現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法論文

1、武漢輕工大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程結(jié)業(yè)論文題目：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)院（系）2017年5月21日現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用宋家鵬（武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北武漢430070）摘要:本文在分析汽豐設(shè)計(jì)方法發(fā)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了汽車設(shè)計(jì)中有待進(jìn)一步推廣應(yīng)用的幾種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；系統(tǒng)工程；模糊分析設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）0引言現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)汽車的性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等提出更高的要求同時(shí) 也為汽車的設(shè)計(jì)、制造提供了改進(jìn)和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般汽車的質(zhì)量 和性能有60%-70%取決于汽車設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)應(yīng)研究和采用新的

2、設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代汽車發(fā)展的要求。為了尋求保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、加快設(shè) 計(jì)速度、避免和減少設(shè)計(jì)失誤的方法和措施，引發(fā)了 “汽車現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”的研 究。1現(xiàn)代設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、 圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行 設(shè)計(jì)。而現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法則是強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性，在注重產(chǎn)品整體功能基礎(chǔ)上以現(xiàn)代設(shè)計(jì) 方法和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)為工具的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)不但可以大大提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量、 精度和效率，而且可以將產(chǎn)品的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性統(tǒng)一起來(lái)，從而高效地 設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益顯著的新型產(chǎn)品。目前，設(shè)計(jì)方法和技術(shù)正處于

3、不斷 改善、不斷創(chuàng)造的歷史時(shí)期?？梢灶A(yù)見(jiàn)，新的汽車產(chǎn)品將隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、技 術(shù)和設(shè)計(jì)科學(xué)體系的完善而有新的突破。2現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的主要內(nèi)容現(xiàn)代設(shè)計(jì)法是在總結(jié)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)、吸收國(guó)外各設(shè)計(jì)流派的先進(jìn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以形態(tài)學(xué)為分類手段，以方法學(xué)為思想指導(dǎo)，具體形成以下十一論： 功能論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的宗旨。是保證設(shè)計(jì)要求功能實(shí)現(xiàn)的方法論。突變論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的基石。是設(shè)計(jì)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，如創(chuàng)造性設(shè)計(jì)。系統(tǒng)論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)工作的前提。進(jìn)行系統(tǒng)辯識(shí)、系統(tǒng)分析，如系統(tǒng)分析法、人 機(jī)工程等。信息論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)的依據(jù)。進(jìn)行信號(hào)處理，如信息分析法、技術(shù)預(yù)測(cè)法等。對(duì)應(yīng)論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)的捷徑。采用相似、模擬，如相似設(shè)計(jì)等。優(yōu)化論:

4、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的目標(biāo)。如優(yōu)化設(shè)計(jì)等。智能論；現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心。發(fā)揮人的主動(dòng)性，使用人工智能，促進(jìn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化， 女口 CAD等。離散論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)的細(xì)解。連續(xù)體離散求數(shù)值解，如有限元和邊界元方法?？刂普?現(xiàn)代設(shè)計(jì)的深化。如動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)法等。模糊論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展。模糊性定量描述，如模糊綜合評(píng)判和決策等。藝術(shù)論:現(xiàn)代設(shè)計(jì)的美感。如造型設(shè)計(jì)等。3現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用3.1系統(tǒng)工程分析法系統(tǒng)工程是以研究大系統(tǒng)為對(duì)象的一門跨學(xué)科的邊緣科學(xué)，它應(yīng)用數(shù)學(xué)方法 和電子計(jì)算機(jī)等工具，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和反饋控制等功 能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)，從而達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目 標(biāo)

5、。通過(guò)各種組織管理技術(shù)，使局部與整體之間關(guān)系協(xié)調(diào)配合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合 最優(yōu)化。應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)完成汽車設(shè)計(jì)，一般可分為三個(gè)階段：1）信息獲取（或稱系統(tǒng)分析）2）信息處理（或稱系統(tǒng)選擇）3）信息整理（或稱系統(tǒng)實(shí)施計(jì)劃）汽車設(shè)計(jì)涉及到多種專業(yè)學(xué)科和各種不同要求，故要完成一個(gè)成功的設(shè)計(jì) 必須應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法，全面均衡地、有層次地處理各種不同要求，使設(shè) 計(jì)達(dá)到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和藝術(shù)的有機(jī)結(jié)合?，F(xiàn)代汽車工業(yè)，已經(jīng)把一個(gè)企業(yè)的全部生 產(chǎn)過(guò)程（包括設(shè)計(jì)）作為一個(gè)整體，因此可以把它看成一個(gè)大系統(tǒng)。用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)汽車，必須對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和決策。評(píng)價(jià)是決策 的依據(jù),所謂評(píng)價(jià)是指“按照明確目標(biāo)確定對(duì)

6、象的屬性，并把它變成主觀效用”的行為。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要從明確評(píng)價(jià)目標(biāo)出發(fā)，通過(guò)評(píng)價(jià)目標(biāo)規(guī)定評(píng)價(jià)對(duì) 象,并對(duì)其功能、特性和效果等屬性進(jìn)行科學(xué)的測(cè)定，最后由測(cè)定者根據(jù)給定的評(píng) 價(jià)標(biāo)準(zhǔn)把測(cè)定結(jié)果變換成價(jià)值，供決策時(shí)參考。研制汽車產(chǎn)品時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)是 非常重要的，若評(píng)價(jià)不當(dāng)或產(chǎn)生錯(cuò)誤，不僅此研制的產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而且還要付出 龐大的費(fèi)用，造成無(wú)法挽回的損失。汽車設(shè)計(jì)中，常采用的評(píng)價(jià)方法有相關(guān)矩陣法、 交叉影響矩陣法等。3.2模糊設(shè)計(jì)法顧名思義,模糊指的是邊界限定的不清晰。模糊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)不是系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 分析法,而是通過(guò)總結(jié)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)而確定出相關(guān)的參數(shù)、控制和計(jì)算方法。主要應(yīng)用的是模糊優(yōu)化分析

7、、模糊決策等方法。而模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)具體是指以模糊 因素為基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在汽車設(shè)計(jì)中存在著許多的模糊性因素。模糊設(shè)計(jì)法在 汽車設(shè)計(jì)中有著積極的作用，具體來(lái)說(shuō),在離合器、變速箱、齒輪以及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 等都可以進(jìn)行相關(guān)的指標(biāo)優(yōu)化。模糊決策具體是指根據(jù)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和已知的 信息。通常情況下，模糊決策包含許多的自然語(yǔ)言、經(jīng)驗(yàn)以及中間過(guò)渡性，這些都 會(huì)在一定程度上造成劃分的模糊性。在當(dāng)前比較復(fù)雜的工業(yè)控制中，現(xiàn)代控制所起到的作用十分有限，這主要是 由于現(xiàn)代控制的數(shù)學(xué)模型比較難以建立。在這樣的情況之下 ，模糊控制具有獨(dú)特 的優(yōu)勢(shì),不需要對(duì)控制對(duì)象建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，只需一種語(yǔ)言控制器，可以促進(jìn) 工作人員利用

8、模糊控制進(jìn)行更優(yōu)的設(shè)計(jì)。3.3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）CAD是應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)信息處理的總稱。CAD系統(tǒng)應(yīng)支持設(shè)計(jì)過(guò)程的 各個(gè)階段，即從方案設(shè)計(jì)人手，使設(shè)計(jì)對(duì)象模型化；依據(jù)提供的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行 總體設(shè)計(jì)和總圖設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)性能分析，最后確定技術(shù)參數(shù)；在 此基礎(chǔ)上,完成詳細(xì)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。所以CAD系統(tǒng)應(yīng)能支持包括：創(chuàng)新、變型、 分析、綜合和模擬等各項(xiàng)基本設(shè)計(jì)活動(dòng)。設(shè)計(jì)者可以在CAD圖形終端上設(shè)計(jì)零、 部件,分析應(yīng)力、變形、振動(dòng)及溫度場(chǎng)，研究機(jī)械作用、修改結(jié)構(gòu)，并自動(dòng)繪出工 程圖形。順便指出，雖然理論上CAD的功能是參與設(shè)計(jì)全過(guò)程的，但由于一般使 用者認(rèn)為，通常的設(shè)計(jì)中制圖工作

9、量占的比重較大 （50%-60%）,而且繪圖軟件開(kāi) 發(fā)較早，因此在應(yīng)用中CAD的重點(diǎn)實(shí)際上放在繪圖自動(dòng)化方面。目前,國(guó)內(nèi)已發(fā)展了一種CAD/CAM集成環(huán)境下汽車車身CAD。該系統(tǒng)由三 部分組成：一是計(jì)算機(jī)控制的三坐標(biāo)側(cè)量機(jī)系統(tǒng)，二是計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)和圖形顯 示終端,三是計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)流程大致是：首先制作1:5油泥模型,然后 用三坐標(biāo)數(shù)控測(cè)量機(jī)測(cè)量模型上有限點(diǎn)數(shù)的坐標(biāo)，然后利用CAD系統(tǒng)進(jìn)行外表 面和部分內(nèi)飾件如儀表盤、座椅等三維幾何造型；該系統(tǒng)在車身造型一結(jié)構(gòu)布置 一零件設(shè)計(jì)全過(guò)程中始終采用三維造型技術(shù)，并在零件設(shè)計(jì)階段將三維幾何信息 和非幾何信息統(tǒng)一起來(lái)，形成三維產(chǎn)品定義模型，為車身C

10、AD系統(tǒng)與車身模具 CAD、CAPP、CAM的信息共享和系統(tǒng)集成打下良好的基礎(chǔ)；該系統(tǒng)還加強(qiáng)了結(jié) 構(gòu)分析在設(shè)計(jì)過(guò)程中的作用，使其不僅應(yīng)用在概念設(shè)計(jì)階段作多方案比較 ，還應(yīng) 用于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，真正為設(shè)計(jì)方案的評(píng)判和修改提供依據(jù)。在汽車設(shè)計(jì)中采用CAD的優(yōu)點(diǎn)在于：1）能減少設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖的時(shí)間，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制周期，適應(yīng)產(chǎn)品更 新?lián)Q代的需要，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。2）采用CAD系統(tǒng)可以分析多種方案，實(shí)現(xiàn)多方案擇優(yōu)。3）能使設(shè)計(jì)人員從事務(wù)性和重復(fù)性勞動(dòng)中解脫出來(lái)，有更多的時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)造 性的勞動(dòng)。4結(jié)語(yǔ)現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展對(duì)于汽車的各個(gè)方面都提出了全新的要求 ，同時(shí)要 求汽車設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)和完善

11、。根據(jù)有關(guān)的資料表明，汽車設(shè)計(jì)的質(zhì)量會(huì)直接 影響汽車的性能。因此，應(yīng)在汽車的設(shè)計(jì)中使用符合當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的設(shè)計(jì)方 法。為了保證汽車設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)汽車設(shè)計(jì)的快速發(fā)展，避免和降低設(shè)計(jì)過(guò)程中 出現(xiàn)的失誤，從而引出現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。文章主要從系統(tǒng)工程 分析法、模糊設(shè)計(jì)法、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行論述，分析了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前現(xiàn)代設(shè)計(jì)處于飛速發(fā)展的時(shí)代，在形式和內(nèi)容方面都涉及十分寬泛的領(lǐng)域,也正是由于這些不斷地研究和應(yīng)用，促進(jìn)了汽車設(shè)計(jì)水 平的提升。參考文獻(xiàn)1 王步瀛,E現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法綜述，北京：高等教育出版社，19852 何渝生,汽車設(shè)計(jì)中的現(xiàn)代設(shè)計(jì)法重慶大學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告資料，19913 張洪欣,汽車設(shè)計(jì),北京：機(jī)械工業(yè)出版社,19924 Besi ngerDH,Cebo nDQeDJ.DamPermodelsforheavRvehieleridedR namlesVSD,1995,24(1),35-64付治存，有限元技術(shù)在汽車密封條結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.汽車零部件,2015(11):27-32崔建磊，曹學(xué)濤