Як випробовують автомобілі у віртуальній реальності

Ми пишемо новини про автомобілі та тестуємо їх, а тепер прийшла пора розповісти і те, як вони з’являються на світ. Починаючи з технічного завдання і закінчуючи першим прототипом, автомобіль проходить довгий шлях, але сьогодні ватману і кульману більше не залишилося місця в лабораторіях автовиробників — їх замінили сучасні програмні продукти.

Як ви розумієте, запуск проекту по випуску нового покоління сучасного автомобіля являє собою дуже складний процес. Більш того, з року в рік він стає ще більш ресурсоємним, тому що прогрес не стоїть на місці і до автомобілів пред’являються все більш високі вимоги. Виробники хочуть бути впевненими, що чергове покоління буде ефективно в показниках енергоспоживання, створене з матеріалів з мінімальним впливом на навколишнє середовище, так і в цілому буде на голову вище від попереднього покоління, так і продукції конкурентів.

За останнє десятиріччя середня тривалість проекту по випуску автомобіля на ринок скоротилася вдвічі, і ця тенденція продовжує зберігатися! Ні, серйозно — сьогодні після запуску нової моделі у продаж виробники тут же беруться за роботу над рестайлінгової моделлю або новим поколінням. Стояти на місці колись — конкуренти не дрімають, так і технології розвиваються так швидко, що великий ризик назавжди залишитися на узбіччі прогресу. В умовах жорсткої конкуренції за споживача особливо важливо скоротити час, що витрачається на розробку і доопрацювання, а зробити це можна з допомогою сучасних цифрових систем PLM — Product Lifecycle Management, або «Управління життєвим циклом вироба».

Сьогодні покупці хочуть все більше опцій та можливостей персоналізації в автомобілях. Вони прагнуть до повної відповідності автомобіля їх смаку — в плані робочих характеристик, динаміки, безпеки і можливостей мультимедійних систем. Для автовиробників це означає, що число випускаються варіантів виконання різко зростає, що вимагає від виробничих процесів неабиякої гнучкості в цілях досягнення високої варіативності виробів, що випускаються. Щоб бути готовим до випуску продукції на ринок, нарощування обсягів виробництва і дотримання належного якості, виробникам необхідно врахувати всі можливості створення єдиної легко керованою виробничого середовища, яка перебувала б у тісній взаємодії з проектно-конструкторськими підрозділами в цілях швидкого освоєння і розвитку виробничих систем.

Наявність такого середовища дозволяє виробничим підрозділам швидко освоювати інноваційні промислові технології, підвищувати якість, прозорість і точність виконання при виведенні продукції на ринок, а значить, і ефективно боротися за споживача. Цей підхід прийнято називати «Прогнозований випуск виробів», так як він дозволяє автовиробникам об’єднувати зусилля різних підрозділів при розробці виробничих систем. Ключовими факторами успіху для автовиробника сьогодні є інновації, інтегроване виробництво та постійне вдосконалення методів планування і виконання проектів.

Беручи до уваги значний зсув галузі у бік використання нових технологій і конструкторських рішень в автомобільних системах, критичним фактором для постачальників стає вміння віртуально моделювати і перевіряти показники продуктивності, а також поведінку систем ще до створення реальних прототипів. Ця задача вимагає багаторівневого системного підходу, який передбачав би контрольні інструменти, придатні для перевірки показників, які в свою чергу, повинні доповнюватися моделями управління і моделями інтеграції, необхідними для оцінки відповідних показників систем і автомобіля в цілому.

Складно? Ну так і нинішні автомобілі далекі від тих, що були ще десяток років тому. Хто тоді міг подумати про набір електроніки, до якого ми сьогодні звикли? Сучасні моделі відрізняються наявністю інтелектуальних функцій і систем допомоги водієві, в яких механічні функції об’єднані з електронними системами програмного управління. В даний час від 70 до 90 відсотків інновацій в автомобілебудуванні припадає на вбудовані програмні системи, також звані мехатронними. Реалізація проектів автомобілів на основі віртуальних моделей підвищує ефективність проектування, допомагаючи відповідати ринковим, корпоративним і юридичним вимогам. За рахунок візуалізації можна спостерігати за виробом протягом усього життєвого циклу, а його учасники можуть візуалізувати дані про виріб в 2D або 3D форматах.

Вбудовані засоби чисельного моделювання та контролю забезпечують постійну перевірку вибраних методів і ресурсів. Завдяки тому, що в ході розробки виробу та підготовки виробництва чисельне моделювання, технічні дослідження та аналіз можливих проблем виконуються дуже швидко і з низькими витратами, скорочується потреба у виготовленні досвідчених зразків, а саме виробництво значно прискорюється. Модель процесу можна легко продемонструвати за допомогою візуальних засобів, точно представляють технологічні операції, розміщення і використання ресурсів.У підсумку виходить єдине джерело достовірної інформації про вироби і процеси в масштабах всього підприємства, що використовується при реалізації поточних і майбутніх програм випуску автомобілів. Автовиробник може набагато швидше реагувати на мінливі вимоги ринку, ефективно працювати в географічно розподіленої середовищі і забезпечити спільну роботу фахівців.

Розглянемо використання системи PLM на прикладі одного зі світових лідерів автомобільної індустрії — концерну Daimler AG. Програмне забезпечення Teamcenter Daimler AG використовує для спільного управління даними про виріб ще з середини 90-х років. У 2011 році концерн вибрав систему автоматизованого проектування від Siemens PLM Software в якості корпоративного стандарту для проектування і конструювання легкових автомобілів Mercedes-Benz, а також для спільного проектування і виконання інженерно-технічних розробок.

Система LMS Virtual. Lab пропонує широкий набір засобів тестування прототипів та аналізу продуктів на тривалість використання, шумові та вібраційні характеристики. З її допомогою Daimler AG спроектував автомобілі Mercedes-Benz А і В-класу, хоча їх конструкція відрізняється один від одного. Моделювання транспортних засобів на етапі розробки і тонка цифрова налаштування створює простір для розвитку великої кількості моделей на одній і тій же платформі. Програмні продукти дозволяють, зокрема, індивідуально настроювати плавність ходу і керованість для кожної моделі.Оцифровка та віртуальне моделювання прототипів відіграють все більш важливу роль у процесі розробки транспортного засобу. Замість конструювання безлічі ходових прототипів і тривалої налаштування їх ходових якостей використовується комп’ютерне проектування, в ході якого можна налаштувати його окремі апаратні компоненти і програмно керовані підсистеми. Звичайно, ніхто не відміняв фінальні випробування на дорогах загального користування або, скажімо, гоночній трасі, але на ранніх стадіях розробки тепер більше покладаються на цифрове моделювання процесів.Всі доступні геометричні та функціональні дані про автомобілі систематизуються в єдиному масиві даних, який доступний для всіх фахівців, що працюють над проектуванням конкретної моделі в різних технічних відділах.

Вісімнадцять місяців Daimler AG проводив глибоке тестування рішень Siemens PLM Software і їх потенційних комбінацій з продуктами інших виробників. В результаті цієї тривалої і ретельної роботи був зроблений вибір на користь Siemens. Програмне забезпечення Teamcenter Daimler AG використовує для спільного управління даними про виріб ще з середини 90-х років, а тепер в концерні буде застосовуватися NX в якості рішення для спільного проектування і виконання інженерно-технічних розробок.За час співпраці з Daimler портфель рішень Siemens PLM Software розширився, в тому числі і за рахунок купівлі сторонніх компаній — наприклад, бельгійської LMS, яка є лідером в моделюванні міцності і безпеки конструкцій, а також динаміки транспортних засобів.

Масив даних постійно оновлюється і збагачується з допомогою зворотного зв’язку від експериментів, проведених з цифровими прототипами. Моделювання дає нові можливості для розвитку автомобіля — наприклад, виробник більш швидко і точно виявляє потенційну проблему та інформує субпідрядника про необхідність внести зміни в продукт. В кінцевому підсумку прототип апаратної платформи відображає провідні характеристики, отримані від віртуальної моделі. Перший ходовий прототип готовий, як правило, через шість місяців після того, як завершені всі розрахунки і готові фінальні специфікації.З прототипом починається тонка налаштування, яка являє собою комбінацію суб’єктивних оцінок експертів і об’єктивних вимірювань.

До теперішнього часу прототипування на основі цифрових моделей і тестування з використанням віртуальних моделей стали невід’ємною частиною виробничого процесу Daimler AG. Сьогодні комп’ютерна розробка моделей з допомогою Siemens PLM Software використовується не тільки для тестування і оптимізації автомобіля на послідовних етапах розробки, але і для підтвердження відповідності поточними рейтингами та вимогам законодавства.Більш того, програмні продукти дозволяють автовиробникам здійснювати глобальні автопромислові проекти в будь-якій точці світу і з максимальною ефективністю. Це потужна інтегрована середовище проектування механічних, електричних та електронних систем, а також вбудованого програмного забезпечення, що являє собою єдине джерело знань про вироби і процеси.

LMS Virtual. Lab дозволяє з необхідною точністю моделювати параметри руху і керованості автомобілів, а також розробляти їх деталі та агрегати: силову установку, трансмісію, рульове управління, гальмівні механізми і електронні системи управління. Для одержання точного уявлення про робочі характеристики автомобіля віртуальні моделі використовуються в таких стандартних для експлуатації прикладах, як прискорення і гальмування, повороти з різним ступенем кривизни, рух по нерівній дорозі і навіть в екстремальних режимах нібито керованого ковзання.Для достовірного моделювання випробувань в якості вихідних даних для аналізу довговічності і споживчих якостей автомобіля використовується точний розподіл сил, що діють на колеса з точним відображенням вібрацій.

Інтерфейс формування поверхні дороги використовує великі обсяги оцифрованих даних за результатами випробувань — як при розрахунках, так і для візуалізації. Моделювання маневрування цифрової моделі транспортного засобу дозволяє отримати дані про характеристики руху і керованості до проведення випробувань першого ходового прототипу на випробувальному треку.Для точної настройки динаміки і керованості віртуальна модель відображає кути поперечного і поздовжнього кренів, бічні прискорення, а також характеристики підвіски — розвал, сходження, кут подовжнього нахилу осі повороту колеса автомобіля. LMS Virtual. Це забезпечує ефективне моделювання і аналіз конструкції автомобілів, що неабияк економить дорогий час завдяки випробувань характеристик руху і керованості на тривимірних зразках.Точність значень необхідних даних на самій ранній стадії розробки забезпечується шляхом моделювання випробувань повноцінних моделей автомобілів на віртуальних полігонах.

Ось чому сучасні автомобілі стають якісно краще з кожним новим поколінням, ну а ми, у свою чергу, із задоволенням продовжимо насолоджуватися технічним прогресом і оглядати найцікавіші новинки в автомобільному світі.