MSC：仿真技術(shù)驅(qū)動(dòng)汽車設(shè)計(jì)
2016-2-22 來源：中國(guó)工業(yè)新聞網(wǎng) 作者：中國(guó)工業(yè)報(bào)記者 郭俐君
“中國(guó)已經(jīng)發(fā)展成為世界最大的汽車消費(fèi)市場(chǎng)之一，市場(chǎng)對(duì)于汽車的需求除了表現(xiàn)在激增的數(shù)字上，還表現(xiàn)在對(duì)車輛安全性、車型多樣化方面的渴求。”面對(duì)赴北美采訪的中國(guó)媒體，Me鄄chanicalSimulationCorporation(簡(jiǎn)稱MSC)的胡進(jìn)博士坦言，目前中國(guó)一些汽車制造商的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程僅能滿足市場(chǎng)需求的低層次要求，若想滿足更深層次的需求、充分挖掘自身潛力，依靠仿真技術(shù)是一個(gè)很有效率的途徑。
的確，在老牌汽車工業(yè)國(guó)，仿真已經(jīng)作為一種重要的科學(xué)工具來指導(dǎo)日常生產(chǎn)活動(dòng)。通過仿真模型，企業(yè)可以明晰，采用哪些方法可以獲得怎樣的效果，從而在不影響現(xiàn)實(shí)流程的情況下在虛擬環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和評(píng)估。而汽車行業(yè)使用仿真技術(shù)帶來的收益是顯而易見的。比如驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，提高現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低規(guī)劃新設(shè)備的投資，削減庫存縮短生產(chǎn)時(shí)間，優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)模，減少投資風(fēng)險(xiǎn)，最大程度使用生產(chǎn)資源，提升生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和時(shí)間安排等。
事實(shí)上，中國(guó)的汽車制造商也早已進(jìn)行了這方面的實(shí)踐，仿真不僅用來解決有關(guān)提高產(chǎn)能和自動(dòng)化程度的簡(jiǎn)單問題，而且更多地應(yīng)用于生產(chǎn)戰(zhàn)略的制定當(dāng)中，包括從焊裝到總裝過程中的生產(chǎn)序列調(diào)整等等。在諸多的仿真軟件中，MSC旗下的CarSim是一個(gè)口碑極佳的產(chǎn)品。
處處開花的CarSim
MSC成立于1996年，根源于國(guó)際著名的科研機(jī)構(gòu)UMTRI（密歇根大學(xué)交通運(yùn)輸研究所），主要?jiǎng)?chuàng)始人是國(guó)際知名的車輛動(dòng)力學(xué)專家ThomasD.Gillespie，MichaelSayers和SteveHann。
作為專業(yè)的汽車系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)公司，MSC的主要商業(yè)產(chǎn)品是CarSim、TruckSim、BikeSim，實(shí)時(shí)仿真車輛模型，駕駛模擬器等。其系列軟件被國(guó)際上眾多的汽車制造商、零部件供應(yīng)商所采用，已成為汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，享有很高的聲譽(yù)。在MSC出示的相關(guān)資料中，記者看到，GM，F(xiàn)ord，VOLVO，TOYOTA，HONDA，NISSAN，GMDAEWOO，MITSUBISHI，ISUZU，HYUNDAI，F(xiàn)I鄄AT，SUZUKI，SUBARU，BOSCH，AD鄄VIOS，AISIN，AAM，ArvinMeritor，Auto鄄liv，BRIDGESTONE，Calspan，cidaut，Continental，DAIHATSU，DANA，DEN鄄SO，
DLR，
DELPHI，
Firestone，GOODYEAR，HENDRICKSON，HINO，HITACHI，JTEKT，KEIHIN，KOMAISU，Mack，MAGNA，MICHELIN，MILLEN鄄WORKS，MITSUBISHIELECTRIC，NHT鄄SA，NISSANDIESEL，PACCAR，PIAG鄄GIO，QinetiQ，RAHALLETTERMANRACING，RICARDO，SAAB，SKF，STEWART&STEVENSON，TAKATA，Vis鄄teon，YAMAHA，YOKOHAMA，一汽技術(shù)中心，泛亞汽車技術(shù)有限公司，上海汽車研究院，吉利汽車研究院，柳州五菱汽車有限責(zé)任公司，佳通輪胎等都是Carsim系列軟件的主要客戶。
據(jù)胡進(jìn)介紹，MSC自主開發(fā)了多剛體動(dòng)力學(xué)軟件VehicleSim，VehicleSim由人工智能語言LISP編寫而成，它可以根據(jù)用戶輸入的簡(jiǎn)單系統(tǒng)定義，推導(dǎo)出復(fù)雜的多剛體機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型并生成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，因而被廣泛地應(yīng)用在汽車、機(jī)器人和衛(wèi)星等領(lǐng)域。正是利用Vehi鄄cleSim技術(shù)，MSC開發(fā)出CarSim、TruckSimMSC：仿真技術(shù)驅(qū)動(dòng)汽車設(shè)計(jì)和BikeSim。依托強(qiáng)大的技術(shù)隊(duì)伍，MSC還可以為用戶提供完整的解決方案。
具體來說，CarSim是專門針對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)的仿真軟件，CarSim模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的速度比實(shí)時(shí)快3~6倍，可以仿真車輛對(duì)駕駛員，路面及空氣動(dòng)力學(xué)輸入的響應(yīng)，主要用來預(yù)測(cè)和仿真汽車整車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、平順性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)的開發(fā)。此外，CarSim還可以方便靈活地定義試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)過程，詳細(xì)定義整車各系統(tǒng)的特性參數(shù)和特性文件；
助力智能駕駛和車輛主動(dòng)安全；對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手車輛進(jìn)行分析等。
胡進(jìn)表示，CarSim軟件適用于以下車型的建模仿真：轎車、輕型貨車、輕型多用途運(yùn)輸車及SUV?？煞治鲕囕v的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性及平順性；通過軟件如MATLAB，Excel等進(jìn)行繪圖和分析；以圖形曲線及三維動(dòng)畫形式觀察仿真的結(jié)果；包括圖形化數(shù)據(jù)管理界面，車輛模型求解器，繪圖工具，三維動(dòng)畫回放工具，功率譜分析模塊；程序穩(wěn)定可靠。
此外，CarSim軟件可以擴(kuò)展為CarSimRT，CarSimRT是實(shí)時(shí)車輛模型，提供與一些硬件實(shí)時(shí)系統(tǒng)的接口，可聯(lián)合進(jìn)行HIL仿真；先進(jìn)的事件處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況的仿真；友好的圖形用戶界面，可快速方便實(shí)現(xiàn)建模仿真；提供多種車型的建模數(shù)據(jù)庫；可實(shí)現(xiàn)用戶自定義變量的仿真結(jié)果輸出；可實(shí)現(xiàn)與simulink的相互調(diào)用；具有多種仿真工況的批運(yùn)行功能。
而中型到重型的卡車、客車和掛車動(dòng)力學(xué)特性的仿真和分析，則可以利用Trucksim軟件包來進(jìn)行。Trucksim與Carsim在操作上非常相近，但也有一些重要區(qū)別。與轎車相比，卡車和客車使用不同的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而且還會(huì)有雙輪胎，多軸的布置形式，并有多種的拖車－掛車組合形式。Trucksim有兩個(gè)大的類別，一種是剛性車體，另一種車架可扭轉(zhuǎn)，而且?guī)я{駛室懸置，每一個(gè)類別里都有12種基本的整車布置形式。如客戶需要，可以定制特殊的整車布置形式，且工作在Trucksim環(huán)境下。其提供的車型種類幾乎涵蓋了世界上的大部分卡車和客車。
技術(shù)應(yīng)用須持之以恒
“就目前市場(chǎng)情況而言，MSC無疑是讓人驕傲的。事實(shí)上，MSC的秘訣無它，只貴在堅(jiān)持二字。自公司成立以來，一直執(zhí)著于仿真技術(shù)，從未偏離既定軌道。”自1996年就供職于MSC的胡進(jìn)，對(duì)于MSC的成功有著很樸素的認(rèn)識(shí)。
為更有效地針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)，MSC公司在中國(guó)實(shí)行的是代理商制度，其惟一代理商為奧泰克汽車技術(shù)有限公司。奧泰克汽車技術(shù)有限公司由中國(guó)工程院院士、汽車行業(yè)專家郭孔輝教授領(lǐng)導(dǎo)，2006年在長(zhǎng)春成立，在上海、長(zhǎng)春有分支機(jī)構(gòu)。作為MSC的中國(guó)獨(dú)家合作伙伴，奧泰克提供專業(yè)整車車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件、HIL臺(tái)以及駕駛模擬器等，并依靠母公司孔輝科技的測(cè)試設(shè)備，為客戶提供車輛動(dòng)力學(xué)仿真所需參數(shù)。此外，奧泰克還與同濟(jì)大學(xué)、吉林大學(xué)建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系，致力于建立人才長(zhǎng)效培養(yǎng)機(jī)制。
胡進(jìn)認(rèn)為，通過近幾十年的建設(shè)與發(fā)展，中國(guó)對(duì)于汽車仿真系統(tǒng)已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。比如說，一些大學(xué)和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)成立了汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為我國(guó)汽車行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)、共性和前沿技術(shù)的主要研究基地和高層次人才培養(yǎng)基地，支撐了我國(guó)汽車行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)自主創(chuàng)新體系的建立與完善，并意味著中國(guó)在國(guó)際汽車工程科技領(lǐng)域形成了一定的學(xué)術(shù)影響力。
就國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)對(duì)仿真系統(tǒng)的使用狀況而言，胡進(jìn)表示，目前不少汽車企業(yè)都購買了相應(yīng)的仿真系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件；基本上主機(jī)廠都有相應(yīng)的工程師從事這項(xiàng)工作；一些廠家已經(jīng)有能力對(duì)車輛模型和實(shí)車對(duì)標(biāo)，精確度已經(jīng)證明可以滿足廠家的設(shè)計(jì)要求；通過建模可以更加深入地了解和掌握車輛的原理和特性，為設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性的幫助。
“但是，目前這些仿真技術(shù)還無法參與設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)節(jié)；經(jīng)驗(yàn)不足、時(shí)間緊，工程師無法用仿真技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)；國(guó)內(nèi)仿真技術(shù)供應(yīng)商殘差不齊，提供的產(chǎn)品和技術(shù)支持很差……”胡進(jìn)表示，以上情況都是中國(guó)企業(yè)在應(yīng)用仿真系統(tǒng)時(shí)遇到的難題。
由于工作關(guān)系，胡進(jìn)接觸了不少的中國(guó)主機(jī)廠。令他略感遺憾的是，在一些企業(yè)當(dāng)中，仿真技術(shù)的應(yīng)用往往是由工程技術(shù)人員來主導(dǎo)，一些企業(yè)決策者并沒有真正意識(shí)到仿真技術(shù)的重要意義。“這就存在一個(gè)問題，當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目執(zhí)行到一半時(shí)，由于相關(guān)技術(shù)人員的離職或者決策層的忽視，項(xiàng)目往往不了了之。這樣的情況我看得太多了，投了巨資，花了工夫，但由于人事變動(dòng)，一個(gè)項(xiàng)目就黃了，前面的投資也打水漂了。任何一個(gè)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，都需要一以貫之的堅(jiān)持，才能真正出成果，半途而廢最可惜。”對(duì)此，胡進(jìn)唏噓不已。
可喜的是，目前已經(jīng)有越來越多的中國(guó)汽車企業(yè)意識(shí)到仿真技術(shù)的意義。不僅僅是高端產(chǎn)品，甚至一些售價(jià)才幾萬的產(chǎn)品也積極借力仿真技術(shù)。“為了突破各個(gè)流程中的技術(shù)瓶頸，必須明確問題所在并采取適當(dāng)方法解決問題。如果使用仿真方法，我們可以在近乎現(xiàn)實(shí)的條件下對(duì)各個(gè)流程及其瓶頸進(jìn)行分析研究，事半功倍。這個(gè)觀念已經(jīng)被廣為認(rèn)可。”胡進(jìn)說。
另一個(gè)利好的消息是，2015年，國(guó)務(wù)院正式頒發(fā)“中國(guó)制造2025”行動(dòng)綱領(lǐng)，全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略中的五項(xiàng)重大工程，對(duì)中國(guó)工業(yè)企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新能力提出了極高的要求；“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略中十大重點(diǎn)領(lǐng)域，同樣需要研發(fā)創(chuàng)新能力作為支撐。可以說，研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略目標(biāo)的基礎(chǔ)，而仿真技術(shù)是驅(qū)動(dòng)企業(yè)創(chuàng)新的核心。
胡進(jìn)表示，作為仿真技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)，MSC將一如既往地致力于幫助中國(guó)企業(yè)構(gòu)建“基于仿真的研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)”，以縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低研發(fā)成本、提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量、提升產(chǎn)品研發(fā)效率，助力汽車企業(yè)從中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造轉(zhuǎn)型升級(jí)。
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