如何实现闭环汽车工程及研发创新？

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2018年3月28-30日Siemens PLM Software大中华区汽车OEM领导力峰会在宁波成功举办。本次大会探讨了中国汽车制造业的发展现状及未来趋势，介绍了西门子如何帮助中国汽车的OBMs和OEMs通过建设数字化企业和优化创新过程来实现技术创新，并与全球和本地专家、客户分享西门子汽车行业最新解决方案和行业实践。

    在本次大会上，e-works记者采访了Siemens PLM Software测试业务副总裁Bruno Massa先生，就Simcenter平台在汽车工程及研发创新的技术发展和应用实践进行了交流，Bruno Massa先生分享了时下汽车产业所面临的研发挑战，指出了Simcenter更为注重仿真和试验的有机结合，详细阐述了如何运用Simcenter解决电动汽车的噪声难题，汽车供应商如何运用Simcenter实现创新。此外，Bruno Massa先生还向记者介绍了LMS SCADAS数据采集系统。

西门子工业软件测试业务副总裁Bruno Massa先生

    Bruno Massa先生是西门子工业软件NV测试系统事业部副总裁，目前负责带领团队开发和销售基于测试的NVH声学以及耐用性工程解决方案。其团队主要负责Simcenter–LMS Test.Lab软件和Simcenter-LMS SCADAS数据采集系统这两个解决方案。

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汽车产业发展面临新挑战

    汽车产业作为许多国家国民经济的支柱产业之一，在社会发展新趋势的推动下，在能源转换与智能网联的驱使下，汽车行业正在经历百年不遇的大变革，并催生了诸多新业态和新模式。例如以电动化、智能化、网联化、共享化为特征的快速推进，给汽车产业带来了新的技术变革浪潮，同时也使诸企业及行业面临着新的商机和挑战。

    首先，在节能减排方面，汽车产业需要面对电气化混合动力、小型化和轻量化的发展趋势所带来的研发挑战。

    随着很多国家开始注重改善环境问题，一时之间有关汽车节能减排的政策层出不穷。此后，各大车企也纷纷表示未来将停售燃油车、推出新型能源车。在谈到汽车产业在节能减排上的发展趋势时，Bruno先生指出：“现在国家推行节能减排，应该会推行一些电气化的发动机和小排量的发动机，以及一些轻量化的车型设计。同时，对于汽车行业而言，所面临新的挑战之一，就是针对节能减排方面的国家政策，提升相应的开发创新能力。”

    其次，在新的出行及交通方式上，汽车产业需要面对自动驾驶、出行即服务、连通性等发展趋势所带来的挑战。

    从国际智能交通发展来看，自动驾驶、出行即服务、连通性等话题是当前智能交通研究的热点。业内普遍认为，交通系统必须更加关注出行者本身，不能仅关注技术驱动或基础设施优化，而忽视人的角色、生活的需求和质量。对此，Bruno先生表示：“随着智慧交通概念的提出，后续西门子的产品会更加侧重于自动驾驶的研发以及出行服务，包括整个交通领域充分利用物联网、空间感知、云计算、移动互联网等技术，以应对车的功能性带来的更多挑战。”

    第三，市场全球化，使得汽车产业需要面对客户定制化、当地市场需求、有保障的使用寿命等诸多挑战。

    Bruno先生认为：“伴随着汽车行业市场全球化，也给汽车制造厂商带来了巨大的挑战。一方面表现为，汽车制造厂商不再把眼光局限于本国，而是希望能够更多地开拓国外市场。但是由于各个国家的法规不同，例如中国的汽车法规与欧洲、日本、美国的法规是不一样的，这就要求所设计的产品不仅要符合本国的法规，也要符合其他国家的法规。

    同时，另一方面，汽车制造厂商还需要满足一些用户的定制化需求。如今，不同的用户群对汽车有一定的定制化要求的情况日益增多。此外，人们逐渐开始重视汽车疲劳的问题。例如在美国，疲劳问题等同于汽车的可靠性问题，摆在第一位，那么，汽车研发人员就需要花费更大的精力在汽车疲劳问题的解决上。

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Simcenter更注重仿真和试验结合

    早在2016年，西门子就推出了全新仿真和测试解决方案套件Simcenter软件，用以帮助企业应对现代复杂产品所带来的工程挑战，汽车行业也不例外。Bruno先生强调：“Simcenter在市场上的定位，是为应对企业所面临的诸多挑战。Simcenter主要定位在产品创新以及效率提升上，通过数字化的工具或者数字化的思路，也可以概括为利用数字双胞胎的思想帮助客户提升产品的创新能力以及工作效率，这也是Simcenter目前所重点关注的问题。”

    在汽车技术不断向前发展的过程中，仿真和试验一直是相辅相成的关系。Bruno先生解释道：“今天，用户可能更希望用一些虚拟的模型，即尽可能用CAE工具取代试验，因为试验周期长，成本也比较高，运用CAE就会高效很多。现在西门子提出的策略是CAE与试验相结合的方法。这是考虑到CAE不能完全脱离试验，试验会起到一个闭环的验证作用，使CAE更高效、更准确的开发新车型，尤其在EV汽车（电动汽车）中会有更多的体现。”

    “Simcenter的产品理念是试验和仿真组合运用的闭环策略，提升客户工作效率的方法就是能够保证客户每一个重要的CAE环节都有相应的试验测试方案进行验证，进而保证CAE仿真分析的正确性。通过试验和仿真组合的方案来帮助客户避免冗余的仿真和试验工作，直接实现客户想要的效果。”Bruno先生进一步对仿真与试验的关系补充解释道。

    Simcenter允许用户把工程仿真流程从以验证为中心的设计方法变为一种更加有预测性的方法。这些方法以强大的软件和测试硬件解决方案为基础，真正为用户提供可实现的、最好的建模精度和最有效的部件及最终产品的预测。Simcenter能更好地帮助用户并保持竞争优势。

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Simcenter精确解决电动汽车的噪声难题

    随着设计环保汽车成为全球汽车制造商和供应商的重点，纯电动汽车行业蓬勃发展，这就会带来许多新的设计难题。例如发动机的噪声问题，传统汽车中发动机是一个重要的噪声来源，但从传统汽车过渡到电动汽车，由于缺少对发动机噪声的掩盖，使得路面噪声、风噪、胎噪、空调噪声、压缩机和汽车附件等噪声就突显出来，即纯电动汽车有着独特的NVH问题，目前Simcenter软件也将此作为一个重点研发方向。

    Bruno先生介绍道：“在国内，西门子最先是与比亚迪合作，帮助客户搭建了秦HEV车型的CAE仿真模型，同时也定制了针对HEV车型的试验计划。根据仿真与试验相结合的理念，我们与客户一起完成了CAE与试验的NVH目标设定、目标分解。最终，通过与西门子团队的密切合作，比亚迪研发推出了秦2015款HEV车型，这款车型在市场的表现非常好。”

    事实上，电动汽车的研发已经不再采用传统汽车的测试方式，仅仅以测试车内声音大小，或者振动的量级为主，而是更希望告诉客户，声音、振动到底是怎么产生和传递的。Simcenter纯电动车解决方案就是这样一个理念，围绕噪声来源——传递——接收点的方法，从来源到传递的路径，以及到响应点都会有相应的解决方案。例如噪音的来源是什么？是否有路径传播？是通过轮胎还是通过电机或者风传播？通过分析电动车的噪音是如何产生，从而为整车研发提供一个指导性方向。

    再如西门子与菲亚特合作的车身疲劳耐久性的案例，通过采用Simcenter的解决方案，结果与真实载荷工况相比，误差减少了8%~15%。这个案例能比较好地体现试验与仿真相结合的过程，首先在意大利的都灵试验场，我们完整地采集了一个汽车试验场路谱；然后运用Simcenter软件帮搭建了一个虚拟的整车模型。采集路谱有两个作用，第一，可以给虚拟的模型施加真实的载荷；第二，路谱也可以用来验证数字化模型。这个案例帮助客户缩短了整车开发周期，同时车的疲劳耐久性可以用数字模型比较精确的预测出来。”Bruno先生补充道。

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基于Simcenter，实现汽车行业创新

    汽车行业面临的新挑战，不仅给汽车整车制造商OEM带来了挑战，也给零部件的供应商带来了挑战。例如，新的纯电动车或者混合动力车的研发对配件的要求是不一样的。由于能源汽车相比传统汽车多出来一个电池冷却的需求，使得对空调噪声，水泵、油泵的噪声以及一些冷却系统的噪声的要求也不尽相同。此外，整车集成也是汽车供应商需要应对的挑战，Simcenter针对供应商也提出了相应的解决方案。

    Bruno先生将汽车供应商遇到的问题总结为两个方面：首先，与传统汽车配套不同，电动汽车的整个动力总成发生了改变，以前的零部件已经不再适用于新的车身；其次，一些供应商的水平还停留在台架试验上，实际上汽车零部件在台架上的表现并不能完全重现它在整车上的表现。这也涉及到了整车集成的问题，即主机厂与供应商提供的整车目标（零部件安装在整车上的表现目标）是否匹配的问题。

    借助Simcenter，帮助客户创建一个从虚拟试验到现场测试的统一框架，利用基于模型的测试系统，通过实时仿真，实现主机厂与供应商整车目标的准确匹配。“Simcenter提出的概念是一个半实物的仿真或者半实物的试验。在Simcenter中，可以直接打开仿真模型，把实测的试验数据直接输入到仿真模型。这等于在软件中搭建了一个试验和仿真的虚拟环境，试验数据是直接通过传感器和线输入，然后进行仿真模拟，这样可以大大缩短整个产品的研发周期，真正做到CAE和试验的有机结合。”Bruno先生进一步解释道。

    此外，Simcenter还可以助力数字双胞胎，通过把一个仿真与实物的模型相结合，进而融入到数字双胞胎中来提高效率。Bruno先生总结道：“Simcenter其实是一个大的平台，囊括了试验与仿真。不仅包含了全套的试验测试，也包含了流体、三维、动力学、声学、一维系统仿真等方面的仿真。同时，Simcenter中也有基于这些工具的工程咨询服务，所有这一切构成了目前的Simcenter平台。”

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LMS SCADAS数据采集，让仿真更高效

    SCADAS是Siemens PLM Software所推出的数据采集硬件，只有口袋大小，由12个普通的模拟采集通道加上GPS和CAN组成，是目前市面上最小，功能最全的一款前段数据采集硬件设备。因其便携式的特点，在Simcenter平台提供的解决方案中被广泛应用，通过将实物传感器和虚拟传感器中的数据采集出来，进行虚拟与现实的对比或用作参考。

    Bruno先生表示：“SCADAS数据采集的应用非常多，由于其便携性，基本上主机厂都会使用到。无论在试验室还是外场试验，使用笔记本电脑还是自动采集，都可以保证工作所需数据质量和格式可以一次完成。在Simcenter中，试验软件中可以直接调用CAE模型。”

    同时，SCADAS系统支持多种类型的传感器与信号调理功能，可将数字与模拟信号结合并涵盖广泛的物理类型，包括振动、力、应变、温度、CAN总线信号等。此外，LMS Test.Lab软件包与LMS SCADAS件数据采集系统可以实现无缝集成，让CAE和试验的管理、对比更方便、更高效。Bruno先生强调：“未来，实物会越来越少，在Simcenter的新版本中，试验的软件都可以打开仿真模型，这点在其他公司是看不到的。”

后记

    Simcenter与市场上其他平台相比，更为闭环。而闭环的系统驱动的产品开发不仅需要将设计分解为可分离的部件，还需要同时考虑部件之间预期的相互作用，进而从设计之初就能控制整体的系统行为。而Simcenter正是通过1D仿真、3D仿真、控制开发、设计探索、数据分析和物理测试之间进行强有力的协同，来实现闭环的汽车工程及研发创新。

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