数字工具不仅可以帮助汽车工程师开发更加轻质的结构，还可以减少制造中的缺陷；现在，数字工具的应用还在不断朝工程设计的上游拓展。
虽然目前全球汽车销量正在反弹中，但是高油价和法规政策方面的措施依然让汽车工程师面临前所未有的压力，迫使他们不得不重新思考基础动力系统的设计。其他一些发展趋势比如更多智能汽车的开发，也意味着软件和电子系统将得到大量应用。汽车现在已经变成移动的计算平台了。在开发流程的最初阶段就采用仿真工具，显然可以帮助应付这种复杂度的提高。
提高汽车系统复杂性还有一个因素就是连接性。
Ricardo软件开发全球总监David Higbie举例说道：“内燃机并没有被淘汰，但是现在要与很多系统相连。”
内燃机现在不单是一个简单的零部件，而是包含电池、排放后处理系统、电机/发电机以及废热回收系统等在内的系统总成。这也是为什么Ricardo公司的IGNITE软件仿真工具是一套针对整车的仿真系统。IGNITE采用模块仿真的方式可以在开发的早期提供整车性能概览。
开放源和优化
IGNITE还包含了Ricardo合作伙伴Red Cedar技术公司的优化技术。“你可以输入大量的参数，然后针对各种输出参数进行仿真，”Higbie表示。“将Red Cedar的技术嵌入到我们的软件中，可以不必采用单独的优化软件进行同步仿真，避免了不同文件转换和面对不同用户界面的麻烦。”
IGNITE采用开放源Modelica编程语言，预置大量车辆零部件及系统模型，比如电池、发动机、变速器和车轮。其目的是为了让用户采用一些参数化模板通过一种相对灵活的方式来开发或导入他们自己的模型。“IGNITE模型库，比如动力系模型库，主要目的是提供车辆工厂仿真。用户可以将这些模型与他们自己的控制实施工具（比如通过Simulink）相结合，用于控制系统设计及开发，”Higbie说道。IGNITE在出货版本中开放源模型库包含了1000多个基于Modelica语言的组件。
IGNITE仿真速度非常快，它可以快速地分析上百个，甚至上千个变化模型。“取决于硬件的水平，根据我们提供的优化能力，用户可以在几分钟内运行上千次IGNITE仿真。”Higbie解释道。这帮助释放了一些隐藏的依赖关系和复杂的交互作用。“但是这也涉及到大量的数据，也带来了新的挑战——如何通过这些数据的分析来作出最后的判断，”他说道，并指出Red Cedar公司可以帮助工程师来分析这些数据。
不过，他的观点让人联想到汽车行业面临的一个更大问题——庞大的数据是一方面，还有不断提升的功能。仿真数据管理（SDM）系统发展至今已可以处理庞大的仿真数据组。当仿真数据与其他源整合时，还会遇到信息过载的问题。
产品复杂性管理
一些大的PLM公司比如Siemens PLM Software也在寻求系统复杂性的解决方案，真切地反映汽车开发流程。西门子公司2011年11月收购了LMS公司，将其基于Modelica语言的AMESim车辆模拟平台添加到其NX、Technomatix和Teamcenter系列产品中。车辆设计小组通过AMESim平台中简单的工厂模型和高保真3D FE和CEF模拟可以验证从燃油经济性到制造的各个环节。成本也可以得到验证。通过设计决策还可以来模拟车辆的人类工程学。“我们的工作涉及到汽车开发制造的各个方面，从设计和造型到车间的机加工，”Siemens PLM Software汽车战略副总裁Kirk Gutmann说道。其目的是要创建一个完整的闭环性能工程平台。
图1 闭环性能工程平台
为了应对复杂数据及流程管理方面的挑战，Siemens PLM Software在不断提升其Teamcenter管理工具的能力。Teamcenter是Siemens PLM Software的旗舰产品，它融合了西门子所有的技术。不过，即使有这样一套工具，Siemens PLM Software发现，很多组织机构却依然怠于实施全面的PLM解决方案，或没有在其现有的PLM系统中采用最新技术。这些情况往往是出于企业对成本增加的顾虑，以及企业担忧必须将标准的PLM技术根据自身需求进行定制以适应独特的流程、数据结构及工作流程，由此带来的业务中断及其影响。
为了最大程度地减少业务中断发生的可能，Siemens PLM Software于2013年9月份推出了最新的PLM实施催化剂产品Industry Catalyst Series。
“Catalyst可以加快PLM的实施，”Siemens PLM Software全球总裁兼首席执行官Chuck Grindstaff表示。每个Industry Catalyst Series产品由三个主要组件组成。第一个组件是一套数字指导方针和模板（行业最佳实践方案）。第二个是部署加速器：根据具体行业的部署，有针对性地推荐一套完整的产品选择、系统设计决策、配置程序以及最佳实践。第三个是开放、可配置的行业解决方案组件：利用软件组件，实施团队可以轻易控制实施Siemens PLM Software系统的外观和特性，无需定制化编程。
第一个针对汽车行业的催化剂产品是Functional Safety Catalyst。它可以帮助汽车制造商按照ISO26262规范对电气工程系统开发流程实施管理，根据规范创建所有关键的工作产品。
图2 3D Expreiences产品
可视化和决策
所有这些努力用Grindstaff的话来描述就是“为决策创建一种沉浸式虚拟现实”。他指出这种虚拟现实是通过最新的Teamcenter产品Active Workspace来实现的。“Workspace是在原可视化层基础上的改进，”他解释道。来自Teamcenter的信息不受设备类型的限制。Active Workspace基于HTML 5.0标准，可以运行在iPad、iPhone、安卓设备，或者台式电脑上。因为内置了JT Viewer，因此元数据和详细产品信息也可以呈现——所有都在简化了的Teamcenter界面内显示，复杂界面元素都被禁用。
达索公司一直以来也在努力提升软件的易用性，主要体现在其3DExperience解决方案的优化上。3DExperience 基于V6平台，提供一种单一的、整合的流程可视化方式。该解决方案包含了达索公司各个产品系列的功能，包括CAD、CAE和PDM，此外还包括定制化的用户界面。用户不用从单独的应用程序中选择功能，比如CATIA、ENOVIA、DELMIA或SIMULIA等。
2012年8月达索推出的“智能、安全及连接”产品便是这种面向行业3DExperience最早的解决方案之一。“智能、安全及连接”解决方案可以帮助公司更好地遵循ISO 26262和AUTOSAR规范。据达索北美和南美交通运输总监Mike Lalande表示，这个概念的推出非常成功，尤其在欧洲。他透露目前采用该解决方案的客户包括宝马、爱信、TRW、博世、法雷奥、标致、博泽和捷豹路虎等公司。
最新的3DExperience解决方案是2013年5月推出的Target Zero Defect产品。该产品开发的目的是要在开发项目的最初阶段将设计、工程和制造融合在一起。这涉及到整个公司的内部，以及所有合作伙伴和供应商。该产品包含了车辆的所有领域，包括底盘、动力总成、车身和内饰。其重点在于系统工程，为什么？“大约80%的汽车保修问题出现在零部件与系统组件之间的接口上，包括电子设备和软件，”Lalande说道。
他对这种新的工作方式表现出了担忧。“这是汽车工程师工作方式的转变，”他解释道。“工程师不能够再以零件为中心，做一个物理原型， 比如车门或车轮，然后再进行测试，”他说道。“这些零件是要运行在系统中的，所以说他们应该具备以系统为中心的思维方式。”
图3 蜘蛛图的形式显示重要属性的汇总
指导与定制化
行业里有一些人并不重视预打包的解决方案。“打包好的解决方案可能是一种很有吸引力的方式，”PTC产品管理总监Christoph Braeuchle说道。“在实际应用中，这种方式对中小型企业很有效，但是对大型OEM或一级供应商来说，这种方式还不够。”
他称PTC扮演的角色是，通过其系统工程解决方案为用户提供具体问题的参考指导和解决方案，比如如何遵循ISO 26262或SPICE标准（ISO/IEC 15504）。“我们为智能产品创建了一个整体的工程环境，”他说道。此类产品包括基于PDM技术的PTC Windchill和PTC Integrity。Integrity是一个软件系统生命周期管理工具，从软件配置管理工具发展成为一个更全面的系统工程及生命周期管理工具。Braeuchle指出对于创建一个完整的工程系统来说，这两个工具都是必需的，但是一些用户会选择其中一个，然后将其与其他供应商的工具搭配使用。
“参考性解决方案是一套指导性方针，是从我们与客户合作的经验中总结出来的，”他解释到。这些通用的解决方案包含三个要素。第一个是适用的信息模型，可以将需求与系统及子系统设计、实施和测试相连。第二个是功能性，可以支持一些标准如ISO26262建议的方法。第三个是一整套连贯的工作流程，可以被采用且定制化。
图4 用户可以在开发阶段对许多不同的方案进行仿真
他还说道，对软件工具资格的认证对遵循ISO26262标准来说至关重要。“这可能会增加很多工作，因为一旦软件出了问题，可能会对最终产品带来一定的影响，”他说道。为了避免这种情况的发生，PTC为其Integrity产品向南德TUV申请并最终获得了“Fit-for-Purpose”认证。南德TUV经过对PTC的开发流程和软件功能进行了全面的评估，并认定Integrity达到ISO 26262标准规定的对安全关键产品开发的要求。
软件复杂性在增加
随着车辆上零件及系统数量的增加，仿真工具的数量也随之增加，用于分析和验证这些零件和系统。“我们发现有家公司采用1600个不同的软件工具进行汽车产品的设计和开发，”IBM方案架构师Ron Felice说道。复杂性的不断增加还带来一个不受欢迎的副产品，就是工程师需要做大量毫无成效的工作。这些工作包括数据的查找、文件的传送、重新格式化以及对结果的解读等。“为所有的数据建立一个资源库似乎是很好的答案，但这并不是最终解决方案，”Felice说道。“前期的数据迁移投入会比较高，从中长期来看这种方式不够灵活，而且成本高。”
图5 产品智能化使系统复杂程度逐渐增加
针对这个问题，IBM推出了Rational Engineering Lifecycle Manager（RELM）解决方案。该产品采用数据链接的方式将分散的、独立的软件工具连接起来，数据则是以它们各自的格式存在。尤其电气工程软件可以采用这种方式连接起来，工具套件可以包含任何类型的软件。“这并不是一个你可以购买得到的产品，”Felice说道。IBM会与客户一起，采用客户的工具，将RELM安装在他们的公司内部。
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本文标题：借助PLM应对汽车系统复杂性增加的挑战
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