加快制定汽车行业CAE分析及结果评价体系
-促进国内汽车行业CAE软件应用水平
汽车新三包法郭迎春1，姚伟2
（1.丹东黄海汽车有限责任公司技术中心，辽宁 丹东 118008）
（2.上海同济同捷科技股份有限公司汽车研究院，上海 201206）
摘  要：我国汽车产业经过几十年的发展，取得了很大进步，然而与国际先进的设计、制造技术相比还有很大的差距。
近两年，我国相关部门先后颁布实施了《缺陷汽车产品召回管理规定》、《汽车三包规定》、《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》等法规和标准。但目前我国汽车行业在标准、法律、法规方面与国际上相比还是比较宽松的，表现在我国推荐性标准多，强制性标准少；因此出现了国内企业认为进入汽车行业的门槛很低，即使是目前汽车行业竞争已经很激烈的时候，家电企业、摩托车等其他民营资本还是蜂拥而入，导致竞争的进一步加剧，为追求暂时的利润，很多企业在研发上不投入或投入很少，盲目的模仿他人车型，这样的产品如何能保证的可靠性呢？这样的产品又如何去参与国际市场的竞争呢？
因此尽快制定汽车行业CAE分析流程和结果评价体系，加强相关汽车安全标准的制订、强制性检测项目的实施，保证汽车安全水平的提高，促进汽车设计分析技术的进步；比如正面碰撞安全性标准的实施，就极大地推动国内汽车企业CAE仿真分析的开展和软件应用水平的提高，进而也促进了产品可靠性的提高和产品研发实力的提升，为我国汽车企业参与国际竞争提供了技术保证。
关键字：汽车；CAE；标准；召回；法规；碰撞
1  当前现状
经过几十年来的努力，特别是近几年来，中国汽车工业一直处在高速发展之中，现今已成为国际汽车市场最热的地区，然而在中国加入WTO之后，中国汽车工业不仅要面对国内汽车企业的竞争，更多的是要承受国外先进汽车企业在技术、理念、管理、营销等方面的强烈冲击。这种冲击表面上是质量和设计理念的冲击，但实质上，技术创新才是这种冲击的核心力量，也是赢得市场竞争的关键。同时由于我国汽车行业在标准、法律、法规方面与国际上相比还是比较宽松的，表现在推荐性标准多，强制性标准少，导致国内许多企业认为进入汽车行业的门槛很低，即使是目前汽车行业竞争已经很激烈的时候，家电企业、摩托车等其他民营资本还是蜂拥而入，这些企业为追求暂时的利润，在研发上不投入或投入很少，盲目的模仿他人车型，这样的产品是无法保证可靠性的，更无法面对激烈的国际竞争，其最大弊端就是扰乱了市场，加剧了市场竞争，不利于整体汽车工业的发展。
面对上述情况，2002年10月23日，国家质检总局发布《缺陷汽车产品召回管理规定(草案)》，向社会公开征求意见，消费者对此反响热烈，国家质检总局组织的调查结果显示，有99.6%的被调查者赞同尽快出台缺陷汽车召回制度；2004年3月15日，国家有关部门正式颁布了《缺陷汽车产品召回管理规定》，规定自2004年10月1日起将强制推行汽车召回制度，但仅限于M1类(座位数不超过九座的载客车辆)，M2、M3(9座以上乘用车)以及N类(至少有四个车轮且用于载货的机动车辆)汽车不在此范围，有消息说2005年底前有望把M2／M3汽车纳入召回管理范围，而N类汽车仍未被列入强制召回计划。同时汽车“三包”规定也已出台。
2  国内汽车安全性能有关标准和法规
鉴别汽车安全性高低最直接的方法就是进行汽车安全碰撞实验，为此国家颁布了《汽车乘员碰撞保护》GB／T11551-89等一系列条款来划分汽车安全的标准，并从2001年起实施《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》(此《规则》已于2003年上升为国家标准)，乘用车正面碰撞的乘员保护2004年6月1日开始实施，现在越来越多的数据表明，由于汽车发生侧面碰撞时对汽车乘员的致死率明显高于正面碰撞，因此以欧洲
ECER95(侧面碰撞法规)为蓝本的国内侧面碰撞标准据悉也将于明年7月1日颁布实施，同时针对车辆燃油泄漏安全性要求的后撞法规也将很快实施，汽车正面、侧面、后面碰撞等标准的发布实施无疑将推动国内汽车安全标准体系的建设。
在GB13094-200X征求意见稿(代替GB13094-1997)客车结构安全要求中验证方法中提到要求整车试验进行顶部静态加载或整车侧翻试验；模拟计算要求进行模拟顶部静态加载或整车侧翻试验，而不仅仅是以前推荐的要求做顶部静态加载试验。
目前，国内汽车技术标准分为强制性和非强制性标准两项；近两年大量的法规颁布和实施，我们可以清楚的看到，国家对于汽车产品的安全技术已越来越重视，碰撞等新法规的推出和原有推荐标准改为强制标准都说明了这一点。
3  保证汽车产品的可靠性的高效技术手段
但如何从技术角度保证产品不出现可靠性事故等缺陷，满足安全要求，不被“召回”是非常关键的。CAE等模拟计算仿真分析技术作为汽车数字化设计的一项核心技术，近年来已被大多数汽车企业和设计公司所接受并广泛使用。由于CAE技术的应用可使设计师在产品设计阶段对汽车的结构和性能做出预先评估，因而大大降低了新产品开发的风险，对提高汽车产品质量及缩短开发周期和成本意义重大。同时，CAE技术可以替代大部分试验。灵活、方便、快捷的特点使CAE技术能为设计工程师提供大量的仿真试验数据和技术参数（而其中一些数据根本无法或很难通过试验获得），这将有利于设计经验的积累和设计技术的提高。可以说，CAE技术的应用不仅可以带来产品竞争力的提升，而且也为企业的自主创新带来了新的契机。
由于CAE技术具有诸多优点，通用、丰田、福特等国际汽车业巨头以及一些知名的汽车设计公司都已将其纳入到各自的设计体系中，并根据不同的分析内容分别制定了全面、细致的分析标准和分析流程（一般包括分析目的、建模方法、加载标准、分析步骤和结果评价几个方面），很好地确保了分析的精度和结果的可用性，使之成为整个设计流程中非常重要的一环。
4  国内汽车行业应用CAE的现状
CAE技术在国内也逐步得到重视。汽车业界已普遍意识到CAE技术对提升产品竞争力的重要性，多家主机厂和一些设计公司纷纷建立了自己的CAE部门，并通过聘请国外高水平的CAE专家和提供各种培训、交流和沟通的机会来提高自身的CAE分析水平。同时，将CAE技术融入整个设计流程的工作也在同步进行，其应用正从开始的入门尝试阶段进入到解决实际问题的阶段，并随着CAE技术的提高和应用范围的不断扩大，这方面的成功案例正在逐年增加。由于CAE技术在汽车产品设计中发挥了越来越重要的作用，相当多的汽车企业都在产品设计流程中明确规定了CAE环节，没有CAE分析的设计不能流入下一个技术环节。
尽管CAE技术在我国汽车行业中正逐步得到推广和应用，并发挥了重要的作用，但由于起步较晚，与国外先进水平相比尚存在不小的差距。这种差距不仅体现在理论基础和技术水平上，也体现在试验的支持和软件的使用水平上，但更重要的一点是缺少成熟的分析标准和分析流程。分析标准和流程的重
要性在CAE 技术的入门尝试阶段可能还感觉不到，但随着CAE分析范围的扩大（分析对象单个零件逐步发展到总成系统和整车系统，分析类型从线弹性分析逐步发展到非线性分析和多物理场耦合分析），这种重要性将越发明显。因为对于整车系统而言，除了结构和连接关系非常复杂外，还存在复杂的非线性问题（如橡胶件、塑料件、泡沫件等的材料非线性，各零件间的接触非线性，整车的结构非线性，等等），在这种情况下，如果各行其是，凭个人的技术基础和经验去做CAE分析，那么对不同分析人员而言，就很难保证相互之间计算结果的一致性，更不用谈数据的积累和对比了。因而，通过制定汽车行业的CAE分析标准和流程，使分析方法和步骤规范化、统一化和流程化，是消除CAE技术提升瓶颈的一条必由之路。
当然，CAE分析标准与流程的制定和完善是需要一个过程的。完善分析标准的最好方法是吸收国外成熟的方法和评价数据，但国外汽车企业的分析标准都是技术机密，要想获得这些数据是很困难的。同时，国外的材料、工艺水平、道路情况、评价方式也与国内存在一定差别，因而不能完全照搬国外的分析标准，而只能根据国内的实际情况选择性的加以吸收。在这种情况下，更多的是需要从理论基础和设计经验角度
去补充和完善分析方法，从与试验数据的对比去完善建模方法与评价体系，并通过增加软件使用技巧和心得去提高建模的质量与速度。
5  国内汽车行业亟待制订行业CAE分析和结果评价体系
近几年来，国内的一些汽车企业和设计公司正在逐步探索和制定企业的CAE分析标准。上海同济同捷公司作为目前国内最大的独立汽车设计公司，长期以来竞争力不断提升，这与坚持引进最先进的CAD/CAE/CAM技术作为汽车产品开发的手段密切相关，而CAE仿真技术作为其中的代表之一，目前在同捷公司产品开发流程中得到了广泛的应用，并发挥了巨大的作用。同捷公司本着提高CAE技术水平的目的，对多项分析技术进行了积极的探索和研究，逐步形成了一套公司独有的CAE分析标准和流程，内容涵盖了汽车碰撞安全、车辆运动学与动力学、耐久性（疲劳）、强度与刚度、NVH和空气动力学六大研究方向在内的20个子研究方向。目前，同捷公司在CAE仿真分析方面已经有了很多成功的案例，为产品设计开发积累了许多宝贵的经验，也为整车的顺利开发和实现预期设计目标提供了强有力的保证。2004年下半年，同捷公司设计的两款车型（包括一款MMPV和一款三厢轿车）仅通过一次实车碰撞试验就通过了我国正面碰撞法规（CMVDR 294），很好地印证了CAE仿真分析的结果。
因此，尽快制定汽车行业CAE分析标准，加强汽车安全等相关强制性标准的颁布和实施，比如碰撞安全性标准的实施，将会极大推动国内汽车企业CAE仿真分析的开展和软件应用水平的提高，进而也为我国汽车行业的自主研发铺平了道路。从技术和法律、法规、标准等方面提高汽车行业的进入门槛，从而规范市场投机行为，促进我国汽车行业的健康有序发展。可以预见，随着CAE应用研究的不断深入，它在汽车产品设计开发中将扮演越来越重要的角，尤其是对产品可靠性的提高和产品研发实力的提升将有极大的促进作用。
作者简介：
郭迎春，男，1967年3月生。1991年毕业于哈尔滨工业大学工程力学专业，获学士学位，具有大学英语四级证书, 2001年被评为高级工程师。
曾先后在丹东汽车制造厂设计处、辽宁黄海汽车集团有限责任公司产品开发处、上海同济同捷科技股份有限公司CAE 部、丹东黄海汽车有限责任公司技术中心工作，参加过几十种新产品的开发工作，主要从事客车结构和CAE强度分析方面的工作，十多年来积累了大量的客车产品开发(特别是骨架结构设计)和CAE分析方面的经验。
发表过《我国客车行业开展CAD工作策略及方法》、《信息性设计在城市客车中的应用》、《空调客车新景－DD61121HS 新型低地板大客车》、《浅谈城市客车的发展趋势》、《我国客车企业如何面向21世纪的挑战》、《客车CAD、CAM技术应用与研究》、《汽车行业CAE技术应用与研究》、《空调公交车发展及应注意的几个问题》、《DD6991QSG骨架断裂有限元分析及改进》、《黄海牌DD6112H5系列大型旅游客车的研制》、《客车骨架有限元分析中地板梁的处理方法》、《DD6112HF系列仿古客车》、《ANSYS软件在DD6980QS客车骨架强度分析中的应用》、《矩型管车架纵梁与支撑梁连接强度研究》、《黄海牌DD6110HS3G客车骨架强度分析》、《黄海牌某型客车车身强度有限元分析》、《黄海牌DD6122型城市客车有限元强度分析》、《客车行业如何应对-“召回”》等20多篇学术论文，多篇论文获不同的奖励，多篇文章被收入各种文集。
多次主持与高校的“产学研”合作项目，培养了良好的课题组织、协调能力，并由此被辽宁省产学研联合领导小组评为九三--九八年度辽宁省产学研联合先进工作者；获多项各级科技进步奖励。
曾入选辽宁省科协编辑出版的《辽宁省青年科技人物志》首卷。