隨著西門子工業(yè)軟件的Simcenter（這里主要是指Amesim，Analyst，Architect和Studio等，本文不涉及3D，CFD或Test的內(nèi)容）平臺(tái)被越來(lái)越多的汽車OEM客戶應(yīng)用到日常的車型開發(fā)工作中，近些年一些更深層次的需求也從OEM客戶的研發(fā)工作中提煉出來(lái)。

作為使用Simcenter最為頻繁的部門，諸如整車集成部門，動(dòng)力總成部門，熱管理部門，以及空調(diào)部門，這些部門的日常仿真及分析結(jié)果經(jīng)常需要和不同的專業(yè)組以及負(fù)責(zé)車型項(xiàng)目的同事討論交流，內(nèi)容涉及油耗電耗、低溫性能、多屬性平衡等關(guān)注點(diǎn)。

但每個(gè)團(tuán)隊(duì)的人力物力資源有限，面對(duì)眾多在研車型的前期仿真分析，如果還是依靠傳統(tǒng)的開發(fā)方式：比如從零開始收集車型信息，根據(jù)動(dòng)力架構(gòu)構(gòu)建模型，設(shè)定參數(shù)和工況，運(yùn)行仿真后給出初步結(jié)果；這種方式對(duì)于有同時(shí)多個(gè)車型或架構(gòu)的仿真任務(wù)的部門來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不能滿足需求了。

因此，這里提出基于Analyst的整車仿真平臺(tái)，將模型開發(fā)人員和模型使用人員的角色剝離開，通過(guò)對(duì)不同OEM客戶的實(shí)際分析需求（比如動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)型，熱管理，低溫續(xù)航，低頻NVH等）定制化開發(fā)的快速建模及仿真平臺(tái)，可以讓系統(tǒng)仿真的CAE工程師專注在模型開發(fā)領(lǐng)域，而大量的部門外部需求，比如來(lái)自其它專業(yè)組的同事或者車型項(xiàng)目的同事，可以通過(guò)此定制化的平臺(tái)快速建模、分析并得出初步結(jié)論。以此可以快速響應(yīng)不同的仿真需求

方案的出發(fā)點(diǎn)

無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，擁有大型研發(fā)團(tuán)隊(duì)的OEM或Tier-1供應(yīng)商，在數(shù)字模型開發(fā)的過(guò)程中，都會(huì)面臨如下幾個(gè)方面的挑戰(zhàn)（見圖表 1），比如：

圖表 1 – 目前系統(tǒng)仿真模型開發(fā)和使用所面臨的一些實(shí)際挑戰(zhàn)

→ 模型的參數(shù)是否是最新的，和當(dāng)前樣車一致，哪些模型的結(jié)果是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)的？

→ 不同專業(yè)組關(guān)注不同的車輛性能及屬性，一個(gè)或幾個(gè)模型滿足不了所有兄弟部門的需求

→ 企業(yè)內(nèi)部不同工具或開發(fā)平臺(tái)的模型共用性問題

→ 對(duì)于需求最迫切的模型使用者來(lái)說(shuō)，比如項(xiàng)目工程師，迫于模型開發(fā)的較高門檻或車型項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，而無(wú)法快速獲得想要的分析結(jié)果

。。。

通過(guò)對(duì)上述問題或者說(shuō)需求的歸納和分析，可以看出主要矛盾點(diǎn)就是集中在模型的開發(fā)需要專業(yè)人員或工具，模型數(shù)量版本及涉及的參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)大量龐雜，而且只會(huì)越來(lái)越多。不同部門的工具和模型不同，之間交流存在障礙需要打通。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是下方圖表 2中所展示的：我們希望仿真模型可以通過(guò)某種降低門檻的方式更廣泛地用在研發(fā)的每個(gè)部門及每個(gè)環(huán)節(jié)，這樣做可以讓模型開發(fā)人員專注在車輛模型或子系統(tǒng)的細(xì)節(jié)；而有仿真需求的項(xiàng)目工程師可以不必花時(shí)間學(xué)習(xí)模型開發(fā)的專業(yè)技能而是直接使用模型，進(jìn)行配置和選擇后，快速獲取結(jié)果。

圖表 2 – 系統(tǒng)仿真工作流程化后的收益

同時(shí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的開發(fā)流程，可以讓模型復(fù)用在任何新車型或新構(gòu)型中；即便是不同平臺(tái)的模型（比如Simulink的控制模型），也可以通過(guò)提前定義好接口模塊而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)模型的開發(fā)和驗(yàn)證。

除此之外，平臺(tái)化的車輛模型開發(fā)可以更好地管理所有車型的：不同階段即不同版本的模型，對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，運(yùn)行的工況，和其它模型共仿真的結(jié)果以及對(duì)應(yīng)的整車或臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)等等。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)并解決實(shí)際客戶問題，利用Simcenter Analyst以及Amesim等工具作為開發(fā)平臺(tái)，由SISW的工程服務(wù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行定制化開發(fā)，即可完全響應(yīng)OEM客戶在日常仿真建模及模型管理方面的各種需求。

方案的實(shí)施

如果從整體的開發(fā)工作角度來(lái)看，如圖表 3所示，在從零開始的設(shè)計(jì)工作中，先是要確定車輛的架構(gòu)。無(wú)論是對(duì)于已有的架構(gòu)優(yōu)化，還是全新設(shè)計(jì)開發(fā)的新型架構(gòu)，都可以通過(guò)Studio和Architect來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖表 3 – 系統(tǒng)仿真解決方案

接下來(lái)通過(guò)專業(yè)領(lǐng)域的建模分析工具來(lái)完成元部件/子系統(tǒng)/整車的模型開發(fā)工作，比如Amesim，F(xiàn)lomaster或SLK等。

最后就是模型的使用階段，這一階段也就是我們需要基于Analyst做定制化開發(fā)，根據(jù)客戶需求來(lái)完成平臺(tái)的搭建。

談到具體的開發(fā)工作，至少涉及到圖表 4所示的諸多方面，比如某種子系統(tǒng)或元部件的模型參數(shù)如何檢索及發(fā)布；不同車型或架構(gòu)下提供具體幾種參數(shù)組合的選擇，可以仿真計(jì)算哪些車輛屬性；每個(gè)屬性涉及到哪些國(guó)標(biāo)工況和企業(yè)內(nèi)部工況…

圖表 4 – 平臺(tái)部署中需要考慮的輸入

而且，所有車企的研發(fā)部門都是具備多種工具鏈來(lái)支持日常開發(fā)工作，需要有效協(xié)調(diào)利用非西門子工具開發(fā)出的模型來(lái)支持平臺(tái)的建模仿真分析工作；另外對(duì)于企業(yè)內(nèi)部已有的一些前后處理腳本，比如Matlab的或者Python的也需要繼承，不要重復(fù)開發(fā)浪費(fèi)資源。

最終呈現(xiàn)出的基于Analyst開發(fā)的平臺(tái)架構(gòu)如圖表 5所示，其中底層為模型開發(fā)工作中前兩個(gè)階段完成的輸出物，即架構(gòu)和子模型（也包括已有的腳本）。這些工作物是系統(tǒng)架構(gòu)工程師和模型開發(fā)工程師所負(fù)責(zé)的。而上層就是基于Analyst搭建的使用平臺(tái)。

圖表 5 – 車輛模型開發(fā)平臺(tái)的架構(gòu)示意圖

在上層平臺(tái)中，可以根據(jù)不同車型項(xiàng)目或者架構(gòu)類型組合出所需要的虛擬車輛模型，并且可以從屬性/工況庫(kù)中設(shè)定需要計(jì)算的指標(biāo)，以及對(duì)應(yīng)的車輛即子系統(tǒng)的參數(shù)配置。

從這個(gè)示意圖中，可以很明顯地看出模型的開發(fā)及架構(gòu)是作為底層的基礎(chǔ)工作，上層的模型使用者是無(wú)需了解或接觸底層的內(nèi)容。對(duì)于使用者開放出來(lái)的工況選擇，車型項(xiàng)目，車輛模型以及參數(shù)配置這些是可以滿足其不同仿真分析需求。

Analyst具體呈現(xiàn)出的界面根據(jù)客戶定制要求的不同而不同，這里就不具體展示了。

方案的收益

如果按照前面介紹的內(nèi)容完成了平臺(tái)的定制化開發(fā)，那么模型的使用者可以僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的幾個(gè)步驟，比如模型選取，參數(shù)組選擇，工況和屬性選擇就能快速出結(jié)果進(jìn)行分析。

如果是同樣類型或構(gòu)型的車型，只不過(guò)有了新的單品數(shù)據(jù)或者設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)抑或是新一版的控制策略或標(biāo)定參數(shù)，那么也可以快速地通過(guò)模板模型內(nèi)容的要求填入到系統(tǒng)中，來(lái)比較兩版不同參數(shù)設(shè)定下，模型的結(jié)果有何差異。

從圖表 6中我們可以看出通過(guò)預(yù)先定義好的工況以及車輛模型配置的選擇，生成大量的組合仿真結(jié)果，用來(lái)評(píng)估不同車輛屬性KPI的優(yōu)劣。當(dāng)然，能夠?qū)崿F(xiàn)此目的的前提是架構(gòu)工程師提前規(guī)劃好不同的構(gòu)型，以及需要分析的屬性都包含哪些，并且不同的子系統(tǒng)及元部件需要詳細(xì)到什么程度，如果分級(jí)等；同時(shí)還需要有模型開發(fā)工程師根據(jù)架構(gòu)的要求，把每個(gè)單獨(dú)元件需要表征的物理現(xiàn)象按不同詳細(xì)程度的需求進(jìn)行合理實(shí)現(xiàn)，定義好接口，確保模型使用者可以按需實(shí)現(xiàn)不同組合；尤其是像有些車輛相關(guān)的屬性或指標(biāo)是有互相矛盾的，那么如何能夠較準(zhǔn)確地用虛擬模型預(yù)估或預(yù)測(cè)，就要看模型開發(fā)工程師的功力了。

圖表 6 – 模型使用者可以快速獲取分析結(jié)果 – KPI

在圖表 7中展示的更具體的一種使用場(chǎng)景：比如對(duì)于某種混動(dòng)構(gòu)型，在工況方面需要考慮最基本的車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的要求選擇了五種不同的工況；另外，對(duì)于整車靜載荷以及電池容量分別又有幾種不同組合。這類仿真分析可以很容易地通過(guò)平臺(tái)已經(jīng)做好的模型庫(kù)以及參數(shù)及工況設(shè)定功能來(lái)實(shí)現(xiàn)批處理，并且最終的指標(biāo)結(jié)果可以通過(guò)直觀的雷達(dá)圖來(lái)呈現(xiàn)。

圖表 7 – 模型使用者可以快速獲取分析結(jié)果 – spider chart

如果只是這種單一的需求，對(duì)于模型開發(fā)人員來(lái)說(shuō)很容易實(shí)現(xiàn)；但當(dāng)整個(gè)部門或整個(gè)研發(fā)技術(shù)中心都需要快速仿真評(píng)估不同車型構(gòu)型的屬性計(jì)算結(jié)果，可以想象這就不是一兩個(gè)人可以隨時(shí)響應(yīng)的，而且也不是所有屬性的分析模型開發(fā)人員都有相應(yīng)的專業(yè)背景。

總結(jié)

行業(yè)越來(lái)越內(nèi)卷的大潮下，速度依然是王道。既然不是所有的人都能用模型，會(huì)用模型，或者想用模型；那就開發(fā)出便捷易用的整車模型仿真分析平臺(tái)，不用深入到細(xì)節(jié)，而是相關(guān)的人員可以直接拿來(lái)用就能達(dá)到目的即可。但畢竟是定制化開發(fā)的平臺(tái)，需要工程服務(wù)的有經(jīng)驗(yàn)的工程師和客戶事先多輪溝通，收集好需要考慮的車型架構(gòu)，車輛屬性，元部件特性，接口信息，試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，才能系統(tǒng)地準(zhǔn)確地搭建好這個(gè)平臺(tái)，同時(shí)還應(yīng)該考慮未來(lái)的基本可擴(kuò)展性：比如模型或數(shù)據(jù)的保密等級(jí)以及分享時(shí)的安全性，后處理方式的可拓展性，自動(dòng)生成報(bào)告模板的可編輯性等。

總之，隨著主機(jī)廠的研發(fā)工作逐漸地?cái)?shù)字化虛擬化，基于模型的開發(fā)方式已經(jīng)幾乎被所有行業(yè)內(nèi)客戶所認(rèn)可，那么如何高效便捷地最大化利用起這些模型也許就是每個(gè)OEM客戶的整車性能或系統(tǒng)仿真專業(yè)組下一步需要考慮的重點(diǎn)。