汽車行業(yè)是一個(gè)高速發(fā)展的行業(yè)，其競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。隨著新產(chǎn)品推出的速度越來(lái)越快， CAE在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越多，水平也在逐步提高。
CAE技術(shù)為汽車行業(yè)的高速發(fā)展提供具有中心價(jià)值地位的技術(shù)保障，可以為企業(yè)帶來(lái)巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。在汽車發(fā)展歷史上，至今還沒(méi)有什么技術(shù)能與CAE技術(shù)相比，為汽車企業(yè)帶來(lái)巨大的回報(bào)。
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，應(yīng)用 CAE 技術(shù)后，新車開(kāi)發(fā)期的費(fèi)用占開(kāi)發(fā)成本的比例從80%～90%下降到 8%～12%。例如：美國(guó)福特汽車公司2000年應(yīng)用CAE后，其新車型開(kāi)發(fā)周期從36個(gè)月降低到12～18個(gè)月；開(kāi)發(fā)后期設(shè)計(jì)修改率減少50%；原型車制造和試驗(yàn)成本減少50%；投資收益提高50%。
CAE應(yīng)用分類
籠統(tǒng)地講，汽車的每一個(gè)部件都可以做CAE分析，但主要包括以下3大關(guān)鍵部分：
1、整車
該部分的CAE通常要做運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真，以模擬如車輛行駛的平順性、舒適性和可通過(guò)性。這需要建立整車的虛擬樣機(jī)，以確定整車參數(shù)。通常要確定的主要整車參數(shù)有：行駛性、操縱穩(wěn)定性、振動(dòng)、噪聲和舒適性；輪胎、懸架的配備；車身的動(dòng)靜剛度、強(qiáng)度、壽命評(píng)價(jià)和車身固有頻率；駕駛室通風(fēng)、隔熱、噪聲；車身外流場(chǎng)特性、發(fā)動(dòng)機(jī)艙的氣流和熱交換；主動(dòng)安全性與被動(dòng)安全性水平等。
2、大總成或者大的子系統(tǒng)
汽車通常劃分為4大系統(tǒng)：車身、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子電器系統(tǒng)。整車分析確定的參數(shù)，分解到各個(gè)總成后，需要對(duì)各總成進(jìn)行CAE分析，以確定這些參數(shù)可以在各總成實(shí)現(xiàn)。
3、零部件和小總成
這部分主要是對(duì)零部件（子總成）做CAE分析，如車門、車門密封條、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、懸架、面板、曲軸活塞、進(jìn)排氣系統(tǒng)、輪胎、輪轂等，以確定它們的力學(xué)特性是否符合總體設(shè)計(jì)要求，或者優(yōu)化以進(jìn)一步改進(jìn)初始設(shè)計(jì)。
通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵部分的CAE仿真分析，可以在概念設(shè)計(jì)階段就把握好產(chǎn)品各個(gè)方面的性能，排除問(wèn)題。這對(duì)于汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)極為重要，因?yàn)閱?wèn)題發(fā)現(xiàn)越早，解決問(wèn)題的代價(jià)就越低。
國(guó)內(nèi)CAE的應(yīng)用現(xiàn)狀
CAE在中國(guó)汽車行業(yè)的應(yīng)用起步于20世紀(jì)80年代中期，歷經(jīng)十幾年的緩慢發(fā)展，到90年代后期開(kāi)始加速，目前已經(jīng)進(jìn)入飛速發(fā)展期。
中外合資的汽車以及零部件生產(chǎn)企業(yè)的CAE應(yīng)用水平普遍比較低，因?yàn)檫@些合資企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)權(quán)在國(guó)外，他們的CAE應(yīng)用一般停留在工藝更改后的驗(yàn)證層次，談不上汽車關(guān)鍵部件的CAE應(yīng)用。隨著外國(guó)汽車以及零部件公司逐步在中國(guó)建立研發(fā)中心，其CAE的應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高。
國(guó)有汽車企業(yè)的CAE應(yīng)用開(kāi)始較早，但是發(fā)展緩慢，CAE人才流失比較多，有的單位CAE仿真技術(shù)應(yīng)用20幾年來(lái)還停留在基本分析階段。民營(yíng)或者國(guó)內(nèi)股份企業(yè)因?yàn)闆](méi)有現(xiàn)成的產(chǎn)品可以生產(chǎn)，開(kāi)始是仿造，現(xiàn)在有的企業(yè)已經(jīng)擁有自己的設(shè)計(jì)能力，且CAE在關(guān)鍵部件的應(yīng)用水平還較高。
國(guó)內(nèi)一些自主品牌自主（半自主）開(kāi)發(fā)的車型，對(duì)CAE分析的需求和依賴性較強(qiáng)，部件、子系統(tǒng)、整車運(yùn)動(dòng)與安全都在進(jìn)行CAE分析。有的企業(yè)借助一些曾經(jīng)在國(guó)外大汽車公司工作的“海歸”帶回的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本企業(yè)CAE應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)始在著手建立自己的CAE應(yīng)用規(guī)范和仿真流程。
總體來(lái)講，中國(guó)的轎車企業(yè)CAE應(yīng)用水平相對(duì)高，卡車次之，客車企業(yè)屬于起步階段。
如何解決應(yīng)用難題
就汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)汽車廠家所用到的CAE軟件跟國(guó)外汽車廠家所用的基本一樣，那么，國(guó)內(nèi)汽車廠家普遍應(yīng)用水平不高的原因在哪里呢？
首先是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)CAE的功能還沒(méi)有能夠充分認(rèn)識(shí)。雖然現(xiàn)在汽車企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層普遍認(rèn)識(shí)到CAE的作用，但是對(duì)CAE應(yīng)用的難度沒(méi)有充分估計(jì)。不少企業(yè)認(rèn)為買回來(lái)CAE軟件就可以發(fā)揮立竿見(jiàn)影的作用，但事實(shí)上如果沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)豐富的CAE人員，很難立刻見(jiàn)到成效；再就是CAE人員的培養(yǎng)問(wèn)題，CAE分析專家既需要比較深厚的理論基礎(chǔ)，也要具有相應(yīng)行業(yè)的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，CAE分析人員的培養(yǎng)周期相對(duì)較長(zhǎng)；還有就是汽車企業(yè)通常缺乏自己的CAE分析標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范。
要解決好汽車行業(yè)CAE應(yīng)用的上述問(wèn)題，首先，汽車行業(yè)相關(guān)廠商的領(lǐng)導(dǎo)層要充分認(rèn)識(shí)CAE的作用和難度，特別是后者。軟件可以隨時(shí)購(gòu)買，但是使用CAE軟件的人才是企業(yè)從頭培養(yǎng)還是從相關(guān)行業(yè)引進(jìn)？如果是自己培養(yǎng)，那就要有長(zhǎng)期見(jiàn)效的心理準(zhǔn)備，而且要肯花錢培訓(xùn)CAE人員。當(dāng)然如果企業(yè)想盡快見(jiàn)到成效，可以引進(jìn)經(jīng)驗(yàn)豐富的CAE人才，采取引進(jìn)與自己培養(yǎng)相結(jié)合，這是一個(gè)較好的途徑。
有了CAE人員，企業(yè)還要努力建立自己的CAE分析標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國(guó)汽車CAE應(yīng)用中的最大問(wèn)題就在于我們的企業(yè)沒(méi)有自己的標(biāo)準(zhǔn)或者標(biāo)準(zhǔn)不完善，從而會(huì)導(dǎo)致這樣一種現(xiàn)象：就算做了CAE分析，也無(wú)法有效地評(píng)價(jià)分析結(jié)果。
所謂標(biāo)準(zhǔn)就是具體應(yīng)用有限元軟件進(jìn)行特定設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行分析時(shí)，如何簡(jiǎn)化CAD模型，如何定義載荷以及邊界條件；工況如何設(shè)置；進(jìn)行什么類型的分析，如：是結(jié)構(gòu)分析還是熱、流場(chǎng)分析，是否需要做熱－結(jié)構(gòu)耦合分析等，結(jié)構(gòu)分析是靜力還是動(dòng)力，有沒(méi)有非線性問(wèn)題等；分析完成如何評(píng)價(jià)結(jié)果，譬如：做轎車白車身模態(tài)分析，第一階模態(tài)頻率需要達(dá)到多少Hz才算合格呢？
標(biāo)準(zhǔn)的解決途徑有兩個(gè)：一是，自己通過(guò)試驗(yàn)和仿真相互校核，建立相關(guān)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；二是，利用相關(guān)行業(yè)已有的經(jīng)驗(yàn)來(lái)輔助建立自己的CAE分析標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，CAE分析標(biāo)準(zhǔn)的建立相當(dāng)不易，需要做大量的工作，并且要結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果。然而，這個(gè)過(guò)程是必須要走的。
針對(duì)汽車行業(yè)的全面解決方案
UGS公司作為全球領(lǐng)先的PLM廠商，有著40年的CAE軟件開(kāi)發(fā)與技術(shù)服務(wù)歷史，能夠?yàn)槠囆袠I(yè)提供全面的解決方案，包括CAE軟件模塊方案和技術(shù)服務(wù)方案。
NX NASTRAN（MCAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）針對(duì)汽車整車、零部件、子總成的強(qiáng)度剛度線性和非線性動(dòng)力、靜力分析。其新增加SOL101線性接觸功能，大大提高螺拴等連接部件的局部分析精度；全球領(lǐng)先的分布式并行計(jì)算能力，能夠高速度，高精確性地求解工程問(wèn)題。
NX MOTION模塊針對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真，集成于UG NX 環(huán)境中。該模塊內(nèi)嵌ADAMS和RecurDyn兩個(gè)世界知名多體求解器，使用非常方便，跟CAD軟件一體化。
NX Flow和NX Thermal針對(duì)車身外流場(chǎng)計(jì)算和發(fā)動(dòng)機(jī)（包括進(jìn)、排氣系統(tǒng)）熱分析、汽車電子電器系統(tǒng)冷卻分析，具有很高的性能價(jià)格比。NX Flow 提供一個(gè)整套的CFD能力用于高精度流體仿真，并完全集成在NX環(huán)境中，可以有效地仿真穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流體流動(dòng)問(wèn)題。
NX Thermal 提供廣泛的熱分析和傳熱分析仿真能力，完全集成在NX環(huán)境中，可提供完整的建模和求解復(fù)雜熱問(wèn)題的架構(gòu)。該產(chǎn)品可以有效地仿真穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱響應(yīng)問(wèn)題，可以處理各種熱相關(guān)和光熱相關(guān)材料特性，強(qiáng)大的熱耦合分析很好處理網(wǎng)格脫離的接觸傳熱，且提供高精度的熱輻射，使用半球技術(shù)計(jì)算視角因子。NX Flow和NX Thermal可以無(wú)縫耦合。
車身以及底盤等疲勞耐久性預(yù)測(cè)，DURABILITY模塊能夠進(jìn)行很好的計(jì)算，而且還可以集成其它知名疲勞分析軟件。
UGS CAE 的前后處理器采用先進(jìn)的虛擬拓?fù)渚W(wǎng)格生成技術(shù)，使得劃分出來(lái)的網(wǎng)格能夠100%滿足NASTRAN求解的要求，一鍵式的自動(dòng)批處理網(wǎng)格生成技術(shù)，把CAE分析人員從繁重網(wǎng)格劃分中解放出來(lái)，且支持多種CAE求解器。
（轉(zhuǎn)載）
