1、汽车行业IM投稿网站： 2023年增刊 173仿真数据管理的关键技术周巍（华晨宝马汽车有限公司，辽宁 沈阳 110044）摘要：基于仿真业务数据管理、效率提升、协同和项目支撑等方面的需求，构建各个学科统一的仿真数据管理平台。该平台通过基于知识重用的数据管理、仿真自动化、兼容各个学科的架构和整体的仿真生态体系，赋能仿真业务。本文以某车企仿真业务为例，探讨仿真数据管理的应用和价值。基于 SimManager 的仿真数据管理平台的应用为促进仿真业务发展、提高产品质量提供了有力保障。关键词：SimManager；仿真数据管理平台；知识重用；仿真流程；仿真生成器1前言随着国内汽车行业的快速发展和越来越激
2、烈的竞争，国内主要汽车企业正在着手逐步建立完备的研发创新能力以应对缩短开发周期、提高产品质量的挑战。华晨宝马也正在稳步地推进建立完整体系支撑的研发创新能力。目前 CAE 仿真技术已在华晨宝马产品开发的各个阶段发挥了积极重要的作用，成为产品设计环节必不可少的工具。同时还和试验验证一道成为控制研发质量的重要手段。仿真的重要性、有效性得到了较广泛地认同。经过多年的积累，在结构、NVH、安全、流体力学和多体动力学等专业方向，华晨宝马形成了一套较为完整并经实践验证可行的分析流程和规范。随着产品性能要求的不断提升和新技术、新方法的应用，仿真专家也在不断对其进行更新和修订，保证 CAE 技术对设计的验证和指
3、导作用。就像设计业务发展到一定阶段引入设计数据管理，仿真业务发展到一定阶段，引入仿真数据管理平台（Simulation Data Managerment，SDM）成为提高效率和规范化的有利的工具，华晨宝马基于业内成熟的 SDM 产品 SimManager 构建了仿真数据管理平台，进一步促进仿真对项目的支撑作用。2仿真数据管理建设背景在仿真业务开展规模越来越大的发展过程中，通过仿真数据管理平台可以满足不同的需求。（1）仿真数据的高效管理和重用随着车型项目的不断增加，仿真业务规模随之快速增加，仿真数据量飞速增长。以奥迪公司为例，经过 10 年时间，车型、仿真性能指标、参数和模型细化粒度等方面因素的
4、叠加影响，使得仿真数据量超过 1 000 倍增长1。需要专门有效的技术手段，将大量的数据进行管理、使用并保证完整性、安全性。另外，不同的仿真工程师有自己的工作习惯，不同仿真学科，甚至同一仿真学科内部，仿真规范性无法得IM汽车行业174 2023年增刊到保证。大量的数据分散存储，检索性和重用性差，知识积累不足，无法发掘已有仿真数据的价值。存于硬盘上的大量仿真数据，除了产生仿真数据的工程师，其他人很难判断哪些数据有价值可长期保留，哪些数据没有价值或价值很低可以清理。对于时间过长的历史仿真数据，即使仿真工程师本人也很难准确了解和清理。因此形成大量历史数据堆砌。（2）如何利用平台提高效率在汽车行业，仿
5、真工作呈现大批量、成熟化的特征。仿真工具软件种类繁多，数据格式多种多样，存在大量的重复性工作。如果依赖手工交互完成，模型前后处理工作烦琐，工作量大。在目前市场竞争激烈，研发周期不断压缩的情况下，如何利用平台进一步提高效率就成为关注的重点。（3）促进业务协同设计、仿真和试验是车型产品研发的三大支柱，一般用户都已经建立了设计数据管理系统。但是在没有仿真数据管理手段的情况下，设计和试验数据的传输、版本的管控完全依赖手工，效率低、无法做到高效协同。（4）强化对项目支撑建设仿真数据管理的核心目的是支持项目研发。仿真数据管理平台可以在以下方面强化项目支撑，包括产品仿真性能达标评估和对标、仿真工作进度及虚拟
6、评审、仿真知识库不断积累，以及历史仿真数据挖掘与利用等。3仿真数据管理的关键技术在基于 SimManager 构建仿真数据管理平台的过程中，涉及到以下关键技术。3.1基于知识重用的仿真数据管理建立了以仿真分析项（工况）为基础的仿真数据和知识管理体系。结合实际开展的仿真分析工作，将仿真分析规范纳入分析流程之中，仿真工作均按照定义的分析规范去实施。使得不同的工程师基于相同的规范完成同一项工作并可得到一致性的仿真结果。基于该分析项的仿真分析结果，结构化存储在数据库中。用户在不同车型项目之间、同一项目的不同方案之间、当前车型和对标车型之间，以及同一方案下仿真结果和试验结果都可以从数据库调用并方便实现在
7、线对比。这对不同方案的权衡以选择采用方案是有效的工具。支持建立车型仿真目标值的管理体系。仿真目标值对不同的车型是不同的，仿真目标值可以针对不同的车型进行调整。在项目执行过程中，仿真目标值可以进行微调。调整后的目标值也需要提交审批流程生效后执行。在仿真工程师执行仿真计算后，可以立即与系统中存储的当前目标值进行对比，以颜色状态的方式展示达标状态。可以迅速帮助工程师判断方案的状态并指导形成下一步方案修改。利用仿真数据库还可以进行新方案快速预测或优化。仿真数据库数据积累了大量的仿真方案和结果数据，与机器学习相结合，能够基于当前的方案和结果数据样本，快速建立降维模型，实现对新方案的快速预测。这个也是在知
8、识重用方面的实践。3.2支持仿真业务效率提升仿真数据管理平台的核心目的之一是协助提高仿真业务的效率，使仿真工程师更快地得到仿真结果，或在相同的时间内，能够实现对更多方案的计算和探索。平台能够集成仿真工具软件，包括前处理工具、求解器和后处理工具，以搭建仿真分析的流程。在前处理、后处理和报告生成环节，能够集成相关自动化脚本和模板，以批处理方式提高效率。仿真工作中涉及到模型文件的组配和多工况的快捷提交。为此，构建了仿真生成器的功能，可以实现支持一键式完成多工况、多方案的作业提交，并记录整个过程从分析报告、关键结果、求解文件和子模型等数据谱系和版本关联关系。基于矩阵界面形式的子模型装配页面，矩阵界面的
9、行代表组成整车的子模型，列代表分析工况。在仿真生成器界面也可对各个工况的参数（求解、后处理等）和脚本进行查看和调整。3.3依托平台建立仿真生态体系仿真业务并不是孤立的，除了内部学科之间的模型关联，还需要与设计、试验部门进行数据沟通，以及与外部供应商进行数据沟通。通过仿真数据管理平台，建立不同学科或部门间的模型共用，实现不同部门间模型的共享使用。同时，打通上下游数据的关联，上游工况的结果可以作为下游工况的输入。建立和设计数据管理系统 PDM、试验数据管理系统TDM 的集成，实现和设计试验数据的连通。PDM 提供设计数模和仿真请求，仿真验证在仿真数据管理平台完成，仿真报告再反馈到 PDM 系统供设
10、计师参考。仿真数据管理平台可建立仿真和试验方案的对应关系，在仿真平台汽车行业IM投稿网站： 2023年增刊 175完成仿真试验的对比。供应商仿真是整个仿真业务不可或缺的一环。仿真平台通过纳入供应商，供应商的仿真可以在平台中完成，这样和供应商仿真工作形成更紧密的合作关系，同时对供应商产品的版本迭代具备更进一步的了解和把握，从而保障整车的研发。3.4兼容不同的仿真学科作为统一仿真业务的平台，仿真数据管理需要面向仿真各个学科。而各个学科的仿真工具、数据类型和格式可能差别很大。举例来说，多体动力学的数据和有限元学科的数据差别较大，平台提供了兼容不同学科的解决方案，能够结构化存储多体动力学的输入参数、模
11、型数据并在平台建立版本记录。4仿真数据管理应用从仿真业务平台化、自动化、业务规范化的角度说明仿真平台应用和对仿真工程师的价值。4.1仿真业务平台化构建各学科统一的仿真业务平台，该平台基于统一的访问地址、统一的数据库和统一的权限控制，已成为仿真工程师日常工作环境。仿真用户只需登录系统网址即可开展工作。该系统涵盖了仿真数据管理、仿真业务流程管理、知识管理、权限管理、集成 HPC、前后处理自动化和报告自动化等 6 大模块功能。各学科仿真工程师可以在所属学科区域内，充分利用最佳实践的流程、数据、工具和方法，进行方案验证、优化和迭代。同时，也可以与上下游学科实现数据直连沟通，从而实现数据共享、方法共享和
12、经验共享，开创数字化仿真业务新模式。4.2仿真业务自动化仿真数据管理平台建设的着眼点之一是效率提升。为了更好赋能最终用户，仿真平台在提升效率方面进行了多方面的探索和突破。通过工具集成嵌入仿真流程自动化，建立一体化的子模型装配、递交 HPC 求解、后处理和报告生成的高效的仿真自动化流程框架，实现多方案、多工况的一键式完成作业。充分利用现有软硬件资源，大幅度提高了方案优化迭代的效率。为适应日益增长的数据规模和日趋精细的仿真业务管理需求，仿真执行过程的所有中间过程数据和结果数据都会存储到数据库。高性能 HPC 产生的计算结果和关键结果，会自动存储到 SDM 系统数据库，同时建立仿真业务数据之间的准确
13、索引关系。反之，仿真数据之间的索引关系，也为数据查询提供了高效的支持。为了更加透明化了解当前方案的质量状态，平台还可以生成不同方案达标状态展示，成为仿真人员方案改进和问题排查的利器。通过上述赋能，整体效率显著提升。4.3仿真业务规范化仿真业务规范化是仿真数字化应用不断深入的重要内容。仿真规范化也是产品仿真自动化的基础和保障。以体系化的方式将不断积累的仿真规范和标准纳入平台进行应用是数字化仿真平台建设的重要问题。基于自身仿真业务沉淀及管理规范，通过层层细化的梳理，推进仿真规范化标准化的建设。从学科、分析项、关键结果到目标值，从模型组装、命名规则到节点编号等，进行了精细的类别划分和编号定义，均纳入
14、平台管理范围。规范化的纳入为仿真数字化提供了坚实的基础。对于整车的典型仿真分析工况，从子模型定义、模型装配、高性能求解器参数设定、后处理关键结果的定义、计算结果的达标评估到仿真报告模板化生成已实现规范化标准化，确保分析结果的一致性和自动化高效执行。通过将自动化和规范化的管理模式纳入仿真业务，同时以平台化的方式应用于仿真工程师的日常工作，使得仿真平台数字化赋能仿真的效果充分显现。5结论基于 SimManager 建设仿真数据管理平台，解决仿真业务的数据管理、提高效率、协同和支撑项目研发的需求，构建各学科统一的仿真应用环境，实现仿真业务平台化、自动化和规范化。通过仿真平台应用，为仿真业务提供强有力的支持，最终实现提高产品质量、缩短产品研发周期的目标。
