Ansys Speos助力马自达迎接曙光

作者：《Ansys Advantage》杂志编辑

2020年1月30日是马自达汽车公司成立100周年纪念日。自2010年起，该公司一直采用包含众多新技术的汽车优化平台SKYACTIV来开发汽车。该公司大力发展了计算机辅助工程（CAE），以有效开发SKYACTIV平台。Ansys Speos 3D光学分析软件在MAZDA3内饰与车灯的开发中起到了至关重要的作用，这款车作为该公司新一代汽车的首款车型于2019年上市。

Ansys Speos提供精确的汽车照明评估

在汽车光学技术方面，LED技术的应用显著提高了设计自由度。而在此之前，光照和性能在一定程度上取决于供应商的专业经验。供应商将使用各种工具提出新灯具建议，然而，马自达不知道如何独立评估这些建议，也无法自行进行照明分析。此外，马自达还必须确保其满足各种法律法规与功能要求。为了进一步发展，马自达需要在开发周期早期评估实际光照。

马自达内外饰组件技术开发部技术主管Minoru Inoue表示：“在碰撞安全和振动噪音等其他开发领域，我们在设计阶段采用了基于仿真的性能验证和基于模型的开发方法。然而，在内外部设备（包括灯具）的开发中，我们还主要采用实际车辆进行验证，可见，我们在光学开发方面已滞后了太多。这就是为什么我们一直希望能够根据物理量化来评估人体感官体验，例如感觉舒适以及良好外观，以加快开发速度。”

马自达外部组件开发部副经理Yoshiaki Nakaya补充道：“另外，我们对Ansys Speos青睐有加，是因为其仿真能帮助我们在一次分析中同时评估不同的物理量，例如视觉照明评估所需的亮度，以及满足法律法规检查所需的发光强度”。

Inoue指出：“马自达仍然采用基于模型的开发方式，但是我们建议，即使部件是由供应商负责，也应在了解设计机制（原理或基础）之后再继续进行开发工作。”我准备了一份文件，并向公司内部人员解释这种工具不仅可以让我们掌握技术，而且能够实现高效开发。结果是，我成功说服了他们。”

在采用Speos之前，马自达通常会在确定开发方向后，反复多次制作“原理模型（principle model）”原型，之后才开始进行详细设计。然后，马自达工程师会制作另一个原型，最后利用最终设计数据创建实际车辆模型。结果是，马自达在重复原型制作方面花费了大量资金。例如，制作每个灯模具都会花费几百万乃至上千万日元（约95,000美元）。

借助Speos，公司成功减少了所需的原型数量。由于Speos能帮助工程师预先找到并纠正设计中的问题，平均而言，马自达在生产过程中能够减少2-3个原型。

Nakaya说道：“例如，在计算机辅助设计（CAD）数据中很难发现超出目标照明区域的漏光，即使是经验丰富的工程师有时也会忽视这种问题。然而，在Ansys Speos仿真中，我们可以从不同角度检查此类错误。于是，现在几乎不存在漏光问题，从而减少了返工。”

马自达汽车公司采用Ansys Speos进行内外部照明仿真。该公司通过采用基于模型的开发方法，减少了原型数量，从而节约了时间与成本。此外，Speos还提供了一种量化用户体验的方法，不仅能够为工程变更提供合理依据，还提高了工作流程效率。

量化人体感官体验，以实现最佳用户体验

马自达汽车测试与开发部负责同时开展试验与研究工作，而工艺开发部则负责研究人体、感官、认知与表达，以优化显示设备的可见性与纹理等细节。

在引入Speos时，马自达工艺开发部高级专家Asami Yonezawa负责监督防眩光开发。她的团队选择Speos，是为了研究太阳眩光问题。在某些车型中，中央百叶窗周围的镀银层会反射阳光，这导致在驾驶过程中产生眩光。解决此问题需要修改带镀层部件的形状，从而导致修改模具的额外成本增加大约1000万日元。其他车型中也发现了相同的问题，因此该部门必须在修改模具之前采取相应措施。

经验丰富的工程师根据自己的经验修改带镀层部件的形状，而没有量化的数据来显示使人眼感到眩目的光量。即便是评估眩光的专家，如Yonezawa，也只能进行可视化检查，而无法实现量化。因此，该公司需要一种可以量化测量眩光的方法，

而Speos完全符合马自达制定的三项评估标准：

• 准确分析光量与波长
• 准确分析反射特性
• 再现并量化二维亮度分布

Yonezawa指出：“我们的传统工具将设计样式和设计部门创建的3D数据转换成另一个文件，因此当我们制作网格时会导致精度下降。Ansys Speos可作为3D CAD的插件使用，因此我们能够在不降低模型精度的情况下开展仿真。这是我们喜欢该工具的主要原因之一。”

Yonezawa的团队还在研究另一个问题：车载部件在挡风玻璃内侧的反射使驾驶人员很难看清挡风玻璃外面的情况。由于无法通过量化方式展示设计问题，Yonezawa很难让设计人员理解改进的必要性。不过，Speos可以提供量化照明分析，这样她就可以根据分析结果要求设计人员进行改进。

该团队主动采用Speos设计MAZDA3的灯光与内饰。在汽车发布时举办的全球记者试驾活动中，驾驶人员注意到MAZDA3具有清晰的视野。

左起：Asami Yonezawa、Yoshiaki Nakaya和Minoru Inoue在马自达汽车公司采用Ansys Speos进行内外部照明仿真。

更高效的供应商关系

自从引入Speos之后，马自达与其供应商的业务关系就发生了改变。过去，马自达采用的是单向灯具开发流程。例如，该公司向供应商提供设计概念与照明图，以便他们可以根据自己的历史经验提出建议。如今，马自达并不参与详细设计，而是开展仿真自行进行分析，然后向供应商提出设计建议。

Nakaya表示：“与传统开发方式不同的是，我们可以在尚未设计出灯具周围区域的阶段就开始准备概念设计，从而实现成本优化。”例如，马自达工程师可以利用仿真技术来优化汽车照明安装设计，以实现大规模生产，从而节约时间与资金。

供应商似乎也喜欢这种合作方式的变化，因为在早期阶段确定设计规范，并且由双方共同准备最佳设计，可以实现更高效的开发。马自达现在正采用这样一种开发流程，即工程师与供应商一起使用Speos开展仿真，实时共享相同的观点，从而快速确定设计规范。

Speos不仅改善了马自达与其供应商之间的沟通，也促进了公司内部设计与可开发部门之间的沟通协作。

Yonezawa表示：“我们很难用言语说明汽车改进的程度，但是借助Ansys Speos，就可以通过可视化方式轻松与设计人员达成一致。“一旦设计人员认可方案，他们便会乐意接受设计变更。即使没有制作实际产品也能够达到上述目标，这是巨大优势之一。”