數字工具不僅可以幫助汽車工程師開發更加輕質的結構，還可以減少制造中的缺陷；現在，數字工具的應用還在不斷朝工程設計的上游拓展。
雖然目前全球汽車銷量正在反彈中，但是高油價和法規政策方面的措施依然讓汽車工程師面臨前所未有的壓力，迫使他們不得不重新思考基礎動力系統的設計。其他一些發展趨勢比如更多智能汽車的開發，也意味著軟件和電子系統將得到大量應用。汽車現在已經變成移動的計算平臺了。在開發流程的最初階段就采用仿真工具，顯然可以幫助應付這種復雜度的提高。
提高汽車系統復雜性還有一個因素就是連接性。
Ricardo軟件開發全球總監David Higbie舉例說道：“內燃機并沒有被淘汰，但是現在要與很多系統相連。”
內燃機現在不單是一個簡單的零部件，而是包含電池、排放后處理系統、電機/發電機以及廢熱回收系統等在內的系統總成。這也是為什么Ricardo公司的IGNITE軟件仿真工具是一套針對整車的仿真系統。IGNITE采用模塊仿真的方式可以在開發的早期提供整車性能概覽。
開放源和優化
IGNITE還包含了Ricardo合作伙伴Red Cedar技術公司的優化技術。“你可以輸入大量的參數，然后針對各種輸出參數進行仿真，”Higbie表示。“將Red Cedar的技術嵌入到我們的軟件中，可以不必采用單獨的優化軟件進行同步仿真，避免了不同文件轉換和面對不同用戶界面的麻煩。”
IGNITE采用開放源Modelica編程語言，預置大量車輛零部件及系統模型，比如電池、發動機、變速器和車輪。其目的是為了讓用戶采用一些參數化模板通過一種相對靈活的方式來開發或導入他們自己的模型。“IGNITE模型庫，比如動力系模型庫，主要目的是提供車輛工廠仿真。用戶可以將這些模型與他們自己的控制實施工具（比如通過Simulink）相結合，用于控制系統設計及開發，”Higbie說道。IGNITE在出貨版本中開放源模型庫包含了1000多個基于Modelica語言的組件。
IGNITE仿真速度非常快，它可以快速地分析上百個，甚至上千個變化模型。“取決于硬件的水平，根據我們提供的優化能力，用戶可以在幾分鐘內運行上千次IGNITE仿真。”Higbie解釋道。這幫助釋放了一些隱藏的依賴關系和復雜的交互作用。“但是這也涉及到大量的數據，也帶來了新的挑戰——如何通過這些數據的分析來作出最后的判斷，”他說道，并指出Red Cedar公司可以幫助工程師來分析這些數據。
不過，他的觀點讓人聯想到汽車行業面臨的一個更大問題——龐大的數據是一方面，還有不斷提升的功能。仿真數據管理（SDM）系統發展至今已可以處理龐大的仿真數據組。當仿真數據與其他源整合時，還會遇到信息過載的問題。
產品復雜性管理
一些大的PLM公司比如Siemens PLM Software也在尋求系統復雜性的解決方案，真切地反映汽車開發流程。西門子公司2011年11月收購了LMS公司，將其基于Modelica語言的AMESim車輛模擬平臺添加到其NX、Technomatix和Teamcenter系列產品中。車輛設計小組通過AMESim平臺中簡單的工廠模型和高保真3D FE和CEF模擬可以驗證從燃油經濟性到制造的各個環節。成本也可以得到驗證。通過設計決策還可以來模擬車輛的人類工程學。“我們的工作涉及到汽車開發制造的各個方面，從設計和造型到車間的機加工，”Siemens PLM Software汽車戰略副總裁Kirk Gutmann說道。其目的是要創建一個完整的閉環性能工程平臺。
圖1 閉環性能工程平臺
為了應對復雜數據及流程管理方面的挑戰，Siemens PLM Software在不斷提升其Teamcenter管理工具的能力。Teamcenter是Siemens PLM Software的旗艦產品，它融合了西門子所有的技術。不過，即使有這樣一套工具，Siemens PLM Software發現，很多組織機構卻依然怠于實施全面的PLM解決方案，或沒有在其現有的PLM系統中采用最新技術。這些情況往往是出于企業對成本增加的顧慮，以及企業擔憂必須將標準的PLM技術根據自身需求進行定制以適應獨特的流程、數據結構及工作流程，由此帶來的業務中斷及其影響。
為了最大程度地減少業務中斷發生的可能，Siemens PLM Software于2013年9月份推出了最新的PLM實施催化劑產品Industry Catalyst Series。
“Catalyst可以加快PLM的實施，”Siemens PLM Software全球總裁兼首席執行官Chuck Grindstaff表示。每個Industry Catalyst Series產品由三個主要組件組成。第一個組件是一套數字指導方針和模板（行業最佳實踐方案）。第二個是部署加速器：根據具體行業的部署，有針對性地推薦一套完整的產品選擇、系統設計決策、配置程序以及最佳實踐。第三個是開放、可配置的行業解決方案組件：利用軟件組件，實施團隊可以輕易控制實施Siemens PLM Software系統的外觀和特性，無需定制化編程。
第一個針對汽車行業的催化劑產品是Functional Safety Catalyst。它可以幫助汽車制造商按照ISO26262規范對電氣工程系統開發流程實施管理，根據規范創建所有關鍵的工作產品。
圖2 3D Expreiences產品
可視化和決策
所有這些努力用Grindstaff的話來描述就是“為決策創建一種沉浸式虛擬現實”。他指出這種虛擬現實是通過最新的Teamcenter產品Active Workspace來實現的。“Workspace是在原可視化層基礎上的改進，”他解釋道。來自Teamcenter的信息不受設備類型的限制。Active Workspace基于HTML 5.0標準，可以運行在iPad、iPhone、安卓設備，或者臺式電腦上。因為內置了JT Viewer，因此元數據和詳細產品信息也可以呈現——所有都在簡化了的Teamcenter界面內顯示，復雜界面元素都被禁用。
達索公司一直以來也在努力提升軟件的易用性，主要體現在其3DExperience解決方案的優化上。3DExperience 基于V6平臺，提供一種單一的、整合的流程可視化方式。該解決方案包含了達索公司各個產品系列的功能，包括CAD、CAE和PDM，此外還包括定制化的用戶界面。用戶不用從單獨的應用程序中選擇功能，比如CATIA、ENOVIA、DELMIA或SIMULIA等。
2012年8月達索推出的“智能、安全及連接”產品便是這種面向行業3DExperience最早的解決方案之一。“智能、安全及連接”解決方案可以幫助公司更好地遵循ISO 26262和AUTOSAR規范。據達索北美和南美交通運輸總監Mike Lalande表示，這個概念的推出非常成功，尤其在歐洲。他透露目前采用該解決方案的客戶包括寶馬、愛信、TRW、博世、法雷奧、標致、博澤和捷豹路虎等公司。
最新的3DExperience解決方案是2013年5月推出的Target Zero Defect產品。該產品開發的目的是要在開發項目的最初階段將設計、工程和制造融合在一起。這涉及到整個公司的內部，以及所有合作伙伴和供應商。該產品包含了車輛的所有領域，包括底盤、動力總成、車身和內飾。其重點在于系統工程，為什么？“大約80%的汽車保修問題出現在零部件與系統組件之間的接口上，包括電子設備和軟件，”Lalande說道。
他對這種新的工作方式表現出了擔憂。“這是汽車工程師工作方式的轉變，”他解釋道。“工程師不能夠再以零件為中心，做一個物理原型， 比如車門或車輪，然后再進行測試，”他說道。“這些零件是要運行在系統中的，所以說他們應該具備以系統為中心的思維方式。”
圖3 蜘蛛圖的形式顯示重要屬性的匯總
指導與定制化
行業里有一些人并不重視預打包的解決方案。“打包好的解決方案可能是一種很有吸引力的方式，”PTC產品管理總監Christoph Braeuchle說道。“在實際應用中，這種方式對中小型企業很有效，但是對大型OEM或一級供應商來說，這種方式還不夠。”
他稱PTC扮演的角色是，通過其系統工程解決方案為用戶提供具體問題的參考指導和解決方案，比如如何遵循ISO 26262或SPICE標準（ISO/IEC 15504）。“我們為智能產品創建了一個整體的工程環境，”他說道。此類產品包括基于PDM技術的PTC Windchill和PTC Integrity。Integrity是一個軟件系統生命周期管理工具，從軟件配置管理工具發展成為一個更全面的系統工程及生命周期管理工具。Braeuchle指出對于創建一個完整的工程系統來說，這兩個工具都是必需的，但是一些用戶會選擇其中一個，然后將其與其他供應商的工具搭配使用。
“參考性解決方案是一套指導性方針，是從我們與客戶合作的經驗中總結出來的，”他解釋到。這些通用的解決方案包含三個要素。第一個是適用的信息模型，可以將需求與系統及子系統設計、實施和測試相連。第二個是功能性，可以支持一些標準如ISO26262建議的方法。第三個是一整套連貫的工作流程，可以被采用且定制化。
圖4 用戶可以在開發階段對許多不同的方案進行仿真
他還說道，對軟件工具資格的認證對遵循ISO26262標準來說至關重要。“這可能會增加很多工作，因為一旦軟件出了問題，可能會對最終產品帶來一定的影響，”他說道。為了避免這種情況的發生，PTC為其Integrity產品向南德TUV申請并最終獲得了“Fit-for-Purpose”認證。南德TUV經過對PTC的開發流程和軟件功能進行了全面的評估，并認定Integrity達到ISO 26262標準規定的對安全關鍵產品開發的要求。
軟件復雜性在增加
隨著車輛上零件及系統數量的增加，仿真工具的數量也隨之增加，用于分析和驗證這些零件和系統。“我們發現有家公司采用1600個不同的軟件工具進行汽車產品的設計和開發，”IBM方案架構師Ron Felice說道。復雜性的不斷增加還帶來一個不受歡迎的副產品，就是工程師需要做大量毫無成效的工作。這些工作包括數據的查找、文件的傳送、重新格式化以及對結果的解讀等。“為所有的數據建立一個資源庫似乎是很好的答案，但這并不是最終解決方案，”Felice說道。“前期的數據遷移投入會比較高，從中長期來看這種方式不夠靈活，而且成本高。”
圖5 產品智能化使系統復雜程度逐漸增加
針對這個問題，IBM推出了Rational Engineering Lifecycle Manager（RELM）解決方案。該產品采用數據鏈接的方式將分散的、獨立的軟件工具連接起來，數據則是以它們各自的格式存在。尤其電氣工程軟件可以采用這種方式連接起來，工具套件可以包含任何類型的軟件。“這并不是一個你可以購買得到的產品，”Felice說道。IBM會與客戶一起，采用客戶的工具，將RELM安裝在他們的公司內部。
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本文標題：借助PLM應對汽車系統復雜性增加的挑戰
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