本文中概念設(shè)計(jì)指項(xiàng)目早期初版數(shù)據(jù)TG發(fā)布前的零件總體框架設(shè)計(jì)，眾所周知，在整車(chē)開(kāi)發(fā)中不同開(kāi)發(fā)階段下零件設(shè)計(jì)空間與設(shè)計(jì)更改所需的成本是不同的，如圖所示，越是項(xiàng)目早期，零件設(shè)計(jì)空間越大，設(shè)計(jì)更改成本也越低，而越到后期則是相反。項(xiàng)目早期概念階段很多零件設(shè)計(jì)尚不成熟，但其設(shè)計(jì)空間最大，此時(shí)確定合理的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向可以有效降低開(kāi)發(fā)成本提高結(jié)構(gòu)效率，然而如何在概念階段找到較優(yōu)解決方案且落地下來(lái)則并非易事。

前言

 圖1

第一，項(xiàng)目早期其設(shè)計(jì)輸入邊界具有較大不確定性，無(wú)論是零件選型、整車(chē)布置、造型以及平臺(tái)策略都具有一定調(diào)整空間，需在后續(xù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中逐步明確與細(xì)化，然而可變的設(shè)計(jì)空間對(duì)零件設(shè)計(jì)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。第二，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需在性能與成本間尋找平衡，而設(shè)計(jì)者希望兩者都探索到極限，因此某些設(shè)計(jì)指標(biāo)開(kāi)發(fā)初期往往定義激進(jìn)且易變，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重心也隨之變化。第三，整車(chē)開(kāi)發(fā)周期逐年縮短，開(kāi)發(fā)者首要解決的問(wèn)題是滿足開(kāi)發(fā)要求前提下快速上市，是否充分挖掘出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的潛力則成為一個(gè)次要選項(xiàng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在精益求精與快速上市上也是一對(duì)困擾開(kāi)發(fā)者的矛盾。

圖2

整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程是一個(gè)從整體到局部、由粗到細(xì)，逐漸收斂的過(guò)程。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也服從這一趨勢(shì)，從整體框架設(shè)計(jì)到局部尺寸與特征設(shè)計(jì)。項(xiàng)目早期概念階段則是決定整體框架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)需要在設(shè)計(jì)邊界內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型確定最佳框架傳力路徑，設(shè)計(jì)者一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參考若干上一代車(chē)型與競(jìng)品車(chē)型或者其組合進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)，并根據(jù)空間尺寸結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)給出結(jié)構(gòu)的定性判斷，后續(xù)基于此判斷進(jìn)行局部?jī)?yōu)化與細(xì)化，項(xiàng)目早期的這種設(shè)計(jì)往往較為主觀，且受到上述諸多因素限制，很難進(jìn)行多種解決思路的橫向?qū)Ρ龋页鲎钸m合本項(xiàng)目的全局方案。

制約多框架選型同步評(píng)估與選型的主要原因是現(xiàn)有CAD-CAE建模與分析工作鏈過(guò)長(zhǎng)，從布置到CAD建模、到CAE建模到CAE分析到優(yōu)化與反饋CAD

圖3

在概念階段需要一個(gè)具有較高柔性的模型，可快速響應(yīng)輸入的變化，并體現(xiàn)關(guān)鍵幾何要素，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方向性判斷。SFE全參概念模型是這樣一種解決方案，SFE概念全參模型可在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)CAD建模到CAE仿真的全流程，其工作流程更為輕量化，簡(jiǎn)化非關(guān)鍵局部特征控制好精度，迭代效率大大提升（如圖所示），這符合概念階段需求。在此建模技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行模塊化拆分與結(jié)構(gòu)化儲(chǔ)存可進(jìn)一步提升建模與開(kāi)發(fā)效率，如不考慮模型差異簡(jiǎn)單對(duì)比建模效率可提升近90%。

圖4

在概念階段需要一個(gè)具有較高柔性的模型，可快速響應(yīng)輸入的變化，并體現(xiàn)關(guān)鍵幾何要素，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方向性判斷。SFE全參概念模型是這樣一種解決方案，SFE概念全參模型可在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)CAD建模到CAE仿真的全流程，其工作流程更為輕量化，簡(jiǎn)化非關(guān)鍵局部特征控制好精度，迭代效率大大提升（如圖所示），這符合概念階段需求。在此建模技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行模塊化拆分與結(jié)構(gòu)化儲(chǔ)存可進(jìn)一步提升建模與開(kāi)發(fā)效率，如不考慮模型差異簡(jiǎn)單對(duì)比建模效率可提升近90%。

模型效率提高，使得概念階段多結(jié)構(gòu)方向的模型矩陣快速評(píng)估成為可能，多概念方案的模型矩陣可更大程度覆蓋多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選型、多種關(guān)鍵輸入。在更大結(jié)構(gòu)尺度上（如環(huán)路強(qiáng)弱分布、路徑設(shè)計(jì)）基于定性評(píng)估與定量分析進(jìn)行方案的篩選，并結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)與拓?fù)鋬?yōu)化為項(xiàng)目決策提供更多全局框架的可行方向。對(duì)于中等尺度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如接頭形式、梁的位置與尺寸等，則可在此時(shí)期進(jìn)行大樣本計(jì)算，得到滿足若干邊界輸入下的最佳結(jié)構(gòu)組合。這與以經(jīng)驗(yàn)為主的結(jié)構(gòu)框架選型與局部仿真優(yōu)化方式并不矛盾，相反應(yīng)是各取所長(zhǎng)，互為補(bǔ)充。這種基于大樣本計(jì)算的結(jié)構(gòu)選型可在很大程度上增加經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)的廣度，且在技術(shù)上具有更多擴(kuò)展性，如基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，在滿足一定邊界輸入范圍時(shí)預(yù)推薦適合的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)。

圖5

在項(xiàng)目早期概念階段，多學(xué)科協(xié)同也是一個(gè)制約概念開(kāi)發(fā)效率進(jìn)一步提升的問(wèn)題。由于性能與重量成本之間，以及不同性能之間經(jīng)常存在設(shè)計(jì)沖突，在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多設(shè)計(jì)指標(biāo)的平衡是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。處理多學(xué)科協(xié)同時(shí)，溝通是非常必要的，但往往需要大量反復(fù)互相試探的溝通成本，也極耗費(fèi)工程師精力。因此引入快速的多學(xué)科同步迭代技術(shù)對(duì)概念開(kāi)發(fā)也是非常有益的，在模型和分析工況與指標(biāo)上可適當(dāng)精簡(jiǎn)，達(dá)到快速響應(yīng)的目的。SFE參數(shù)化模型在多種常見(jiàn)工程求解器間可快速切換，基于此模型技術(shù)做相應(yīng)開(kāi)發(fā)可一定程度實(shí)現(xiàn)快速多學(xué)科同步計(jì)算與優(yōu)化。效率的提升，帶來(lái)的益處不僅僅是開(kāi)發(fā)成本的降低，也能更好實(shí)現(xiàn)學(xué)科之間的平衡，當(dāng)然這需要各學(xué)科專(zhuān)家與結(jié)構(gòu)優(yōu)化團(tuán)隊(duì)共同的努力。

圖6

總之，概念階段應(yīng)當(dāng)盡可能多的進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案研究，在項(xiàng)目早期輸入邊界區(qū)間內(nèi)探索可行的較優(yōu)解決方案，此時(shí)需要更快的模型響應(yīng)與更同步的多學(xué)科聯(lián)合優(yōu)化方法，概念開(kāi)發(fā)階段應(yīng)將快速多方案多目標(biāo)尋優(yōu)與各學(xué)科團(tuán)隊(duì)精細(xì)評(píng)估驗(yàn)證相結(jié)合，各取所長(zhǎng)開(kāi)發(fā)出更好的汽車(chē)產(chǎn)品。