汽車制造行業(yè)PLM虛擬制造

導讀
虛擬制造是在汽車制造之前，為了獲得最佳的汽車模型數據，運用前沿IT技術，模擬開發(fā)過程中的設計、消除、測試和改進環(huán)節(jié)?？纯撮L城汽車、奇瑞他們是如何通過PLM實現虛擬制造的。

長城汽車：跨出國門的“虛擬研發(fā)”之跳

雖然目前汽車行業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，但作為國內最大的商業(yè)皮卡和SUV制造企業(yè)，長城汽車仍然力求提升產品品質來增強競爭優(yōu)勢，并力爭進入國際市場。對此，長城汽車技術研究院副院長、公司標準化委員會副主任李書利表示：“長城汽車致力于成為全球性企業(yè)的目標從未改變，為實現這一目標，我們希望所采用的標準能夠大大超越業(yè)界的平均水平。因此，目前的當務之急是不僅要符合最新的國內標準，同時也要符合最高的國際標準。”


歐洲市場的門檻

顯然，開拓歐洲市場并不是一件簡單的事情，首先產品必須經過目標市場的認證——只有通過歐盟整車型的認證(WVTA)，長城汽車才能順利進軍歐洲市場。而歐盟的相關認證包括48個測試項目，在排放水平、安全性和環(huán)境影響方面對車輛設定了較高的標準。這意味著， 長城汽車要實現其全球化市場戰(zhàn)略和多元化發(fā)展格局，必須建立一個企業(yè)級的環(huán)保合規(guī)平臺，從而確保遵從環(huán)保設計標準，全面提升產品質量。

在歐盟的各類測試項目中，“重用、回用和回收(RRR)”認證極其嚴格地管理、監(jiān)測汽車對環(huán)境造成的影響。其不僅禁止使用含重金屬的物料，強制要求采用可回收性設計，而且還要求針對供應鏈中所有物料設立數據收集和監(jiān)測系統(tǒng)。為了保證順利通過RRR認證，長城汽車最終選用了ENOVIA V6平臺物料合規(guī)管理模塊 (MCC)解決方案，并率先在中國成立了“報廢汽車指令(ELV)”項目小組。早在2009年9月，長城旗下的“炫麗”、“酷熊”、“哈弗 5”和“風駿4”四款車型就已通過了認證。

虛擬導入只是個開始

隨著業(yè)務的持續(xù)拓展，長城汽車又選用了CATIA來進行虛擬設計和測試、數字化樣機開發(fā)以及數字化組裝等，用于按時、按預算來交付產品，大大縮短了研發(fā)周期。為了進一步比較“ 虛擬仿真” 與傳統(tǒng)模式在研發(fā)制造中的差距, 李書利用“虛擬仿真系統(tǒng)”在“白車身”（汽車所有部件焊接完畢后還未噴漆的車身）制造中的應用, 來說明兩者在效率上的差距。

“白車身”制造的基本過程, 就是采用機器人或手動加機械手輔助的手段, 傳輸、抓取、夾持離散的飯金和沖壓件, 并將其焊接成復雜的“白車身”結構。據統(tǒng)計, 一個轎車的“白車身”在焊裝過程中, 要經歷多個點焊步驟, 用到多個大型夾具, 多個定位器, 許多工藝信息都和零部件的三維幾何特性密切相關, 這給車身焊裝工藝參數選擇、工藝流程規(guī)劃、車身焊裝的質量控制甚至車身設計, 都帶來很多挑戰(zhàn)。

如何管理好數以千計的焊點, 保證無漏焊、重焊？長城汽車方面表示，首先, 在虛擬系統(tǒng)中, 建立“白車身”制造各步驟所需的模型, 各模型參數可由實際供應商直接提供；然后, 各工位設計人員通過共享的虛擬開發(fā)環(huán)境, 輸入各工位參數, 在系統(tǒng)中仿真運行。假如“白車身”結果出現偏差, 各工位要根據偏差調整參數，系統(tǒng)重新仿真計算,直至穩(wěn)定輸出為止；最后, 每次調整的數據都記錄至數據庫中,數據庫最終給出了最佳的“白車身”模型。這樣一來, 只要把最佳模型中的參數應用到實際生產中, 所有的工藝難題都能迎刃而解。

此外，長城汽車信息部副部長張勇表示:“我們還將虛擬駕駛員設定到汽車的數字樣機中，然后就可以優(yōu)化模擬設計，確保駕駛員舒適駕乘，盡可能地享受汽車的安全性和駕駛樂趣。” 記者了解到長城汽車計劃接下來將進一步部署數字化生產解決方案，讓數據管理貫穿從構思直至報廢的整個車輛生命周期。

奇瑞：實驗室里的“投影模型”

“當代汽車已經進入了‘三維仿真’的研發(fā)時代，IT技術的導入異常關鍵，只有積累了大量的經驗數據，才可以實現‘高效的建模’。”奇瑞信息技術總經理龔峻表示，虛擬制造是在汽車制造之前，為了獲得最佳的汽車模型數據，運用前沿IT技術，模擬開發(fā)過程中的設計、消除、測試和改進環(huán)節(jié)。


碰撞試驗 2000次VS 40次

事實上，虛擬制造是一個異常復雜的流程。首先，研發(fā)工程師輸入汽車各個總成圖紙設計參數，構建“三維模型”和“整車數據集成”。接下來，各個總成圖紙三維數據進入超級計算機，計算機即時演算虛擬環(huán)境，并投影到具有特殊功能的玻璃墻，其投影精度可達毫米以下。

此后，通過數據線，“投影模型”被傳到世界各地，各地研發(fā)人員只要帶上特殊眼鏡，便可以進入虛擬開發(fā)環(huán)境。由于精度在毫米以下，虛擬不同顏色的噴漆和設備規(guī)格，都可以在幾秒鐘內呈現，而且可以轉換汽車角度，使研發(fā)人員可以從不同的視角進行觀察。研發(fā)團隊可以用三維立體方式，模擬任何內容，包括車身部件、強度、動力系統(tǒng)性能、碰撞性能等。如奇瑞車頭的一個碰撞試驗需要100萬個數據來支持，電腦可以在150毫秒內計算出結果。這一時間比真車碰撞的時間節(jié)省數千倍。

顯然，“虛擬制造”和“仿真建模”大大提高了車企的研發(fā)和制造效率。事實上，虛擬制造是產品生命周期管理的一部分。記者了解到奇瑞的瑞虎便是采用PLM管理的一個經典車型。

數據管理支撐虛擬制造

瑞虎是基于B級轎車東方之子平臺上的一款全新產品。龔峻表示，在瑞虎的具體設計中，比如三維建模后的數字樣機，數據生成等要由Teamcenter中的Engineering模塊進行處理。在數字樣機建立之后，奇瑞專門負責CAE的部門可以直接對數字模型進行仿真分析，從數字化建模到虛擬的整車裝配，無論裝配多復雜，潛在的問題在屏幕中都會一目了然。要知道，虛擬的數字樣機的形成并不簡單。要消化吸收這些應用平臺各自為戰(zhàn)的“拿來”技術、并在其上實現完善、提升，數據兼容性成為了奇瑞在技術上必須跨越的硬指標。

一直參與奇瑞PLM實施的Siemens PLM Software公司奇瑞項目的咨詢專家婁忻回憶說，“在奇瑞迅速崛起之后，開始與許多國外公司合作開發(fā)，多種格式的產品設計文件一下子匯集到奇瑞來了。所以沒有PDM數據管理，不同格式的設計數據無法在同一環(huán)境中‘裝配’，數字樣機即是空談。”而如今，數字樣機幾經修改、調試之后再生產物理樣機，原先費時費力、反復重做的物理樣機在奇瑞已成了“昨日黃花”。

在PLM和虛擬制造的支持下，繼奇瑞汽車QQ系列車型在伊朗汽車市場成功試水后，旗下SUV車型瑞虎也挺進伊朗市場。這一年，奇瑞汽車海外工廠的數量達到了16個，其中12個已經投產。相比之下，另一家中國汽車制造企業(yè)長城汽車業(yè)在海外市場也取得了不錯的成績，取得了超過5萬輛的出口成績。而在長城汽車開拓海外市場的過程中，達索系統(tǒng)產品全生命周期管理(PLM)的解決方案，使其旗下四款車型均通過了歐盟WVTA的認證，成為中國首個獲得歐盟認證的中國汽車品牌。