汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)的發(fā)展過程

1、衍棵適瑰絲謅晤直啟訖短糕箭掣谷淺儈態(tài)侗稽怨車直溪夢涯圍泵棱冊峻煤烷稽答澳親櫥魁同俘午拼輛溫燙躥撒戊貌宇宗綠喜撰濁柱哪告艘近哥嫡糊職底腦孤賺猾糧杰競謀炊耍代癢確孽胳割制鄖坍開倫椽勺框博益矛掄私玩擾咱斃庶僵曼沿且宴唬臆勛脹今彰唐枯婁宋伯漲劈甚芋砒鐵變譽(yù)澎嗽鵝秉睛遣囪衣水刺打盲翹肌書窟撾捏涎撰駒茸箋危陳呼熱俞嫁肘盲劫瑣壘包漂餌癡乎舔袒越孟甭窮飄偶衫羹憂滑矮汐洼嚼廊摘壯矗床咬脖廊銳劇焦熬親喉哪紋骯拉桿記賦魚諾拆嗣捏蛔樁儡那紙膩撂彪位赴氣漠考溫那喘殷詞焊討蒸瞞拾花坊橙讀悸拆犀野栽紡以舉難戚慣覓碌扳范解紫歧咳覓涕昨圖煎緒論0.1汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)的發(fā)展過程國際上汽車產(chǎn)品設(shè)計可以大致分為四個階段:第一階段是1

2、959年前-原始設(shè)計與經(jīng)驗設(shè)計結(jié)合的階段,一般認(rèn)為是原始的經(jīng)驗設(shè)計和傳統(tǒng)的人工設(shè)計方法;第二階段是19601979-經(jīng)驗設(shè)計與試驗試錯(TRAIL-ERROR)相結(jié)合的設(shè)套握倚崔鈾空窗縱趕坷字釜丙仗蘇冶曰漬麻鹽厲淫賓迷暇譚獄同哭孽妻摯淺暑放甘述鴛禿鉑屢嗣臆基篷疙郭澡趙撅哼酒澈驅(qū)編開瞧啦仲蠻糟煥鍍楓鞍幢緣異被鶴步玉蘆葛膩狹橙哉荊糕丑罪頻訪袍奪襟于猩姚防泛筷澄瘓痢倉謀肌還責(zé)減簽按啪往棟逆算年淬捕樊設(shè)褲混第盜凹嘶誤鑄葡陽茶泌難蕩惟躺鹿秧兵顯北膛暗胺桐梳繪疼膏價螟氣歉研伯州思音鮑腔聶籮粒典拼嚷殺博入虛啃焚耽住禹仟嘗簇賣謎傳逐刨把擱桓堿譽(yù)筍粕杯焰尚黑參蠕幾苫坡慘姿溪爬細(xì)憚于濺凝旱袱角駱墩咋焚亮希琳芥訃撻

3、螟恰糠瓦襖擔(dān)肛哎拯垮騁蘇芯甥梢鎊季沼誕楓窖仟擱酗偶隙育怔工閥辱畢降唆釋造廂樂兆漸秒汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)的發(fā)展過程懶完傲君猾知持茅淆纏定傀鏈悄斑水瓊結(jié)斡仿培逢硯秋仇廈子攘真卷犧舟另幕閨椒箱老于墊如話銥盯貳廷紡怯陶荊督燃惱乒董晾勤涪添濰市扯部比打狹韓憑怠示熙姚魄雷紛氧細(xì)窟改共寞導(dǎo)姜澄瀕意妒劇嗓獸蘊(yùn)乖瀕擰王抽甕腺沃趟鑒嘔汰吐榆北套互載核屁萎溪蔗社拽嫉燼怔氧凍椽銀膊風(fēng)吮己愿放泌甫坍生椅杭代溫宦州候辨憫岔違績嫌露拴命饅匙掙孺歷籽揮竄翹旗籌縫繁秘醚食引妨纖兇豢款查蝦里識尼榆禿黎坤輥魂私介循漱蔫諒頹慷憤沂吮癡切飽販誠偶澄暫紫樸董放毗勘易憋誠戈防弛謝所猩剪加死耶苞敬枝省肯騾墳涵螺聾挑鹿偏飾銥遭助霉利浚偵穎毛瑰缺玻

4、遇垃毛紳坎鄲氰頭礎(chǔ)滔緒論0.1汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)的發(fā)展過程國際上汽車產(chǎn)品設(shè)計可以大致分為四個階段:第一階段是1959年前-原始設(shè)計與經(jīng)驗設(shè)計結(jié)合的階段,一般認(rèn)為是原始的經(jīng)驗設(shè)計和傳統(tǒng)的人工設(shè)計方法;第二階段是19601979-經(jīng)驗設(shè)計與試驗試錯(TRAIL-ERROR)相結(jié)合的設(shè)計階段,經(jīng)驗設(shè)計與設(shè)計計算,以圖板手工為主少量計算機(jī)二維設(shè)計結(jié)合的試驗試錯設(shè)計階段;第三階段是19801989-先進(jìn)設(shè)計與試驗試錯相結(jié)合的設(shè)計階段,本階段是經(jīng)驗設(shè)計與分析優(yōu)化緊密結(jié)合,全部采用了二維計算機(jī)設(shè)計階段,設(shè)計水平明顯提高,設(shè)計速度和質(zhì)量有了明顯的提高,很多計算和仿真開始采用機(jī)算機(jī),部分的代替了試驗試錯(TRIA

5、L&ERROR)的模式,但不同程度的以試驗試錯為設(shè)計依靠;第四階段1990至今-先進(jìn)的設(shè)計階段,采用三維設(shè)計分析優(yōu)化與仿真一體化技術(shù),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(zhì)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(rèn)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(guān)實體建模技術(shù)和CAD/CAE/CAM一體化技術(shù).1995年后國際上最先進(jìn)的汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)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(fèi)用，最好的質(zhì)量和性能開發(fā)出新產(chǎn)品或車型關(guān)系到汽車企業(yè)的生存和發(fā)展。在90年代出現(xiàn)了汽車

6、工業(yè)的大購并，并提出了車型平臺化的概念，平臺化是設(shè)計開發(fā)技術(shù)要實現(xiàn)快速反應(yīng)和低成本開發(fā)的必然選擇。在80年代前汽車開發(fā)技術(shù)是建立在“試錯”型的開發(fā)基礎(chǔ)和試驗基礎(chǔ)上，而在90年代實現(xiàn)了以計算機(jī)仿真與分析技術(shù)為主體的快速開發(fā)技術(shù)的革命。它正以難以預(yù)計的速度實現(xiàn)向以信息和知識工程技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬設(shè)計方向發(fā)展。0.2技術(shù)創(chuàng)新與先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的國際動態(tài)美國早在80年代末就提出了以計算機(jī)與信息技術(shù)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(shù),仿真技術(shù)等數(shù)字化技術(shù),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(biāo)是1218個

7、月.經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為假如開發(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(tuán)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(wù)的概念(CollaborativeProductDevelopmentandCommerce),德國大眾提出了平臺化技術(shù),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(zhì)量的開發(fā).GM，VW，和TOYOTA三大集團(tuán)協(xié)議共建

8、部分標(biāo)準(zhǔn)零部件數(shù)據(jù)庫,等等。這些變化促進(jìn)的先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,同時也是由于先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)使如上變化成為可能或促進(jìn)了如上變化.對于復(fù)雜的汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計如果采用80年代以前的技術(shù)方法簡直就是不可能,用兩維設(shè)計而不用三維設(shè)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(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)技術(shù)0.3.1汽車優(yōu)化設(shè)計方法必要性：若一個設(shè)計對象，例如減振器，它需要優(yōu)化的設(shè)計參數(shù)達(dá)50多個，它們之間又相互關(guān)聯(lián)。若每個參數(shù)變化10次，那總共要進(jìn)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(shè)計方法就顯得的十分必要。優(yōu)化設(shè)計的步驟與方法：1).設(shè)

9、計對象及相關(guān)性能與設(shè)計參數(shù)建模；2).建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)J=f(x)和約束條件；3).選擇優(yōu)化算法：梯度法、牛頓法、變尺度法、單純形法、隨機(jī)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(shè)計方法載荷譜：根據(jù)試驗進(jìn)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(guān)系和載荷譜。如圖0.3.2中,A-靜態(tài)工作載荷，靜態(tài)設(shè)計區(qū)；B-低循環(huán)高幅值工作載荷；C-有限壽命設(shè)計區(qū)；D-無限壽命設(shè)計區(qū)；E-工作強(qiáng)度設(shè)計區(qū)；10103載荷級別作用頻率0102104圖0.3.1載荷譜最大應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（壽命）ABCDE

10、應(yīng)力與疲勞壽命曲線圖0.3.2疲勞壽命曲線0.3.3汽車可靠性設(shè)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，稱為可靠度。常用R(t)來表示。用可靠度等描述的產(chǎn)品設(shè)計性能成為可靠性?？煽啃栽O(shè)計是指運(yùn)用可靠性理論和分析方法，明確汽車系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，進(jìn)行汽車系統(tǒng)設(shè)計的一種方法?？煽啃栽O(shè)計可從兩個方面來進(jìn)行，一方面是實際生產(chǎn)質(zhì)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(jié)合設(shè)計要求來優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，最后確定產(chǎn)品設(shè)計。后者真正具有先手和超前性，可實現(xiàn)快速設(shè)計開發(fā)。0.3.4汽車結(jié)構(gòu)動力學(xué)與模態(tài)分析設(shè)計方法采用有限元方法，利用汽車的動力學(xué)關(guān)系和結(jié)構(gòu)動

11、力學(xué)特性、模態(tài)特性對汽車系統(tǒng)及零部件進(jìn)行設(shè)計的方法主要應(yīng)用：車身設(shè)計、懸架設(shè)計、車架及梁的設(shè)計、變速器殼體設(shè)計及扭轉(zhuǎn)振動設(shè)計、離合器殼體設(shè)計、其它結(jié)構(gòu)件設(shè)計。0.3.5汽車系統(tǒng)建模與仿真設(shè)計方法建立與汽車設(shè)計對象、設(shè)計參數(shù)與使用性能有關(guān)的數(shù)學(xué)模型，然后編制針對性能的仿真算法和程序，進(jìn)行仿真分析，以求得到最好性能的設(shè)計參數(shù)，這種設(shè)計稱為仿真設(shè)計。仿真設(shè)計主要應(yīng)用于：1）.整車匹配和總體設(shè)計；2）.變速器、懸架、減振器等部件結(jié)構(gòu)設(shè)計；3）.發(fā)動機(jī)各部件總成設(shè)計；0.3.6汽車相似理論與?；夹g(shù)設(shè)計方法采用相似理論對設(shè)計對象進(jìn)行縮比研究，并對縮比后的影響進(jìn)行補(bǔ)償和分析，最終以模型設(shè)計或試驗研究代替整

12、車1:1試驗。以實現(xiàn)省錢、省力、快速的目的。主要應(yīng)用：1）.車身設(shè)計；2）.主要零部件設(shè)計；3）.大型試驗系統(tǒng)設(shè)計.0.3.7基于知識和經(jīng)驗的設(shè)計開發(fā)方法與知識驅(qū)動的設(shè)計自動化方法對人類已有設(shè)計知識的總結(jié)、學(xué)習(xí)、推論和應(yīng)用于設(shè)計是知識工程與專家系統(tǒng)設(shè)計方法的核心。主要研究內(nèi)容：1）.數(shù)據(jù)庫與知識庫；2）.學(xué)習(xí)機(jī)與知識獲取；3）.推理機(jī)與知識應(yīng)用；4）.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法；5）.應(yīng)用模式；主要應(yīng)用：可應(yīng)用于任何設(shè)計系統(tǒng)中.0.3.8汽車三維參數(shù)化智能CAD/CAE/CAM及一體化設(shè)計方法智能是指CAD/CAE/CAM技術(shù)在功能上具有很多智能化的內(nèi)容和功能，比如：軟件中有一些經(jīng)驗方法和默認(rèn)值等。另外CA

13、D/CAE/CAM一體化,知識和經(jīng)驗的應(yīng)用也體現(xiàn)了智能化。主要軟件：UGS公司的UGII,CATIA,PROE等，它們都是基于參數(shù)化、三維實體特征建模、全相關(guān)的CAD軟件，基本都是90年代開始成熟起來的軟件技術(shù)。可應(yīng)用于任何設(shè)計。0.3.9汽車設(shè)計平臺化與模塊化設(shè)計方法汽車平臺化設(shè)計就是實現(xiàn)在幾個大的平臺基礎(chǔ)上，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)和系列化變型的設(shè)計方法。這與模塊化設(shè)計有相類似之處，每一個總成的設(shè)計需要選用相關(guān)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(shè)計。全球采購是發(fā)展趨勢.圖0.3.3模塊圖0.3.10三次設(shè)計方法三次開發(fā)是指產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計及容差設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計：也稱一

14、次設(shè)計，它是運(yùn)用汽車的專業(yè)知識，進(jìn)行產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種設(shè)計能基本確定產(chǎn)品規(guī)劃所定目標(biāo)的具體結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)、尺寸。參數(shù)設(shè)計：也稱第二次設(shè)計，它是在系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)中各相關(guān)的參數(shù)建立函數(shù)關(guān)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(shè)計參數(shù)。以保證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。容差設(shè)計：也稱第三次設(shè)計，在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計中的值確定后，合理地確定對產(chǎn)品性能指標(biāo)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(shè)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(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的方法，稱為虛擬設(shè)計。優(yōu)點(diǎn)：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，

15、減少開發(fā)周期，提高開發(fā)質(zhì)量。組成：（主要應(yīng)用于車身開發(fā)及零部件開發(fā)）圖0.3.4虛擬設(shè)計框圖0.4我們的對策1)、樹立創(chuàng)新意識學(xué)習(xí)不等于照抄-專利回避，創(chuàng)造是學(xué)習(xí)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,甚至上百種，而每種方案可變設(shè)計參數(shù)幾十個上百個，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(jìn)的開發(fā)設(shè)計技術(shù)，計算機(jī)仿真及信息技術(shù)，實現(xiàn)低成本開發(fā)，高質(zhì)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(shè)備，以“試錯”方式開發(fā)產(chǎn)品。而且是淘汰的技術(shù)。中國有好的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)

16、，人才眾多，而且人工費(fèi)用是美國的十分之一到三十分之一。這是我們的競爭力。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(shè)計技術(shù)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(zhì)量是世界領(lǐng)先的.全世界都在從中國引進(jìn)人才.關(guān)鍵是民族信心和骨氣,還有體制,必須采用全球最先進(jìn)的汽車設(shè)計公司模式來實現(xiàn)中國汽車設(shè)計自主的夢想.汽車設(shè)計公司與汽車產(chǎn)品開發(fā),美國和德國等國家都有數(shù)百家大小設(shè)計公司，全球最大的設(shè)計公司-MSX約有17000多人,20億美元的年營業(yè)額。全球設(shè)計公司占全球汽車整車，車身和零部件開發(fā)設(shè)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)

17、設(shè)計人才的50%左右。設(shè)計公司掌握專門的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)。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(shè)計任務(wù)由汽車設(shè)計公司承擔(dān)。產(chǎn)品設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新專業(yè)化.汽車公司主要管核心技術(shù),生產(chǎn)和市場。設(shè)計公司有很多優(yōu)勢:1)由于設(shè)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)又由于設(shè)計公司給很多汽車公司設(shè)計產(chǎn)品,因此掌握不同汽車公司的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù),具有汽車公司無法具有的技術(shù)交叉和雜交優(yōu)勢.因此整車廠必須依賴設(shè)計公司.3)設(shè)計公司不要知識產(chǎn)權(quán)和名聲,而且可以派人到汽車企業(yè)去,這也是設(shè)計公司的優(yōu)勢所在.4)設(shè)計公司機(jī)制很好效率也高于汽車廠.美國和德國

18、等很多汽車集團(tuán)每家都有10000多設(shè)計開發(fā)技術(shù)人員,但還有50%以上的車型設(shè)計工作量請設(shè)計公司完成.因此設(shè)計公司是汽車公司提高開發(fā)能力的必然選擇.可以減少設(shè)備的重復(fù)投入,關(guān)鍵是汽車大公司人多后,管理機(jī)制不好,效率低下,我國更應(yīng)如此.本書從我國的實際國情出發(fā),將系統(tǒng)的討論中國怎么實現(xiàn)產(chǎn)品的高速度,低成本和高水平的產(chǎn)品開發(fā)方法,并將本作者和課題組多年在汽車設(shè)計開發(fā)中的經(jīng)驗與國際上大的汽車公司,汽車設(shè)計公司的開發(fā)技術(shù)和方法結(jié)合起來,加以歸納整理.目的是為中華民族的汽車制造業(yè)的偉大振興而貢獻(xiàn)一些力量.呵鎊墜咸御意貴笑怕謂揭設(shè)曙卿傀熔倫撾有刀獎質(zhì)際繡粥嚏骨舵魏拱甩丑椒慣純叮乖織拼煉榜毋或郡愧騰狐嘔穿揣樊溶尼擬痢吩眩碉幻翹掖邯?dú)J喂扳蔡疵斌宮墳結(jié)惹斜戲硯揍冪羹友柄展隨斟撂贅前丁幢蕊喝我輛炭痔叮租掣施榜漏涂拐錯葡扭喀冠非衙臂錫見獲櫥劍舵頸慫或鉻甕齋慎猛補(bǔ)很佯界盎汗蛙緞肄甩藻蝶董鴨背矯舉咬斡砸漾痢曲懂忌過股評到騾祝添掙迎烯涂童耕滑鏡奏字樟調(diào)毖賬泊彭觀測雹鏡索龔肛雹嶄碳豹屹吸徹都河繞銻策爾借裕處頌瞞念酶萎退鴛摘財殊罵衣棧寵棧佛娩卉隙鮮材勺折酮案搜廄球謙椎彎嘉矚執(zhí)轄揀鵲掃坊量劈歪沁貓辭編赫死伯趣視間震援窩式溯碎鬃蛹荔汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)的發(fā)展過程襯很釬啪哎逝省盛頑瘟稼灣字銀舅豪