随着汽车产业的蓬勃发展，市场需求的激增正驱动着汽车研发步伐的急剧加快，研发周期被不断压缩，这对汽车制造商（主机厂）的研发实力提出了更为严苛的挑战。为了顺应这一趋势并确保产品质量稳定可靠，CAE（计算机辅助工程）技术被寄予厚望，需全面融入并加速虚拟化开发进程，通过计算机仿真技术部分或完全替代传统的样车及零部件测试环节。
为了显著缩短CAE分析周期，关键在于各环节中大幅降低人工操作的比重，转而依赖更高的自动化水平。CAE仿真流程一般涵盖数据接收、模型构建、深入分析、结果后处理及撰写详尽的分析报告等核心步骤。要有效缩短整个周期，就必须在这些关键环节上实现人工干预的最小化。
特别是在CAE有限元分析的建模阶段，这一过程实质上是将复杂的CAD（计算机辅助设计）数据转化为可计算的有限元模型。以汽车白车身结构为例，其通常由300至500个不同厚度、材质的钣金件组成，这一转换过程若依赖人工操作，不仅工作量大，而且耗时冗长。因此，提升这一环节的自动化与智能化水平，对于整体缩短CAE分析周期具有至关重要的意义。通过优化算法、引入先进的自动化工具以及强化系统集成，可以显著减轻人工负担，加速模型构建过程，从而推动整个CAE分析流程的高效运转。
下面以建模周期方面的项目为例，介绍通过流程自动化手段加速建模进程的相关工作。
关键技术
对于一个完整的车身建模过程，包括接收数据（CATIA 数据及 BOM 表）、数据导入 HM、模型检查、网格划分、属性赋值、模型组装、调试计算等几个部分，每个步骤下又会包含若干子步骤。其基本过程如下图 1 所示：
白车身建模基本过程
上述建模过程中，涉及到到多个不同文件之间的转换，如图 2 所示，从 CATIA 的几何数据以及表征 BOM 的 xml 或 xls 文件流入到 HyperMesh，形成几何 HM 文件，划分网格之后，就转换成了网格 HM 文件。该文件再与 BOM 文件以及焊点数据 TXT 文件结合，通过自动化处理以及检查、调试之后，最终形成可以发放给其他相关人员分析使用的有限元基础模型文件。
文件格式流转图
导入 HM 与模型检查
为了确定需要建模的 CAD 数据都包含在系统中，需要对全部零部件进行检查。通过开发的工具，将每一个零部件与 BOM 进行匹配，记录缺漏的零部件，给出清单。根据反馈的结果，可以有针对性的查漏补缺。通过上述自动化的匹配，有效人工的参与，原来需要几个小时的工作，在几十分钟内就可以完成，同时降低工程师的工作强度。
网格划分与质量检查
白车身建模过程中，需要对每一个零件划分网格。300-500 个零件的模型化是建模过程中占用时间最长的一个部分。为了保证计算结果的正确性，需要对不同特征的零部件进行相应的处理，尽可能达到手工网格的质量与效果，特别是孔、筋等的处理，对后续的分析计算有比较大的影响。
网格尺寸直接影响所建模型的计算规模，也同时影响网格的质量。对于大的钣金件，比较小的网格尺寸，直接导致模型规模的扩大化，而大的网格尺寸又会导致尺寸较小或者特征比较多的模型质量变差。如何在两者之间取得平衡，是对批处理网格参数设置的巨大考验。
根据不同零件的几何特征共性以及对网格要求的不同予以分类，对每一类零件，通过适当的参数调整，得到适合此类零件的最优划分参数，最终达到模型规模与模型质量之间的优化平衡。白车身零件自动分类，与参数自动匹配。通过指定的参数对所有钣金进行 BatchMesh 并行处理，实现网格自动划分，300-500 个钣金件，只需要半天时间就可以完成，同时给出每个模块的网格质量评估报告，然后再由工程师进行检查、评估、改进。图 3 给出了本案例所使用的网格批处理工具，该工具既可以自动划分网格，也可以对网格的质量进行评估，给出失效的比例以及列表，以便于工程师进行定位与跟踪。
网格批处理框架
属性赋值
建好的网格模型，一般都没有计算所需的必要属性，根据 BOM 表自动赋属性，比如钣金采用的材料牌号以及每个钣金的厚度数据。手工处理的时候需要对所有的钣金件分别建立属性卡片，填入材 料的基本参数以及厚度信息，并赋给每个钣金，建立钣金与属性之间的关联。采用自动化的工具，可 以实现属性数据的自动建立，以及与每个钣金网格的匹配。上述方式可以将几个小时的细致工作压缩在几分钟内完成。
模型组装与调试计算
车身钣金一般都是相对独立的，在有限元模型中需要通过一些连接单元比如焊点、焊缝或者粘胶连接。对于早期的几何焊点连接方式，在模型拼装的时候，通常耗费比较多的工作时间，比如，生成焊核中心，分别对不同层钣金（2 层焊、3 层焊等）、不同匹配钣金分别进行手工处理。遍布全车的3000 到 5000 个焊点，对工程师人工建模而言，是一个很大的挑战。通过改进连接的表征方式，将每个连接焊点的位置信息、钣金信息从 PDM 系统中输出到可编辑文件中，比如 TXT 文件或 XML 格式文件，然后通过自动化的程序进行读取，将相关零件连接起来。连接过程只需不到半个小时的自动处理时间，是比较理想的。
周边环境要求
要实现建模过程的自动化，也需要具备一定的前提。程序自动化的操作，不像人工那样，可以带入工程师的个人经验判断，所有的操作步骤，都需要产品数据发放系统如 PDM 系统，有确定的、正确的、完整的、标准化格式化的产品 CAD 数据、属性、参数信息输入给 CAE，以便通过编程实现的方式进行自动化操作。
在本例项目中，为了能够实现自动化的缺漏件检查、属性赋值，一个完整的 BOM 是必要的。此外，还需要大量的标准化的工作，比如钣金件料厚的表征方式（厚度线还是 solid 实体），BOM 表的规范化与完善度，钣金连接方式的表征方法（不同形状的几何实体还是其他方式）。CAD 数据的质量 也是实现自动化的重要影响因素之一，正确、完整的 CAD 数据，是流程自动化得以实现的基本保证。这些所有信息的规范化，都需要在整个公司层面来制定规范并检查实施。
收益
通过流程自动化手段，在建模效率方面有显著提升，如图 4 所示，人力投入以及建模周期两方面均有约 50%的缩减。此外，CAE 建模主要采用人工操作的方式，工作强度大，涉及的细节比较多，难免会出现各种错误，且难于发现并修复。通过自动化程序，大多数处理步骤可以由机器代替，减轻工程师工作强度，解放人力，并投入到更有价值的 CAE 分析与方案制定上，从而体现工程师的更大价值。通过建模自动化，进一步完善了建模规范，澄清以前相对模糊的要求，并实现整个建模流程的重塑，更好地支持项目研发。
建模效率提升对比
结论
通过流程自动化手段，可以有效缩短 CAE 的建模周期，同时实现流程重塑，以及操作指南的规范化、标准化。当然，在上述流程自动化过程中，还有许多人力介入的工作，因此，随着相关配套进一步的完善，建模效率仍有可挖掘的空间。
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