软件加速一级方程式设计

他们的脸上涂着蓝色的芬兰国旗，头上画着红色的法拉利种马，一群20万人的尖叫在9月24日在印第安纳波利斯赛道上观看一级方程式赛车比赛。自从1991年亚利桑那州凤凰城在这个国家举办了最后一场F1比赛以来，美国赛车迷们已经等待了近十年。速度超过200英里/小时，“The Brickyard”的比赛花了不到两个小时。但真正的比赛发生在1月份，因为工程师团队在短短五个月内完成了繁忙的开发周期，为赛季创造了全新的赛车!

Atlantic Design&Manufacturing是东海岸领先的设计工程师贸易展，提供最新的3D打印，自动化和CAD / CAM软件，包括FedEx，GE Appliances，Procter&Gamble以及其他数百种软件。

对这些汽车的要求是如此之大，以至于22辆汽车中只有一半的汽​​车在印地完成了比赛，失败者用吹制的发动机喷出火焰和烟雾。获胜者，法拉利车队的德国车手迈克尔·舒马赫，为车队的胜利归功于他的工程师：“我们在车上有300个零件，我不知道你能调整多少，但这就像一个谜题。”

解决这个难题意味着整个17个赛季的工程师都会努力工作，因为他们会调整赛车以达到每个特定球场的最高速度。

“当人们看到赛道上的F1车队时，他们只能看到冰山的可见部分，”法国Guyancourt的Prost团队工程经理Didier Perrin说。

该团队雇佣了230名员工，除了发动机外，还与170名Peugot员工合作，他们提供特制的发动机。普罗斯特工程师每年开始设计一款新车，从9月开始全尺寸CAD模型开始，到1月份完成。

这只是设计，工具，制造和装配的五个月。简而言之，Perrin说，“我们有一个非常非常非常繁忙的冬天。”

当这个家伙说这是一辆全新的汽车时，他并不是在开玩笑说：“从一年到另一年，整车上唯一的共同点是镜子，”佩林说。“看起来很疯狂，但这是真的。”

加快设计周期。只有一种方法可以通过如此紧凑的设计周期 - 并行工程。在Prost团队的案例中，这意味着他们必须在完成零件规格的定义之前开始设计模具和模具。

挑战始于体育管理机构FIA制定的规范。例如，尽管驾驶员的重量和265磅的V-10 Peugot发动机等限制因素，汽车和驾驶员在任何时候都必须至少重1,323磅。

Perrin说，由于这些严格的限制，减肥的唯一方法是设计每个组件以满足多个要求。例如，单壳体底盘主要是结构性的，因为发动机和悬架固定在其上。但是在顶部安装空气动力学皮肤会增加太多重量，因此底盘也必须是空气动力学的。

CATIA的数字化制造产品DELMIA研发执行副总裁Pascal Lecland解释说，当你快速移动时，实际成本就在于生产而非设计。

因此对于Prost团队来说，另一种加速设计的方法是外包生产。除发动机和变速箱外，该团队拥有生产内部汽车每个部件的生产能力。但即使每年仅生产8辆汽车，他们也很少这样做。

“我们内部生产的比例仅为40%，而转包的比例为60%，”佩林说。“在内部制造机密和应急部件是一种战略选择，因为这个过程太慢了，工厂将不会在今年剩下的时间里使用。”

电脑生产力工具。Prost团队使用44个CATIA席位处理此计划，并使用Dassault的ENOVIA PDM管理单个通用数据库中的所有组件 - 这是不同工程师同时设计零件时的关键细节。

他们还使用CATIA Composite来设计车间制造信息，并将CAD模型发送到MSC.Patran和MSC.NASTRAN FEA。

F1设计中使用的其他CAD产品包括SDRC的I-DEAS(由Jordan和Williams团队使用)，PTC的Pro / ENGINEER(由法拉利车队使用)和Unigraphics(由Team Jaguar使用)。

但仅凭酷炫的软件工具无法加速F1的设计周期 - 团队也必须改变他们的设计流程。

IBM产品生命周期管理解决方案集团经理Martin Jetter Jr.说：“重要的是不要将开发周期作为一个封闭的商店来运行，就像从烟囱冒出白烟一样。”“对于F1来说，最重要的是在赛车队和公司的发展部门之间建立协作联系，因为发动机会在一个赛季中改变比赛，”杰特说。

总部位于英国沃金厄姆的迈凯轮车队也是如此。

“他们的上市时间介于比赛之间，因此不到10天，”Sun Microsystems的迈凯轮技术客户经理Richard Jacklin说。“在赛季结束时，百分之七十五的赛车是不同的。”

在设计周期的早期使用FEA。对于任何团队而言，这个快速设计过程的关键部分是鼓励设计师进行自己的基本压力分析。

这可能意味着对工程师进行更多培训，但自动网格划分和压力分析可以使过程变得如此简单，可以从下拉菜单中运行，他说。仍然需要FEA专家，但仅限于最复​​杂的模拟。

Jetter表示，这些方法也适用于商用汽车制造商。当他在1986年开始教授CATIA时，梅赛德斯S级轿车的设计周期为10年，而今天的周期为28-36个月。

这很快，但还不到五个月。前期FEA是实现这些更快周期的最常见方式之一。

技术总监Mike Coughlan表示，英国Team Arrows使用在SGI工作站上运行的CATIA V4。所有这些计算能力使他能够坚持要求他的工程师进行一些自己的分析。

“F1完全取决于结构的效率，无论是强度还是刚度。所以这样，我们的男孩们可以看看它并避免一些禁忌，然后我们会把它传递到压力办公室进行更复杂的分析“。

与普罗斯特车队一样，Arrows工程师每年7月至1月期间设计一款新车，由该公司位于英国牛津郡总部的250名员工创建。整个赛季本身都在循环。

空气动力学。一些工程师说空气动力学是最重要的变量。印第安纳波利斯在F1赛道上是独一无二的，因为Brickyard的直接赛道很长，以至于赛车将以全油门运行24秒 - 比任何其他路线都要长。然而，由于空气动力学占据了至高无上的地位，因此这里的汽车速度不会最快。Indy球场的紧急弯道要求赛车的前后翼有巨大的下降气流，因此产生过大的直线速度阻力。

“当你设计其中一辆车时，它就像一个魔方，因为我们有太多相互矛盾的要求，”瑞士Hinwil的索伯车队悬架专家Matt Cranor说。

但是在完成所有这些计算之后，只有一个底线 - 比赛结果。

“比赛周末真的证明了你在测试时所发现的，”他说。“你只是来到这里，窗帘上升，你走了。”

F1成功的公式

价格标签

在五个月内设计一辆汽车的成本比底特律典型的36个月周期要多得多。Prost Francois Sedan表示，像普罗斯特这样的中型团队运营一年的成本约为1亿美元，法拉利和迈凯轮等顶级车队的这一数字可能会达到1.2亿美元。是的，八辆车的价值是1亿美元。

所有的钱都去哪儿了?

每辆车将在200英里的比赛中穿过32个轮胎，如果下雨则会更多。仅轮胎每个周末就要10万美元。

每个团队每季将使用约210台发动机，包括赛车和试验车。

每个方向盘的成本为20,000美元至30,000美元

无线电遥测

每个团队跟踪来自发动机的大约50个参数和来自底盘的100个参数，监控变量，例如悬架臂上的负载，制动器和油温和压力，以及换档时间。

Prost工程师Francois Sedan表示，Prost团队通过实时编码的无线电传输监控60%的数据，然后通过引擎盖下的第二个天线收集剩余的40%，每次车辆通过坑时都会播放“突发传输”。 。

迈凯轮车队每辆车每圈收集大约2 MB的数据，将其存储在车库后面的Sun UltraSparc2服务器上。然后，这些服务器将最重要的数据转换为Java，并通过微波链路将其传输给赛道上的团队战略家。

座位

Dassault子公司Safework的首席执行官罗伯特·卡里尔说，负责设计2000赛季冠军迈克尔·舒马赫驾驶舱的工程师在2001赛季以200毫米的准确度扫描了他的身体，准确度为正负1毫米。

“他们在机械方面投入了数百万美元，但他们从未投资过接口级别，即座椅设计，踏板位置和方向盘设计，”他说。

当然，按照这种精确度，他们不得不几乎赤身裸体地扫描他，因此有两个版本的数字舒马赫 - 在他的内衣和他的全套赛车服。每个版本包括多个位置，例如当他转动方向盘时二头肌弯曲的方式。结果是一个符合人体工程学优化的座椅，从他的视野到最小化他驾驶汽车所需的能量。

齿轮和悬架

每支队伍必须计算最好的一组齿轮，以便发送到17场比赛中的每场比赛。为此，Team Sauber通过将轮胎特征，预期最高速度和其他变量输入到轨道模拟器中，预先模拟虚拟驱动器中的路线。

该程序预测每个赛道对悬架的影响。例如，印第安纳波利斯的13号弯是F1车手唯一一次参赛，因此在车轮，轴承和支柱上产生了独特的应力，索伯队的Matt Cranor表示。

方向盘

F1方向盘就像一个微型星舰企业，有几十个按钮，LED显示屏，表盘和仪表。哦，它还有一个离合器和换档。为什么?换档是半自动的，通过在安装在方向盘上的拨片上轻弹拇指来完成。你正在转换七个前进档(和一个倒档)，所以你的拇指可以锻炼身体。

“这就像一个Gameboy，”普罗斯特队的Francois Sedan说道。当你看到驾驶员每次进出车时取下车轮时，这种比较似乎很合适，拿着价值20,000美元的椒盐卷饼形装置就像一个视频游戏控制器。但是当你在左转弯时有四个弯道，并且每个赛道有九个右转弯达到73圈时，赌注比在街机上赢得的要高一些。

鼻锥和翅膀

在比赛中，每辆车都有两到三个备件。但是对于经常损坏的部件，例如精致的，空气动力学的鼻锥和机翼，可以有多达七个备件。