基于VPD的汽车行业整体解决方案

作者：MSC.Software中国咨询服务中心 金毅民

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 一、前言 随着中国加入WTO，汽车行业的竞争愈发激烈和日趋白热化。汽车业对缩短开发周期，减少开发费用的迫切要求；用户对更高质量、更好服务的期望；国家法规与世界的同步和接轨，等等。所有这些都对企业的开发设计手段和方法提出和构成了迫在眉睫、时不我待的变革要求和压力。 MSC.Software公司（简称：MSC公司）提出的VPD（虚拟产品开发）概念，就是对此提出的一揽子解决方案。其涵盖了从PDM到CAD/CAE/CAM/CAT的PLM（产品生命周期管理）的全过程，是达到时间、质量和成本这一既相互依存又相互制约的金三角完美平衡的行之有效的解决方案。 二、VPD的概念 VPD(Virtual Product Development)为虚拟产品开发的英文头三个字母的缩写，是MSC公司针对机械制造行业，尤其是汽车行业在产品开发、产品制造、供应链管理、协同开发、市场竞争和用户要求等的综合作用及对汽车生产、制造企业提出的更迫切和苛刻的要求下，所提出的切实可行的解决方案。见图一 当今汽车工业的关键词是创新。通过创新，建立品牌的差异化和竞争优势。VPD通过支持产品开发全过程，且考虑费用、时间和风险等方面来驱动产品创新。利用VPD的工具和咨询服务，可以使客户达到如下效果： 研究 用数字化样机研究所有汽车开发所应包括的性能 理解 用稳健性设计方法，进行设计灵敏度的分析与确定 协作 利用仿真数据管理（MSC.SimManager）使不同的设计和开发部门及供应商实现协同设计 持续改进 利用虚拟产品开发成熟度模型（VPDMM）持续改进和提升产品研发流程 当开发团队理解了决定关键性能的因素和设计约束和限制以后，他们就可以自由的进行产品研发的创新，提出新的设计方案。如此一来，我们一直强调的自主品牌，且具备国际竞争力的汽车研发将成为现实。而MSC公司的VPD所提供的工具和技术是使这种对关键决定因素的理解成为可能的，一条切实可行，且极具投资回报率的解决方案。 三、研究 VPD的基础是模拟现实，“现实”是汽车基于物理样机构建和试验的过程。而构建物理样机是在产品研发过程中减少时间和费用的显而易见的阻碍。和物理试验相比，虚拟试验可以更容易，更经常和更有效地实现。通过虚拟试验，可以克服研发流程的瓶颈，使产品的质量和创新得到改进和提升。 通过捕获和确定仿真流程，设计研究可以更有效的进行。仿真流程的捕获和确定的价值在于使更早期的、更经常的和可重复的应用模拟仿真成为可能。同时，内嵌了专家经验和可客户化、基于标准化及参数化的模板，使标准化的建模方法、分析流程和报告生成等都成为现实。一个MSC的客户曾经说过：“仿真分析要想真正解决设计所关心的问题，则确定的、可重复的、保持一致性的分析流程和建模方法是必备的前提条件。” 设计研究（性能分析）在研发创新中的另一体现是使设计部门和人员卷入仿真分析之中。MSC通过内嵌于CAD的SimDesigner这一产品线支持此需求。无论是只需要将一些基础级的模拟分析交由设计工程师来做，还是需要设计工程师或分析工程师在CAD系统中执行全方面的仿真分析，SimDesigner都可完全胜任。 通过使用VPD工具，可以更快、更好的做设计决定，但是如果需要验证整车性能结果，则数字化功能样机是需要的。MSC提供SimOffice这一软件工具，作为一个环境，利用此环境，工程师可以构建符合其设计的完整的数字化样机。基于行业标准的MSC.Nastran,MSC.Marc,MSC.Adams等SimOffice的构成组件，SimOffice的分析结果是可信的、和重复的且得到世界领先的汽车生产厂商的普遍信赖。 四、理解 您的产品设计的竞争优势在那里？当发生不可避免的生产和售后服务问题时，如何进行设计更改？什么特性使您的汽车平台具有差异性，且具有创新和一流的品质？所有这一切有赖于您对设计的深刻理解。通过VPD技术使您对设计的深刻理解成为可能。 就相对比较简单的设计而言，通过追踪测试结果且参考其工程直觉，工程师就可以研究和改善产品性能。但是，当一个产品设计的复杂性不断增长，相关的设计参数增加，要想快速全面地理解和确定其相互之间的影响将是非常困难的。一次只考虑一个设计参数的变化，不足以正确的理解多参数间的相互作用与影响，且很容易得出错误的结论。复合考虑多参数变化将需要大量的单独的仿真分析。而这将使工程师面对剪不断、理还乱的结果数据的海洋，对其进行理解和判断就算是可以实现，也必将是耗费大量时间、精力和脑力的事情。试验设计，或叫设计试验（DOE），提供了一种方法和工具，可以有效地计划和运行一系列系统级的设计测试，并分析其结果。就传统而言，此方法已被应用于物理试验，但在VPD环境下，通过计算机模拟也可以运行的很好。一个设计得良好的测试应该具有尽可能少的运行次数，同时应包含足够多的信息以足够精确地表征系统的行为。最好的设计依赖于因子的数目和级别，因子的种类，关于产品和流程的假定和测试的整体目标。 另外，在理解和研究整车适撞性、NVH等性能时，随机性的影响也必须加以考虑。这些方法有效地评估设计、生产和使用的不确定因素，有助于决定在哪方面着手可以改进质量，完善设计，或确定需要一些什么额外的物理试验。 五、协同 今天，产品开发团队经常需要跨公司和跨国家来进行产品研发。企业级的协同，包括供应链的集成，是现在产品研发的一个必要的组成部分。 企业如果能够自动化其虚拟产品开发流程和仿真数据管理，同时，所有数据、仿真模型、虚拟试验和报告都可从供应商那里定期（比如说以周为单位）获得并与总装厂实现协同设计开发和仿真分析。这样，管理层就可以清楚的看到哪些设计目标达到了，哪些目标没有达到，如何进行设计更改和设计改进。或者基于上一次构建的仿真模型和结果，来评判是否有性能下降存在。另外，供应商也可以知道他们的子系统与总体设计的符合度。每一个人通过定期的虚拟样机构建来协同有效的工作。 这样的情境可以通过MSC公司的企业级仿真协作解决方案——MSC.SimManager变为现实。MSC.SimManager是一个基于网络门户的，集成技术和数据，包括数据，进行流程和数据管理的系统平台。MSC.SimManager的基础构架包括一些必备的能力，例如与产品数据管理相关的进入、修改控制、签署和通知等；同时，还包括对仿真流程的捕获，和自动化模板的建立和访问。来自于SimOffice应用的模型、数据和测试相关的数据收集和流程执行等。这将使用户不断拓展其设计研究领域，修改数据，创造用于流程自动化的新模板。例如宝马（BMW）公司已经使用MSC.SimManager系统进行TGB级的仿真数据管理和流程管理，且产生了非常明显的效果和效益。MSC.SimManager的主要功能如图二所示。 六、改进 定义一个制造厂商的技术路线图时，能否创造一个成功的产品研发环境是其本质和要点之所在。技术、人员、流程和数据此四个组成部分的交互作用是影响成功的关键因素。MSC公司使用的虚拟产品开发成熟度模型（VPDMM）可以帮助公司确定其当前环境的基准和在其整个企业有效的应用VPD的差距之所在和改进路线及优先级。 例如，MSC公司最近就近300个汽车团体进行了VPDMM的评估，对使用虚拟样机作为整体风险控制管理战略的要求和对考虑使用中的不确定性及生产加工过程中的变量等随机变量的模拟分析这两方面的问题，已经成为亟待解决的、列为前端的工程问题。MSC公司的VPDMM数据库可以帮助制造企业将其当前应用水平与业界产品研发流程的平均水平（或最佳水平）进行比较，开展“标杆”研究。最近，每一个成功的企业都开始应用仿真技术精确地就它们所存在的问题进行问题诊断。一旦经验被捕获，就可以通过仿真执行一个标准化的测试流程。下一步就是获得足够的经验和信心，使用仿真分析作为设计冻结的依据。当达到此级别后，则具备了一个有关模型构建、数据管理定义的流程，接着，则可以考虑准备应用虚拟产品开发做目标分解。最终，如果能做到VPD流程可以优化时，则可以在整个产品定义各阶段，且覆盖供应商的范围内很好的应用VPD。同时，把“企业级”这个定义加以扩展，包括一个公司的海外分支机构、供应链，甚至客户，相互之间的协同和沟通，通过VPD成熟度的提升可以做得更好。现在，VPDMM正在成为评估和衡量应用VPD成功程度的一个可接受、可操作的标准。 七、MSC.Software如何制定和实施汽车解决方案 MSC基于VPD的汽车行业的整体解决方案涵盖软件工具和专业咨询服务两大方面的内容。 为了让软件工具可以配合VPD在企业研发全过程得到更好的应用，MSC整合并对原有的产品线进行创新，通过Masterkey这一创新性的License模式，向汽车企业提供：、与CAD软件无缝集成、专为设计人员使用的软件产品——MSC.SimDesiger；供分析人员使用、集成了MSC核心产品的MSC.Simoffice,包括：MSC.Nastran, MSC.Marc, MSC.Adams, MSC.Patran, MSC.Fatigue, MSC.Sofy，MSC.Easy5, MSC.Dytran等等；用于构建CAX平台系统，进行仿真数据管理、仿真流程管理，并且可以和PDM系统及TDM系统集成，用于形成汽车产品研发工程知识库的MSC.SimManager。最重要的是，通过Masterkey应用和释放Token数的方式，使企业一次性可以购买到几乎MSC的全线产品，且通过灵活使用和释放Token数，使客户的投资回报率最大化。详见图三所示。 MSC深刻理解国内汽车行业的需求，在提供基于VPD的产品的同时，凭借在汽车行业数十年和国外各大汽车厂商和研究机构的通力合作所积累的丰富经验和人力资源，为国内客户提供专业的工程咨询服务。因为MSC深信，只有软件工具是不够的，只有专业的，行业标准的软件工具也是不够的。必须复合行业标准的软件工具及专业的工程咨询服务才是快速提升客户应用和解决实际工程问题，达到研发创新的必由之路。MSC提供的咨询服务内容见图四所示。 (end)

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