汽车制造行业PLM虚拟制造

导读
虚拟制造是在汽车制造之前，为了获得最佳的汽车模型数据，运用前沿IT技术，模拟开发过程中的设计、消除、测试和改进环节。看看长城汽车、奇瑞他们是如何通过PLM实现虚拟制造的。

长城汽车：跨出国门的“虚拟研发”之跳

虽然目前汽车行业面临诸多挑战，但作为国内最大的商业皮卡和SUV制造企业，长城汽车仍然力求提升产品品质来增强竞争优势，并力争进入国际市场。对此，长城汽车技术研究院副院长、公司标准化委员会副主任李书利表示：“长城汽车致力于成为全球性企业的目标从未改变，为实现这一目标，我们希望所采用的标准能够大大超越业界的平均水平。因此，目前的当务之急是不仅要符合最新的国内标准，同时也要符合最高的国际标准。”


欧洲市场的门槛

显然，开拓欧洲市场并不是一件简单的事情，首先产品必须经过目标市场的认证——只有通过欧盟整车型的认证(WVTA)，长城汽车才能顺利进军欧洲市场。而欧盟的相关认证包括48个测试项目，在排放水平、安全性和环境影响方面对车辆设定了较高的标准。这意味着， 长城汽车要实现其全球化市场战略和多元化发展格局，必须建立一个企业级的环保合规平台，从而确保遵从环保设计标准，全面提升产品质量。

在欧盟的各类测试项目中，“重用、回用和回收(RRR)”认证极其严格地管理、监测汽车对环境造成的影响。其不仅禁止使用含重金属的物料，强制要求采用可回收性设计，而且还要求针对供应链中所有物料设立数据收集和监测系统。为了保证顺利通过RRR认证，长城汽车最终选用了ENOVIA V6平台物料合规管理模块 (MCC)解决方案，并率先在中国成立了“报废汽车指令(ELV)”项目小组。早在2009年9月，长城旗下的“炫丽”、“酷熊”、“哈弗 5”和“风骏4”四款车型就已通过了认证。

虚拟导入只是个开始

随着业务的持续拓展，长城汽车又选用了CATIA来进行虚拟设计和测试、数字化样机开发以及数字化组装等，用于按时、按预算来交付产品，大大缩短了研发周期。为了进一步比较“ 虚拟仿真” 与传统模式在研发制造中的差距, 李书利用“虚拟仿真系统”在“白车身”（汽车所有部件焊接完毕后还未喷漆的车身）制造中的应用, 来说明两者在效率上的差距。

“白车身”制造的基本过程, 就是采用机器人或手动加机械手辅助的手段, 传输、抓取、夹持离散的饭金和冲压件, 并将其焊接成复杂的“白车身”结构。据统计, 一个轿车的“白车身”在焊装过程中, 要经历多个点焊步骤, 用到多个大型夹具, 多个定位器, 许多工艺信息都和零部件的三维几何特性密切相关, 这给车身焊装工艺参数选择、工艺流程规划、车身焊装的质量控制甚至车身设计, 都带来很多挑战。

如何管理好数以千计的焊点, 保证无漏焊、重焊？长城汽车方面表示，首先, 在虚拟系统中, 建立“白车身”制造各步骤所需的模型, 各模型参数可由实际供应商直接提供；然后, 各工位设计人员通过共享的虚拟开发环境, 输入各工位参数, 在系统中仿真运行。假如“白车身”结果出现偏差, 各工位要根据偏差调整参数，系统重新仿真计算,直至稳定输出为止；最后, 每次调整的数据都记录至数据库中,数据库最终给出了最佳的“白车身”模型。这样一来, 只要把最佳模型中的参数应用到实际生产中, 所有的工艺难题都能迎刃而解。

此外，长城汽车信息部副部长张勇表示:“我们还将虚拟驾驶员设定到汽车的数字样机中，然后就可以优化模拟设计，确保驾驶员舒适驾乘，尽可能地享受汽车的安全性和驾驶乐趣。” 记者了解到长城汽车计划接下来将进一步部署数字化生产解决方案，让数据管理贯穿从构思直至报废的整个车辆生命周期。

奇瑞：实验室里的“投影模型”

“当代汽车已经进入了‘三维仿真’的研发时代，IT技术的导入异常关键，只有积累了大量的经验数据，才可以实现‘高效的建模’。”奇瑞信息技术总经理龚峻表示，虚拟制造是在汽车制造之前，为了获得最佳的汽车模型数据，运用前沿IT技术，模拟开发过程中的设计、消除、测试和改进环节。


碰撞试验 2000次VS 40次

事实上，虚拟制造是一个异常复杂的流程。首先，研发工程师输入汽车各个总成图纸设计参数，构建“三维模型”和“整车数据集成”。接下来，各个总成图纸三维数据进入超级计算机，计算机即时演算虚拟环境，并投影到具有特殊功能的玻璃墙，其投影精度可达毫米以下。

此后，通过数据线，“投影模型”被传到世界各地，各地研发人员只要带上特殊眼镜，便可以进入虚拟开发环境。由于精度在毫米以下，虚拟不同颜色的喷漆和设备规格，都可以在几秒钟内呈现，而且可以转换汽车角度，使研发人员可以从不同的视角进行观察。研发团队可以用三维立体方式，模拟任何内容，包括车身部件、强度、动力系统性能、碰撞性能等。如奇瑞车头的一个碰撞试验需要100万个数据来支持，电脑可以在150毫秒内计算出结果。这一时间比真车碰撞的时间节省数千倍。

显然，“虚拟制造”和“仿真建模”大大提高了车企的研发和制造效率。事实上，虚拟制造是产品生命周期管理的一部分。记者了解到奇瑞的瑞虎便是采用PLM管理的一个经典车型。

数据管理支撑虚拟制造

瑞虎是基于B级轿车东方之子平台上的一款全新产品。龚峻表示，在瑞虎的具体设计中，比如三维建模后的数字样机，数据生成等要由Teamcenter中的Engineering模块进行处理。在数字样机建立之后，奇瑞专门负责CAE的部门可以直接对数字模型进行仿真分析，从数字化建模到虚拟的整车装配，无论装配多复杂，潜在的问题在屏幕中都会一目了然。要知道，虚拟的数字样机的形成并不简单。要消化吸收这些应用平台各自为战的“拿来”技术、并在其上实现完善、提升，数据兼容性成为了奇瑞在技术上必须跨越的硬指标。

一直参与奇瑞PLM实施的Siemens PLM Software公司奇瑞项目的咨询专家娄忻回忆说，“在奇瑞迅速崛起之后，开始与许多国外公司合作开发，多种格式的产品设计文件一下子汇集到奇瑞来了。所以没有PDM数据管理，不同格式的设计数据无法在同一环境中‘装配’，数字样机即是空谈。”而如今，数字样机几经修改、调试之后再生产物理样机，原先费时费力、反复重做的物理样机在奇瑞已成了“昨日黄花”。

在PLM和虚拟制造的支持下，继奇瑞汽车QQ系列车型在伊朗汽车市场成功试水后，旗下SUV车型瑞虎也挺进伊朗市场。这一年，奇瑞汽车海外工厂的数量达到了16个，其中12个已经投产。相比之下，另一家中国汽车制造企业长城汽车业在海外市场也取得了不错的成绩，取得了超过5万辆的出口成绩。而在长城汽车开拓海外市场的过程中，达索系统产品全生命周期管理(PLM)的解决方案，使其旗下四款车型均通过了欧盟WVTA的认证，成为中国首个获得欧盟认证的中国汽车品牌。