曙光案例:比亚迪汽车研究院CAE仿真

2013-07-26 by:广州ANSYS Workbench软件培训中心来源:仿真在线

【IT168 案例】

用户背景

比亚迪现拥有IT和汽车两大产业群。2003年,比亚迪正式收购西安秦川汽车有限责任公司(现“比亚迪汽车有限公司”),进入汽车制造与销售领域。发展至今,比亚迪已建成西安、北京、深圳、广州四大汽车产业基地,在整车制造、模具研发、车型开发等方面都达到了国际领先水平。汽车产品包括各种高、中、低端系列燃油轿车,以及汽车模具、汽车零部件、双模电动汽车及纯电动汽车等。代表车型包括F3、F3R、F6、F0、G3、L3等传统高品质燃油汽车,S8运动型硬顶敞篷跑车、高端SUV车型S6和MPV车型M6,以及领先全球的F3DM双模电动汽车和纯电动汽车E6等。2008年,比亚迪收购了半导体制造企业宁波中纬,整合了电动汽车上游产业链,加速了比亚迪电动车商业化步伐。

比亚迪设立中央研究院、电子研究院、汽车工程研究院以及电力科学研究院,负责高科技产品和技术的研发,以及产业和市场的研究等;拥有可以从硬件、软件以及测试等方面提供产品设计和项目管理的专业队伍,拥有多种产品的完全自主开发经验与数据积累,逐步形成了自身特色并具有国际水平的技术开发平台,研究领域包括传统燃油车的研发、纯电动车的研发、白车身的研发、内外装饰件的研发、混合动力车的研发、底盘的研发、电器的研发等等。

用户需求及需求分析

汽车行业统计结果表明,应用CAE技术后,新车开发期的费用占开发成本的比例从80%~90%下降到8%~12%。汽车行业是一个高速发展的行业,其竞争也日趋激烈,在这种情况下,新产品推出的速度也越来越快,这也对行业的CAE应用提出了越来越高的要求。CAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障,可以为企业带来巨大的技术经济效益。

在汽车行业,笼统地讲,每一个部件都可以做CAE分析,但主要包括以下三大关键部分:

整车。该部分的CAE通常要做运动学、动力学仿真,以模拟如车辆行驶的平顺性、舒适性和可通过性。这需要建立整车的虚拟样机,以确定整车参数。

大总成或者大的子系统。汽车通常划分为四大系统:车身、底盘、发动机、电子电器系统。整车分析确定的参数,分解到各个总成后,需要对各总成进行CAE分析,以确定这些参数可以在各总成实现。

零部件和小总成。这部分主要是对零部件(子总成)做CAE分析,如车门、车门密封条、发动机缸体、悬架、面板、曲轴活塞、进排气系统、轮胎、轮毂等等,以确定它们的力学特性是否符合总体设计要求,或者优化以进一步改进初始设计。

通过对这些关键部分的CAE仿真分析,可以在概念设计阶段就把握好产品的各个方面的性能,同时,CAE的虚拟试验功能,可以让汽车从概念阶段即开始数字化仿真试验,相比传统的试错验证试验,不仅节约了大量的人力、物力成本,更重要的是可以节省模具、样品的试制时间,大大缩短整个产品研发周期。

从成立开始,比亚迪汽车研发中心就将CAE作为基础结构建设的重点,建立了以数字化为核心的研发流程与体系,先后采购了CATIA、HYPERWORKS等基础应用软件,其中CATIA为三维建模和产品管理软件,HYPERWORKS为前处理(网格处理)、后处理(结果分析)软件。同时还采购了行业内常用的软件,如Madymo,可用于人体损伤生物力学和乘员保护分析。

但与软件投资相比,研发中心的硬件建设相对落后,基本上员工采用自有的工作用机或者图形工作站进行计算,效率低下,无法满足全部产品快速、高效的研发需求。这种情况下曙光作为国内最大的高性能计算解决方案供应商,为比亚迪提供了从硬件设备到系统实施的CAE高性能计算平台整体解决方案。

解决方案

根据比亚迪汽车工程研究院的发展规划,整个CAE高性能计算平台的建设定位是为工程研究院提供计算服务;其宗旨是要满足各种型号车辆研发、承担相关科研课题所需的大量计算、模拟仿真的需要,建成具有一定规模、一定计算能力的虚拟实验平台。本着节约、高效、优质的原则,短期规划整个平台分为两期,分别于2009年和2010年完成。

曙光公司经过与各部门的专业技术应用人员交流,根据应用与软件特点,确定了如下的基本构架:

比亚迪汽车研究院—CAE仿真

图中主要设备根据其功能可分为三块,即刀片服务器集群、smp多路服务器和大容量光纤存储,配备高性能计算专用网络InfiniBand,同时配备千兆以太网。根据仿真分析软件的特点,可采用不同的设备来运行,以发挥软件和硬件的最佳性能。刀片服务器通过20Gb的InfiniBand网络组成高性能计算集群,具有良好的扩展性能,可运行大规模流体分析、电磁分析、碰撞分析等应用,而扩展性能比较低,同时需要大容量内存、高IO需求的隐式求解程序,如NVH等,则在smp服务器上运行。采用以上配置和结构,可满足研究院的大规模计算需求,同时满足多样化的要求,实现整体计算资源的最优化。

一期的主要配置如下:

比亚迪汽车研究院—CAE仿真

二期在一期的基础上进行扩容,扩展了计算节点数量和存储容量,并与原有的集群进行整合。主要配置如下:

比亚迪汽车研究院—CAE仿真

应用效果

系统建成以后,对于汽车工程研究院研发能力的提升、开发周期的压缩均有很好的效果。目前平台上的应用不仅包括汽车碰撞、结构优化、车体外流场分析、噪声分析、发动机疲劳分析等等,还开创了新的研究领域。随着比亚迪汽车在电动汽车、混合动力汽车方向的研究深入,汽车系统工程中电磁的影响越来越大,如快速充电过程、控制系统抗电磁干扰等,已经成了汽车CAE中新的热点。CAE高性能计算平台的建设,对于比亚迪每年6款新车、年产80万辆的宏伟目标的实现,有核心的基础技术支撑作用

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