11月10日-12日,由中國汽車工業協會和武漢市人民政府共同主辦的“2023中國汽車供應鏈大會暨第二屆中國新能源智能網聯汽車生態大會”在武漢經開區舉辦。本屆供應鏈大會以“踔厲奮發,攻堅克難——打造安全、韌性、綠色汽車供應鏈”為主題,設置了“1場戰略峰會、1場大會論壇、9場主題論壇”共11場會議,圍繞供應鏈安全與布局、新型汽車供應鏈打造、傳統供應鏈升級、全球化發展等熱點話題進行深入交流與探討,尋找構建世界一流汽車供應鏈的對策、方法和路徑。其中,在11月12日上午舉辦的“主題論壇八:數字化賦能汽車產業鏈新發展”上,南京天洑軟件有限公司首席戰略官劉國威發表精彩演講。以下內容為現場發言實錄: ![]() 感謝中國汽車工業協會給我這樣一個機會跟大家交流一下我們簡單的想法。 陳秘書長剛才講到時間問題,后面還有兩個報告,我控制一下時間,爭取20分鐘結束我的報告。 我匯報的題目是設計仿真優化一體化軟件平臺,今天上午的報告非常精彩、非常豐富,京東講供應鏈,東風講整個汽車企業數字化,剛才也講了標準問題。我覺得非常豐富,還有上海商品期貨交易所講了金融,整個數字化是非常龐大的一個體系。 我要講的事情主要是聚焦在研發設計這塊,還是非常聚焦這一部分的。 之前得到一個通知就是說我參加一個汽車供應鏈的會,我說我之前沒有參加過,我趕緊找了找汽車供應鏈的數據,可以看到,一方面新能源汽車增長得非?,滲透率也非常高,另外一個,就是汽車零部件凈利率是在下降的,費用率也是在下降的,汽車中有一個費用沒有下降,就是研發費用沒有下降,還在增加。所以這里面得出兩個信號,就說汽車行業是越來越卷了,全世界汽車行業是越來越卷,利潤率也在下降,大家生存壓力越來越大,怎么在競爭中保持自己的優勢呢?研發是特別重要的,別的地方可以砍,但是研發投入是不能降的,否則在市場里是難以去生存的。 今天我們講的軟件主要聚焦在研發這塊,工業軟件剛才有專家提到缺芯少魂,之前這塊我們國家確實比較薄弱,工業軟件分為四大類:研發設計、生產控制、信息管理和嵌入式,這里面市場空間最小的是研發設計,但是我們國家被卡脖子的就是在研發設計領域。研發設計簡單來說就這么幾個軟件:CAD、CAE、EDA,最主要這幾個研發設計的軟件。 今天我們主要講的就是CAE軟件(計算機輔助工程),計算機輔助工程是干什么的?一句話就是解物理方程的,就是我們一些物理現象,比如汽車最關心的是安全問題,安全問題可能涉及到的是強度問題,碰撞情況下是不是安全,流體方面往往涉及到性能問題,比如風阻系數,比亞迪-漢的風阻系數0.233,海豹是0.219,我們國內汽車企業卷得非常厲害,廣汽埃安的埃安Hyper GT風阻系數又不到0.2了,是怎么做到的呢?它一方面可以用試驗去驗證,設計流線怎么樣,通過風洞試驗計算風阻系數和壓力系數是怎么樣的,同時可以通過仿真得到,來降低試驗成本,如果純做試驗,成本太高了。 汽車行業經過幾十年的發展,有些仿真是做得比較成熟的,比如碰撞,用真車碰撞還是比較少的,但還必不可少,但現在大量用仿真去做碰撞,真正用試驗去校核一下仿真是沒有問題的就可以了。所以,我們認為未來仿真用得越來越多,包括風阻系數也是,我們之前最早是吹風洞,有一句話叫“風洞一響,黃金一萬兩”,風洞試驗成本也特別高,用仿真軟件效率會更高一些。 然后再說多一句,為什么說卡脖子呢?我國之前在研發設計軟件,尤其是我們聚焦的CAE之前是被國外軟件占據的,國外軟件再聚焦一點就是美國、歐洲,再聚焦一點就是美國、英國、德國、法國相關企業,包括CAE,壟斷中國95%以上的市場。這塊是很可惜的,研發設計軟件底層是數學,CAE核心的就是解方程,包括結構方程和流體方程。 我們流體解的就是N-S方程,這些方程確實都是國外的數學家推導出來的,推導出來如果沒有解析方法求解就用數值的方法去求解。多說一句,我最近在看中國古代數學,我想在數學方面我們能不能增強自信?比如圓周率的推導用到了極限思想,九章算術里面還有解方程的方法,很早我們中國提出來類似高斯消元法的思想。但是西方現在對數學體系用阿拉伯數字和希臘字母完全建立了一套屬于他們的數學方法,中國數學怎么樣重新引領世界?這個過程我還沒有想通。 但是我覺得我們還要重新拾回中國數學的自信,目前方程求解的有限元法其實是中國跟美國是同步提出來的,中國有一位數學家叫馮康,他之所以在世界上威望很高,因為他跟美國人同步提出來有限元法,我們現在通用的仿真CAE軟件底層用的都是有限元法的思想,但是很可惜中國沒有快速把它推廣開,反而在美國、歐洲一些國家,隨著計算機的發展他們的數學方法應用得很快,并且大量快速進行了市場化,然后占領了中國市場,中國被打了幾十年沒有翻身。目前我們國家對研發設計軟件這方面非常重視,同時也是隨著中國汽車產業的發展,中國新能源汽車給我們樹立了一個榜樣,從傳統產業到新能源汽車也是一個華麗的轉身,開始從落后到引領整個世界。我們認為好的工業軟件和好的工業是相輔相成的,工業軟件是用出來的。 所以,我們現在也非常容幸趕上了中國新能源汽車高速發展的階段,我們也希望國內軟件能抓住這個機會,重拾中國在數學領域,包括在軟件工程領域的信心,我們也希望有一天我們做得比歐美國家做得更好。我下面展示一下幾個案例: 第一個是智能熱流體仿真軟件AICFD,就是求解流體流動的方程。多說一句,我讀博士的時候有一個感悟,流體跟結構往研究深了之后,發現某些規律是一樣的,因為我讀博士的時候,我的課題是研究結構的,室友是研究流體的,最后我們一討論結構、流體很多本質上的規律是一樣的,當然這個跟今天報告沒有關系,大家有時候去想一想,宇宙的本原是挺有意思的事情。CAE軟件的核心底層是數學,再往上是物理學問題,再往上是工程問題,我現在描述的就是一個流體流動問題,比如說這個汽車的外氣動案例,通過試驗得到的風阻系數是0.243,通過我們仿真軟件計算得到的是0.241,現在德國西門子的軟件非常成熟,汽車企業用得非常多,可以大量減少真正的風動,我們現在也在跟汽車和研究機構積極合作構建數值風洞,雖然說實體風洞必不可少,但是前期大量的試驗可以用數字仿真的方法去替代,減少試驗的成本和周期。所以,今天我們的研發設計軟件核心的觀點就是說提升設計效率,數值方法一定會比真正的試驗方法要快很多,提升效率、縮短研發周期。傳統燃油車設計一輛車需要36個月,現在很多企業提出24個月了,可能后面研發周期還更短,汽車企業壓力很大,我們就希望提出一個強有力的工具,提升車企的設計效率,縮短它的研發周期。所以,我們這款AICFD軟件從精度上,這是一個真車,算真車的網格就是5500萬的網格,這是跟國外的軟件對比,在外氣動這方面,精度和效率一點不差,包括穩定性和前后處理還是有些差距,我們替代的話,我們目前能替代達到百分之七八十的程度,我們還需要一兩年的努力,可以整個軟件一體化替代國外商軟。 傳熱的案例也是一樣,比如新能源汽車跟傳統汽車相比,確實給我們一些機會,新能源汽車核心換成“三電”了,電池、電機、電控,“三電”都關注熱的問題,新能源汽車熱的問題也是我們必須關心的問題。所以,我們進行了一些相關案例方面的計算,我們現在的偏差都是非常小的,這是電機的散熱、這個是IGBT也就是電控的散熱問題,這里就不多講了。 剛才是流體的AICFD,這個是結構的AIFEM,天洑軟件一共四款產品,是流體AICFD、結構AIFEM、數據分析DTEmpower和優化AIPOD,相對更成熟的是流體AICFD和優化AIPOD,所以我剛才介紹的是流體。我們現在主要就是固體力學,包括模態和強度等方面,顯式動力學我們的能力暫時還不具備,這是一個車門下垂分析案例,現在一些頭部企業,對國產化這塊也是比較重視,現在如果大規模替換不太可能,但在國產的軟件汽車企業都在評估。 這是芯片熱供耦合的計算,這是電機強度方面的分析,這是云圖,它實際上就是一個方程求解的過程,其實我們核心的就是去解不同的方程,解結構的方程、解模態的方程、解流體方程、解能量方程等等,然后去替代實際的物理試驗。剛才講我們現在最成熟的兩個軟件,一個是流體,一個就是優化,這個就是優化,最近的汽車企業對我們優化這塊需求是比較多的,包括很多頭部企業,也包括造車新勢力,為什么呢? 我總結之后,我們做這個之前,很多制造業都逆向設計,它不需要優化。我之前和一個工業機器人公司聊過,他不需要優化,這個產品都是仿照國外產品設計的,不能差一毫米,如果算出來的和國外產品不一樣,說明算錯了,國外產品經過這么多年的優化,它設計那個一定是最優的,所以在優化領域,過去逆向設計來講用得不是很多。 但是隨著中國汽車工業發展越來越快,自主研發能力越來越強,怎么樣在競爭中去提升產品的優勢,優化跟不優化意味著產品上的性能和成本上的差異,優化出來1%,成本可能降低1%,性能提升1%,如果不做優化,可能就差1%,在市場上體現出來的競爭力就差1%,所以現在對優化軟件感興趣還是比較多。優化在性能上和結構上的優化,之前沒有這款軟件一般的汽車工程師怎么辦呢? 我們講設計過程就是一個優化過程,除非是0到1的問題,1到N都是優化的問題。所以我們自研了優化軟件,它可以自動去調用CAD和CAE,實現自動迭代過程。同時,它又有自研優化算法,去自動去尋找最優解在哪個地方。所以這個軟件的核心在兩個,一個是CAE、CAD自動調用,第二是優化算法,按照我們的軟件的優化路徑自動去尋找一個最優解,讓設計師解放出來,設計師可以干別的事情去,可以設計更多的方案,可以實現降本增效的問題。 這里舉兩個問題的例子,一個就是IGBT散熱優化,是一個圓柱形的散熱,是很整齊的,設計師很自然想出來是最簡單的。經過我們的軟件優化之后,我們發現從圓柱形變成橢圓形,然后排布從高一點到底一點,整個散熱的均勻性方面是可以得到一個明顯提升,原來是從手動調節需要花費很長的時間,所以這個明顯提升了設計效率。包括電池,電池就想減重,那怎么樣去減重呢?也是現在很多汽車企業和電池企業用我們的軟件去給他做,智能優化軟件去做減重優化,邊框能不能再窄一點,自動去給它去跑優化過程,滿足強度要求的前提下,這是結構里面用到的一個優化問題,調整它的磁鋼V角,怎么樣讓扭矩最高,很多公司都購買了我們的軟件,去做它的優化問題,以前都是手動,效率是比較低的,現在自動化。 還有數據分析軟件,這個門檻低一點,針對設計,包括剛才車企說到的數據賦能,產生了大量數據,但是這些數據怎么用起來,我們提供數據分析的軟件,我們目前主要針對仿真數據或者試驗數據,包括電池里面,三元鋰怎么樣的配方性能更好一些,客戶做了很多試驗,但這些試驗數據怎么利用它的價值,可以用我們的軟件去進行分析和挖掘。另外,經常有人問AICFD里面的AI是如何應用的, AI一句話“有規律的東西都可以用AI抽象出來,然后利用它的規律對未來做出一些預測”,然后我們就是通過AI讓方程的求解更快一點,我們就是要快,設計周期要再快一點,怎么辦?用AI去加速,在方程求解過程中讓它去加速方程的求解,這就是在CAE軟件里面的一個應用。包括汽車風阻,開通AI之后,計算速度可以提高3倍,如果直接用AI直接預測跳過求解,幾秒鐘可以出結果,但是這個適用范圍也是有限的,但是對于適合的場景是比較好用的。 我們天洑軟件總部在南京,現在成立12年了,注冊資本3000多萬,經過了三輪融資,現在發展得非常好,包括汽車企業客戶這里列了一部分,還是希望跟汽車企業進行好的打磨,國外好的商軟也是跟好的工業企業相互培育出來的,所以我們也希望跟生態加強這方面的合作,我的報告結束了。謝謝。 (注:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱) |
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