Как испытывают автомобили в виртуальной реальности?

Как испытывают автомобили в виртуальной реальности?

Мы в «Популярной механике» пишем новости про автомобили и тестируем их, а теперь пришла пора рассказать и том, как они появляются на свет. Начиная с технического задания и заканчивая первым прототипом, автомобиль проходит долгий путь, но сегодня ватману и кульману больше не осталось места в лабораториях автопроизводителей — их заменили современные программные продукты.

Как вы понимаете, запуск проекта по выпуску нового поколения современного автомобиля представляет собой крайне сложный процесс. Более того, из года в год он становится ещё более ресурсоёмким, потому что прогресс не стоит на месте и к автомобилям предъявляются всё более высокие требования. Производители хотят быть уверенными, что очередное поколение будет эффективно в показателях энергопотребления, создано из материалов с минимальным влиянием на окружающую среду, да и в целом будет на голову выше как предыдущего поколения, так и продукции конкурентов.

За последнее десятилетие средняя продолжительность проекта по выпуску автомобиля на рынок сократилась вдвое, и эта тенденция продолжает сохраняться! Нет, серьёзно — сегодня после запуска новой модели в продажу производители тут же принимаются за работу над рестайлинговой моделью или новым поколением. Стоять на месте некогда — конкуренты не дремлют, да и технологии развиваются так быстро, что велик риск навсегда остаться на обочине прогресса. В условиях жёсткой конкуренции за потребителя особенно важно сократить время, затрачиваемое на разработку и доработку, а сделать это можно с помощью современных цифровых систем PLM — Product Lifecycle Management, или «Управление жизненным циклом изделия».

Блок-схема построения цифровой модели автомобиля

Сегодня покупатели хотят все больше опций и возможностей персонализации в автомобилях. Они стремятся к полному соответствию автомобиля их вкусу — в плане рабочих характеристик, динамики, безопасности и возможностей мультимедийных систем. Для автопроизводителей это означает, что число выпускаемых вариантов исполнения резко возрастает, что требует от производственных процессов недюжинной гибкости в целях достижения высокой вариативности выпускаемых изделий. Чтобы быть готовым к выпуску продукции на рынок, наращивания объёмов производства и соблюдения должного качества, производителям необходимо учесть все возможности создания единой легко управляемой производственной среды, которая находилась бы в тесном взаимодействии с проектно-конструкторскими подразделениями в целях быстрого освоения и развития производственных систем.

Наличие такой среды позволяет производственным подразделениям быстро осваивать инновационные промышленные технологии, повышать качество, прозрачность и точность исполнения при выводе продукции на рынок, а значит и эффективно бороться за потребителя. Этот подход принято называть «Прогнозируемый выпуск изделий», так как он позволяет автопроизводителям объединять усилия разных подразделений при разработке производственных систем. Ключевыми факторами успеха для автопроизводителя сегодня являются инновации, интегрированное производство и постоянное совершенствование методов планирования и исполнения проектов.

LMS Virtual. Lab позволяет моделировать отдельные детали и агрегаты

Принимая во внимание значительный сдвиг отрасли в сторону использования новых технологий и конструкторских решений в автомобильных системах, критическим фактором для поставщиков становится умение виртуально моделировать и проверять показатели производительности, а также поведение систем ещё до создания реальных прототипов. Эта задача требует многоуровневого системного подхода, который предусматривал бы контрольные инструменты, пригодные для проверки показателей, которые в свою очередь, должны дополняться моделями управления и моделями интеграции, необходимыми для оценки соответствующих показателей систем и автомобиля в целом.

Сложно? Ну так и нынешние автомобили далеки от тех, что были ещё десяток лет назад. Кто тогда мог подумать о наборе электроники, к которому мы сегодня привыкли? Современные модели отличаются наличием интеллектуальных функций и систем помощи водителю, в которых механические функции объединены с электронными системами программного управления. В настоящее время от 70 до 90 процентов инноваций в автомобилестроении приходится на встроенные программные системы, также называемые мехатронными. Реализация проектов автомобилей на основе виртуальных моделей повышает эффективность проектирования, помогая соответствовать рыночным, корпоративным и юридическим требованиям. За счёт визуализации можно наблюдать за изделием на протяжении всего жизненного цикла, а его участники могут визуализировать данные об изделии в 2D или 3D форматах.

Встроенные средства численного моделирования и контроля обеспечивают постоянную проверку выбранных методов и ресурсов. Благодаря тому, что в ходе разработки изделия и подготовки производства численное моделирование, технические исследования и анализ возможных проблем выполняются очень быстро и с низкими затратами, сокращается необходимость в изготовлении опытных образцов, а само производство значительно ускоряется. Модель процесса можно легко продемонстрировать с помощью визуальных средств, точно представляющих технологические операции, размещение и использование ресурсов. В итоге получается единый источник достоверной информации об изделиях и процессах в масштабах всего предприятия, используемый при реализации текущих и будущих программ выпуска автомобилей. Автопроизводитель может гораздо быстрее реагировать на меняющиеся требования рынка, эффективно работать в географически распределённой среде и обеспечить совместную работу специалистов.

Рассмотрим использование системы PLM на примере одного из мировых лидеров автомобильной индустрии — концерна Daimler AG. Программное обеспечение Teamcenter Daimler AG использует для совместного управления данными об изделии ещё с середины 90-х годов. В 2011 году концерн выбрал систему автоматизированного проектирования от Siemens PLM Software в качестве корпоративного стандарта для проектирования и конструирования легковых автомобилей Mercedes-Benz, а также для совместного проектирования и выполнения инженерно-технических разработок.

Виртуальная модель Mercedes-Benz А-класса

Система LMS Virtual. Lab предлагает широкий набор средств тестирования прототипов и анализа продуктов на длительность использования, шумовые и вибрационные характеристики. С её помощью Daimler AG спроектировал автомобили Mercedes-Benz А и В-класса, хотя их конструкция отличается друг от друга. Моделирование транспортных средств на этапе разработки и тонкая цифровая настройка создаёт пространство для развития большого количества моделей на одной и той же платформе. Программные продукты позволяют, в частности, индивидуально настраивать плавность хода и управляемость для каждой модели. Оцифровка и виртуальное моделирование прототипов играют всё более важную роль в процессе разработки транспортного средства. Вместо конструирования множества ходовых прототипов и длительной настройки их ходовых качеств используется компьютерное проектирование, в ходе которого можно настроить его отдельные аппаратные компоненты и программно управляемые подсистемы. Конечно, никто не отменял финальные испытания на дорогах общего пользования или, скажем, гоночной трассе, но на ранних стадиях разработки теперь больше полагаются на цифровое моделирование процессов. Все доступные геометрические и функциональные данные об автомобиле систематизируются в едином массиве данных, который доступен для всех специалистов, работающих над проектированием конкретной модели в различных технических отделах.

Восемнадцать месяцев Daimler AG проводил глубокое тестирование решений Siemens PLM Software и их потенциальных комбинаций с продуктами других производителей. В результате этой длительной и тщательной работы был сделан выбор в пользу Siemens. Программное обеспечение Teamcenter Daimler AG использует для совместного управления данными об изделии ещё с середины 90-х годов, а теперь в концерне будет применяться NX в качестве решения для совместного проектирования и выполнения инженерно-технических разработок. За время сотрудничества с Daimler портфель решений Siemens PLM Software расширился, в том числе и за счёт покупки сторонних компаний — например, бельгийской LMS, которая является лидером в моделировании прочности и безопасности конструкций, а также динамики транспортных средств.

А вот так готовый А-класс выглядит в металле

Массив данных постоянно обновляется и обогащается с помощью обратной связи от экспериментов, проведённых с цифровыми прототипами. Моделирование даёт новые возможности для развития автомобиля — к примеру, производитель более быстро и точно выявляет потенциальную проблему и информирует субподрядчика о необходимости внести изменения в продукт. В конечном итоге прототип аппаратной платформы отражает ведущие характеристики, полученные от виртуальной модели. Первый ходовой прототип готов, как правило, через шесть месяцев после того, как завершены все расчёты и готовы финальные спецификации. С прототипом начинается тонкая настройка, которая представляет собой комбинацию субъективных оценок экспертов и объективных измерений.

К настоящему времени прототипирование на основе цифровых моделей и тестирование с использованием виртуальных моделей стали неотъемлемой частью производственного процесса Daimler AG. Сегодня компьютерная разработка моделей с помощью Siemens PLM Software используется не только для тестирования и оптимизации автомобиля на последовательных этапах разработки, но и для подтверждения соответствия текущим рейтингам и требованиям законодательства. Более того, программные продукты позволяют автопроизводителям осуществлять глобальные автопромышленные проекты в любой точке мира и с максимальной эффективностью. Это мощная интегрированная среда проектирования механических, электрических и электронных систем, а также встроенного программного обеспечения, которая представляет собой единый источник знаний об изделиях и процессах.

LMS Virtual. Lab позволяет с необходимой точностью моделировать параметры движения и управляемости автомобилей, а также разрабатывать их детали и агрегаты: силовую установку, трансмиссию, рулевое управление, тормозные механизмы и электронные системы управления. Для получения точного представления о рабочих характеристиках автомобиля виртуальные модели используются в таких стандартных для эксплуатации сценариях, как ускорение и торможение, повороты с разной степенью кривизны, движение по неровной дороге и даже в экстремальных режимах вроде управляемого скольжения. Для достоверного моделирования испытаний в качестве исходных данных для анализа долговечности и потребительских качеств автомобиля используется точное распределение сил, действующих на колёса с точным отслеживанием вибраций.

Интерфейс формирования поверхности дороги использует большие объёмы оцифрованных данных по результатам испытаний — как при расчётах, так и для визуализации. Моделирование маневрирования цифровой модели транспортного средства позволяет получить данные о характеристиках движения и управляемости до проведения испытаний первого ходового прототипа на испытательном треке. Для точной настройки динамики и управляемости виртуальная модель отображает углы поперечного и продольного кренов, боковые ускорения, а также характеристики подвески — развал, схождение и угол продольного наклона оси поворота колеса автомобиля. LMS Virtual. Lab обеспечивает эффективное моделирование и анализ конструкции автомобилей, что изрядно экономит дорогостоящее время благодаря испытаниям характеристик движения и управляемости на трёхмерных образцах. Точность значений необходимых данных на самой ранней стадии разработки обеспечивается путём моделирования испытаний полноценных моделей автомобилей на виртуальных полигонах.

Вот почему современные автомобили становятся качественно лучше с каждым новым поколением, ну а мы, в свою очередь, с удовольствием продолжим наслаждаться техническим прогрессом и обозревать самые интересные новинки в автомобильном мире.

Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.