11 - 2015

Инновационный подход: высокоэффективное конструирование изделий в автомобилестроении

Кирк Гутманн (Kirk Gutmann)
Кирк Гутманн (Kirk Gutmann),
старший вице-президент по отраслевым стратегиям компании Siemens PLM Software

Автомобилестроение — одна из важнейших отраслей мировой промышленности. Ежегодные затраты на исследования и разработки в автомобилестроении достигают 100 млрд долл.1 Только в Европе в отрасли трудятся примерно 12,9 млн человек2, а стоимость активов достигает 2 трлн долл.3 — экономики лишь четырех стран мира опережают автомобилестроение по этому показателю. Несмотря на успешную работу, отрасль сталкивается с рядом проблем. Нормативные требования, особенно в сфере охраны окружающей среды, диктуют необходимость радикальных изменений процессов проектирования. Потребительский спрос ориентируется на подключенные к Интернету и интеллектуальные автомобили, способные ездить без водителя. Современный автомобиль представляет собой высокотехнологичное изделие, а производители стараются создавать принципиально новые машины. В настоящей статье автор подробно рассматривает стоящие перед автомобилестроением задачи и рассказывает о том, что сегодня культура создания инноваций, когда все больше конструкций создается «с чистого листа», стала важнейшим фактором, определяющим будущее автомобильной отрасли. Кроме того, описывается несколько способов, при помощи которых автопроизводители могут оптимизировать процессы проектирования и производства, быстрее создавать инновации и сохранять конкурентные преимущества.

Эра инноваций

Среди всех стоящих перед автомобилестроением задач наиболее важной, пожалуй, является соблюдение нормативов по охране окружающей среды. К 2015 году вредные выбросы и расход топ­лива должны быть сокращены наполовину. Это означает, что за следующее десятилетие характеристики автомобилей должны улучшиться в четыре раза по сравнению с аналогичным предыдущим периодом. Новые задачи требуют новых подходов. Придется отказаться от принятой в отрасли схемы последовательных улучшений конструкции и перейти к созданию машин с нуля. Это позволит обеспечить существенное снижение массы, что, в свою очередь, приведет к падению вредных выбросов. Конструирование «с чистого листа» означает преобразование всего процесса разработки и внедрение способов поиска оптимальных проектных решений. Один из примеров такого подхода — все более широкое применение в автомобилях композитов, алюминия и других новых кузовных материалов. От поставщиков ожидается сокращение массы деталей на 15­25%.

Помимо борьбы за снижение массы отрасль участвует в грандиозной инновационной гонке, направленной на создание принципиально нового «умного» автомобиля. В частности, прогресс в развитии систем геопозиционирования и методов компьютерного анализа данных привел к существенному улучшению автомобильных систем навигации и безопасности. Поэтому автопроизводители вкладывают огромные средства в работу по созданию пользовательских интерфейсов для водителя, способных просто и удобно предоставлять огромные объемы информации, не ставя под угрозу безопасность вождения. В автомобилях класса «люкс» уже устанавливается программное обеспечение (ПО), содержащее до 100 млн строк кода, а это больше, чем у самолета­истребителя. Важность программ будет только возрастать по мере перехода к полностью беспилотным машинам. Именно по этой причине проектирование автомобилей становится все более сложным делом.

Требуются новые методы работы

На улицах появляется все больше автомобилей нового поколения, и это лишний раз напоминает автопроизводителям о необходимости оптимизации процессов и сокращения сроков разработки, а также повышения эффективности работ по созданию опытных образцов.

Для этого создаются «цифровые двойники» новых моделей автомобилей. Цифровые модели позволяют проводить большую часть разработки и испытаний в виртуальной среде, что ускоряет цикл проектирования, отладки и утверждения конструкции. Мы рекомендуем переходить к цифровому проектированию поэтапно. Создание «цифрового двойника» автомобиля — лишь первый шаг. Мы считаем, что для быстрой и эффективной разработки абсолютно необходимо создание полноценного цифрового предприятия инновационной направленности. По моему мнению, существует несколько способов дигитализации процессов создания автомобилей.

Технологическая «гонка вооружений»

Неудивительно, что автомобильная отрасль тратит на исследования и разработки больше, чем военная и авиационно­космическая промышленность. В автомобилестроении идет своя «гонка вооружений», направленная на создание более легких, умных, а в перспективе — и беспилотных автомобилей.

Эпоха программного обеспечения

Мы находимся на пути к полностью автономным автомобилям, но для их создания требуется написать даже не миллионы, а гораздо больше строк программного кода. Особый интерес представляют вопросы безопасности вождения. Уже сегодня существуют системы, предупреждающие об уходе с полосы движения, и развитие средств помощи водителю продолжается. Например, носимые устройства позволят системам автомобиля контролировать уровень стресса и усталости водителя, а со временем машина будет брать на себя все больше функций — вплоть до перехода на автоматическое управление, если состояние водителя ставит под угрозу безопасность движения. Кроме того, в случае аварии специальные датчики передают экстренным службам координаты места происшествия, сведения о его серьезности и вероятных травмах. Речь идет о сложных системах автоматизации. Разработка, тестирование, отладка и контроль программного кода — исключительно трудоемкая задача. Ее необходимо упростить, чтобы облегчить управление изменениями и сократить сроки разработки.

Платформа Smart Innovation от компании Siemens PLM

Платформа Smart Innovation от компании Siemens PLM
продолжает помогать ведущим автопроизводителям воплощать инновации

Все больше конструкций создается с нуля

Проектирование с чистого листа широко применяется в авиационно­космической отрасли. Авиационно­космические предприятия управляют проектами, исполнителями и поставщиками при помощи модульных, но при этом интегрированных инструментов управления жизненным циклом изделия (PLM), благодаря чему создаются принципиально новые авиационные конструкции. PLM­системы широко используются и в автомобилестроении, но, по нашему мнению, их возможности и масштаб применения требуют пересмотра. Дело в том, что для снижения сложности процессов крайне важно координировать проведение изменений, затрагивающих различные аспекты конструкции. Применяемые средства должны объединять разрозненные системы проектирования в единую среду конструирования и численного моделирования изделий, а также создавать и обновлять техническую документацию, управлять конструкторскими спецификациями, координировать работу исполнителей и выполнение процессов. Кроме того, необходима поддержка всех областей разработки, включая проектирование механичес­ких и электрических узлов, а также написание программного кода. Единая PLM­платформа упрощает проведение изменений, согласует работу различных групп специалистов и сокращает сроки разработки:

  • ?интеграция систем автоматизированного проектирования (CAD) и инженерных расчетов — наблюдается все большая потребность в объеди­нении процессов конструирования, расчетов, испытаний и численного моделирования автомобилей. Применение компьютерных 1D­ (традиционный итерационный подход) и 3D­моделей опытных образцов значительно сокращает сроки разработки: при традиционном подходе практически невозможно выполнить натурные испытания всех вариантов конструкции деталей и узлов. Объединение виртуальных и натурных моделей позволяет выявить характеристики изделия еще до его изготовления, что сокращает сроки и себестоимость разработки;
  • ?моделирование программного обеспечения — с учетом важности программного обес­печения в современных автомобилях крайне важно упростить процессы разработки, документирования, хранения и тестирования программного кода. Для этого необходима система управления жизненным циклом приложений (ALM), интегрированная с PLM­системой, что снижает сложность, повышает эффективность и уменьшает расходы на разработку встраиваемого в автомобили программного обеспечения. Интегрированная среда ALM­PLM облегчает управление процессами создания программ на всех этапах — от замысла до окончания эксплуатации, а также объединяет создание ПО с остальными работами по проектированию автомобиля. Такая среда выполняет управление крупномасштабными программными проектами, обеспечивая прослеживаемость требований и контроль ошибок;
  • ?проведение изменений — при работе над крупными, глобальными проектами возникает огромное количество запросов на проведение изменений, что делает необходимым объединение систем разработки изделий и управления производством. Чтобы определить, какая оснастка и какие технологические операции потребуются для выпуска различных исполнений автомобиля, нужна слаженная совместная работа на этапах и проектирования, и производства. Например, на конвейере на кузов устанавливаются зеркала заднего вида. Существует множество вариантов таких зеркал. Они могут быть с электрическим или ручным приводом, с подогревом, с системой обзора слепой зоны и т.д. Последовательность операций сборки механических и электрических узлов для каждого типа зеркала будет различной. Цифровая платформа управления проектами объединяет конструкторско­технологическую подготовку и изготовление изделий в единую интегрированную систему. Объединение данных процессов обеспечивает полную прослеживаемость и доступ ко всем функциям из единого пользовательского интерфейса. Это устраняет сложность, сокращает сроки выхода изделий на рынок и гарантирует правильность разработанных технологических процессов;
  • ?интегрированные системы обеспечения качества и анализа данных — мы советуем нашим заказчикам пересмотреть вопросы управления качеством и анализа данных. Полнофункциональный набор средств управления качеством и анализа данных позволяет оценить технологичность изделий и выявить несоответствия между прогнозируемым и реальным качеством продукции (например, оценить погрешности при установке деталей кузова). Собранные данные помогают повысить качество, а их передача на этап конструирования гарантирует постоянное внесение улучшений в конструкцию и технологические процессы изготовления автомобиля.

Целевые капиталовложения в важнейшие процессы автомобильной отрасли направлены на воплощение инноваций, которые приведут к созданию подключенных к Интернету «умных» автомобилей

Целевые капиталовложения в важнейшие процессы автомобильной отрасли направлены на воплощение инноваций, которые приведут к созданию подключенных к Интернету «умных» автомобилей

Инновации все в большей степени относятся к электронике и программному обеспечению, поэтому автопроизводители и их поставщики должны внедрять системотехнические подходы к разработке изделий

Инновации все в большей степени относятся к электронике и программному обеспечению, поэтому автопроизводители и их поставщики должны внедрять системотехнические подходы к разработке изделий

Управление сложностью

Несомненно, конструкция и технология производства автомобилей становятся все более сложными. Современные технологии, в частности многочисленные взаимодействующие программные системы, являются и причиной этой сложности, и способом ее устранения. Отрасль интенсивно работает над созданием принципиально новых машин, а мы пересмотрели наши решения по поддержке разработки программного обеспечения, чтобы избавиться от сложности и ускорить процессы создания изделий. Мы предлагаем интегрированные инструменты для проектирования, испытаний, численного моделирования и анализа производственных процессов, которые значительно упрощают управление группами разработчиков, снижают себестоимость и автоматизируют все этапы разработки изделий. Отрасль вступает в период масштабных инвестиций и острой конкуренции, с которой мы ранее не сталкивались. Пакет решений Smart Innovation помогает автоматизировать процессы конструирования и изготовления, а самое главное — создавать инновации. 

САПР и графика 11`2015

Регистрация | Войти