大眾汽車卡塞爾工廠的多物理場：COMSOL能力打破了PLM大聯盟參與者的主導地位

像所有主要的汽車代工一樣，德國巨頭大眾汽車(Volkswagen)使用來自PLM大聯盟參與者的各種軟體。西門子數位產業的PLM套裝Teamcenter是公司的cPDM（協同產品定義管理）方面的骨幹，而達索系統的CATIA是主要的CAD解決方案。

但是，這並不能阻止大眾汽車公司針對特別棘手的問題需要使用更具體的sub-PLM解決方案。COMSOL Multiphysics是CAE和模擬方面的一個很好的例子。

轉子是電力驅動器中必不可少的組件，因此，轉子必須經過耐久性測試，因為在驅動器運行過程中，轉子必須以不同的速度和扭矩承受非常大的轉數。但是評估轉子疊片的強度很費時。這是為什麼大眾卡塞爾在德國的工廠通過使用COMSOL Multiphysics軟體建構模擬應用程序來自動化轉子測試過程，降低開發成本和提高產品品質的主要原因。

COMSOL的CTO Ed Fontes在我與他討論此事時聲稱，大眾汽車的情況也不例外。

“正確的，”豐特斯說。“我們的軟體傳統上一直在中央研發部門中使用，包括用於電動汽車的電動機和電池。”

每個電動馬達內部是一個固定的定子，定子內部旋轉著一個轉子。定子由銅線線圈製成。當電流流過這些線圈時，在定子中會產生旋轉磁場，使轉子旋轉。

在開始生產ID.3模型時，大眾透露正在計劃生產多達140萬個MEB platform馬達的電驅動器，該馬達小得足以裝進運動包。該電機在德國卡塞爾的大眾汽車零部件工廠和天津的中國工廠生產。兩家工廠合併後，他們計劃從2023年開始，年產能達到140萬台電動機。大眾還在薩爾茨吉特的零部件工廠生產轉子和定子。

大眾在新聞稿中解釋了細節：“轉子和定子在薩爾茨吉特的零組件工廠生產。新的髮夾技術使創新的生產工藝能夠用於定子的組裝，從而最佳的使扁平的預製銅線圈填充在定子疊片鐵芯內。與繞線線圈的電驅動器相比，這提高了轉矩密度和效率。即使在低發動機轉速下也可以實現最大扭矩，這意味著1速齒輪箱足以滿足整個轉速範圍的要求。電驅動系統和1速齒輪箱均在卡塞爾的零部件工廠生產。”

這聽起來可能很複雜，但是像所有其他電動馬達一樣，MEB馬達比常規的汽油或柴油發動機複雜得多。實際上，MEB電動機包含的零件數量只是“普通”內燃機中的一部分。這凸顯了由於現有趨勢邁向一個機械含量減少而電子和軟體含量增加的定位，產品的開發發生了根本的變化。這也將反映在對專業知識和能力的新需求上，這無疑將影響產品實現方法和勞動力結構。所有這些將最終伴隨新的數位工具包以及不斷變化的產品開發方法，包括PLM / cPDm，模擬，軟體和製造集成（例如運營技術（OT））的重要性和應用正在日益增長。這一切都變得極其複雜。

為什麼選擇COMSOL軟體？

這就是大眾使用COMSOL Multiphysics的背景。是什麼讓公司選擇COMSOL解決方案？

在一個通常被認為是困難和複雜的領域，超越傳統用戶群的想法是一個令人振奮的發展。這個秘密稱為Application Builder和COMSOL Server。Fontes認為，這些解決方案於幾年前可用，為COMSOL擁有近200,000個用戶做出了貢獻。該解決方案用於使高級多物理場模擬可供更廣泛的受眾使用，並且通過Application Builder和Server，模擬專家可以基於Multiphysics軟體中內置的模型創建易於使用的自定義圖形界面（模擬應用程式）。

然後，專用分析工具隨COMSOL Server一起分發。管理員可以完全控制誰有權訪問模擬應用程序。快速，可擴展的過程使公司可以在幾分鐘內將模擬應用程序分佈到整個全球組織中。

“從設計工程師到技術銷售人員，每個人都可以使用這些工具從手機或平板電腦上通過Multiphysics程序執行或觀看模擬，從而更加有效”，Ed Fontes說。

摘自COMSOL案例書：模擬應用程序可加速在大眾卡塞爾的設計流程

這些解決方案屬於近年來最明顯的趨勢之一：簡單使用，可促進協作開發工作。

汽車行業長期以來一直在討論在產品開發工作中進行有效協作的必要性。在卡塞爾工廠，開發工作已經如此。如今，圍繞電源解決方案的過程已經開始，從開發過程的開始就一直以參與設計，模擬和測試的每個人之間的緊密協作為特徵。

模擬是該過程的重要部分，也是COMSOL
multiphysics解決方案發揮作用的地方。由於轉子是電力驅動單元的重要組成部分，因此轉子必須進行耐久性測試，因為轉子必須在行駛過程中承受各種轉速和扭矩變化的轉彎。然而，評估轉子疊片的強度是耗時的。大眾卡塞爾通過自動化轉子測試過程解決了這一問題。通過使用Multiphysics軟體建構模擬應用程式，可以降低開發成本並提高產品質量。

從示意圖上看，就像COMSOL網站上的Thomas Forrister所述：

首先，模擬專家會審查電氣設備的性能規格。模擬用於研究如何最好地實現所需的設計。例如，通過對驅動器進行建模，可以大大減少變體的數量。通過分發基於該模型的模擬應用程式，設計人員將有可能比較不同的變體並在下一階段選擇最佳變體。

大眾汽車的模擬工程師Steffen Rothe博士說：“電機的開發過程提出了許多必須滿足的要求。”

這種協作對每個人都是有益的，因為模擬不能涵蓋所有實際問題。因此，測試在開發過程中起著重要作用。另外，實驗測試程序有助於改善模擬模型。

“在電機的開發過程中，必須滿足許多要求，”大眾卡塞爾（VW Kassel）組件開發的模擬工程師Steffen Rothe博士解釋說。“一方面，機器必須符合扭矩和功率的電氣要求。另一方面，轉子必須具有一定的耐久性，其中離心力是轉子的最大負載。

“平衡要求”

平衡雙重需求可能會很難向前發展，因為有時看不到它們。儘管最好使用薄的結構滿足電磁要求，但較厚的結構對於機械耐用性是首選。在開發過程中儘早滿足這些要求很重要。有效執行此操作的一種方法是模擬滿足要求的所有工況。

“模擬在加快設計過程中起著重要作用，” Rothe說道。“許多工業模擬軟體都被設計為“黑匣子”，而COMSOL Multiphysics的透明性是獨一無二的。它使用戶可以查看和修改已實現的方程式，甚至可以添加自己的方程式。”

該軟體從一開始就被設計為多物理場工具，並允許用戶同時模擬不同的物理場。因此，用戶可以結合不同的物理領域來做全新的事情。

但是，即使對於模擬專家而言，分析此類複雜的物理問題也可能具有挑戰性。團隊需要一種與同事進行交流的方法，並使機械模擬的非專家可以測試某些參數。通過使用COMSOL中的Application Builder創建可預測轉子電壓的模擬應用程序，設計人員能夠滿足這些需求。

COMSOL解決方案自動化設計工作。通過模擬應用中轉子疊片的負載分析，大眾卡塞爾公司的工程師可以在電氣驅動開發過程中節省時間和金錢。通過幫助模擬專家和非專家自動化長模型設計流程並使模型和結果標準化，這些應用程序還有助於提高產品質量，從而縮短了從模型車到概念車再到商用EV的時間。該圖顯示了螢幕截圖，其中包含在COMSOL軟體中模擬的轉子的標準負載結果。

結論是，大眾Kassel通過構建和分發評估轉子疊片強度的模擬應用程序，加快了電動機的設計過程。

這充分說明了COMSOL創建世界一流解決方案的能力，這些解決方案可以打破真正的大型開發人員的統治地位。

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