实现仿真流程自动化，简化汽车设计工作流程

汽车行业寻求创新

几十年前，大型汽车制造商选择在内部制造每个零部件。如今，全球有数百家公司参与到汽车生产，无论原始设备制造商 (OEM) 在哪个国家/地区。多年来，这些公司都找到了自己的工程自动化之路。

全球销售额第二大的汽车零部件和系统供应商电装 (DENSO) 也不例外。它成立于 1949 年，是丰田集团旗下的公司，现已成为几乎所有领先 OEM 的独立汽车零部件供应商。它的业务还触及其他市场，包括家用供暖设备和工业机器人。它是《财富》全球 500 强企业之一，在全球拥有 200 多家合并子公司。它是许多全球大型汽车品牌值得信赖的供应链合作伙伴。电装还与其汽车合作伙伴密切合作，开展电动汽车和混合动力汽车的研发 (R&D) 工作。

带有颜色编码的 CAD 几何体。

仿真瓶颈

当今的一个主要挑战是提高汽车零部件设计和仿真的生产力。甚至在软件解决方案兴起之前，设计师就专注于几何体，然后求助分析师来测试和验证性能。然而，仿真团队的规模一直比设计团队小得多，这在开发过程中造成了瓶颈。

近年来，计算能力和软件的进步使得简化流程成为可能。大多数分析软件都能在数小时而不是数天内解决复杂的分析问题。但是，设计和仿真团队之间的信息来回交换问题仍然存在。一种常见的情况是，分析师对模型的某些方面进行澄清，或要求设计师修改形状以达到更好的效果。上述瓶颈意味着每个周期可能持续数天或数周，具体取决于零部件或产品的复杂程度。

电装项目助理经理近藤雄一 (Yuichi Kondo) 表示：“我们在产品设计中遇到了 CAE 交货时间长的问题，沟通需要花费大量时间。”近藤指的是设计团队和计算机辅助工程 (CAE) 团队之间的来回信息交换，以创建初始分析请求，将数据传输到 CAE 系统，响应多个查询，创建和运行仿真模型，生成分析报告并修改设计。通常，在团队最终确定解决方案前，会进行多轮设计和测试，在 CAD 和 CAE 格式之间来回进行多次转换。这是许多公司多年来一直在忍受的一个重大工作流程瓶颈。

如果设计团队能够尽早自行执行基本仿真，就可以为仿真团队腾出时间，使其专注于更复杂的分析。

寻求解决之道

电装一直是 Siemens Digital Industries Software 的长期合作伙伴，最初使用 NX™ 软件进行设计和制造，使用 Simcenter™ 软件进行仿真。NX 和 Simcenter 是 Siemens Xcelerator 这一软件、硬件和服务业务平台的一部分。

电装使用 NX 模块来支持产品开发（从概念设计到制造）的各个方面，这是一个集成式工具集，可用于协调各学科并保持设计意图。电装还使用 Simcenter 3D 进行仿真，这是一种全面的、完全集成的多学科仿真解决方案。Simcenter 3D 与 NX 共用一个平台。

借助西门子工具，电装看到了一个机会：可以简化设计和工程分析之间的传统工作流程，将各个学科统一起来。这一点在零部件设计和分析方面尤为明显，因为在这些方面，经常需要用到仿真流程。电装的目标是通过新的工作流程减少或消除迭代。

集成式平台方法

由于 Simcenter 3D 和 NX 共用一个平台，因此几何体可以在 CAD 与 CAE 环境之间来回传输。仿真模型与设计几何体相关联，因此可以轻松使用对上游设计几何体所做的更改来更新仿真模型。主要零部件和 CAE 模型之间的这种连接性为电装在零部件翻译、团队之间的沟通以及这些迭代生成的所有必要文档方面节省了大量时间。

改进了工作流程之后，电装现在正迈向新的创新水平。该公司正在开发 NX CAD 与 Simcenter 3D 集成流程。
分析师了解仿真流程，这些流程对于某些类型的零部件是可重复的。仿真团队捕获建模和流程最佳实践，并将其打包到仿真模板中，供使用 NX 的设计师使用。
这些模板要求设计师先提供一些输入，然后模板才能生成 CAE 数据。

与过去一样，设计师首先在 NX 中创建模型。但是，设计师需要对模型的一些关键几何特征进行颜色编码，例如可能存在狭窄倒圆或模型将具有固定约束的位置。当设计师准备好分析零部件性能时，他/她会应用有限元法 (FEM) 模板，该模板会根据内置的一系列规则自动创建有限元 (FE ) 网格。
这是由几何特征的颜色编码控制的，以确保网格的质量良好。

完整的仿真模型，载荷和边界条件由仿真模板定义。

接下来，设计师应用仿真模板，该模板还使用几何特征的颜色编码来设置适当的边界条件和所需的仿真参数。

然后，设计师只需运行仿真模型即可查看结果。根据结果，设计师可能会做一些几何体更改，以减少应力或改善其他方面的性能，然后快速重新运行仿真模板和分析，以确认结果。由于模型已经进行了颜色编码，设计师无需执行任何其他工作，因此后续的分析迭代速度更快。

近藤表示：“这是 NX CAD 与 Simcenter 3D 集成流程的一个主要优势。”颜色编码信息是建模特征历史记录的一部分，允许设计师在进行设计工作时选择禁止显示它。当设计师准备好运行仿真时，他/她可以撤销颜色编码特征的禁止显示。近藤继续说道：“这样一来，设计师就很容易理解和重复使用颜色代码信息了。”

根据颜色编码规则从 FEM 模板创建的 FE 网格。

扩展集成流程

Simcenter 3D 与 NX 集成流程也可以应用于装配体。早期测试涉及装配体中的 30 多个零部件。目标是准备模型并执行线性静力分析。由于装配体的每个零部件都具有颜色编码的几何特征，因此其总数可能相当大。尽管几何模型很大，但仿真模板仍能根据颜色编码准确设置整个装配体的网格、边界条件和参数。这为使用模板提供了规模优势。

总体而言，电装发现使用半自动模板系统指导设计师准备基本仿真和分析模型具有显著优势。设计师只需设置一次颜色编码，就可以根据需要进行多次仿真。用颜色编码的部分是过去分析师在创建仿真模型时需要手动编辑某些设置的区域。现在，所有这些细节都由模板捕获并自动执行，与原始流程相比，模型中颜色编码的数量越多，代表该模型可能节省更多时间。近藤指出：“颜色设置的数量越多，减少的工时就越多。”

电装估计，通过使用集成流程，平均分析时间缩短了 80%。减少部门之间的文件共享和其他通信意味着减少人为错误。该公司还注意到，集成流程可以提高质量，因为设计问题可以更早地发现，并且可以在项目推进之前得到纠正。

近藤说道：“通过使用 NX CAD 与 Simcenter 3D 集成流程和 CAE 模板，我们将 CAE 分析时间减少了 80%。”

展望仿真数据管理

展望未来，电装正在努力将集成流程的使用扩展到数据和生命周期管理中。电装使用 Teamcenter® 软件进行所有设计数据管理，该软件也是 Siemens Xcelerator 业务平台的一部分。在采用集成流程之前，主模型存储在 Teamcenter 中，但分析师使用单独的存储和管理系统在 Teamcenter 之外进行工作。在这个系统中，仿真内部的 CAD 数据和仿真数据本身没有被跟踪。

近藤继续说道：“这个过程有两个主要问题，从 Teamcenter 导出和导入 CAD 数据既费时又费力。”分析师需要确保他们使用正确的几何文件进行仿真。需要手动跟踪与 CAD 变体相关的数据。如果团队成员发生变化，通常需要重新开始创建新的仿真模型。

近藤说道：“由于数据由各个分析师管理，新用户无法找到其他分析师创建的现有 CAE 数据。因此，每次发生工程更改时，新分析师必须创建新的 CAE 数据。”

新建议的工作流程是将所有不同的数据版本（仿真数据文件和相关模板）保存到 Teamcenter 中。这样就无需在每次进行分析时导出和导入 CAD 数据。

使用 Teamcenter 还有一个额外的好处。模型数据可以 JT™ 数据格式查看，该格式专为快速查看而设计，无需主机软件（NX 或 Simcenter 3D）。JT 文件与它们所代表的原始数据文件相比很小，有时甚至只有原来的 1/50。这样，不经常使用 NX 或 Simcenter 3D 的团队成员也能快速完成设计审查。

电装将继续推广 NX 与 Simcenter 3D 集成流程，以及该工作流程的 Teamcenter 扩展。预计将继续缩短工时和提高质量，这在早期采用该流程的地点已经实现。