汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)的發(fā)展過程

汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)的發(fā)展過程緒論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(yàn)設(shè)計結(jié)合的階段,一般認(rèn)為是原始的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計和傳統(tǒng)的人工設(shè)計方法;第二階段是1960~1979-經(jīng)驗(yàn)設(shè)計與試驗(yàn)試錯(TRAIL-ERROR)相結(jié)合的設(shè)計階段,經(jīng)驗(yàn)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(yàn)試錯設(shè)計階段;第三階段是1980~1989-先進(jìn)設(shè)計與試驗(yàn)試錯相結(jié)合的設(shè)計階段,本階段是經(jīng)驗(yàn)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(yàn)試錯(TRIAL&ERROR)的模式,但不同程度的以試驗(yàn)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(yàn)實(shí)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(yàn)試錯的模式,越來越多的試驗(yàn)只用于最終確認(rèn)和檢驗(yàn).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(shí)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(shí)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(yàn)基礎(chǔ)上，而在90年代實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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12—18個月.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(shí)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(shí)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(yàn)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)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(yàn)法來驗(yàn)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(yàn)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計或用試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)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)；1010103載荷級別作用頻率0102104圖0.3.1載荷譜國家都有數(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)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(shí)際