汽車設(shè)計是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及多個學科專業(yè)領(lǐng)域，包括結(jié)構(gòu)、碰撞、NVH、熱、電池、光學等多學科的協(xié)同設(shè)計，不同學科之間數(shù)據(jù)難以傳遞，基于經(jīng)驗的人工試錯優(yōu)化過程導致研發(fā)周期長、研發(fā)成本高。
圖1 汽車領(lǐng)域多學科優(yōu)化設(shè)計
經(jīng)緯恒潤基于Optimus工具提供多學科優(yōu)化設(shè)計解決方案。Optimus是比利時Noesis Solutions公司的多學科過程集成和優(yōu)化設(shè)計軟件產(chǎn)品。通過Optimus軟件，可管理多學科的仿真流程及數(shù)據(jù)，自動顯示和探索設(shè)計空間，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程中的自動性能優(yōu)化，并且實現(xiàn)多學科、多指標參數(shù)的均衡優(yōu)化，能對產(chǎn)品設(shè)計部門的設(shè)計變更給出明確指導意見，在提高產(chǎn)品性能的同時降低成本、縮短設(shè)計時間。
圖2 多學科過程集成和優(yōu)化設(shè)計軟件--Optimus
Optimus功能模塊
Optimus具備仿真流程集成、試驗設(shè)計、創(chuàng)建代理模型、優(yōu)化設(shè)計、可靠性和魯棒性優(yōu)化等功能。
?多學科仿真流程集成
多學科仿真流程集成是進行自動化優(yōu)化迭代的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)多學科協(xié)同的前提條件。Optimus可以實現(xiàn)對常用汽車領(lǐng)域CAD/CAE工具的集成與調(diào)用，將不同部門、不同專業(yè)的仿真工具集成起來，比如結(jié)構(gòu)、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學等學科的仿真工具，在同一平臺下自動調(diào)用各工具執(zhí)行多學科耦合仿真分析。
圖3 Optimus仿真流程集成界面
?試驗設(shè)計
科學地確定試驗或仿真方案中的參數(shù)組合，采用少量代表性的試驗方案，快速探索整個設(shè)計空間，實現(xiàn)參數(shù)的靈敏度分析、相關(guān)性分析，辨別關(guān)鍵參數(shù)，幫助用戶對設(shè)計問題有更深入的了解。
?代理模型
基于試驗設(shè)計/實驗測試得到的大數(shù)據(jù)，建立反映設(shè)計參數(shù)與產(chǎn)品性能之間關(guān)系的近似模型，以數(shù)字化模型替換耗時仿真，大幅度提高優(yōu)化效率。
?優(yōu)化設(shè)計
具備經(jīng)驗證的企業(yè)級優(yōu)化算法庫以及開放的用戶優(yōu)化算法接口，非常適合求解設(shè)計參數(shù)個數(shù)、設(shè)計目標和約束個數(shù)較多的復雜實際工程問題，能實現(xiàn)基于響應(yīng)面快速優(yōu)化、基于仿真工作流優(yōu)化及可靠性優(yōu)化、多級別優(yōu)化、組合優(yōu)化等。
?參數(shù)標定
采用優(yōu)化算法，自動標定仿真模型中難以確定的參數(shù)，確保與試驗數(shù)據(jù)誤差很小。
?可靠性和魯棒性分析
分析設(shè)計參數(shù)的不確定性造成的產(chǎn)品性能波動的大小，及產(chǎn)品性能失效的概率，并采用優(yōu)化算法自動進行可靠性和穩(wěn)健性的優(yōu)化設(shè)計。
?并行計算
所有試驗設(shè)計、優(yōu)化、可靠性和魯棒性算法等均支持并行。支持不同操作系統(tǒng)和異構(gòu)平臺及計算機集群，能同時實現(xiàn)算法層及工作流層并行，具有強大的并行管理功能。
應(yīng)用&案例
Optimus 在國內(nèi)外的多家汽車企業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，汽車客戶列表如下圖所示，在汽車領(lǐng)域多學科仿真集成與優(yōu)化設(shè)計方面積累了豐富的經(jīng)驗，包括新能源動力系統(tǒng)優(yōu)化、選型優(yōu)化、整車車身輕量化、智能座艙優(yōu)化設(shè)計等。
圖4 Optimus在汽車領(lǐng)域的部分客戶列表
某汽車制造商通過Optimus進行混合電動車（HEV）優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)經(jīng)濟性更好以及更環(huán)保的設(shè)計方案。通過Optimus軟件，集成了MapleSim建立的混合電動車仿真流程，結(jié)合試驗設(shè)計、響應(yīng)面模型功能和多目標優(yōu)化功能，成功地將混合電動汽車燃油效率提升了21%，同時將行駛性能改善了15%。
圖5 Optimus集成MapleSim混合電動車仿真流程
