借助模块化 MODSIM 简化复杂车辆开发

了解模块化 MODSIM方法如何实现仿真工作流自动化、减少重复性任务，并在交通与移动出行行业（T&M）中加快设计验证。

瞬息万变的市场给汽车制造商带来巨大压力。电动化与自动驾驶技术正在快速重塑驾驶者的使用预期。企业需要比以往更快地将复杂创新车型推向市场。仿真是现代车辆开发的核心。如果不对设计开展虚拟模型测试，就无法按时将新车型推向市场。

然而，仿真的实施方式会直接影响其价值。本文将介绍模块化 MODSIM（统一建模与仿真）方法，该方法能够实现工作流自动化、减少重复性任务并提升协作效率。本篇博文阐述传统仿真所面临的各类挑战，详解模块化 MODSIM 的架构，并提供该方法在交通与移动出行行业的实际应用案例。

攻克车辆开发中的主要挑战

汽车工程团队主要面临三大障碍：

‑ 数据孤岛，限制数据复用与可追溯性

‑ 仿真专业人才供给不足，形成业务瓶颈

‑ 重复性分析任务消耗大量时间与资源

车辆开发涉及多个常常独立开展工作的团队，工程数据分散存储于不同系统。这种数据隔离导致各团队难以复用已有知识、追溯设计变更，也无法看清自身零部件与整车之间的关联关系。

设计人员未必具备自行搭建仿真、确定合理性能参数的专业能力，需要等待仿真专家完成相关工作。设计人员的数量往往是仿真分析师的十倍，由此形成瓶颈，拖慢开发周期。

即便工具已经便于使用，针对每一次设计迭代重新搭建仿真仍然是枯燥繁琐的过程。修复模型、网格与仿真工况之间的失效链接需要数百次手动点击操作。工程师通常依靠脚本修复这些链接，但脚本本身需要专业技能，还需要持续维护，耗费宝贵工时。

理解模块化 MODSIM 框架

众多汽车厂商在3DEXPERIENCE 平台上采用MODSIM 统一建模与仿真方案。该模式构建一套连续工程闭环，实现产品验证普惠化，保证流程可访问、可复用且具备可追溯性。即便如此，每次设计变更后更新仿真依旧会耗费大量时间。模块化 MODSIM 方法解决了该痛点，无需额外编写脚本，即可稳健实现复杂仿真自动化。

该方法的核心思路是：将模型的不同部分拆分至独立容器中。一个模块内部将设计几何、抽象表达、网格作为相互独立的对象；在该模块装配体上定义仿真属性。发布物（Publications）用于维护网格、模型和仿真工况之间的链接关系。

模块化模板包含以下组成部分：

‑ 模块结构

‑ 抽象表达

‑ 网格

‑ 发布物

该模板支持对设计几何进行更新、修订或替换，同时不会破坏关键链接。网格化操作依托3DEXPERIENCE 平台独有的自动化有限元（Automated FEM）功能完成。用户可以定义规则，由系统对设计几何自动划分网格；即便产品结构发生变更，也能够避免链接失效。

规则助手（Rules Assistant）工具，支持将几何插入模块化模板后交互式完成零部件发布。能够处理因设计拓扑意外变更所带来的链接断裂问题。

车辆验证中的流程示例

车轮路缘冲击分析

假设您所在部门搭建一套模板，用于分析轮辋抵御路缘冲击的结构强度。首先创建包含设计模型与分析刚度设置的仿真对象。模块化 MODSIM 采用特定产品结构：模块产品封装设计产品及其全部发布物。

在轮辋上创建接触曲面，定义轮辋与冲击块之间的局部接触区域。将通用 CAD 操作内嵌至模块装配体，任意车轮设计都可以自动生成这些接触曲面。运行分析并验证结果之后，从结构中删除设计模型，剩余的仿真对象即成为您的模块化 MODSIM 模板。现在就可以使用该模板对全新车轮设计即时开展仿真。如果新车轮包含多个零部件或是拓扑结构发生变化，规则助手会自动识别并重新建立发布物链接。

制动盘验证

设计人员在平台上使用标准工具创建制动盘，结合手动设置与模块化 MODSIM 模板完成设计测试。为验证制动扭矩作用下的结构性能，设计人员可以复用旧制动盘已有的仿真设置。

设计人员发布所需特征，将旧设计替换为全新设计并更新仿真。系统将依据用户定义的发布物，自动生成网格、抽象表达与边界条件。

该模板复用方法同样可以实现制动盘冷却的计算流体动力学（CFD）分析自动化。模板自动生成流体域与运动参考系，用于仿真热性能表现。

针对复杂的制动啸叫研究，将制动盘与悬架系统一同仿真。把制动盘与悬架系统拆分为两个独立模块，制动啸叫分析模板调用两个子系统内的对象。无需重复工作，即可对多组制动盘‑悬架系统组合开展分析。

电池框架冲击分析

我们使用简化版电池框架冲击分析，验证该方法的自动化能力。该框架由四根梁、两块板组成，承受圆柱形冲击块的撞击。我们生成该框架的更新版本，包含参数、几何、拓扑以及装配体层面的各类变更，甚至在测试中额外增加一块冲击块。

我们统计替换旧设计时，修复仿真设置所需执行的用户操作。传统模板化方式需要执行 41 项独立操作，用于修复失效链接、重建网格以及更新工况。切换至模块化 MODSIM 方法后，用户操作数量从 41 降至零。采用该方法能够大幅减少手动工作量。试想对于高度复杂的整车模型，该方案能够节约何等可观的时间。

通过自动化与可追溯性创造业务价值

模块化 MODSIM 开箱即可降低设计验证的时间成本、资金成本与重复工作。复杂零部件与子装配体的验证可在数分钟内完成，而非数日。设计人员与分析师可以基于同一套设计数据独立开展工作。

在3DEXPERIENCE 平台的统一数据环境中，仿真与模型的生命周期实现同步管理。数字主线将模型与仿真相互连接。这套统一方案最大限度减少数据重复，最大化复用能力，保障各工程部门之间完整的可追溯性。

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