Статья №6. Цифровой дом на колесах: PLM-решения для автомобилестроения. Автопроизводители — в поисках новых возможностей управления мехатроникой

Home

Журнал САПР 2009

Автор: Петр Марценюк

14.09.2009 09:37

Дейв Тейлор (Директор по маркетингу решений для автомобилестроения, Siemens PLM Software)

Автомобили с DVD-плеерами и совместимые с iPod, автомобили с голосовым управлением и самостоятельно выполняющие парковку… Основа не изменилась — четыре колеса, трансмиссия, двигатель и т.д. Однако современные автомобили оснащены интеллектуальными и высокотехнологичными устройствами — развлечений и средств связи в них сегодня больше, чем в жилом доме... Управляющая электроника современного автомобиля по вычислительной мощности эквивалентна 50-100 ноутбукам, объединенным десятком компьютерных сетей. К примеру, в седане класса «люкс» прошито от 10 до 15 млн строчек программного кода — такое же количество требовалось авиалайнеру Boeing в 1997 году.

В автомобилестроении разработка программного обеспечения и электроника обладают наибольшим инновационным потенциалом. Согласно прогнозам аналитиков, к 2010 году 90% инноваций в данной отрасли будут иметь отношение к электронике, а 80% из них — к программному обеспечению. Это одновременно и хорошая и плохая новость для поставщиков комплектующих и оборудования.

Плохо то, что производители пытаются интегрировать в автомобиль большой объем комплектующих, значительная часть которых производится сторонними компаниями. Чтобы осознать масштаб проблемы, рассмотрим новое поколение интеллектуальных подушек безопасности. Степень их надува зависит от веса и положения пассажира. Датчики в сиденьях должны непрерывно передавать эту информацию контроллеру подушки. Однако сиденья и системы подушек безопасности производятся разными предприятиями. При срабатывании подушек автоматически приводятся в действие другие средства безопасности (мигают фары, подается звуковой сигнал, отпираются замки дверей и т.д.), соответственно и остальные системы автомобиля необходимо интегрировать с системой управления подушками. Представьте масштабы предпринимаемых действий в рамках управления проектом и взаимодействия поставщиков, если понадобится внести хотя бы одно конструкторское изменение!

Управление сложным комплексом взаимосвязей между механикой, электрикой, электроникой и программным обеспечением (в совокупности — мехатроника) — одна из самых сложных задач для автомобилестроителей и их поставщиков. Это казалось преувеличением только до тех пор, пока автопроизводителям не пришлось снять часть электроники с создаваемых моделей автомобиля из-за привнесенной ею сложности. Отказ от электронных устройств в то время, как покупатели ожидают дальнейших усовершенствований устройств безопасности и развлекательных средств в автомобилях, едва ли является способом завоевания рынка.

Независимо от количества электроники в автомобиле автопроизводители стремятся к управлению сложностью своих изделий. Особая трудность при этом связана с некоторыми компонентами программного обеспечения. Как показывает исследование McKinsey & Company («Повышение качества программного обеспечения в промышленных изделиях», весна 2006), 55% затрат на ремонт связаны с неполадками встроенных управляющих программ. Производители автомобилей не могут игнорировать данный факт.

Хорошая новость — передовые предприятия автомобилестроительной отрасли, которые могут управлять сложностью изделий, получают колоссальное конкурентное преимущество. Не отказываясь от электроники, они внедряют новые функции, привлекающие внимание покупателей и не приводящие к росту затрат на гарантийное обслуживание. Основываясь на опыте работы Siemens PLM Software с мировыми автомобилестроительными предприятиями, мы выявили ряд оптимальных решений по управлению современным уровнем сложности изделий в автомобильной промышленности. Далее мы рассмотрим некоторые из них.

Организация управления взаимозависимостью узлов и систем

Сегодня группы разработчиков успешно решают задачи каждая в пределах своей области, в то время как интеграция элементов из различных сфер вызывает затруднения. Конструкторы изолированы друг от друга и не имеют доступа к данным работ своих коллег из других областей. Часто им неизвестно и об изменениях, вносимых в конструкцию и оказывающих влияние на процесс их собственной работы.

Пример управляемой взаимозависимости: инженер-конструктор по механической части передает инженеру-электронщику данные о величине зазоров конструкции, которые помогают избежать в будущем повреждения печатной платы в результате вибрации или перегрева. Управление взаимозависимостями также включает исследование влияния одной подсистемы на другую (например, системы, управляющей креслом, на систему подушки безопасности).

Система управления взаимозависимостями позволяет выявлять, визуализировать и определять связи между элементами и структурами данных во многих дисциплинах мехатроники. Частично данную задачу позволяет решить организация единой базы данных об автомобиле и единой модели данных. База данных должна охватывать предприятие и программы, используемые для проектирования, а также поставщиков оборудования. Это позволит всем участникам процесса взаимодействовать: каждый поставщик сможет наблюдать, как вносимые им изменения влияют на разработки других инженеров.

Управление конфигурациями и структурами изделий

Механические системы современных автомобилей практически не модифицируются в ходе производства, но встроенное программное обеспечение приходится обновлять. Поэтому поставщикам необходимо предоставлять полную конструкторскую спецификацию для всех конфигураций автомобиля, включающую не только механическую и электрическую части, но и описание программного обеспечения и электронных компонентов.

Помимо подробных спецификаций требуются и улучшенные методики управления исполнениями изделия, которые позволили бы связать исполнения с соответствующей аппаратной частью, управлять различными вариантами конструкции автомобиля и программным обеспечением. Это гарантирует использование подходящей прошивки при сервисном обслуживании автомобиля.

Виртуальное тестирование всех систем

Компьютерное моделирование поведения автомобиля уже сэкономило поставщикам миллионы, ранее затрачиваемые на испытания, а также значительно ускорило вывод изделий на рынок. Сегодня задача автомобилестроителей — моделировать не просто механическую часть, а полноценную мехатронную систему.

Моделирование процесса приведения в действие подушки безопасности, безусловно, необходимо, но моделирование всей системы безопасности способствует более эффективному производству. Программное обеспечение, контроллеры, проводка и механическая часть сидений, подушек безопасности, фар, дверных замков и звукового сигнала должны моделироваться как единая мехатронная система. Для этого необходимы средства моделирования, способные обрабатывать данные различных типов и рассчитывать параметры разнообразных систем. Это очень сложная задача.

***

Все вышеперечисленные подходы требуют технологий, способных решать сложные задачи современного автомобилестроения. На протяжении многих лет компания Siemens PLM Software поставляет решения по управлению жизненным циклом изделий (PLM) большинству мировых автомобильных компаний, открывая им новые возможности и предоставляя конкурентные преимущества.

САПР и графика 2`2009