为自主开发提供核心能力支撑

访长安汽车工程研究院副院长詹樟松博士

发布时间:2010-07-13
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完备的CAE分析能力将为汽车企业的自主开发体系提供核心能力支撑。长安汽车工程研究院在这个方面脚踏实地,志存高远。

AI:当前的制造企业,尤其是汽车制造业企业,都面临着加快设计流程、提高产品设计质量、缩短产品生产周期、降低设计和生产成本等一系列严峻的挑战,在这样的形势下,企业必须通过提升研发能力来提升企业核心竞争力。您对我国汽车工业的自主开发及产品研发体系的战略有着怎样的观点?

詹樟松博士:中国的汽车工业面临的挑战主要来自两个方面:

一是国际汽车工业面临的共同挑战,即越来越严格的政府法规、要求越来越“苛刻”的客户需求、越来越多的车型、越来越复杂的技术系统、越来越短的上市要求和越来越高的成本压力等。

二是中国汽车工业特有的挑战,即缺乏完备的自主开发能力。众所周知,汽车工业是从上游的原材料到下游的服务带动面极其广泛的工业,一般的说法是汽车工业的一个就业机会带来其它相关行业的7个就业岗位,同时,汽车是新技术和高技术最大的载体之一,一般航空航天领域的高精尖技术只有通过汽车工业才能转化为产业,所以汽车工业是或曾是几乎所有的发达国家的支柱业,汽车工业的发展能够快速地拉动国民经济的发展,但是如果中国汽车工业一直像现在这样不具备完备的自主开发体系,那么连被动应付国内市场的能力都不具备,更谈不上引领世界市场、引领技术和引领行业从而引领相关产业的发展了。这样的后果直接导致了中国始终不能获得巨大的由设计开发等高级的、知识性的、技术性的和创造性的生产实践所带来的丰厚的知识利润,而只是跟在国外汽车巨头后面分一杯利润极薄的、甚至是不赚钱的“稀的照的见人影的制造羹”,汽车产量再高也是“made in China”,而不是“made by China”。

所以我认为我国应该从国家安全的高度来重视中国汽车自主开发能力和体系的建设,这是国家各部门、社会各方面都需要紧密合作的系统工程,比如国家政策应该在大力扶植自主品牌汽车;“十一·五”科技规划中应大力支持研究并突破汽车工业所需的底层基础理论和技术;舆论宣传应鼓励国民选择自主品牌汽车;汽车企业应该眼光放长远点,花大力气建设自主开发能力等 总之,要抓住主要矛盾,中国的汽车工业才有健康的未来。

AI:您在汽车行业从事分析和试验工作多年,您对研发体系中的关键——CAE一定有着深刻的理解,能否具体谈谈?

詹樟松博士:从广义的概念来说,CAE包括任何工程领域的计算机应用。一般所提到的CAE特指它的狭义的仿真分析概念,即综合应用计算力学、计算数学、工程科学、工程管理学和计算机科学等多门学科发展成就,以数值计算的方式来模拟真实世界,是除理论分析和实验研究之外的探索未知世界的第三条道路。

CAE带给汽车工业的最明显的“好处”有三点:降低开发成本、缩短开发时间、提高开发质量。

传统的开发流程是产品设计出来后即试制样件和进行物理试验验证,其中试制需要花费大量的人力、财力和时间。如果开发后期的试验发现设计过程存在重大的缺陷将导致制造装备报废的风险。从做出重大技术方案和技术指标决定的概念设计阶段到后续的布置设计、详细设计、样件试制、物理样机试验验证和最终的SOP的整个过程,CAE都贯穿期间,尤其是在概念设计阶段,CAE充分发挥了不需要物理样机的“虚拟现实”威力,为后续的开发过程提供科学的技术决策。整个开发过程中,CAE通过前期增加的虚拟试验,后期替代或减少大量的物理试验,从而减少开发周期,降低开发成本,同时只有通过CAE分析才能理解汽车的NVH品质、操纵稳定性、可靠性等深层次机理并提供解决方案,真正实现优化设计,提高设计质量。

CAE分析和物理试验构成现代汽车开发体系的核心,是汽车开发流程中的真正的“开发”环节。

AI: CAE技术是在近几年才被逐步提到研发设计的高度。长安汽车在这方面的发展思路是什么?由此进行了哪些战略部署及项目研究来大幅提升长安的开发能力和企业整体竞争力?

詹樟松博士:是的,如果把CAE彻底地融入到开发流程中,那么CAE在项目开发的最前期就能对整个项目进行控制、进行预防、进行优化,从而使产品研发项目的整个过程随时保持“健康”。把CAE提高到设计研发的高度使汽车在研发过程中避免走弯路和回头路,引导研发走优化之路。

长安汽车充分认识到CAE在汽车研发设计中的重要作用,在长安汽车工程研究院专门成立了CAE工程所,专业从事汽车和发动机研发设计项目中的CAE分析工作,同时在CA-PDS(长安汽车产品开发系统)整个流程中彻底贯穿CAE分析,在每一个重大的整车和整机开发项目中都有强大的CAE分析团队和设计团队、试验团队、质量团队、工艺团队等一起紧密合作,完成项目开发。

除了使CAE团队参加实战项目,通过实战提高分析能力,发挥CAE的作用之外,我们还采用聘请国外有多年从业汽车CAE分析的专家加盟指导,和国外咨询公司、专业分析公司进行Know-how项目的合作,快速提升长安汽车的CAE分析能力,使CAE分析和试验充分发挥作用,从而大幅提升长安汽车的自主开发能力和企业整体竞争力。

AI:我们都知道,软件本身只是工具,用户如何去使用、如何用得上才是关键。长安的开发体系中应用了哪些软件?结合实际需求做了哪些开发工作?

詹樟松博士:目前,业界主流的专业软件我们几乎都有,包括用于结构分析的MSC有限元分析软件系列、多体动力学分析软件ADAMS、CFD分析软件AVL-Fire/Swift、汽车碰撞分析软件Pam-Crash、发动机热力学分析软件GT-Power、整车性能分析软件GT-Drive以及控制仿真平台MATLAB/Simulink等。

要发挥CAE的作用,熟练使用软件仅仅是万里长征的第一部,也是最小一步,最重要的是要有工程经验的积累和工程数据库的累积。我们结合项目开发的实践,对软件的使用作了一些模板的开发,分析标准和分析规范的建立,使死的软件成为最鲜活的工具,充分发挥CAE分析的威力。

AI:在恒润科技和美国TheMathworks公司共同召开的“第一届MATLAB & Simulink中国用户大会暨技术论坛”上,您在汽车行业分论坛中做了“汽车优化设计及性能仿真系统”的介绍,引起了业界的强烈反响。借此机会,能否向更多业内的同行介绍一下VODPSS?

詹樟松博士:VODPSS是我为了完成一个项目的研发工作,组织项目组自己动手,应用MATLAB/Simulink平台开发的一个汽车优化设计及性能仿真系统软件包,它来源于项目的需求,来源于实践,所以非常实用。这个系统的开发主要利用了MATLAB/Simulink平台的MATLAB和Simulink基本功能以及Curve Fitting、Database、Optimization和Symbolic Math等工具箱。

AI: VODPSS的系统具有哪些主要特点?被用来完成哪些主要的工作?

詹樟松博士:VODPSS的主要特点是来源于工程师的实践,所以高效、易用,仿真精度高,像开发平台MATLAB一样开放,可扩展。

首先,该系统具备类数据库功能,可用来管理公司的发动机、车体、变速器等主要零部件和总成性能和数理模型;其次,该系统具备各零部件和总成的结构和性能优化设计功能;第三,它还具备汽车、发动机各总成和系统的参数匹配计算功能以及汽车动力性、经济性等性能仿真功能。

AI:结合这些年来的实际经验和体会,您认为CAE给长安汽车自主开发带来的效益和最大的好处是什么?

詹樟松博士:CAE给长安汽车自主开发带来的效益和最大的好处是:提升了自主开发能力;节省了项目开发时间和开发费用;极大地提高了开发质量;完善了长安自主开发的科学流程,增强了我们自主开发的信心,为长安汽车进一步的“自主”和“提升”提供了强有力的技术支撑。

AI: CAE技术的发展趋势是什么?您对“协同”的趋势有何看法?

詹樟松博士:CAE的发展趋势是“完全地虚拟现实”,其终极目标是完全取代物理试验。当然,这个目标非常遥远,需要计算力学、计算数学、工程科学、工程管理学和计算机科学不断地发展和结合,但是目前来看,取代越来越多的物理试验和减少某些物理试验量(比如昂贵的物理样车碰撞试验)和从事不能或难以进行的物理试验(比如汽车翻滚、天气变化、神五、神六的飞行等)的虚拟试验每年都会取得很大的进步。另一个重要的方面是,CAE技术的发展使得“优化设计”变得常规。

对于“协同”,这也是“大势所趋”,是现代开发流程的优化目标。传统的串行的开发方式的“优点”是稳妥,前一步完工后再往下走,一步一步,按部就班,但缺点是费时长,而“协同”则能大幅度缩短开发时间,但必须以数字化设计为前提,其中CAD数模是协同的基础,CAE分析能够消除“同步进行工作”所带来的风险,是协同的保障。

AI:长安汽车未来几年在CAE应用乃至整个自主开发体系的建设方面的规划和实施步骤是怎样的?

詹樟松博士:长安汽车在CAE应用乃至整个自主开发体系的建设方面有一个完整的规划和步骤,比如我们2007年长安汽车工程院院的员工将达到1000人,2010年计划将建成包括造型、工程设计、CAE分析和试制和试验等完备的自主开发体系和能力,实现“完全的自主开发”!

CAE方面,我们一方面将对现有的分析领域进一步提升分析能力,建立分析规范,总结分析评价标准,积累分析数据库等;另一方面将按照计划引进软件,招聘员工,拓展新的分析领域,比如声学分析、电子电气和控制分析等。总之,按照规划逐步建立和发展完备的CAE分析能力,将为长安汽车的自主开发提供更大的核心能力支撑。

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