數(shù)字工具不僅可以幫助汽車工程師開發(fā)更加輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)，還可以減少制造中的缺陷；現(xiàn)在，數(shù)字工具的應(yīng)用還在不斷朝工程設(shè)計的上游拓展。
雖然目前全球汽車銷量正在反彈中，但是高油價和法規(guī)政策方面的措施依然讓汽車工程師面臨前所未有的壓力，迫使他們不得不重新思考基礎(chǔ)動力系統(tǒng)的設(shè)計。其他一些發(fā)展趨勢比如更多智能汽車的開發(fā)，也意味著軟件和電子系統(tǒng)將得到大量應(yīng)用。汽車現(xiàn)在已經(jīng)變成移動的計算平臺了。在開發(fā)流程的最初階段就采用仿真工具，顯然可以幫助應(yīng)付這種復(fù)雜度的提高。
提高汽車系統(tǒng)復(fù)雜性還有一個因素就是連接性。
Ricardo軟件開發(fā)全球總監(jiān)David Higbie舉例說道：“內(nèi)燃機并沒有被淘汰，但是現(xiàn)在要與很多系統(tǒng)相連。”
內(nèi)燃機現(xiàn)在不單是一個簡單的零部件，而是包含電池、排放后處理系統(tǒng)、電機/發(fā)電機以及廢熱回收系統(tǒng)等在內(nèi)的系統(tǒng)總成。這也是為什么Ricardo公司的IGNITE軟件仿真工具是一套針對整車的仿真系統(tǒng)。IGNITE采用模塊仿真的方式可以在開發(fā)的早期提供整車性能概覽。
開放源和優(yōu)化
IGNITE還包含了Ricardo合作伙伴Red Cedar技術(shù)公司的優(yōu)化技術(shù)。“你可以輸入大量的參數(shù)，然后針對各種輸出參數(shù)進行仿真，”Higbie表示。“將Red Cedar的技術(shù)嵌入到我們的軟件中，可以不必采用單獨的優(yōu)化軟件進行同步仿真，避免了不同文件轉(zhuǎn)換和面對不同用戶界面的麻煩。”
IGNITE采用開放源Modelica編程語言，預(yù)置大量車輛零部件及系統(tǒng)模型，比如電池、發(fā)動機、變速器和車輪。其目的是為了讓用戶采用一些參數(shù)化模板通過一種相對靈活的方式來開發(fā)或?qū)胨麄冏约旱哪Ｐ汀?ldquo;IGNITE模型庫，比如動力系模型庫，主要目的是提供車輛工廠仿真。用戶可以將這些模型與他們自己的控制實施工具（比如通過Simulink）相結(jié)合，用于控制系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)，”Higbie說道。IGNITE在出貨版本中開放源模型庫包含了1000多個基于Modelica語言的組件。
IGNITE仿真速度非常快，它可以快速地分析上百個，甚至上千個變化模型。“取決于硬件的水平，根據(jù)我們提供的優(yōu)化能力，用戶可以在幾分鐘內(nèi)運行上千次IGNITE仿真。”Higbie解釋道。這幫助釋放了一些隱藏的依賴關(guān)系和復(fù)雜的交互作用。“但是這也涉及到大量的數(shù)據(jù)，也帶來了新的挑戰(zhàn)——如何通過這些數(shù)據(jù)的分析來作出最后的判斷，”他說道，并指出Red Cedar公司可以幫助工程師來分析這些數(shù)據(jù)。
不過，他的觀點讓人聯(lián)想到汽車行業(yè)面臨的一個更大問題——龐大的數(shù)據(jù)是一方面，還有不斷提升的功能。仿真數(shù)據(jù)管理（SDM）系統(tǒng)發(fā)展至今已可以處理龐大的仿真數(shù)據(jù)組。當(dāng)仿真數(shù)據(jù)與其他源整合時，還會遇到信息過載的問題。
產(chǎn)品復(fù)雜性管理
一些大的PLM公司比如Siemens PLM Software也在尋求系統(tǒng)復(fù)雜性的解決方案，真切地反映汽車開發(fā)流程。西門子公司2011年11月收購了LMS公司，將其基于Modelica語言的AMESim車輛模擬平臺添加到其NX、Technomatix和Teamcenter系列產(chǎn)品中。車輛設(shè)計小組通過AMESim平臺中簡單的工廠模型和高保真3D FE和CEF模擬可以驗證從燃油經(jīng)濟性到制造的各個環(huán)節(jié)。成本也可以得到驗證。通過設(shè)計決策還可以來模擬車輛的人類工程學(xué)。“我們的工作涉及到汽車開發(fā)制造的各個方面，從設(shè)計和造型到車間的機加工，”Siemens PLM Software汽車戰(zhàn)略副總裁Kirk Gutmann說道。其目的是要創(chuàng)建一個完整的閉環(huán)性能工程平臺。
圖1 閉環(huán)性能工程平臺
為了應(yīng)對復(fù)雜數(shù)據(jù)及流程管理方面的挑戰(zhàn)，Siemens PLM Software在不斷提升其Teamcenter管理工具的能力。Teamcenter是Siemens PLM Software的旗艦產(chǎn)品，它融合了西門子所有的技術(shù)。不過，即使有這樣一套工具，Siemens PLM Software發(fā)現(xiàn)，很多組織機構(gòu)卻依然怠于實施全面的PLM解決方案，或沒有在其現(xiàn)有的PLM系統(tǒng)中采用最新技術(shù)。這些情況往往是出于企業(yè)對成本增加的顧慮，以及企業(yè)擔(dān)憂必須將標(biāo)準(zhǔn)的PLM技術(shù)根據(jù)自身需求進行定制以適應(yīng)獨特的流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及工作流程，由此帶來的業(yè)務(wù)中斷及其影響。
為了最大程度地減少業(yè)務(wù)中斷發(fā)生的可能，Siemens PLM Software于2013年9月份推出了最新的PLM實施催化劑產(chǎn)品Industry Catalyst Series。
“Catalyst可以加快PLM的實施，”Siemens PLM Software全球總裁兼首席執(zhí)行官Chuck Grindstaff表示。每個Industry Catalyst Series產(chǎn)品由三個主要組件組成。第一個組件是一套數(shù)字指導(dǎo)方針和模板（行業(yè)最佳實踐方案）。第二個是部署加速器：根據(jù)具體行業(yè)的部署，有針對性地推薦一套完整的產(chǎn)品選擇、系統(tǒng)設(shè)計決策、配置程序以及最佳實踐。第三個是開放、可配置的行業(yè)解決方案組件：利用軟件組件，實施團隊可以輕易控制實施Siemens PLM Software系統(tǒng)的外觀和特性，無需定制化編程。
第一個針對汽車行業(yè)的催化劑產(chǎn)品是Functional Safety Catalyst。它可以幫助汽車制造商按照ISO26262規(guī)范對電氣工程系統(tǒng)開發(fā)流程實施管理，根據(jù)規(guī)范創(chuàng)建所有關(guān)鍵的工作產(chǎn)品。
圖2 3D Expreiences產(chǎn)品
可視化和決策
所有這些努力用Grindstaff的話來描述就是“為決策創(chuàng)建一種沉浸式虛擬現(xiàn)實”。他指出這種虛擬現(xiàn)實是通過最新的Teamcenter產(chǎn)品Active Workspace來實現(xiàn)的。“Workspace是在原可視化層基礎(chǔ)上的改進，”他解釋道。來自Teamcenter的信息不受設(shè)備類型的限制。Active Workspace基于HTML 5.0標(biāo)準(zhǔn)，可以運行在iPad、iPhone、安卓設(shè)備，或者臺式電腦上。因為內(nèi)置了JT Viewer，因此元數(shù)據(jù)和詳細(xì)產(chǎn)品信息也可以呈現(xiàn)——所有都在簡化了的Teamcenter界面內(nèi)顯示，復(fù)雜界面元素都被禁用。
達索公司一直以來也在努力提升軟件的易用性，主要體現(xiàn)在其3DExperience解決方案的優(yōu)化上。3DExperience 基于V6平臺，提供一種單一的、整合的流程可視化方式。該解決方案包含了達索公司各個產(chǎn)品系列的功能，包括CAD、CAE和PDM，此外還包括定制化的用戶界面。用戶不用從單獨的應(yīng)用程序中選擇功能，比如CATIA、ENOVIA、DELMIA或SIMULIA等。
2012年8月達索推出的“智能、安全及連接”產(chǎn)品便是這種面向行業(yè)3DExperience最早的解決方案之一。“智能、安全及連接”解決方案可以幫助公司更好地遵循ISO 26262和AUTOSAR規(guī)范。據(jù)達索北美和南美交通運輸總監(jiān)Mike Lalande表示，這個概念的推出非常成功，尤其在歐洲。他透露目前采用該解決方案的客戶包括寶馬、愛信、TRW、博世、法雷奧、標(biāo)致、博澤和捷豹路虎等公司。
最新的3DExperience解決方案是2013年5月推出的Target Zero Defect產(chǎn)品。該產(chǎn)品開發(fā)的目的是要在開發(fā)項目的最初階段將設(shè)計、工程和制造融合在一起。這涉及到整個公司的內(nèi)部，以及所有合作伙伴和供應(yīng)商。該產(chǎn)品包含了車輛的所有領(lǐng)域，包括底盤、動力總成、車身和內(nèi)飾。其重點在于系統(tǒng)工程，為什么？“大約80%的汽車保修問題出現(xiàn)在零部件與系統(tǒng)組件之間的接口上，包括電子設(shè)備和軟件，”Lalande說道。
他對這種新的工作方式表現(xiàn)出了擔(dān)憂。“這是汽車工程師工作方式的轉(zhuǎn)變，”他解釋道。“工程師不能夠再以零件為中心，做一個物理原型， 比如車門或車輪，然后再進行測試，”他說道。“這些零件是要運行在系統(tǒng)中的，所以說他們應(yīng)該具備以系統(tǒng)為中心的思維方式。”
圖3 蜘蛛圖的形式顯示重要屬性的匯總
指導(dǎo)與定制化
行業(yè)里有一些人并不重視預(yù)打包的解決方案。“打包好的解決方案可能是一種很有吸引力的方式，”PTC產(chǎn)品管理總監(jiān)Christoph Braeuchle說道。“在實際應(yīng)用中，這種方式對中小型企業(yè)很有效，但是對大型OEM或一級供應(yīng)商來說，這種方式還不夠。”
他稱PTC扮演的角色是，通過其系統(tǒng)工程解決方案為用戶提供具體問題的參考指導(dǎo)和解決方案，比如如何遵循ISO 26262或SPICE標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC 15504）。“我們?yōu)橹悄墚a(chǎn)品創(chuàng)建了一個整體的工程環(huán)境，”他說道。此類產(chǎn)品包括基于PDM技術(shù)的PTC Windchill和PTC Integrity。Integrity是一個軟件系統(tǒng)生命周期管理工具，從軟件配置管理工具發(fā)展成為一個更全面的系統(tǒng)工程及生命周期管理工具。Braeuchle指出對于創(chuàng)建一個完整的工程系統(tǒng)來說，這兩個工具都是必需的，但是一些用戶會選擇其中一個，然后將其與其他供應(yīng)商的工具搭配使用。
“參考性解決方案是一套指導(dǎo)性方針，是從我們與客戶合作的經(jīng)驗中總結(jié)出來的，”他解釋到。這些通用的解決方案包含三個要素。第一個是適用的信息模型，可以將需求與系統(tǒng)及子系統(tǒng)設(shè)計、實施和測試相連。第二個是功能性，可以支持一些標(biāo)準(zhǔn)如ISO26262建議的方法。第三個是一整套連貫的工作流程，可以被采用且定制化。
圖4 用戶可以在開發(fā)階段對許多不同的方案進行仿真
他還說道，對軟件工具資格的認(rèn)證對遵循ISO26262標(biāo)準(zhǔn)來說至關(guān)重要。“這可能會增加很多工作，因為一旦軟件出了問題，可能會對最終產(chǎn)品帶來一定的影響，”他說道。為了避免這種情況的發(fā)生，PTC為其Integrity產(chǎn)品向南德TUV申請并最終獲得了“Fit-for-Purpose”認(rèn)證。南德TUV經(jīng)過對PTC的開發(fā)流程和軟件功能進行了全面的評估，并認(rèn)定Integrity達到ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對安全關(guān)鍵產(chǎn)品開發(fā)的要求。
軟件復(fù)雜性在增加
隨著車輛上零件及系統(tǒng)數(shù)量的增加，仿真工具的數(shù)量也隨之增加，用于分析和驗證這些零件和系統(tǒng)。“我們發(fā)現(xiàn)有家公司采用1600個不同的軟件工具進行汽車產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)，”IBM方案架構(gòu)師Ron Felice說道。復(fù)雜性的不斷增加還帶來一個不受歡迎的副產(chǎn)品，就是工程師需要做大量毫無成效的工作。這些工作包括數(shù)據(jù)的查找、文件的傳送、重新格式化以及對結(jié)果的解讀等。“為所有的數(shù)據(jù)建立一個資源庫似乎是很好的答案，但這并不是最終解決方案，”Felice說道。“前期的數(shù)據(jù)遷移投入會比較高，從中長期來看這種方式不夠靈活，而且成本高。”
圖5 產(chǎn)品智能化使系統(tǒng)復(fù)雜程度逐漸增加
針對這個問題，IBM推出了Rational Engineering Lifecycle Manager（RELM）解決方案。該產(chǎn)品采用數(shù)據(jù)鏈接的方式將分散的、獨立的軟件工具連接起來，數(shù)據(jù)則是以它們各自的格式存在。尤其電氣工程軟件可以采用這種方式連接起來，工具套件可以包含任何類型的軟件。“這并不是一個你可以購買得到的產(chǎn)品，”Felice說道。IBM會與客戶一起，采用客戶的工具，將RELM安裝在他們的公司內(nèi)部。
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本文標(biāo)題：借助PLM應(yīng)對汽車系統(tǒng)復(fù)雜性增加的挑戰(zhàn)
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