北京安怀信科技有限公司杨军永经理
一、AAM客户应用背景
1.公司简介
American Axle & Manufacturing，Inc.(AAM)，即美国车桥公司，是世界汽车零部件制造巨头之一。公司于1919年就已成为通用汽车轿车生产供应商，AAM在轻型卡车和SUV上有着丰富的积累，同时能为全球各汽车厂提供零配件。AAM在解决传统工程项目，尤其是在使用有限元基础做分析领域有着丰富的经验。
2.遇到挑战
虽然AAM本身做得很好，但是依然遇到了很多挑战。
第一，工程效率和人力资源的限制，使得AAM在完成具有竞争性的创新过程中，成本控制成为一种挑战。
时间就是成本，过去工程效率和人力资源始终是AAM的一个瓶颈问题。为什么成本控制是一种挑战呢？因为做CAE仿真的都知道，首先设计一个方案要做CAE分析，最简单的一个分析可能也要用到两三个小时，比如国外一般生产一个东西，肯定是有好多种方案，不像中国可能就是在一套方案上做出好多修改。而且国外在概念设计的过程中就会提出很多种方案，如果每一种方案都要使用分析的话，一个简单的可能需要两三个小时，一个复杂的可能是两三天、两三个周，甚至两三个月都有可能。这样效率的问题就凸显出来。
第二，过分依赖于CAE专家的人工操作流程，使得一个即使最基础的仿真迭代，也至少需要2到3个小时的周期，仿真效率限制了设计优化。
第三，过分依赖于个人能力的人工操作引起的分析错误，使得分析的可靠性产生了极高的风险，使得成本更加高昂。什么是老专家？就是分析的任务多了，在这个领域就有了一定的经验了。对国内很多客户来说，CAE发展已经很成熟，这一领域出现了很多年轻工程师。可能这些工程师在分析的时候经验有所不足，面临同样一个问题，经验丰富的老专家分析的结果能跟实验结果相吻合，而年轻的工程师可能吻合不上，这就体现了个人经验的问题了。历史上AAM公司发生数次召回事故，大大影响了公司的发展，有时甚至是致命的。
3.需求
在这种情况下， AAM提出了需求。第一，CAE仿真分析能不能形成一个标准化，能不能自动的把老专家的经验固化下来，新的工程人员可以按照老专家的经验、流程，快速得出仿真结果，避免人为的错误。第二，就是车桥相关部件CAE仿真模型的快速配置生成，能不能制定出一套很方便的方案，在CAE不详细的阶段就能把结果得出来。最后，能够自动提取结果。就是自动生成一个报告，可以方便汇报跟工程演示。
二、传动系统的功能实现
1.方案供应商-Comet Solutions介绍
2012年AAM决定与Comet Solutions合作，完成车桥智能仿真分析系统建设，目前合作完成的第一个产品为DrivenLine SimAPP。Comet Solutions公司成立于1994年，总部位于美国俄亥俄州辛辛那提市，公司创立背景是美国Sandia实验室、NASA和美国空军实验室联合投资，希望建立一个面向多学科一体化仿真以及快速验证的系统。2001年，Comet Solutions公司正式成立商业公司，开始独立为美国其他研究机构及提供软件服务，这些客户包括MIT林肯实验室、美国加州宇航局、NASA肯尼迪中心、DANAGDLS、CatERPillar 等知名企业；Comet Solutions公司所提供的服务以多学科一体化仿真及验证为主，也提供创新方案设计、自研程序/数学算法/CAE仿真一体化集成等服务。
2.Comet DrivenLine SimAPP方案介绍
SimAPP软件是帮助用户建立和利用参数化的3D、2D、1D以及0D的传动轴，轮轴以及其他相关部件库，用于完全自动化地配置和进行driveline系统的NVH分析。产生的结果是，生成一个统一的传动系统的NVH分析环境，帮助用户真正快速且容易地对任意几何设计进行评估，而不需要传统的人工操作的方法。下面介绍了具体的实现过程。
图1 传动轴
1）计算的复杂性。传动轴传动的时候有齿轮，在传统过程中如果有一个齿轮啸叫，转动的过程中会产生很大噪音。静力计算，就体现在强度上了。NVH计算，也就是噪声。
图2 计算的复杂性
下面介绍了DrivenLine CAE仿真难点。
难点一：创建Nastran模型的大量数据需要从不同的途径获取，此类数据都是采用人工的方式获取，然后组装成Nastran的分析文件。如果CAD数据并不存在，那么，用户需要重新基于几何描述来创建一个“试用”有限元模型——上述工作带来很大的时间成本和潜在的人为错误。
难点二：准双曲面齿轮类和轴承模型是设计中最需要参数化的部件，也是评估设计的选项。这些部件在有限元中采用1D梁，0D质量单元，0D阻尼，以及刚性连接等。输入此类数据到Nastran中需要大量的人工和时间，同时没有正确与否的评价。
难点三：工程师同样需要具有在可行设计库中选择一个初始的轴设计数据的能力。传统情况下，这些工作采用相当特别的方法，即采用Nastran模型文件来存储大量轴数据。然后工程师不得不采用人工方式连接此有限元模型到其他文件中。差速齿轮箱通常采用3D建模，并基于该CAD模型直接进行网格划分。
难点四：在一个动力传动系统项目中，AAM工程师需要在一个大范围的参数变化中执行分析，基于大量的选择进行快速评估。
难点五：进行DOE（实验设计）和优化设计， 为了保证该工作的可行性， Nastran模型必须在没有人工操作的情况下自动生成。
工作流程：首先形成了一个流程模板，把要分析的东西都做成一个表格，在Excel表格的基础上稍微修改一下就能自动生成需要模型，完成网格划分以后，进行NVH分析、振动噪声分析，会自动把分析的结果体现出来，并且以不同的形式输出，这就是NVH分析时很典型的一条曲线。从这里面就可以看出是否合适，是否满足我们的功能要求。
图3 NVH DrivenLine SimAPP工作过程
NVH DrivenLine SimAPP的优势：一是工程师可以快速配置传动设计，从库中选择差速齿轮外壳、传动轴、轮轴等。二是NVH计算模型准备的完全自动化。三是Driven Lin App按照NVH和AAM企业分析规范，在仿真模板中固化了模型的建模规则，就是一维转动轴+齿轮+差速齿轮箱+小齿轮杆+轴承，也固化了仿真分析规则。四是术语标准化。五是自动化的结果提取和报告生成。
三、AAM客户价值
1.NVH Drivenling SimAPP带给AAM价值
首先，每次分析迭代平均减少75%的时间，自动化以后，工作效率明显提高了；在AAM，单个工程大约可节省13万美金的花费；捕获全球专家知识；通过全局强化标准和操作减少人工错误以达到质量的改进。此外，这个方案的价值被美国著名技术研究公司OraRESEARCH收录并发表。
2.Drivenling SimAPP Payback and ROI回报和投资回报率
仿真自动化贯穿于制造商的所有家族产品：重用基于参数化定义的1D/0D的传动轴，轮轴和其他用户自定义的子部件库；显著的时间成本节约和人工错误的减少；赋予缺乏经验和低水平的工程师可以运行计算。
利用所有分析工具，包括几何设计参数，在所有保真度层面执行自动化DOE和优化计算。
一个一致的系统资源库。系统数据贯穿于所有保真度、工具和物理关系，包括CAD(2D/3D)，抽象对象(1D/0D)以及各种连接关系。有统一的产品数据看板，所以数据为各种工具所共享。
自动生成的分析报告瞬时为全球各设计团队所共享，提供统一、一致的贯穿于工具的所有模型和数据。
四、带给中国客户的价值思考
带给中国的价值思考有四点：第一提升传动系统/车桥/底盘自主设计能力；第二减少80%以上的传动系统/底盘仿真分析时间；第三集成固化了最佳实践仿真建模规范，任何水平人员均可进行准确的仿真分析；第四获取了美国最大的车桥公司的所有相关仿真和建模规范，先进知识转移。
五、ANWISE公司其他关键解决方案
1.DFM pro设计工艺一体化工具
DFM Pro设计工艺一体化工具，这是美国最大的CAD/CAM咨询公司Geometric公司2011年最新产品，可以直接嵌入于Pro/e，NX，Catia等CAD软件内部，根据后台的工艺规则库，自动检查设计工艺性；可以检查出设计中无法加工、难以加工、或加工成本昂贵的地方，自动标示出来，设计人员可直接修改。
图4 DFM pro操作界面
图5 DFM Pro九大工艺包
总的来说DFM pro的价值主要体现：
1）设计周期缩短。DFM Pro可以大大减少设计工艺性检查的时间，以及降低设计-工艺反复的次数，据DFM Pro众多客户统计，软件平均为设计工艺检查周期减少的时间为80%-90%，几乎提高了10倍的效率。
2）具有设计质量控制。DFM Pro不仅仅为经验不足的设计人员提供了最佳工程实践的工艺检查工具，同时也为资深的设计人员提供了自动化、精确化的检查手段，避免了设计人员由于人为因素造成设计质量问题。
3）拥有设计成本控制。DFM Pro产品集成了考虑工艺经济性的规范，可以实时为设计者提供成本更低的设计更改建议，设计者可以根据产品要求接受或者拒绝这些建议，保证了加工成本的更优。
4）具有设计工艺性知识描述和管理。首先DFM Pro的工艺规范库建立为设计人员与工艺人员建立了一套规范、量化的工艺语言，使得双方的沟通实现了工程化，而且体现在了针对模型设计的实际更改上；其次DFM Pro的知识库建立也为设计单位与多个合作加工单位之间建立了一套不同的沟通机制，不同的加工单位对应不同的知识库进行检查，大大简化了设计单位内部以及设计-加工单位之间的沟通困难。
2.SimV&Ver CAE仿真模型验证工具
2.1 CAE V&V发展历程
1960年，有限单元法正式商业化，MSC公司成立，第一套商业化CAE软件被开发出来。此时CAE软件价值——“建模和仿真可以显著的降低物理测试的成本”。
1980年，“除非我看见测试结果…否则我将不会相信你的仿真预测”—Saint Thomas经理。
1990年，“如何获得对仿真的信心？与校核目标相吻合”。AIAA,ASME关于V&V验证的规范指出——“从模型预期的应用角度来看，仿真是否准确代表了真实世界，只能通过V&V验证”。
2.2 SimV&Ver合作开发公司简介
SimV&Ver是由ANWISE公司联合美国Comet公司，法国SimConcept公司共同开发的用于CAE软件置信度验证的工具。
2.3 SimV&Ver功能简介
1）V&V任务管理。包括V&V主管任务管理和V&V工程师任务管理。
2）V&V流程管理。包括V&V工作流程管理和模型、模板、规范发布流程管理。
3）V&V数据管理。包括模型数据管理、模板数据管理、规范及文档数据管理。
4）V&V工具。包括Verification工具、Validation工具和不确定性分析工具。
2.4 SimV&Ver价值-让“仿真”名符其实
只有经过V&V验证和确认过的CAE模型，才真正可以用于以下几个工程方向：
1）指导试验，降低试验成本及周期。
2）作为试验的补充，完成试验无法获得的数据。
3）准确地校核及优化设计。
4）验证和确认过的CAE模型、规范及模板，将被发布出来，成为企业的仿真规范。
5）V&V工作是仿真数据管理和试验数据管理的重要核心内容。
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