迈曦崔向阳：自主CAE软件在汽车工业的应用
时间: 2023-11-06 00:37
来源: 中国汽车软件大会
作者: editor
2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“共启汽车工业软件新征程”主题论坛上，湖南迈曦软件有限责任公司创始人崔向阳发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
感谢各位！我是两重身份，既是湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室的教授，也是迈曦的创始人，在2020年时通过成果转化成立了迈曦软件，为了将我们这么多年在汽车CAE技术方面的经验结合我们在算法方面的研究，研发出成品的自主CAE软件为我们汽车行业进行服务。
我们知道，随着计算机发展，在过去的几十年，CAE在整个汽车研发体系中已经成为不可或缺的一个工具，特别是2000年以后，整个汽车产业得益于CAE技术发展，研发周期越来越短，现在我们一辆车整车研发周期最快是8个月，这得益于CAE技术的支撑。
但是在国内，我们对所有的主机厂进行了沟通调研，全部的汽车CAE研发工具基本完全依赖于国外，这是我们做的简单整理，目前在整车研发中大概需要40余款CAE软件工具，基本全部来自于国外的软件公司。国内到目前为止还没有提供一款真正在汽车行业中规模使用的CAE软件。
过去这几十年，中国的科研院所对CAE技术研究从未中断过，包括我们湖南大学，今天上午钟志华院士提到他八十年代在瑞典开始研究接触算法，到他九十年代回国组建我们CAE团队，整个技术体系在不断的完善，到2020年我们通过科技成果转化成立迈曦软件公司。目前我们公司全职技术研发人员一百多人，有31位博士。2022年时，我们发布了自己的两款CAE软件，一款做CAE仿真，另外一款做多学科优化设计。
这是湖南大学和迈曦软件在汽车行业的简单发展历程，我做了一个简单的整理。实际在过去的20年，我们整个团队为国内汽车公司提供CAE技术支撑超过了100款车，我们参与研发的汽车市场保有量应该也是达到了千万辆。以CAE技术为主导的我们技术团队也得到了国家的认可，多次拿到国家的奖励，成立了国家重点实验室，现在是全国重点实验室。迈曦软件也承担了汽车行业工具链CAE软件的任务，同时也承担了汽车结构CAE和碰撞CAE攻关工程的任务。
这是迈曦软件产品的介绍，我们有自己的底层的仿真求解库，实际上CAE公司很少有求解库，但在这一块我们团队一直推动底层数学库的研究，采用自己的求解器开发工程仿真软件，包含通用结构、显式动力学、流体、多物理场，还有多学科优化设计软件。
迈曦最早主要是围绕汽车的行业需求来做一些技术的研究，我们的技术研发路线也是如此展开。在汽车CAE分析中，前处理占用时间比较长，因为汽车结构非常复杂，在整个建模过程中需要的时间非常长，所以我们希望能用自动剖分的三角形和四面体构建全新算法体系，解决现有商业软件中这类单元计算精度偏低的问题，这样一定程度上推进实现汽车建模的自动化。
第二个我们的核心技术是钟院士最早提出的级域接触搜索和防御节点力算法，我们整个团队后面不断改进这个方法，从最早在汽车零部件上开始应用，做到现在整车碰撞级别都能有效使用这个方法，我们也进行了不断的改进。
第三个是我们的方程组求解器，目前国际上大家能看到的最好的直接法是英特尔开发的MKL Pardiso，我们比他们的效率平均下来快30%左右，这一块有很多单位正在进行全方位测试并使用。
目前汽车CAE仿真模型越来越精细，最早我开始做汽车CAE，整车模型大概100万自由度左右，到现在整车结构高达4000万自由度，流体这块，整车气动分析网格有些模型超过6个亿，这对软件和算力的要求越来越高，怎么样针对大规模汽车模型快速计算得到结果，是行业对CAE软件提的需求。这需要在算法、硬件方面同步进行加速，CPU计算能力提升陷入瓶颈，GPU计算能力却在飞速增长，推动GPU异构并行计算是CAE软件的一个重要发展点，我们从07年开始做GPU异构并行，目前在国际上也是做的最好的团队之一，我们把这些技术用在了我们的软件中，极大提升了软件的计算效率。
接下来介绍一下我们软件在汽车通用结构方面的功能，目前涵盖了线性、非线性、动力学、屈曲、疲劳分析，新能源车用的复合材料等，这些功能模块都是完成了开发并在工程案例中进行了实践应用。
这些是在车厂实际的工程案例。前面两个老师提到了我们怎么样将国外软件现有的存量数据无缝切换到我们的自主软件上去，这里我们是将现在车厂所用的主流CAE软件数据格式与我们软件无缝兼容，可以直接用国外软件的计算文件在我们软件上跑，并对计算结果进行评估。这是一个简单的惯性释放问题问题，结果一致，我们的计算效率比较高。
这是整车的白车身的问题，包括刚度分析，模态分析，疲劳分析，瞬态响应分析，通过对比，也都是结果一致，我们的效率较高。这是非线性问题，这是汽车制动盘的典型工况，我们做了一些对比，还有是动力系统的温度与热非线性耦合的，也包含了接触，热耦合问题，我们也进行了一些对比，结果都是一致的。
新能源车电池包设计需要的九种工况，这是通用结构需要的三种工况，我们做了分析对比。这是汽车的其他的典型工况，这是我们做的一些关于结构优化简单应用，整体上在汽车领域已经可以进行平行使用。
整个汽车CAE分析中，前面提到的结构分析工况非常多，但计算时间没那么久，而汽车安全性这块占据了整个汽车CAE分析的绝大部分时间。基于显式动力学进行汽车碰撞仿真和车身非线性强度仿真这块，我们也做了大量工作，我们联合了主机厂逐步推动零部件级、整车级到整个假人协同的顺序进行整个汽车碰撞CAE软件研发，通过和他们沟通了，主要了解怎么样解决他们使用工具时的一些痛点，再放到我们新的研发工具中去。
这是我们整个这块的研究基础，我们从碰撞吸能到薄板冲压、金属挤压成形，产品跌落，侵彻损伤、断裂等，部分用在我们航空工业，还有用到武器装备上。这是做了一些比较简单的行业分析案例，包括我们材料成形分析。从锻压成形到覆盖件冲压成形、内饰件真空成形工艺都能支撑。另外针对电池包其他六个工况，也能很好支撑。
这是我们做到整车级碰撞的，这些车都是公开的一些汽车模型。目前正碰、侧碰、偏置碰、追尾、柱碰等工况能能计算，台车和壁障都能很好支撑，假人还需要解决生态链的问题。
汽车行业这几年做CAE，新增的涉水分析，我们的软件也能支撑。这是同样的技术在搅油分析中的应用。
还有一块是流体，主要包括汽车空气动力学、热流、热管理等，我们开发了两个求解器，一个密度基可压流体求解器，一个是压力基流体传热求解器，整个流体求解器用全GPU框架。
这是汽车外流场，千万级网格用我们求解器一个小时以内可以完成计算。这是乘员舒适性分析，这是内流场分析的问题，这是共轭传热，汽车器件用的也比较多。我们的软件在航空航天中的需求也特别多，我们把这块也融入到里面。
还有一块就是多学科优化设计，我们基于在学校的研究基础做了一款设计软件，做这个的目的是希望为我们汽车性能提升提供设计方向。为了考虑能与现有主机厂的软件结合起来，我们做了大量商业软件的接口。此外，现在我们很多汽车研发工程师有很多经验性的方法，我们设计软件也支持他们做一些二次开发。
这是软件的整个帮助系统、逻辑架构，就不多介绍了，介绍一些应用案例。这是某车企给我们提的电池包梁结构优化需求，用我们的设计软件链接他们的分析工具，整个结果效果不错。这个是电池包水冷板结构优化，结果同样不错。这是电机电磁分析优化方案，这是电车充电时间优化和低温续航优化，都是用我们科学优化软件来做的工作。这还有电池包的轻量化的一些工作，结果都比较好。
最后留一分钟时间，我谈一下整个的CAE软件国产化的一些看法。目前我认为CAE软件国产化还是处于刚刚起步阶段，怎么将这些软件有效用在我们的未来新车型设计中，不能只靠软件公司自己琢磨，更多还是需要我们的主机厂能够把场景开放出来，让CAE软件公司知道我们主机厂的需求，有机会在实际场景中迭代，真的坚持下来，我认为实现CAE软件自主化的路也不远。
谢谢大家！
|
2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“共启汽车工业软件新征程”主题论坛上，湖南迈曦软件有限责任公司创始人崔向阳发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
感谢各位！我是两重身份，既是湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室的教授，也是迈曦的创始人，在2020年时通过成果转化成立了迈曦软件，为了将我们这么多年在汽车CAE技术方面的经验结合我们在算法方面的研究，研发出成品的自主CAE软件为我们汽车行业进行服务。
我们知道，随着计算机发展，在过去的几十年，CAE在整个汽车研发体系中已经成为不可或缺的一个工具，特别是2000年以后，整个汽车产业得益于CAE技术发展，研发周期越来越短，现在我们一辆车整车研发周期最快是8个月，这得益于CAE技术的支撑。
但是在国内，我们对所有的主机厂进行了沟通调研，全部的汽车CAE研发工具基本完全依赖于国外，这是我们做的简单整理，目前在整车研发中大概需要40余款CAE软件工具，基本全部来自于国外的软件公司。国内到目前为止还没有提供一款真正在汽车行业中规模使用的CAE软件。
过去这几十年，中国的科研院所对CAE技术研究从未中断过，包括我们湖南大学，今天上午钟志华院士提到他八十年代在瑞典开始研究接触算法，到他九十年代回国组建我们CAE团队，整个技术体系在不断的完善，到2020年我们通过科技成果转化成立迈曦软件公司。目前我们公司全职技术研发人员一百多人，有31位博士。2022年时，我们发布了自己的两款CAE软件，一款做CAE仿真，另外一款做多学科优化设计。
这是湖南大学和迈曦软件在汽车行业的简单发展历程，我做了一个简单的整理。实际在过去的20年，我们整个团队为国内汽车公司提供CAE技术支撑超过了100款车，我们参与研发的汽车市场保有量应该也是达到了千万辆。以CAE技术为主导的我们技术团队也得到了国家的认可，多次拿到国家的奖励，成立了国家重点实验室，现在是全国重点实验室。迈曦软件也承担了汽车行业工具链CAE软件的任务，同时也承担了汽车结构CAE和碰撞CAE攻关工程的任务。
这是迈曦软件产品的介绍，我们有自己的底层的仿真求解库，实际上CAE公司很少有求解库，但在这一块我们团队一直推动底层数学库的研究，采用自己的求解器开发工程仿真软件，包含通用结构、显式动力学、流体、多物理场，还有多学科优化设计软件。
迈曦最早主要是围绕汽车的行业需求来做一些技术的研究，我们的技术研发路线也是如此展开。在汽车CAE分析中，前处理占用时间比较长，因为汽车结构非常复杂，在整个建模过程中需要的时间非常长，所以我们希望能用自动剖分的三角形和四面体构建全新算法体系，解决现有商业软件中这类单元计算精度偏低的问题，这样一定程度上推进实现汽车建模的自动化。
第二个我们的核心技术是钟院士最早提出的级域接触搜索和防御节点力算法，我们整个团队后面不断改进这个方法，从最早在汽车零部件上开始应用，做到现在整车碰撞级别都能有效使用这个方法，我们也进行了不断的改进。
第三个是我们的方程组求解器，目前国际上大家能看到的最好的直接法是英特尔开发的MKL Pardiso，我们比他们的效率平均下来快30%左右，这一块有很多单位正在进行全方位测试并使用。
目前汽车CAE仿真模型越来越精细，最早我开始做汽车CAE，整车模型大概100万自由度左右，到现在整车结构高达4000万自由度，流体这块，整车气动分析网格有些模型超过6个亿，这对软件和算力的要求越来越高，怎么样针对大规模汽车模型快速计算得到结果，是行业对CAE软件提的需求。这需要在算法、硬件方面同步进行加速，CPU计算能力提升陷入瓶颈，GPU计算能力却在飞速增长，推动GPU异构并行计算是CAE软件的一个重要发展点，我们从07年开始做GPU异构并行，目前在国际上也是做的最好的团队之一，我们把这些技术用在了我们的软件中，极大提升了软件的计算效率。
接下来介绍一下我们软件在汽车通用结构方面的功能，目前涵盖了线性、非线性、动力学、屈曲、疲劳分析，新能源车用的复合材料等，这些功能模块都是完成了开发并在工程案例中进行了实践应用。
这些是在车厂实际的工程案例。前面两个老师提到了我们怎么样将国外软件现有的存量数据无缝切换到我们的自主软件上去，这里我们是将现在车厂所用的主流CAE软件数据格式与我们软件无缝兼容，可以直接用国外软件的计算文件在我们软件上跑，并对计算结果进行评估。这是一个简单的惯性释放问题问题，结果一致，我们的计算效率比较高。
这是整车的白车身的问题，包括刚度分析，模态分析，疲劳分析，瞬态响应分析，通过对比，也都是结果一致，我们的效率较高。这是非线性问题，这是汽车制动盘的典型工况，我们做了一些对比，还有是动力系统的温度与热非线性耦合的，也包含了接触，热耦合问题，我们也进行了一些对比，结果都是一致的。
新能源车电池包设计需要的九种工况，这是通用结构需要的三种工况，我们做了分析对比。这是汽车的其他的典型工况，这是我们做的一些关于结构优化简单应用，整体上在汽车领域已经可以进行平行使用。
整个汽车CAE分析中，前面提到的结构分析工况非常多，但计算时间没那么久，而汽车安全性这块占据了整个汽车CAE分析的绝大部分时间。基于显式动力学进行汽车碰撞仿真和车身非线性强度仿真这块，我们也做了大量工作，我们联合了主机厂逐步推动零部件级、整车级到整个假人协同的顺序进行整个汽车碰撞CAE软件研发，通过和他们沟通了，主要了解怎么样解决他们使用工具时的一些痛点，再放到我们新的研发工具中去。
这是我们整个这块的研究基础，我们从碰撞吸能到薄板冲压、金属挤压成形，产品跌落，侵彻损伤、断裂等，部分用在我们航空工业，还有用到武器装备上。这是做了一些比较简单的行业分析案例，包括我们材料成形分析。从锻压成形到覆盖件冲压成形、内饰件真空成形工艺都能支撑。另外针对电池包其他六个工况，也能很好支撑。
这是我们做到整车级碰撞的，这些车都是公开的一些汽车模型。目前正碰、侧碰、偏置碰、追尾、柱碰等工况能能计算，台车和壁障都能很好支撑，假人还需要解决生态链的问题。
汽车行业这几年做CAE，新增的涉水分析，我们的软件也能支撑。这是同样的技术在搅油分析中的应用。
还有一块是流体，主要包括汽车空气动力学、热流、热管理等，我们开发了两个求解器，一个密度基可压流体求解器，一个是压力基流体传热求解器，整个流体求解器用全GPU框架。
这是汽车外流场，千万级网格用我们求解器一个小时以内可以完成计算。这是乘员舒适性分析，这是内流场分析的问题，这是共轭传热，汽车器件用的也比较多。我们的软件在航空航天中的需求也特别多，我们把这块也融入到里面。
还有一块就是多学科优化设计，我们基于在学校的研究基础做了一款设计软件，做这个的目的是希望为我们汽车性能提升提供设计方向。为了考虑能与现有主机厂的软件结合起来，我们做了大量商业软件的接口。此外，现在我们很多汽车研发工程师有很多经验性的方法，我们设计软件也支持他们做一些二次开发。
这是软件的整个帮助系统、逻辑架构，就不多介绍了，介绍一些应用案例。这是某车企给我们提的电池包梁结构优化需求，用我们的设计软件链接他们的分析工具，整个结果效果不错。这个是电池包水冷板结构优化，结果同样不错。这是电机电磁分析优化方案，这是电车充电时间优化和低温续航优化，都是用我们科学优化软件来做的工作。这还有电池包的轻量化的一些工作，结果都比较好。
最后留一分钟时间，我谈一下整个的CAE软件国产化的一些看法。目前我认为CAE软件国产化还是处于刚刚起步阶段，怎么将这些软件有效用在我们的未来新车型设计中，不能只靠软件公司自己琢磨，更多还是需要我们的主机厂能够把场景开放出来，让CAE软件公司知道我们主机厂的需求，有机会在实际场景中迭代，真的坚持下来，我认为实现CAE软件自主化的路也不远。
谢谢大家！
|