了解详细

工业软件大咖说|侯庆坤、崔玮:汽车行业工业软件应用现状分析与产品实践


作者:

侯庆坤、中汽数据有限公司研发信息系统室主任

崔    玮、中汽数据有限公司研发信息系统室产品工程师










工业软件在推动汽车行业智能制造转型升级中发挥着重要作用。工业软件利用信息技术将工业过程的控制逻辑化、管理流程代码化,从而驱动装备和管理业务按照既定的逻辑自动高效地运行,并实现预先设定的功能。工业软件用以提高产品价值、降低企业成本进而提升企业的核心竞争力,是现代工业装备的大脑。

一、汽车行业工业软件

应用现状


目前汽车行业工业软件整体应用较为广泛,工业软件已应用在整车研发、生产、制造等各个环节和要素之中,与业务流程、产品设计、工业装备密切结合,全面支撑企业研发设计、生产制造、经营管理等各项活动,是信息化与工业化的融合剂。

通过对整车企业研发环节及量产环节的工业软件应用情况调研中可以看出:1)在研发环节中,整车企业CAD/CAE/CAM/CAPP都已取得良好的应用,未来采用基于模型的定义(MBD)助力正向研发是整车企业关注的趋势之一。在产品生命周期层面,提高设计生产服务一体化水平成为企业进行智能制造改造升级需要解决的问题;2)在量产环节中,汽车整车制造商主要面临数据采集、分析能力不足和不同信息系统间集成不足等问题。从应用的主要系统来看,智能装备与控制系统、制造执行系统(MES)的应用已十分广泛,其自动化、信息化水平在离散行业中处于领先地位。

虽然当前我国的制造业规模已经达到世界领先水平,但工业软件供应商受国外巨头严重龚断,国内供应商发展受限等,尤其在工程软件、研发设计软件相比较弱,具体情况调研分析如下:1)在汽车研发设计领域中,CAD、CAE等主流设计、仿真类软件均被国外公司垄断,如达索、西门子、Ansys、Altair等。2)在运营管理软件领域中,国内在自动化办公方面涌现出了较多的企业,但在ERP、数据库等核心运营系统及支撑方面较为欠缺。3)在汽车生产控制软件领域中,西门子、GE等国外企业技术较为先进,市场占有率较高,国内在该领域暂无较好的自主软件企业。4)在汽车嵌入式软件领域中,主要包括汽车电子和汽车操作系统,后者又分为车控操作系统及车载操作系统,基本上处于被国外垄断的状态。

综上所述,汽车行业的工业软件除部分运营管理类软件外,在研发设计、生产控制、汽车嵌入式等领域基本上都处于被国外垄断的状态,国内整体汽车工业软件化水平较国外有较大差距,技术难以有效落地,市场化较为困难,且难以形成规模。


二、汽车行业工业软件

应用痛点及应用诉求


国内大型汽车企业使用的工业软件主要依赖于进口,国外主流工业软件尽管无法完全匹配中国汽车企业的实际业务需求,且法规应对复杂、价格高昂、庞杂冗余、汉化兼容性差、配套服务不够完善,但在全球市场尤其中国市场仍然占据着主导地位。通过工业技术软件化来突破国外主流工业软件的技术垄断,以更低的成本购买附加值更高的工业软件来提升企业竞争力,是中国汽车企业乃至整个汽车行业一直在探索和努力的方向,具体情况分析如下:

1)法规应对过程复杂,国外工业软件一般针对欧美标准进行研发,对于国内企业的应用出现一定的不适用情况。

汽车企业研发工程师针对所负责的领域,需要跟踪法规、政策、标准的变化,并能够及时准确理解法规要求,在设计中有效应对,此过程存在较大风险。同时随着汽车研发周期的缩短,要求工程师在设计阶段需要进行车型设计的法规标准预校核,以减低产品生产阶段出现法规不符合的风险。国外一些工业软件服务商,针对欧标进行了法规应对插件,如CAVA,但是从国内用户使用情况调研来看,前置条件输入过多、国标欧标存在差异细节等问题,导致购买了国外插件的企业也没能很好的应用插件进行辅助校核。

2)缺失适用于汽车全产业链的成套工业软件库,不同供应商工业软件产品数据贯通难、无法真正实一体化柔性生产。

汽车行业工业软件应用场景覆盖原料供给调度、产品设计分析、工艺流程管理、工业控制、质量管理等诸多领域,目前很少有工业软件供应商能做到完全覆盖汽车全供应链的所有领域,如果需要不同的软件功能,则需要单独购买不同的工业软件,甚至同类工业软件之间的功能也无法相互替代。当前整车企业为了实现业务领域信息化全覆盖,只能购买多家的工业软件套件, 例如,江西某整车企业在产线、工艺的规划设计采用西门子相关系统,而生产计划功能主要集成在MES和DMS(用友)中,系统根据订单、车间排产情况,输出总装计划,而当生产过程中订单波动比较大时,在进入制造过程中后,仍存在变化,看似完美的现有系统却无法进行动态调整,其直接原因在于用于生产执行的西门子系统与制定生产计划的用友MES缺少足够的有效数据传输,根本原因还是缺失适用于汽车全供应链的底层数据统一规划的成套工业软件资源库。

3)国外工业软件目标客户并非专门针对中国汽车企业,软件功能与实际业务需求严重脱节;一定程度还会造成软件功能闲置,资源浪费。

大部分的国外主流工业软件聚焦于适用全行业的工业解决方案和工业软件平台,其目标市场是放眼全球,很少有在中国汽车行业深耕的工业软件供应商,这就导致国外主流工业软件功能与企业实际业务需求脱节。即使有特地为中国市场开发的行业专家库,但由于其着眼点是全行业解决方案,它们对中国汽车行业政策和中国汽车市场的了解不够透彻,对业务流程的理解不够,无法贴近汽车企业的实际需求,甚至因为软件不稳定导致生产中断。例如,北京某整车企业虽然已建成百万级的工业软件套件(从研发到数字化工厂都使用了西门子的TCM,冲压、焊装采用Autoform,涂装、电泳仿真采用Ecoatmater,生产计划集成在MES中),但在实际使用过程中,由于这些软件并不是完全针对汽车企业实际业务而设计的,这就导致了工程师仍然存在靠经验决定的情况,无法充分发挥这套软件的优势,导致实际使用效果并不理想;此外,还有部分企业采用标准的SAP工业软件组件库,但仅采用其中财务相关功能,如APO计划排产模块完全废弃,造成资源浪费。

4)汉化兼容性差,二次开发困难。

国外主流工业软件的汉化兼容性是一直困扰着中国工业企业的一大难题。这就导致了这些软件的使用门槛和使用成本较高,对于人员的素质要求较高,并且需要花较大的精力对人员进行软件使用的相关培训,推行起来比较困难。例如,某国外工业软件巨头的软件套件无汉化版本,二次开发人员需有较高的英文读写能力,而且由于至今无人能超越前人来对该软件进行系统重构,其功能升级只能通过打补丁的方式,为了实现一个功能却要在多个看似没有关联的地方进行操作,使得二次开发工作难上加难。

5)配套服务不够完善,服务不够友好,与价格相差悬殊。

国外主流工业软件的配套服务跟不上,服务对用户不友好,企业花费了高昂的软件费用却享受不到应有的配套服务。国外主流工业软件的研发核心团队大部分集中在国外,在国内大部分是销售团队和简单的技术支持。企业在购买和使用过程中若遇到疑难问题亟需解决时,软件供应商的响应速度和服务往往无法满足企业的需求,而且等待较长时间得到的反馈经常是一份冗长的非中文版说明书,需要相关专业技术人员去研究说明书中的内容才有可能解决实际问题。

汽车行业作为国民经济支柱产业,其对于产业链的经济拉动效益显著,而工业软件则是推动汽车工业转型升级的重要助推剂,针对汽车行业中工业软件应用存在的痛点,目前行业广泛用户均具有如下诉求:各领域、各环节工业软件具有标准化、模块化、系统化的软件功能,能让企业可以结合自身需求来自由选择软件功能模块,避免浪费不必要的费用在闲置功能上;同时支持功能层面的灵活可配置化及低成本的系统升级及部署;简洁新颖的软件设计、稳定出众的软件性能、简单易用的软件操作,降低企业的软件使用门槛和人员成本;国产本地化的配套服务,及时解决企业在软件使用方面的问题,提升软件应用的稳定性和业务兼容性。


三、汽车行业工业软件

发展趋势分析


近年来,随着制造业竞争的加剧和客户需求的日趋个性化,对工业软件的要求也不断提高,而互联网、大数据、人工智能、云计算等新兴技术的不断发展,软件开发技术的不断创新,政府关于互联网+制造业、工业APP等政策,均为工业软件发展带来新的发展机遇,同时也带来新的变革挑战。

其中,工业软件的应用模式将逐步由单机应用到C/S、B/S,走向云部署和边缘端部署;工业软件的部署模式从企业内部部署转向私有云、公有云,以及混合云;工具类软件的销售方式从销售许可证(License)转向订阅模式(Subion);工业软件的架构从紧耦合转向松耦合,组件化、平台化、服务化;工业软件的开发环境已从封闭、专用的平台走向开放和开源的平台;工业软件的运行平台从以PC为主,走向支持多种移动操作系统(安卓、苹果、微信小程序等)。

不论工业软件的架构、运营方式、开发模式、运行平台等方面如何演化,工业软件的初衷是应可从工业企业的需求出发,在实践当中不断总结最佳实践,将工业技术和工业知识体现在工业软件之中,工业软件才会有持久发展的生命力。

汽车行业作为国民经济支柱产业,辐射面广、关联度大、牵动力强,对于产业链的拉动效应非常明显。由此带来工业软件在汽车行业的应用最为广泛、发展程度最为充分,同时痛点也最为突出且最具代表性。集中解决汽车制造业工业软件应用的痛点,对于全面带动国产工业软件的发展,具备典型的示范效应。

由于工业软件自身将向组件化、平台化转变,而其开发环境逐步走向开放和开源的平台,故汽车行业工业软件亟需构建汽车行业专用工业APP(工业软件)集成开发环境,以此为基础,逐步构建工业互联网APP生态。同时以生态为依托,逐步汇聚行业产学研用优质资源,实现行业工业技术、知识、经验的软件化沉淀,以此为基础,聚焦汽车行业专业属性较强的研发设计、仿真、试验等业务场景,研发高质量工业APP产品,补强传统工业软件应用能力短板,通过点状工具研发逐步打通汽车全产业链上下游业务流与数据流,形成全方位、立体化示范效应,基于此加速行业级知识技术沉淀,进一步反哺汽车产业数字化转型。


四、汽车行业工业软件

应用实践


中汽数据隶属于中国汽车技术研究中心有限公司,以汽车大数据为基础,汽车领域模型算法为支柱,通过中国汽车产业数据基础设施建设及国家级汽车产业数据体系构建,以“‘数’驱产业变革,‘智’领汽车未来”为使命,致力于打造“国家级汽车产业数据中心、国家级汽车产业链决策支撑机构、国家级泛汽车产业数字化支撑机构”。

(一)聚焦汽车设计仿真领域的工业APP业务布局与产品实践

聚焦汽车设计仿真领域,挖掘CAD/CAE环节具体业务场景,形成知识封装工具类、前瞻算法软件类、行业平台类解决方案,打造设计仿真协同一体化平台。

1)数模质量校核工具

随着汽车行业竞争的日益激烈,汽车产品更新换代的速度不断加快,这对汽车研发设计部门和数模标准化部门提出了更高的要求。当前对数模表观质量的检查主要是依靠手工检查的方式,需逐一梳理要审查的条目,零件反复修改时容易产生疏漏,检查质量受人为因素影响严重,且检查周期长,效率低下。数模质量校核工具以工业技术软件化为出发点,整合企业数据校核及标准化要求,助力汽车企业数模质量的有效管控。工具包含137条检查项目,涵盖三维模型通用要求、零件通用要求、MBD通用标注要求及二维工程图纸国家标准;工具支持企业内部模型本地校核及外部设计模型云校核,全面提升企业数据模型管理水平。

2)仿真后处理开发工具

当前,在汽车及零部件开发过程中,仿真后处理报告作为对结果的充分解读,耗费大量人力以及需要多种软件的技术支撑。开发过程中存在的效率低、标准化程度低且无法规避一些低级错误等问题,难以满足短开发周期下多车型同步开发的需求。该仿真后处理开发工具,可极大提高工程师对仿真结果的解读效率,同时可最大程度适配主流工业仿真软件。基于该后处理工具,输出仿真分析报告效率大幅提升,较人工可提高90%以上,重点解决了线下手动处理效率精度难以有效保证,对仿真工程人员经验依赖性较高的问题。仿真后处理工具可适用于多种开发工况,涉及的仿真工况有:刚强度、安全碰撞、NVH、随机振动等。通过平台定制化编制的仿真报告模板,再导入模型结果文件,可快速渲染生成报告。报告中能提取图片、视频、曲线、表格等参数形式,可完全覆盖用户输出需求。

3)AI网格划分工具

在研发仿真(CAE)过程中,前处理环节有限元网格划分主要存在网格划分周期长、效率低,对工程师经验依赖程度高,仿真质量对仿真精度影响较大等问题,网格划分的质量和效率如何保障是研发仿真环节亟待解决的问题。基于此背景,我们开展了AI有限元网格智能划分工具的研究,结合行业主流前处理软件,在BatchMesh基础上,兼容行业不同类型的网格参数和质量标准文件,可实现四面体网格和壳网格的智能化处理,能把BatchMesh处理不好的三角形、加强筋、粘胶巢、孔状结构、倒角等处理的较好,同时可实现基于网格质量标准的质量调优。相对人工线下手动调整网格,该工具在保证较高网格质量的基础上,能提升网格划分效率70%及以上,对提升仿真前处理建模效率,缩短整车研发周期起到了积极的助推作用。

(二)核心机理模型驱动的平台实践-工业互联网APP集成开发平台

随着制造业与互联网融合发展的纵深推进,汽车制造等传统制造业数字化、网络化、智能化转型步伐明显加快,急需以工业互联网APP等先进技术为代表的新型驱动力来实现突破性、跨越式的发展。中汽数据构建的工业互联网APP集成开发平台围绕汽车行业开展能力建设,以行业机理模型库为核心、以多领域统一建模与仿真、多工业软件集成与适配为支撑、以可视化工业APP集成开发环境为载体的行业级平台,实现以汽车行业为主,兼顾船舶、能源、航空航天等典型重点行业的工业APP开发资源的共建共用、汇聚共享、业务应用有效协同。通过平台建设构建产学研用合作生态,形成多方合力,加速汽车产业转型升级。






作者简介

侯庆坤中汽数据有限公司研发信息系统室主任,十余年汽车行业信息化建设经历,主导多次千万级以上项目建设,并参与大型央企数字化统筹规划。从事《工业APP分类分级和测评》等多项国家标准与团体标准的修订工作;主持或参与了《工业互联网APP集成开发平台软件》《设计仿真工业软件适配验证中心》《设计仿真工业软件一体化平台》等多项工业软件领域相关课题。主导的业务成果连续两年获评《工业互联网APP优秀解决方案》《制造业与互联网融合发展试点示范》等奖项。

崔玮,毕业于美国佛罗里达州大学、硕士学位,现就职于中汽数据有限公司软件业务部研发信息系统室品工程,主要负责在汽车行业工艺领域中工业软件的产品设计工作,尤其在生产工艺领域,具备丰富的项目经验和咨询能力,已引导汽车行业多家企业进行数字化战略转型。



相关链接

1、工业软件大咖说第一期|求索:中国工业软件产业发展之策
2、工业软件大咖说第二期|朱位秋:发展工业软件,助力制造业转型升级
3、工业软件大咖说第三期|宁振波:工业技术软件化名词溯源
4、工业软件大咖说第四期|郭朝晖:工业知识与工业APP
5、工业软件大咖说第五期|田锋:中国工业软件的守望者
6、工业软件大咖说第六期|叶军:打造工业软件领域的移动化、数字化协同平台,探索制造业产业链强链新模式
7、工业软件大咖说第七期|字应坤:长期视角下的工业软件投资
8、工业软件大咖说第八期|陈志杨:国产工业软件的“困”与“难”
9、工业软件大咖说第九期|梅敬成:自主可控、技术创新——国产三维CAD必走的突围之路
10、工业软件大咖说第十期|朱铎先、赵敏:工业软件重新定义微笑曲线
11、工业软件大咖说第十一期|谭培波:工业技术软件化的语言底色
12、工业软件大咖说第十二期|裴菁:持续推进PLM应用软件研发,支撑工业发展
13、工业软件大咖说第十三期|胡长斌、范辉:能源电力领域工业软件浅谈
即刻关注中国工业技术软件化产业联盟微信公众号,获取更多资讯!

2022年1月20日 10:08
收藏

行业动态

NEWS & EVENTS