作者：Ansys Advantage工作人員

翻譯：上海安世亞太

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前言

自2010年以來，馬自達汽車公司的汽車一直使用其車輛優化平臺SKYACTIV進行開發，該平臺包含了許多新技術。該公司積極投資于計算機輔助工程(CAE)以有效開發SKYACTIV在馬自達3的汽車內飾和車燈開發過程中，Ansys SPEOS三維光學分析軟件發揮了重要作用，該車型作為其新一代車輛的首款車型，于2019年推出。

 

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01 Ansys SPEOS提供精確評估

在汽車照明技術中，自向LED過渡以來，設計自由度已大大提高。在此過渡之前，光的性能在某種程度上是基于供應商的知識程度來確定的。供應商會使用各種工具提出一種新款車燈的概念。然而，馬自達不知道如何獨立判斷這些概念建議。而且馬自達還必須確保其滿足各種法律法規和功能要求。為了向前推進，馬自達需要在開發周期的早期評估實際的光照度。

 馬自達內飾和外飾組件技術開發小組技術負責人Minoru Inoue表示：“在其他開發領域，例如碰撞安全和振動噪聲，我們在設計階段使用了基于仿真的性能驗證和基于模型的開發。” “與此同時，在包括照明在內的車輛內飾和外飾設備的開發中，大部分是使用實際車輛進行驗證的，因此我們知道，在光學方面的開發還遠遠落后。這就是為什么我們一直希望根據人體的物理量來評估開發過程中人類的感覺，例如感覺舒適和外觀良好，以預測前期開發”。

“喜歡Ansys SPEOS，因為它的仿真模擬使我們可以在一次分析中同時評估不同的物理量：可視化照明評估所需的亮度和滿足法律和法規檢查所需的發光強度?！?/p>

 

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02 基于Ansys SPEOS的可視化外觀評價

Ansys SPEOS用于馬自達汽車公司的汽車內部和外部照明仿真模擬。該公司使用基于模型的開發結果減少了原型，節省了時間并降低了成本。SPEOS還提供了量化用戶體驗的手段，證明了工程變更單的合理性，并提高了工作流程效率。

“馬自達仍然支持基于模型的開發，但我們建議在了解零件設計的機制后繼續開發，即使是由供應商進行的亦是如此，“Inoue說?！拔覝蕚淞艘环菸臋n，并向組織內的人員解釋說，這個工具教給我們技術，并引導我們實現高效的開發。我成功說服了他們“

在實施SPEOS之前，馬自達曾多次制定原理模型概念，然后在確定了開發方向后才開始進行詳細設計。然后，馬自達工程師又制作了一個原型，并使用最終的設計數據創建了實際的車輛模型。因此，馬自達花了很多錢在重復的原型制作上。例如，制造一個燈的每個模具都要花費幾到1000萬日元（約合9.5萬美元）。

通過SPEOS，該公司成功地減少了所需的原型數量。平均而言，馬自達能夠從生產過程中移除兩三個原型，因為SPEOS允許工程師發現并糾正設計中的問題。

Nakaya說：“例如，在計算機輔助設計（CAD）數據中很難找到一個最終照亮你想要照亮的區域以外的漏光點，甚至有經驗的工程師有時也會忽略它?！薄叭欢?，在Ansys SPEOS模擬中，我們可以從不同的角度檢查這樣的誤差。現在幾乎沒有漏光，導致返工的情況變少“。

 

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03 量化人類感官，以獲得最佳用戶體驗

馬自達車輛測試&研究部既進行實驗，又進行研究，工藝開發組則研究人體、感官、識別和表情，以說明顯示設備的可視性和質感等細節。

馬自達工藝開發組的高級專家Asami Yonezawa在SPEOS推出時負責監督防眩目技術的開發。她的小組選擇SPEOS是因為太陽眩光問題。在一些車型中，陽光從中央百葉窗周圍的鍍銀層反射出來，這會在駕駛時造成眩光。為了解決這個問題，需要改變電鍍零件的形狀，需要額外花費大約1000萬日元來修改模具。在其他模型中也發現了同樣的癥狀，因此該組甚至需要在修改模具之前就必須采取一些措施。

 資深工程師根據經驗對鍍層部分進行了重塑，因此沒有量化的數據來顯示多少光線對人來說是刺眼的。即使是評估眩光的專家，如Yonezawa，也只是目視檢查，但無法量化。該公司想要一種測量眩光的方法。

SPEOS滿足馬自達設定的所有三個評估標準：

• 精確分析光量和波長

• 精確分析反射特性

• 再現并量化二維亮度分布

Yonezawa說：“我們的傳統工具將由設計造型和設計部門創建的3D數據轉換成另一個文件，所以當我們制作網格時，會導致精度下降。”“由于Ansys SPEOS支持我們使用自己的3D CAD產品作為附加組件，可以在不犧牲精度的情況下進行仿真模擬。這是我們喜歡的關鍵方面之一?！?/p>

Yonezawa的小組還在研究另一個問題：車內零件在擋風玻璃內側的反射，使得司機很難透過擋風玻璃看到東西。由于無法量化地顯示設計問題，Yonezawa很難讓設計師理解改進的必要性。然而，SPEOS支持定量評估，Yonezawa可以用它來要求設計師進行改進。

該小組積極地使用SPEOS來設計馬自達3的燈光照明和車內裝飾。在全球范圍內舉行的記者試駕活動中，駕駛者注意到馬自達3有清晰的視野。

 

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04 更高效的供應商關系

自SPEOS推出以來，馬自達與供應商的業務關系發生了變化。過去，馬自達對車燈采用的是單向開發流程。例如，公司將向供應商提供設計概念和照明燈光圖像，以便供應商可以根據他們的知識提出建議。如今，馬自達不參與詳細設計，而是進行仿真模擬，并向供應商提出自己的建議。

Nakaya說：“與傳統開發風格不同的是，我們可以在一個尚未設計燈光周圍區域的階段準備一個概念，這將導致成本優化?！崩?，馬自達工程師可以使用仿真模擬來優化燈光安裝設計，以實現批量生產，這節省了時間和金錢。

供應商似乎也喜歡這種關系的變化，因為在早期階段確定規格并準備雙方的最佳設計可以促進更高效的開發。馬自達現在正在采用一種開發流程，通過工程師和供應商之間實時共享相同的觀點來快速確定規格，如同他們一起使用SPEOS進行仿真模擬一樣。

SPEOS不僅改善了馬自達與其供應商之間的溝通，而且改善了公司內部設計和開發部門之間的溝通。

Yonezawa說：“口頭上很難解釋車輛還能改進多少，但用Ansys SPEOS將其可視化很容易使設計師信服。”“一旦滿意，設計師就愿意接受設計變更。即使不做實際產品也能實現這一點，這是很大的優勢之一“。