CAE助力长安汽车自主研发

CAE分析使长安汽车提升了自主开发能力、缩短了开发时间、节省了开发费用，并完善了长安自主开发的科学流程，使长安在自主开发的道路上走得更快、更稳。

从20世纪90年代开始，CAE在发达国家开始应用，尤其是1995年之后，CAE成为发达国家在工业实践中最重要的科学技术手段之一，在航空、航天和汽车等技术复杂度极高的行业中普及得尤其快速。CAE带给汽车工业最直接的好处有三点: 一是降低开发成本; 二是缩短开发时间; 三是提高开发质量。

传统的汽车产品开发流程是产品图纸设计，然后试制样件和进行物理试验验证。其中，试制和物理试验需要花费大量的人力、财力和时间。如果开发后期的物理试验发现前期设计过程中存在重大的缺陷，将导致制造装备报废的重大投资风险。而现代CAE分析驱动的汽车开发流程则是在从做出重大技术方案和技术指标决定的概念设计阶段，到后续的布置设计、详细设计、样件试制、物理样机试验验证的整个过程中，CAE分析都贯穿期间。尤其是在概念设计阶段，CAE分析充分发挥了不需要物理样机也可以“虚拟现实”的强大威力，为后续的开发过程提供科学的技术决策。在整个开发过程中，CAE分析通过前期增加的虚拟试验，后期替代或减少大量的物理试验，从而减少开发周期，降低开发成本。同时，只有通过CAE分析才能从本质上理解汽车的NVH（指噪声、振动和声振粗糙度）品质、操纵稳定性及可靠性等深层次机理，并提供解决方案，真正实现优化设计，提高设计质量。

CAE分析和物理试验构成现代汽车开发体系中的核心，是汽车开发流程中真正的“开发”环节。

自主开发需要CAE分析

汽车工业是带动面最广泛的工业，汽车产品是高新技术的最大载体，一般航空航天领域的高精尖技术只有通过汽车工业才能转化为规模产业，所以汽车工业是或曾是几乎所有发达国家的支柱产业，汽车工业的发展会快速地拉动国民经济的发展。当前，中国汽车工业面临着双重挑战: 一是全球汽车工业共同的挑战，即越来越严格的政府法规、要求越来越“苛刻”的客户需求、越来越多的车型、越来越复杂的技术系统、越来越短的上市要求和越来越高的成本压力等; 二是中国汽车工业特有的挑战，即目前还没有建立完备的自主开发能力。

在汽车工业激烈的竞争中，长安汽车在坎坷但前景光明的自主开发道路上以坚定的步伐一直向前。在这条艰难的道路上凝聚着长安汽车集团一线工人的奋战、销售人员的辛劳、管理者的智慧，更凝聚了开发工程师们刻苦钻研、努力创新的拼搏。长安汽车工程研究院始终紧盯“打造具有国际水平、国内一流的汽车开发团队”的目标，大力发展新技术，应用新手段，以满足汽车产品的开发需求。CAE在长安汽车的成功应用，为全面提高长安汽车的自主开发能力，提供了强有力的核心技术保障。

众所周知，要想自主开发汽车，必须具备自主开发的核心能力，而现代汽车工业的实践证明，CAE分析和试验开发是现代汽车开发的核心能力，从某种程度上讲，一个现代汽车企业的CAE分析水平的高低，不仅直接体现了该企业是否具备汽车开发的核心能力和开发技术上的先进程度，更决定了该企业的可持续发展能力。自主开发汽车产品的使命要求长安汽车必须创建强大的CAE分析能力。

20世纪90年代末，长安汽车开始了创建CAE分析能力的探索。从技术中心的车身设计部门安排一个工程师尝试最简单的零部件刚强度分析开始，通过不懈的努力，2004年初，长安汽车工程研究院成立了专业的CAE工程所，标志着长安汽车CAE分析能力的初步形成。现在，长安汽车拥有一个以博士和硕士为主、人数接近40的CAE分析团队，分析范围包括系统性能（整车、整机和子系统）分析、CFD分析（汽车空气动力学、发动机气体交换动力学、发动机缸内燃烧，汽车HVAC系统等）、车身结构和耐久分析、汽车被动安全分析、汽车操纵稳定性和舒适性分析、汽车和发动机NVH分析以及机车匹配分析等，覆盖了发动机和汽车开发的所有领域。

我们从一开始就坚持把CAE彻底融入到开发流程中，使CAE团队参加实战项目，通过实战提高分析能力，发挥CAE的作用。同时，我们聘请国外汽车CAE分析的专家加盟指导，与国外的咨询公司、专业分析公司进行Know-how项目合作，快速地提升了长安汽车的CAE分析能力。

全面应用CAE分析显威力

“利器在手，功在运用”。新技术、新方法只有被实实在在地应用到产品开发中，才能真正发挥作用。我们在“长安汽车产品开发系统”整个流程中彻底贯穿CAE分析，在每一个重大的整车和整机开发项目中都有强大的CAE分析团队和市场研究团队、设计开发团队、试验开发团队、质量开发团队、工艺制造开发团队、销售团队一起紧密合作，完成重大项目的开发。

在开发实践中，小到螺栓预紧力分析，大到整车碰撞模拟和整车NVH分析，CAE分析都发挥了无可替代的优势和作用。例如在一款新发动机的开发项目中，通过CAE分析发现并成功解决了连杆工作受力不均易导致连杆断裂的设计缺陷，消除了产品潜在的安全隐患; 又如在另一款量产发动机的强化升级中，通过CAE分析解决了冷却不够导致缸套变形和拉缸的故障; 再如在一个整车NVH开发项目中，通过CFD分析，在保证发动机性能不变的同时，大幅度降低了进排气噪声; 此外，在2005年开发完成的一款新车项目中，我们的CAE分析工程师对整车进行了12轮侧面碰撞分析，使得第一次物理样车实车侧面碰撞试验的结果就达到了今年7月1日才实施的车辆侧面碰撞法规的要求; 等等。

成本领先始终是企业致胜的法宝之一，CAE分析在提高开发质量、保证在物理样机试制之前“一次设计成功”的同时，也是降低产品开发费用的利器。随着分析能力的提高，我们摆脱了对国外分析公司的依赖，节约了大量费用，仅2005年，长安汽车工程研究院CAE所自主承担了123项重大CAE分析项目，直接节约了委外开发费用约2000万元。

长安的CAE经验

长安成功创建了CAE分析能力，并且使CAE分析完全融入到汽车的开发流程中，发挥了巨大的作用。总结几年来的实践经验，对于成功地应用和发挥CAE这一先进的现代科学手段为汽车开发服务，我们有如下的深刻体会:

首先，必须消除“CAE分析只能被用做校核检验和troubleshooting”的认识误区。校核检验的工作把CAE当作看病的医生，对设计结束的产品或出了问题的产品查毛病，即使查出病因、发现问题也只能打打补丁，为时已晚。况且，没有经过研发设计锤炼的CAE分析工程师根本就做不了医生，查不出毛病。只有把CAE分析彻底地融入到开发流程中，才能使CAE分析在项目开发的最初期就能对整个项目进行控制和预防。

詹樟松

浙江大学工学博士，现为长安汽车集团汽车工程研究院副院长，主要从事汽车和发动机开发和研究工作，已在诸多业内学术期刊和专题会议上发表了几十篇学术论文。

其次，必须认识到商用CAE分析软件本身仅仅是工具，企业购买软件之后如何用好才是关键。长安汽车购买了业界主要的分析软件，包括用于结构分析的MSC有限元分析软件系列、多体动力学分析软件ADAMS、CFD分析软件AVL-Fire/Swift、汽车碰撞分析软件Pam-Crash、发动机热力学分析软件GT-Power、整车性能分析软件GT-Drive、优化平台软件iSight以及控制仿真平台MATLAB/Simulink等。要发挥CAE的作用，熟练使用软件仅仅是万里长征的第一步，也是最小的一步。最重要的是，要有工程经验和工程数据库的累积，我们结合项目开发的实践，对软件的使用做了一些模板的开发，分析标准和分析规范的建立，使死的软件成为最鲜活的工具，充分发挥了CAE分析的威力。

第三，对CAE分析技术的发展趋势要有准确的把握。CAE的发展趋势是“完全地虚拟现实”，其终极目标是完全取代物理试验。当然这个目标非常遥远，需要计算力学、计算数学、工程科学、工程管理学和计算机科学不断地发展和结合。但取代越来越多的物理试验、减少某些物理试验量（比如昂贵的物理样车碰撞试验）和从事不能或难以进行的物理试验（比如汽车翻滚、天气变化、神6飞行等）的虚拟试验每年都会取得进步。

第四，协同开发是大势所趋，是现代开发流程的优化目标。传统的串行开发方式是前一步完工后再往下走，按部就班，费时极长，已经不能适应现在迅速变化的市场需求。而协同开发则能大幅度缩短开发时间，但必须以数字化设计为前提。其中CAD数模是协同的基础，CAE分析则能够消除同步进行工作所带来的风险，是协同开发的保障。

第五，企业必须做出CAE分析应用乃至整个自主开发体系建设的明确规划和实施步骤。长安汽车工程研究院将于2010年建成包括造型、工程设计、CAE分析、试制和试验等完备的自主开发体系和能力，实现完全自主开发。具体到CAE分析方面，我们一方面进一步提升现有的分析能力，建立分析规范，总结分析评价标准，积累分析数据库等; 另一方面按照计划引进软件，招聘员工，拓展新的分析领域，比如声学品质分析、电子电气和控制分析等。