曙光案例:比亞迪汽車研究院CAE仿真

2013-07-26 by:廣州ANSYS Workbench軟件培訓(xùn)中心來源:仿真在線

【IT168 案例】

用戶背景

比亞迪現(xiàn)擁有IT和汽車兩大產(chǎn)業(yè)群。2003年,比亞迪正式收購西安秦川汽車有限責(zé)任公司(現(xiàn)“比亞迪汽車有限公司”),進入汽車制造與銷售領(lǐng)域。發(fā)展至今,比亞迪已建成西安、北京、深圳、廣州四大汽車產(chǎn)業(yè)基地,在整車制造、模具研發(fā)、車型開發(fā)等方面都達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。汽車產(chǎn)品包括各種高、中、低端系列燃油轎車,以及汽車模具、汽車零部件、雙模電動汽車及純電動汽車等。代表車型包括F3、F3R、F6、F0、G3、L3等傳統(tǒng)高品質(zhì)燃油汽車,S8運動型硬頂敞篷跑車、高端SUV車型S6和MPV車型M6,以及領(lǐng)先全球的F3DM雙模電動汽車和純電動汽車E6等。2008年,比亞迪收購了半導(dǎo)體制造企業(yè)寧波中緯,整合了電動汽車上游產(chǎn)業(yè)鏈,加速了比亞迪電動車商業(yè)化步伐。

比亞迪設(shè)立中央研究院、電子研究院、汽車工程研究院以及電力科學(xué)研究院,負(fù)責(zé)高科技產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā),以及產(chǎn)業(yè)和市場的研究等;擁有可以從硬件、軟件以及測試等方面提供產(chǎn)品設(shè)計和項目管理的專業(yè)隊伍,擁有多種產(chǎn)品的完全自主開發(fā)經(jīng)驗與數(shù)據(jù)積累,逐步形成了自身特色并具有國際水平的技術(shù)開發(fā)平臺,研究領(lǐng)域包括傳統(tǒng)燃油車的研發(fā)、純電動車的研發(fā)、白車身的研發(fā)、內(nèi)外裝飾件的研發(fā)、混合動力車的研發(fā)、底盤的研發(fā)、電器的研發(fā)等等。

用戶需求及需求分析

汽車行業(yè)統(tǒng)計結(jié)果表明,應(yīng)用CAE技術(shù)后,新車開發(fā)期的費用占開發(fā)成本的比例從80%~90%下降到8%~12%。汽車行業(yè)是一個高速發(fā)展的行業(yè),其競爭也日趨激烈,在這種情況下,新產(chǎn)品推出的速度也越來越快,這也對行業(yè)的CAE應(yīng)用提出了越來越高的要求。CAE技術(shù)為汽車行業(yè)的高速發(fā)展提供具有中心價值地位的技術(shù)保障,可以為企業(yè)帶來巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益。

在汽車行業(yè),籠統(tǒng)地講,每一個部件都可以做CAE分析,但主要包括以下三大關(guān)鍵部分:

整車。該部分的CAE通常要做運動學(xué)、動力學(xué)仿真,以模擬如車輛行駛的平順性、舒適性和可通過性。這需要建立整車的虛擬樣機,以確定整車參數(shù)。

大總成或者大的子系統(tǒng)。汽車通常劃分為四大系統(tǒng):車身、底盤、發(fā)動機、電子電器系統(tǒng)。整車分析確定的參數(shù),分解到各個總成后,需要對各總成進行CAE分析,以確定這些參數(shù)可以在各總成實現(xiàn)。

零部件和小總成。這部分主要是對零部件(子總成)做CAE分析,如車門、車門密封條、發(fā)動機缸體、懸架、面板、曲軸活塞、進排氣系統(tǒng)、輪胎、輪轂等等,以確定它們的力學(xué)特性是否符合總體設(shè)計要求,或者優(yōu)化以進一步改進初始設(shè)計。

通過對這些關(guān)鍵部分的CAE仿真分析,可以在概念設(shè)計階段就把握好產(chǎn)品的各個方面的性能,同時,CAE的虛擬試驗功能,可以讓汽車從概念階段即開始數(shù)字化仿真試驗,相比傳統(tǒng)的試錯驗證試驗,不僅節(jié)約了大量的人力、物力成本,更重要的是可以節(jié)省模具、樣品的試制時間,大大縮短整個產(chǎn)品研發(fā)周期。

從成立開始,比亞迪汽車研發(fā)中心就將CAE作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)的重點,建立了以數(shù)字化為核心的研發(fā)流程與體系,先后采購了CATIA、HYPERWORKS等基礎(chǔ)應(yīng)用軟件,其中CATIA為三維建模和產(chǎn)品管理軟件,HYPERWORKS為前處理(網(wǎng)格處理)、后處理(結(jié)果分析)軟件。同時還采購了行業(yè)內(nèi)常用的軟件,如Madymo,可用于人體損傷生物力學(xué)和乘員保護分析。

但與軟件投資相比,研發(fā)中心的硬件建設(shè)相對落后,基本上員工采用自有的工作用機或者圖形工作站進行計算,效率低下,無法滿足全部產(chǎn)品快速、高效的研發(fā)需求。這種情況下曙光作為國內(nèi)最大的高性能計算解決方案供應(yīng)商,為比亞迪提供了從硬件設(shè)備到系統(tǒng)實施的CAE高性能計算平臺整體解決方案。

解決方案

根據(jù)比亞迪汽車工程研究院的發(fā)展規(guī)劃,整個CAE高性能計算平臺的建設(shè)定位是為工程研究院提供計算服務(wù);其宗旨是要滿足各種型號車輛研發(fā)、承擔(dān)相關(guān)科研課題所需的大量計算、模擬仿真的需要,建成具有一定規(guī)模、一定計算能力的虛擬實驗平臺。本著節(jié)約、高效、優(yōu)質(zhì)的原則,短期規(guī)劃整個平臺分為兩期,分別于2009年和2010年完成。

曙光公司經(jīng)過與各部門的專業(yè)技術(shù)應(yīng)用人員交流,根據(jù)應(yīng)用與軟件特點,確定了如下的基本構(gòu)架:

比亞迪汽車研究院—CAE仿真

圖中主要設(shè)備根據(jù)其功能可分為三塊,即刀片服務(wù)器集群、smp多路服務(wù)器和大容量光纖存儲,配備高性能計算專用網(wǎng)絡(luò)InfiniBand,同時配備千兆以太網(wǎng)。根據(jù)仿真分析軟件的特點,可采用不同的設(shè)備來運行,以發(fā)揮軟件和硬件的最佳性能。刀片服務(wù)器通過20Gb的InfiniBand網(wǎng)絡(luò)組成高性能計算集群,具有良好的擴展性能,可運行大規(guī)模流體分析、電磁分析、碰撞分析等應(yīng)用,而擴展性能比較低,同時需要大容量內(nèi)存、高IO需求的隱式求解程序,如NVH等,則在smp服務(wù)器上運行。采用以上配置和結(jié)構(gòu),可滿足研究院的大規(guī)模計算需求,同時滿足多樣化的要求,實現(xiàn)整體計算資源的最優(yōu)化。

一期的主要配置如下:

比亞迪汽車研究院—CAE仿真

二期在一期的基礎(chǔ)上進行擴容,擴展了計算節(jié)點數(shù)量和存儲容量,并與原有的集群進行整合。主要配置如下:

比亞迪汽車研究院—CAE仿真

應(yīng)用效果

系統(tǒng)建成以后,對于汽車工程研究院研發(fā)能力的提升、開發(fā)周期的壓縮均有很好的效果。目前平臺上的應(yīng)用不僅包括汽車碰撞、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、車體外流場分析、噪聲分析、發(fā)動機疲勞分析等等,還開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域。隨著比亞迪汽車在電動汽車、混合動力汽車方向的研究深入,汽車系統(tǒng)工程中電磁的影響越來越大,如快速充電過程、控制系統(tǒng)抗電磁干擾等,已經(jīng)成了汽車CAE中新的熱點。CAE高性能計算平臺的建設(shè),對于比亞迪每年6款新車、年產(chǎn)80萬輛的宏偉目標(biāo)的實現(xiàn),有核心的基礎(chǔ)技術(shù)支撐作用

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