汽車設計開發(fā)技術的發(fā)展過程

1、0.1汽車設計開發(fā)技術的發(fā)展過程國際上汽車產(chǎn)品設計可以大致分為四個階段：第一階段是1959年前-原始設計與經(jīng)驗設計結合的階段，一般認為是原始的經(jīng)驗設計和傳統(tǒng)的人工設計方法；第二階段是19601979-經(jīng)驗設計與試驗試錯(TRAIL-ERROR)相結合的設計階段，經(jīng)驗設計與設計計算，以圖板手工為主少量電腦二維設計結合的試驗試錯設計階段第三階段是19801989-先進設計與試驗試錯相結合的設計階段，本階段是經(jīng)驗設計與分析優(yōu)化緊密結合，全部采用了二維電腦設計階段，設計水平明顯提高，設計速度和質量有了明顯的提高，很多計算和仿真開始采用機算機，部分的代替了試驗試錯(TRIAL&ERROR)的模式，但不同

2、程度的以試驗試錯為設計依靠；第四階段1990至今-先進的設計階段，采用三維設計分析優(yōu)化與仿真一體化技術，充分利用人類積累100多年的知識和經(jīng)驗實現(xiàn)了高速度高質量低成本的產(chǎn)品開發(fā)，在不斷擺脫試驗試錯的模式，越來越多的試驗只用于最終確認和檢驗.尤其1995年后汽車開發(fā)的全部都采用了三維參數(shù)化全相關實體建模技術和CAD/CAE/CAM一體化技術.1995年后國際上最先進的汽車設計開發(fā)技術與方法，隨著汽車工業(yè)和現(xiàn)代科技的發(fā)展，汽車行業(yè)的競爭十分激烈，能否以最短的周期，最少的開發(fā)費用，最好的質量和性能開發(fā)出新產(chǎn)品或車型關系到汽車企業(yè)的生存和發(fā)展。在90年代出現(xiàn)了汽車工業(yè)的大購并，并提出了車型平臺化的概念

3、，平臺化是設計開發(fā)技術要實現(xiàn)快速反應和低成本開發(fā)的必然選擇。在80年代前汽車開發(fā)技術是建立在“試錯”型的開發(fā)基礎和試驗基礎上，而在90年代實現(xiàn)了以電腦仿真與分析技術為主體的快速開發(fā)技術的革命。它正以難以預計的速度實現(xiàn)向以信息和知識工程技術為基礎的虛擬設計方向發(fā)展。美國早在80年代末就提出了以電腦與信息技術實現(xiàn)產(chǎn)品的快速高水平開發(fā)，90年后尤其95年后100%采用三維CAD/CAE/CAM一體化技術，仿真技術等數(shù)字化技術，1999年ford和GM宣布實現(xiàn)全新車型開發(fā)周期為22個月和24個月，最終目標是12-18個月.經(jīng)濟學家認為假設開發(fā)周期12個月可獲得100%市場，那么開發(fā)周期24個月時只能有

4、70%市場，如果開發(fā)周期36個月，只能剩下35%市場，如果開發(fā)周期48個月，那么幾乎只有0%市場，因此產(chǎn)品開發(fā)速度十分重要.為了實現(xiàn)高速度開發(fā)，2000年，美國三大集團簽訂了共用零部件協(xié)議，GM提出在INTERNET環(huán)境采購零部件計劃美國提出了產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)與協(xié)同商務的概念(CollaborativeProductDevelopmentandCommerce)，德國大眾提出了平臺化技術，ford公司提出了零部件矩陣的概念，其目的是實現(xiàn)零部件系列化，低成本和高質量的開發(fā).GM,VW,和TOYOTA三大集團協(xié)議共建部分標準零部件數(shù)據(jù)庫，等等。這些變化促進的先進設計技術的發(fā)展與應用，同時也是由于先進的

5、設計技術使如上變化成為可能或促進了如上變化.對于復雜的汽車結構與設計如果采用80年代以前的技術方法簡直就是不可能，用兩維設計而不用三維設計就象拿刀伐木而不用鋸子伐木一樣.人類科技為我們更快更好更省錢的開發(fā)汽車提供了可能.0.3國際最先進的產(chǎn)品設計開發(fā)技術0.3.1汽車優(yōu)化設計方法必要性：假設一個設計對象，例如減振器，它需要優(yōu)化的設計參數(shù)達50多個，它們之間乂相互關聯(lián)。假設每個參數(shù)變化10次，那總共要進行次試驗才可找出最優(yōu)的減振器，需要數(shù)萬年才能完成.因此優(yōu)化設計方法就顯得的十分必要。優(yōu)化設計的步驟與方法：1).設計對象及相關性能與設計參數(shù)建模；2).建立優(yōu)化目標函數(shù)J=f(x)和約束條件；3)

6、.選擇優(yōu)化算法：梯度法、牛頓法、變尺度法、單純形法、隨機方向搜索法、懲罰函數(shù)法、拉格朗日法等；4).編制優(yōu)化程序，建議用C+編程；5).試算并用仿真方法或試驗法來驗證.0.3.2汽車載荷譜與動態(tài)設計方法載荷譜：根據(jù)試驗進行數(shù)理統(tǒng)計或用試驗經(jīng)驗統(tǒng)計分析確定的規(guī)律性載荷水平與頻率的關系和載荷譜。如圖0.3.2中,A-靜態(tài)工作載荷，靜態(tài)設計區(qū)；B-低循環(huán)高幅值工作載荷；C-有限壽命設計區(qū);D-無限壽命設計區(qū)；E-工作強度設計區(qū)；載荷級別作用頻率圖0.3.1載荷譜最大應力應力與疲勞壽命圖0.3.2疲勞壽命曲線0.3.3汽車可靠性設計可靠度Reliable:產(chǎn)品在規(guī)定的條件和時間下，完成規(guī)定功能的概率，

7、稱為可靠度。常用R(t)來表示。用可靠度等描述的產(chǎn)品設計性能成為可靠性。可靠性設計是指運用可靠性理論和分析方法，明確汽車系統(tǒng)可靠性指標，進行汽車系統(tǒng)設計的一種方法?？煽啃栽O計可從兩個方面來進行，一方面是實際生產(chǎn)質量檢測，然后用統(tǒng)計分析來計算。另一方面是通過可靠性模型來計算可靠性，并結合設計要求來優(yōu)化設計參數(shù)，最后確定產(chǎn)品設計。后者真正具有先手和超前性，可實現(xiàn)快速設計開發(fā)。0.3.4汽車結構動力學與模態(tài)分析設計方法采用有限元方法，利用汽車的動力學關系和結構動力學特性、模態(tài)特性對汽車系統(tǒng)及零部件進行設計的方法主要應用：車身設計、懸:架設計、車架及梁的設計、變速器殼體設計及扭轉振動設計、離合器殼體設

8、計、其它結構件設計。0.3.5汽車系統(tǒng)建模與仿真設計方法建立與汽車設計對象、設計參數(shù)與使用性能有關的數(shù)學模型，然后編制針對性能的仿真算法和程序，進行仿真分析，以求得到最好性能的設計參數(shù)，這種設計稱為仿真設計。仿真設計主要應用于：1.整車匹配和總體設計；2.變速器、懸架、減振器等部件結構設計；3.發(fā)動機各部件總成設計；0.3.6汽車相似理論與?；夹g設計方法采用相似理論對設計對象進行縮比研究，并對縮比后的影響進行補償和分析，最終以模型設計或試驗研究代替整車1:1試驗。以實現(xiàn)省錢、省力、快速的目的。主要應用：1.車身設計；2.主要零部件設計；3:.大型試驗系統(tǒng)設計.0.3.7基丁知識和經(jīng)驗的設計開

9、發(fā)方法與知識驅動的設計自動化方法對人類已有設計知識的總結、學習、推論和應用丁設計是知識工程與專家系統(tǒng)設計方法的核心。主要研究內容：1.數(shù)據(jù)庫與知識庫；2.學習機與知識獲??；3:.推理機與知識應用；4.神經(jīng)網(wǎng)絡算法；5.應用模式；主要應用：可應用丁任何設計系統(tǒng)中.0.3.8汽車三維參數(shù)化智能CAD/CAE/CA歐一體化設計方法智能是指CAD/CAE/CAM技術在功能上具有很多智能化的內容和功能，比方：軟件中有一些經(jīng)驗方法和默認值等。另外CAD/CAE/CAM一體化，知識和經(jīng)驗的應用也表達了智能化。主要軟件：UGS公司的UGII,CATIA,PROE等，它們都是基丁參數(shù)化、三維實體特征建模、全相關

10、的CAD軟件，基本都是90年代開始成熟起來的軟件技術。可應用丁任何設計。0.3.9汽車設計平臺化與模塊化設計方法汽車平臺化設計就是實現(xiàn)在幾個大的平臺基礎上，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)和系列化變型的設計方法。這與模塊化設計有相類似之處，每一個總成的設計需要選用相關的總成或零部件，這些小總成或零部件都是模塊化選用或模塊化設計。全球采購是發(fā)展趨勢.造墅設j十卜一體賣F車身設計都件1都件2r部件n子部件1子部件2.子部件n犯言I；件1孫上據(jù)n圖0.3.3模塊圖0.3.10三次設計方法三次開發(fā)是指產(chǎn)品的系統(tǒng)設計、參數(shù)設計及容差設計系統(tǒng)設計：也稱一次設計，它是運用汽車的專業(yè)知識，進行產(chǎn)品的功能和結構設計。這種設計

11、能基本確定產(chǎn)品規(guī)劃所定目標的具體結構和基本參數(shù)、尺寸。參數(shù)設計：也稱第二次設計，它是在系統(tǒng)設計的基礎上，對系統(tǒng)中各相關的參數(shù)建立函數(shù)關系式，來確定系統(tǒng)各參數(shù)的最優(yōu)水平，或優(yōu)化具體設計參數(shù)。以保證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。容差設計：也稱第三次設計，在系統(tǒng)參數(shù)設計中的值確定后，合理地確定對產(chǎn)品性能指標影響大的各項參數(shù)的允許波動范圍。所謂容差，即方差的一半。0.3.11虛擬現(xiàn)實與虛擬設計采用聲、光、電和CAD三維實體建模、虛擬現(xiàn)實環(huán)境等技術，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)設計的方法，稱為虛擬設計。優(yōu)點：可以利用虛擬現(xiàn)實環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)品工作性能和外觀的檢查和評估，減少開發(fā)周期，提高開發(fā)質量。組成：主要應用丁車身開發(fā)及零部件開發(fā)頭

12、吾、豐套圖0.3.4虛擬設計框圖0.4我們的對策1）、樹立創(chuàng)新意識學習不等丁照抄-專利回避，創(chuàng)造是學習加創(chuàng)新。2）、知道創(chuàng)造是無極限的，任何產(chǎn)品要實現(xiàn)其功能的方法為幾十種，甚至上白種，而每種方案可變設計參數(shù)幾十個上白個，這種組合的可能性是無限的。因此創(chuàng)造是無極限的.3）、多實踐來增加KnowHow&Idea,在開發(fā)中實現(xiàn)開發(fā)能力。4）、必需采用先進的開發(fā)設計技術，電腦仿真及信息技術，實現(xiàn)低成本開發(fā)，高質量開發(fā)和高速度開發(fā)。因為我們沒有足夠的錢，購買大量的設備，以“試錯”方式開發(fā)產(chǎn)品。而且是淘汰的技術。中國有好的數(shù)學和力學基礎，人才眾多，而且人工費用是美國的十分之一到三十分之一。這是我們的競爭力

13、。最重要的是我們要有足夠的信心和投資。多一些骨氣和民族志氣。從三維設計技術角度看，我國并不落后，全世界都是從1995年開始,而且中國人才數(shù)量和質量是世界領先的.全世界都在從中國引進人才.關鍵是民族信心和骨氣，還有體制，必須采用全球最先進的汽車設計公司模式來實現(xiàn)中國汽車設計自主的夢想.汽車設計公司與汽車產(chǎn)品開發(fā)，美國和德國等國家都有數(shù)白家大小設計公司，全球最大的設計公司-MSX約有17000多人，20億美元的年營業(yè)額。全球設計公司占全球汽車整車，車身和零部件開發(fā)設計工作量的50%60%，德國大于60%。在開發(fā)人才方面占汽車開發(fā)設計人才的50%左右。設計公司掌握專門的產(chǎn)品設計技術。已成為汽車整車和零部件廠必不可少的開發(fā)力量。從發(fā)展趨勢來看，越來越多的新產(chǎn)品設計任務由汽車設計公司承擔。產(chǎn)品設計和技術創(chuàng)新專業(yè)化.汽車公司主要管核心技術，生產(chǎn)和市場。設計公司有很多優(yōu)勢：1）由于設計公司從整車廠退休的高級專家請到公司,因此knowhow比汽車廠好；2）乂由于設計公司給很多汽車公司設計產(chǎn)品，因此掌握不同汽車公司的設計標準和技術，具有汽車公司無法具有的技術交義和雜交優(yōu)勢.因此整車廠必須依賴設計公司.3）設計公司不要知識產(chǎn)權和名聲,而且可以派人到汽車企業(yè)去，這也是設計公司的優(yōu)勢所在.4）設計公司機制很好效率也高于汽車廠.美國和德國等很多汽車集團每家都有10000多設計開發(fā)技術人員，但還有