶需求及解決方案

1、效率提升

有限元前處理要占整個(gè)分析流程約80%的時(shí)間，而且分析結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于網(wǎng)格劃分和載荷工況的選取等，高性能的前處理可以大大縮短分析流程的時(shí)間及成本。由于沒有固定的分析流程和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，仿真分析人員的大部分時(shí)間都花在了一些重復(fù)性工作上，效率不高。通過兩個(gè)方面可以解決這個(gè)問題。

（1）采用良好的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)不僅能提供快速查詢和共享，還能通過系統(tǒng)化的管理提升數(shù)據(jù)的規(guī)范性，為后續(xù)的建模，對標(biāo)自動(dòng)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為各個(gè)步驟節(jié)省時(shí)間，保障流程通暢。

（2）模板定制化。區(qū)別于當(dāng)前的手工工作模式，使用定制化、標(biāo)準(zhǔn)化的模板能夠減少大量重復(fù)性勞動(dòng)，有效提升工作效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速響應(yīng)設(shè)計(jì)與分析。如設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)布后，CAE分析的整個(gè)流程推送到高性能計(jì)算機(jī)，利用定制化的模板，自動(dòng)計(jì)算出一系列結(jié)果，結(jié)果分析工程師進(jìn)行對標(biāo)和優(yōu)化，是否滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求？如果不符合根據(jù)分析結(jié)果提出改進(jìn)意見。即仿真過程模塊化、集成化、黑箱化以及后臺(tái)工作化。

圖2 提高仿真效率

2、質(zhì)量控制

質(zhì)量控制系統(tǒng)在仿真的各個(gè)步驟，提供完善而且自動(dòng)化的質(zhì)量檢查功能，并產(chǎn)生質(zhì)量報(bào)表，追蹤模型質(zhì)量情況。確保模型質(zhì)量符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，模型定義符合企業(yè)規(guī)范。合理的設(shè)置檢查項(xiàng)目和流程，盡量在流程的初期進(jìn)行檢查，實(shí)現(xiàn)問題早發(fā)現(xiàn)，早解決。

圖3 質(zhì)量控制系統(tǒng)

3、知識積累

質(zhì)量和效率問題解決后，具有較多項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的仿真人員的經(jīng)驗(yàn)無法很好地繼承下來并傳遞給新員工，就會(huì)造成人才的浪費(fèi)并嚴(yán)重影響企業(yè)實(shí)力的提升，所以我們需要考慮知識的積累并重用。即將模型、輸入數(shù)據(jù)、仿真結(jié)果、指標(biāo)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真工具系統(tǒng)地管理起來。良好的數(shù)據(jù)管理工具能有效防止數(shù)據(jù)版本和一致性問題，能夠讓工程師使用的數(shù)據(jù)保持最新，提升效率和降低管理成本。

圖4 數(shù)據(jù)與知識系統(tǒng)

三、定制化

企業(yè)為什么需要定制化？（1）每個(gè)企業(yè)的需求不一致，通用型軟件無法滿足客戶的個(gè)性化需求；（2）企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程已定，使用通用型軟件必須要求客戶被動(dòng)改變流程以適應(yīng)軟件的流程；（3）使用通用型軟件，用戶上手時(shí)間慢，需要較長一段時(shí)間的磨合期；以上這些困擾，只能通過定制化一一排除！

定制化包括四個(gè)不同層次：定制化工具、定制化流程、定制化系統(tǒng)和定制化的研發(fā)環(huán)境。

圖5 定制化的不同層次

定制化工具，如軟件間數(shù)據(jù)接口工具的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟件間的無縫集成。

定制化分析流程，即制定客戶化的仿真流程。通過定制可以使分析人員從重復(fù)工作中解脫出來；通過客戶化定制，將日常工程工作中常用的載荷曲線，典型材料等加入到了軟件中，可以即時(shí)調(diào)用。該分析流程固化的標(biāo)準(zhǔn)制定需要針對企業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)而進(jìn)行，同時(shí)需要結(jié)合工程實(shí)踐長期積累總結(jié)。

定制化大大簡化了用戶窗口，只把用戶需要的窗口保留下來，實(shí)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，把多個(gè)步驟的內(nèi)容和數(shù)據(jù)輸入以及模型設(shè)計(jì)在一個(gè)對話框中表達(dá)出來，用戶可以一目了然地在直觀的窗口上進(jìn)行操作。把反復(fù)的操作和過程通過定制化整合起來，迅速快捷的得到想要的分析并與實(shí)驗(yàn)比較結(jié)果，不僅降低了行業(yè)門檻，而且大大提高研發(fā)的速度。

圖6 定制化流程

定制化系統(tǒng)有完善的數(shù)據(jù)流程管理，工作流管理以及過程數(shù)據(jù)管理，也可以做數(shù)據(jù)的挖掘和重用。如動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)里面提取測試數(shù)據(jù)、硬件數(shù)據(jù)、彈性元件數(shù)據(jù)和懸架模板給CAE工程師，CAE工程師應(yīng)用定制化工具進(jìn)行自動(dòng)化建模，自動(dòng)化分析計(jì)算得到仿真結(jié)果，跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做比較，做自動(dòng)化對標(biāo)，我們將上面的過程稱為定制化系統(tǒng)，如圖7所示。

圖7 定制化系統(tǒng)

目前，對于定制化工具、定制化流程和定制化系統(tǒng)提的較少，定制化研發(fā)環(huán)境成為熱點(diǎn)。定制化研發(fā)環(huán)境提倡的是相互之間的協(xié)同。目前我們公司的定位是通過工程知識和流程知識，把流程梳理清楚，添加一些需要開發(fā)的東西，讓企業(yè)系統(tǒng)緊密集成。

協(xié)同的目的是讓所有的人在合適的時(shí)間拿到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被使用，協(xié)同的第一步完成了，沒有必要做更深層次意義上的協(xié)同。設(shè)計(jì)和仿真的協(xié)同，需要仿真部門推動(dòng)做設(shè)計(jì)與仿真的協(xié)同。仿真和實(shí)驗(yàn)協(xié)同，仿真指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證仿真，最終建設(shè)成一個(gè)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的協(xié)同設(shè)計(jì)仿真設(shè)計(jì)和制造管理協(xié)同，提升公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力和水平。同時(shí)還需將設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的協(xié)同納入標(biāo)準(zhǔn)化流程里，使圖8所示的三角形真正順暢地旋轉(zhuǎn)起來。

圖8 定制化研發(fā)環(huán)境