MODSIM驱动车身前期概念结构高效开发

在流程中，设计变更发生越靠后，更改成本越高，尤其是架构方案。设计方案需要尽早，同时进行更多评估决策；车身开发需要协同大量多专业约束及边界，流程越靠后，各专业协同调整灵活度越低，车身与各专业协同也需要尽早的开展研究以充分挖掘方案潜力。

2023年4月18日-19日，在2023第三届车身及内外饰大会上。达索系统行业流程高级顾问徐建斌表示，大量车身开发工作前移到概念开发阶段及之前成为趋势，以提前评估、预测、发现和解决问题，并控制开发成本，缩短整体开发周期；概念阶段车身具有设计可调整空间较大，车身设计变更频繁等特点，传统建模和仿真技术无法敏捷响应车身概念设计流程的特点，通过创新的MODSIM建模和仿真一体化技术可以支撑车身概念阶段高效开发，实现大规模的车身概念方案快速建模及变更评估、优化和选型。

达索系统 行业流程高级顾问

以下为演讲内容整理:

MODSIM是达索建模仿真一体化的技术，该技术如何快速提高前期车身开发的效率？以下将从四方面向大家展开介绍。

车身前期概念结构开发趋势与挑战

在车身虚拟开发过程中，第一，设计发生的变革越靠后，架构方案调整成本就越高，我们需要更多的设计方案，尽早的进行评估和决策。

第二，车身开发需要协调大量专业的约束和边界，我们与很多总布置或造型会有交互。如果在早期进行各种多专业的协同开发，调整的灵活度就相对高，越靠后调整的灵活度越低。车身与各专业协同需要尽早的开展研究，以充分挖掘前期各种方案的潜力。

大量的车身开发工作前移到概念开发阶段逐渐成为趋势，其优势在于可以提前预测、发现和解决问题，缩短开发周期，控制最终开发成本。

如下图所示，在概念设计阶段，首先我们有虚拟设计的初版模型，后续会有很多方案的变更，需要进行架构方案的优化，最终在概念设计冻结后进行详细设计。

图源:达索系统

传统的流程会涉及到不同的部门以及较多的软件切换和传递，同时设计方式和建模方式效率较低，建模与仿真割裂导致耗时、耗力在仿真前处理工作。

在传统建模技术下，车身概念模型方案变更不够灵活，在比较复杂的方案变更中需要耗费大量的人力进行模型的建模以及车身结构变更，导致设计变更的周期拉长。

同时，传统结构方案需要手动创建，并没有做到全参数化，很难开展多学科性能的快速验证。最后性能归拢到一起时，会发现方案间有很多冲突，导致前期的设计方案无效；非参数化的模型还会导致无法进行更多更深的方案优化和探索，但是如果没有大量充分的设计和方案迭代，在进入详细设计后会遇到较多的设计变更，其变更成本非常之高。

基于以上，我们希望把更多的工作前移到概念设计阶段。

达索系统车身前期概念结构高效开发方案

达索系统从最早的3D设计软件，发展到3D DMU数字样机，再到PLM 生命周期，再到现在的3DEXPERIENCE一体化虚拟孪生协同开发平台，每十年便有一次技术理念的创新，来助力行业的数字化变革。

针对汽车行业我们有整套解决方案，从最前期到最后量产支撑企业的数字化研发。今天主要关注在工程结构设计方面，在此通过概念设计帮助大家了解该技术的应用。

不同于传统方式中设计和仿真的割裂状态，达索系统的建模仿真一体化技术从设计到仿真无缝打通，并对整个模型进行全参数化，以快速调整模型。仿真模型基于CAD模型全自动生成，节省大量的仿真前处理工作，可以实现快速的方案验证；同时参数化的模式可以进行多学科性能的验证和快速仿真验证；还可以进行多学科的性能优化和轻量化优化。

我们还可以进行车身快速多学科指标的权衡决策，通过仿真模型的快速验证，实现仿真驱动设计，在更短的时间内进行大规模的仿真迭代，驱动结构的优化和设计。CAD模型本身就是CATIA模型，这个模型也可以做早期的概念协同设计，例如与总布置和造型进行协同，基于CAD模型继续进行后续的深化设计。详细设计的过程可以沿用CATIA模型进行后续的工程深化设计。

达索系统的开发协作模式方案，在概念设计任务中，设计工程师与仿真工程师可以基于该技术实现更紧密的协作。甚至一些基础的仿真，例如线性仿真，可以直接由设计工程师做；如果涉及到高阶的，像碰撞、安全等专业的仿真，可以基于CAD模型自动生成的仿真模型直接传递给仿真工程师，进行快速仿真的求解。

总体而言，首先新的建模方式可以带来更高效概念模型的生成，提升概念设计效率与质量。第二建模与仿真无缝一体化，仿真前处理模型自动生成，基本零耗时，可以提升性能验证的效率。第三我们直接沿用自动生成的仿真模型提交优化计算，设计工程师可以轻松进行基础的仿真，实现快速的迭代；高阶仿真可直接沿用自动生成的仿真模型，提交仿真优化，提升专业仿真的验证效率。

当流程走到概念模型变更以及验证阶段后，基于全参数化的模型和MODSIM建模仿真一体化技术，可以快速变更设计方案，验证设计方案性能，提高验证效率、迭代效率和决策效率。参数发展模型还可以实现优化软件与优化平台结合，进行多学科自动优化，充分挖掘不同参数和不同方案间的组合，获取更优质的车身结构。

达索系统MODSIM技术的应用案例

目前，很多客户在用达索系统MODSIM技术，主要进行前期概念开发、多学科优化以及轻量化的工作。

主要介绍下基于MODSIM技术，福特的概念开发流程和思路。福特有前期概念开发的部门，早期会有架构研究，同时会有虚拟概念开发的VCS流程。

首先我们会有很多数据输入，输入可以是CAD模型，也可以是竞品车的数据，或者其他的历史车型数据，所有数据输入作为早期概念模型的构建参考。前期进行前舱局部的参数化模型构建，研究局部模型的多学科性能。因为福特基于平台化开发，所以概念开发时需要先优化下车体，上车体用替代模型或造型去开发。

通过MODSIM技术，前面建立了CAD模型，CAD模型建立后，仿真模型全自动生成；通过该技术可以快速验证不同的结构方案的多学科性能。包括安全相关的正碰、侧碰等，以及刚度模态。为什么是这些性能呢？因为这些性能与车身的框架结构相关，强度更多是局部的性能，所以在概念阶段更多定义框架性能。简而言之，这些性能如果有问题，到详细设计阶段，局部更改结构很难达到效果，所以我们希望尽早把这些性能模型优化，从而优化出更好的车身框架。

VCS正式概念开发前期工作就是局部模型的研发，当前面优化后，我们正式进入虚拟概念开发，通过MODSIM技术进行多轮的优化迭代。

首先会有三个下车体方案，上车体用类似的造型或结构去模拟，集中精力优化下车体平台。有了三个MODSIM的CAD模型后，可以快速进行多学科性能的评估。第一轮评估出来后，我们可以慢慢缩减评估下车体方案的目标个数，最终选定或冻结下车体的概念方案。

下车体概念冻结后，下车体进入了详细的车身设计、进行工程开发；上车体则进入系列车型开发，再继续用MODSIM技术，类似于套娃，把不同的上车体MODSIM的概念模型结合下车体已有的模型进行整车级优化。

通过MODSIM技术，福特在早期可以进行多学科优化、轻量化，以及早期概念快速的多平台化的开发。

综上所述，MODSIM建模仿真一体化技术，可以在早期提升车身工程、概念与详细结构设计的效率；在流程早期还可以介入整车级的性能评估和优化，提升早期开发效率，缩短研发周期。同时可以通过大量的性能迭代、方案迭代，改进对车身结构的认知、改进车身产品的质量。