本文中概念設(shè)計指項目早期初版數(shù)據(jù)TG發(fā)布前的零件總體框架設(shè)計，眾所周知，在整車開發(fā)中不同開發(fā)階段下零件設(shè)計空間與設(shè)計更改所需的成本是不同的，如圖所示，越是項目早期，零件設(shè)計空間越大，設(shè)計更改成本也越低，而越到后期則是相反。項目早期概念階段很多零件設(shè)計尚不成熟，但其設(shè)計空間最大，此時確定合理的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方向可以有效降低開發(fā)成本提高結(jié)構(gòu)效率，然而如何在概念階段找到較優(yōu)解決方案且落地下來則并非易事。

前言

 圖1

第一，項目早期其設(shè)計輸入邊界具有較大不確定性，無論是零件選型、整車布置、造型以及平臺策略都具有一定調(diào)整空間，需在后續(xù)開發(fā)過程中逐步明確與細化，然而可變的設(shè)計空間對零件設(shè)計是一個巨大的挑戰(zhàn)。第二，產(chǎn)品開發(fā)需在性能與成本間尋找平衡，而設(shè)計者希望兩者都探索到極限，因此某些設(shè)計指標開發(fā)初期往往定義激進且易變，結(jié)構(gòu)設(shè)計重心也隨之變化。第三，整車開發(fā)周期逐年縮短，開發(fā)者首要解決的問題是滿足開發(fā)要求前提下快速上市，是否充分挖掘出結(jié)構(gòu)設(shè)計的潛力則成為一個次要選項，結(jié)構(gòu)設(shè)計在精益求精與快速上市上也是一對困擾開發(fā)者的矛盾。

圖2

整車開發(fā)過程是一個從整體到局部、由粗到細，逐漸收斂的過程。結(jié)構(gòu)設(shè)計上也服從這一趨勢，從整體框架設(shè)計到局部尺寸與特征設(shè)計。項目早期概念階段則是決定整體框架設(shè)計的關(guān)鍵時期，此時需要在設(shè)計邊界內(nèi)進行結(jié)構(gòu)選型確定最佳框架傳力路徑，設(shè)計者一般根據(jù)經(jīng)驗參考若干上一代車型與競品車型或者其組合進行初始化設(shè)計，并根據(jù)空間尺寸結(jié)合歷史經(jīng)驗給出結(jié)構(gòu)的定性判斷，后續(xù)基于此判斷進行局部優(yōu)化與細化，項目早期的這種設(shè)計往往較為主觀，且受到上述諸多因素限制，很難進行多種解決思路的橫向?qū)Ρ?，找出最適合本項目的全局方案。

制約多框架選型同步評估與選型的主要原因是現(xiàn)有CAD-CAE建模與分析工作鏈過長，從布置到CAD建模、到CAE建模到CAE分析到優(yōu)化與反饋CAD

圖3

在概念階段需要一個具有較高柔性的模型，可快速響應(yīng)輸入的變化，并體現(xiàn)關(guān)鍵幾何要素，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的方向性判斷。SFE全參概念模型是這樣一種解決方案，SFE概念全參模型可在內(nèi)部實現(xiàn)CAD建模到CAE仿真的全流程，其工作流程更為輕量化，簡化非關(guān)鍵局部特征控制好精度，迭代效率大大提升（如圖所示），這符合概念階段需求。在此建模技術(shù)基礎(chǔ)上進行模塊化拆分與結(jié)構(gòu)化儲存可進一步提升建模與開發(fā)效率，如不考慮模型差異簡單對比建模效率可提升近90%。

圖4

在概念階段需要一個具有較高柔性的模型，可快速響應(yīng)輸入的變化，并體現(xiàn)關(guān)鍵幾何要素，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的方向性判斷。SFE全參概念模型是這樣一種解決方案，SFE概念全參模型可在內(nèi)部實現(xiàn)CAD建模到CAE仿真的全流程，其工作流程更為輕量化，簡化非關(guān)鍵局部特征控制好精度，迭代效率大大提升（如圖所示），這符合概念階段需求。在此建模技術(shù)基礎(chǔ)上進行模塊化拆分與結(jié)構(gòu)化儲存可進一步提升建模與開發(fā)效率，如不考慮模型差異簡單對比建模效率可提升近90%。

模型效率提高，使得概念階段多結(jié)構(gòu)方向的模型矩陣快速評估成為可能，多概念方案的模型矩陣可更大程度覆蓋多種拓撲結(jié)構(gòu)選型、多種關(guān)鍵輸入。在更大結(jié)構(gòu)尺度上（如環(huán)路強弱分布、路徑設(shè)計）基于定性評估與定量分析進行方案的篩選，并結(jié)合歷史經(jīng)驗與拓撲優(yōu)化為項目決策提供更多全局框架的可行方向。對于中等尺度的結(jié)構(gòu)設(shè)計如接頭形式、梁的位置與尺寸等，則可在此時期進行大樣本計算，得到滿足若干邊界輸入下的最佳結(jié)構(gòu)組合。這與以經(jīng)驗為主的結(jié)構(gòu)框架選型與局部仿真優(yōu)化方式并不矛盾，相反應(yīng)是各取所長，互為補充。這種基于大樣本計算的結(jié)構(gòu)選型可在很大程度上增加經(jīng)驗的設(shè)計的廣度，且在技術(shù)上具有更多擴展性，如基于機器學(xué)習(xí)模型對結(jié)構(gòu)方案進行大數(shù)據(jù)分析，在滿足一定邊界輸入范圍時預(yù)推薦適合的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計。

圖5

在項目早期概念階段，多學(xué)科協(xié)同也是一個制約概念開發(fā)效率進一步提升的問題。由于性能與重量成本之間，以及不同性能之間經(jīng)常存在設(shè)計沖突，在較短時間內(nèi)實現(xiàn)多設(shè)計指標的平衡是一個較大的挑戰(zhàn)。處理多學(xué)科協(xié)同時，溝通是非常必要的，但往往需要大量反復(fù)互相試探的溝通成本，也極耗費工程師精力。因此引入快速的多學(xué)科同步迭代技術(shù)對概念開發(fā)也是非常有益的，在模型和分析工況與指標上可適當精簡，達到快速響應(yīng)的目的。SFE參數(shù)化模型在多種常見工程求解器間可快速切換，基于此模型技術(shù)做相應(yīng)開發(fā)可一定程度實現(xiàn)快速多學(xué)科同步計算與優(yōu)化。效率的提升，帶來的益處不僅僅是開發(fā)成本的降低，也能更好實現(xiàn)學(xué)科之間的平衡，當然這需要各學(xué)科專家與結(jié)構(gòu)優(yōu)化團隊共同的努力。

圖6

總之，概念階段應(yīng)當盡可能多的進行結(jié)構(gòu)方案研究，在項目早期輸入邊界區(qū)間內(nèi)探索可行的較優(yōu)解決方案，此時需要更快的模型響應(yīng)與更同步的多學(xué)科聯(lián)合優(yōu)化方法，概念開發(fā)階段應(yīng)將快速多方案多目標尋優(yōu)與各學(xué)科團隊精細評估驗證相結(jié)合，各取所長開發(fā)出更好的汽車產(chǎn)品。