汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第一章 數(shù)字開發(fā)技術引論課件

1、汽車數(shù)字化開發(fā)技術課程導言：數(shù)字化技術的理論性和應用性都很強，而且是一門交叉性極強的科學，它涉及設計與制造學、數(shù)理理論、計算機技術、控制理論、智能工程、信息學等學科，以計算機軟硬件、外圍設備，協(xié)議和網絡為基礎的信息離散化表述、傳遞、存儲、控制的集成技術。2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 2 頁課程導言：數(shù)字化時代革新了制造的科學基礎，傳統(tǒng)制造中許多定性的描述，都要轉變?yōu)閿?shù)字化定量描述，在這基礎上逐步建立不同層面的、系統(tǒng)的數(shù)字化模型?，F(xiàn)代汽車的設計，以數(shù)字化設計為主，綜合應用先進的計算機輔助技術如CAD、CAE、CAM以及虛擬樣機等技術。數(shù)字化汽車，就是以計算機輔助技術為核心的現(xiàn)代數(shù)字化

2、設計驗證技術。 2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 3 頁課程安排：第1章 汽車數(shù)字開發(fā)技術引論第2章 汽車產品數(shù)字化開發(fā)的基礎第3章 汽車虛擬現(xiàn)實技術第4章 汽車數(shù)字化仿真技術第5章 汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析第6章 汽車平順性仿真分析第7章 逆向工程與快速原型制造技術第8章 數(shù)字化工廠理論汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 4 頁第1章 數(shù)字開發(fā)技術引論汽車工業(yè)現(xiàn)狀與展望21世紀制造業(yè)的特點汽車產品開發(fā)現(xiàn)狀與展望產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略數(shù)字化產品開發(fā)數(shù)字化設計過程現(xiàn)代設計方法汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 5 頁1. 21世紀的產品特點產品結構的特點 : 知識-技術-產品的時間越來越短、 結構越來越復雜 178

3、2年攝影原理到1838年照相機 56年1831年電機原理到1872年發(fā)動機 41年1948年半導體到1954年半導體收音機 6年汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 7 頁1. 21世紀的產品特點產品的批量特點： 用戶需求個性化，多品種小批量生產比例增大。產品價格的特點：取決于獨占知識的含量產品的市場特點： 顧客對產品功能、性能、質量、服務 更高參與全球競爭： 更加激烈產品生命周期：縮短汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 8 頁1. 21世紀的產品特點21世紀制造業(yè)的四個關鍵因素：21世紀制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)如下:(1)產品開發(fā)周期縮短，上市時間更快。 這點從美國制造業(yè)策略的變化可以看出： 20世紀50年代的“規(guī)模效益第一

4、” 70年代和80年代的“價格競爭第一”和“質量競爭第一” 90年代的“市場速度第一”，時間因素被提到首要位置。(2)提高市場占有率，在T(時間)、Q(質量)、C(成本)、S(服務)、E(環(huán)境)目標下，加強時間競爭能力、質量競爭能力、價格競爭能力、創(chuàng)新競爭能力。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 10 頁1. 21世紀的產品特點(3)生命周期內的質量保證。 產品質量的完整概念是顧客的滿意度，對產品質量全面的理解是： 可用、實用、耐用、好用、宜人。(4)企業(yè)的組織形式將是跨地區(qū)、跨國家的虛擬公司或動態(tài)聯(lián)盟。 Internet國際網為虛擬公司或動態(tài)聯(lián)盟的實現(xiàn)提供了一定的基礎。(5)生產過程更加精良。產品開發(fā)、

5、生產、銷售、維護過程更加簡化，生產工序更加簡單。(6)智能化程度更高。(7)分布、并行、集成并存。 分布性更強，分布范圍更廣； 并行化程度更高，跨地區(qū)、跨部門、分布式并行實施； 集成化程度更高，包括信息、技術的集成，管理、人和環(huán)境的集成。2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 11 頁1. 21世紀的產品特點目前，我國許多重大裝備尚不具備研究開發(fā)與制造能力，不得不主要依靠進口。我國光纖制造裝備的100%，集成電路芯片制造裝備的85%，石油化工裝備的80%，轎車制造、數(shù)控機床及膠印設備的70%被進口產品占領。而且，越是重要、高檔、技術附加值高的裝備，進口就越多，自給率就越低。缺乏核心技術：大多

6、數(shù)產品的技術依靠從國外引進，陳舊落后的裝備仍占有相當比重。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 12 頁2. 汽車產品開發(fā)現(xiàn)狀與展望 對于中國這個新興第一汽車大國來說，汽車產業(yè)的快速發(fā)展，帶給我們的挑戰(zhàn)和問題主要有以下幾方面： 首先，是汽車產銷本身的持續(xù)增長問題。 去年汽車產銷的井噴增長，既有前年被抑制的需求因國家政策而得到釋放的因素，以及國內的消費結構由衣食轉向住行的影響，更是國家政策拉動的結果。 “購置稅減半”和“汽車下鄉(xiāng)”兩項補貼政策，以及對自主品牌汽車的扶持，對汽車的產銷兩旺起到了很大推動作用。但也要看到，去年汽車產銷高速增長，提前透支了部分消費需求。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 14 頁2. 汽車產品開

7、發(fā)現(xiàn)狀與展望 其次，大而不強。 主要表現(xiàn)為汽車產業(yè)沒有自己的核心技術和競爭力，自主品牌且主要位于中低端，市場占有率不高。美、日、德等國之所以被稱為汽車強國，在于他們在其國內市場乃至全球市場，均擁有自己的強勢自主品牌。如通用、福特之于美國，豐田之于日本，大眾之于德國。而在中國市場上，據(jù)統(tǒng)計，自主品牌僅占不到1/3。第三，能源消耗和空氣污染。 汽車是耗能產業(yè)，而且對空氣污染極大。如果堅持粗放式的擴張，汽車帶來的就不會是舒適，而很可能是災難。 第四，影響城市化的健康發(fā)展。 目前，中國幾乎所有的大城市都面臨著嚴重的交通擁堵。很多城市對“汽車時代”的到來并沒有做好準備，比如街道設計建設落后、停車位置嚴重

8、不足等。擁堵一方面浪費人們的時間，增加交通事故的概率，另一方面也會降低城市化發(fā)展的品質。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 15 頁 1.2 產品開發(fā)概述 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略 產品開發(fā)內涵 產品開發(fā)戰(zhàn)略出發(fā)點 產品開發(fā)方向 產品開發(fā)戰(zhàn)略的類型產品開發(fā)的發(fā)展趨勢數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè)汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 17 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略 產品開發(fā)是產品形成中的創(chuàng)造性階段。1、產品開發(fā)內涵 產品開發(fā)是人類出于生產或生活的需要，而從事的一種創(chuàng)造性勞動。在幾千年的演化過程中，人類經歷了農業(yè)文明、傳統(tǒng)工業(yè)文明、現(xiàn)代工業(yè)文明等不同發(fā)展階段，產品開發(fā)的能力不斷增加，由此也改善了人們的生活及生產條件。汽車數(shù)字

9、化開發(fā)技術 第 18 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略產品開發(fā)流程圖市場調查方案論證草擬方案測量修改評價樣品RP制造CAD數(shù)據(jù)CAD設計方案可行滿意嗎批量生產否是是否汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 19 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略2、產品開發(fā)戰(zhàn)略出發(fā)點 產品開發(fā)的戰(zhàn)略：指考慮在現(xiàn)有市場上通過改良現(xiàn)有產品或開發(fā)新產品來擴大銷售量的戰(zhàn)略。產品開發(fā)戰(zhàn)略有以下幾種出發(fā)點： (1)從消費者需求出發(fā) 通過問題分析、缺口分析、細分市場、相關品牌歸類等方法，以顧客為關注焦點，來分析滿足顧客的現(xiàn)實需求、潛在需求和未來需求。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 20 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略(2)從挖掘產品功能出發(fā) 所謂挖掘產品功

10、能，就是通過功能分析、用途分析、品質擴展、系統(tǒng)分析、獨特性能分析、等級設計、弱點分析等方法，來分析企業(yè)現(xiàn)有產品存在的問題，挖掘產品新的功能、新的用途。在現(xiàn)成的產品的基礎上挖掘新的產品功能，無疑是一條風險較小的能迅速獲得市場認同的途徑。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 21 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略(3)從提高產品競爭力出發(fā) 新產品的競爭力除了取決于產品的質量、功能以及市場的客觀需求外，也可以采取一些其它策略來提高新產品的競爭力。例如：搶先策略，緊跟策略，低成本策略等。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 22 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略產品開發(fā) ： 企業(yè)通過增加花色、品種、規(guī)格、型號等，向現(xiàn)有市場提供新產品或改

11、進產品。多元化增長： 企業(yè)盡量增加產品種類，跨行業(yè)生產、經營多種產品或服務，擴大企業(yè)的生產范圍和市場范圍，使企業(yè)的特長得到充分發(fā)揮。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 24 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略3、通過分析市場需求和企業(yè)內部條件，確定產品開發(fā)方向：商業(yè)可行性 檢驗商業(yè)可行性的結果將證實新產品或服務是否會有市場，顧客是否愿意購買你的新產品或接受你的服務，他們對你的新產品或服務究竟有多大的需求，你是否可以從新產品或服務中贏利。 企業(yè)內部條件 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 25 頁1. 產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略2）成本投入能力 要有足夠的資金準備！規(guī)模越大，資金投入越大，成本回收就越慢。3）經營網絡能力 如果你只

12、熟悉低檔市場，擁有一批低擋產品的代理商。那么，你的產品定位最好定位在低檔范圍，否則，不僅會造成原有資源的浪費，另外開發(fā)新的商業(yè)網絡也需要雄厚的資本，使企業(yè)不堪負擔，更重要的是，重新開發(fā)商業(yè)網絡未必能達到預期的目的。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 27 頁2. 產品開發(fā)的戰(zhàn)略4、產品開發(fā)戰(zhàn)略的類型 按產品開發(fā)的新穎程度進行分類如下：(1)全新型新產品開發(fā)戰(zhàn)略 全新型新產品是指新穎程度最高的一類新產品，它是運用科學技術的新發(fā)明而開發(fā)和生產出來的，具有新原理、新技術、新材質等特征的產品。(2)換代型新產品開發(fā)戰(zhàn)略 換代型新產品使原有產品發(fā)生了質的變化。選擇和實施換代型新產品開發(fā)戰(zhàn)略，只須投入較少的資金，費

13、時不長，就能改造原有產品，使之成為換代新產品。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 28 頁2. 產品開發(fā)的戰(zhàn)略(3)改進型新產品開發(fā)戰(zhàn)略 所開發(fā)的新產品與原產品相比，只發(fā)生了量的變化，即漸進的變化，同樣能滿足顧客新的需求。這是代價最小、收獲最快的一種新產品開發(fā)戰(zhàn)略，但容易被競爭者模仿。 (4)仿制型新產品開發(fā)戰(zhàn)略 開發(fā)這種產品不需要太多的資金和尖端的技術，企業(yè)對原產品的某些缺陷和不足加以改造，并結合市場的需要進行改進，而不應全盤照抄。采取這種戰(zhàn)略，企業(yè)并不搶先研究新產品，而是當市場上出現(xiàn)較好的新產品時，進行仿制并加以改進，迅速占領市場。 2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 29 頁3. 產品開發(fā)的發(fā)

14、展趨勢 隨著信息技術的發(fā)展,，產品開發(fā)的概念和內涵在不斷改變和拓寬：1)單目標規(guī)劃向多目標規(guī)劃的轉變 傳統(tǒng)產品開發(fā)僅考慮產品性能要求，而在信息時代，則要考慮產品生命周期內所有階段的要求，尤其是對材料、能源、環(huán)境的要求已變得日益重要，產品規(guī)劃已變成多目標的全局規(guī)劃。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 30 頁3. 產品開發(fā)的發(fā)展趨勢 2)串行設計向并行設計的轉變 傳統(tǒng)產品開發(fā)是個順序過程，如概念設計完成之后，才能進行詳細設計、工藝設計。信息時代的產品開發(fā)除信息的交換和共享之外，并行是最顯著的特性。3)工藝設計向過程設計的轉變 傳統(tǒng)產品開發(fā)中的生產準備主要是指工藝規(guī)劃和刀具、夾具、量具的準備，這是一種局限于面

15、向制造的觀點。信息時代的生產準備應理解為過程設計，它不僅包括工藝過程設計，還包括裝配過程設計、使用過程設計、維修過程設計等。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 31 頁3. 產品開發(fā)的發(fā)展趨勢 4 )實物樣品向虛擬樣品的轉變 傳統(tǒng)產品開發(fā)是采用“試湊法”，因此有些情況下，為保證產品質量，實物樣品的測試不可缺少。信息時代的產品開發(fā)，基于數(shù)字化模型和虛擬現(xiàn)實技術，可以部分取代實物測試。5)嚴格分工向自主管理的項目小組的轉變設計方法的改變 必然引起組織管理模式的改變，如采用多學科工作小組的方式，以及網上的合作等。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 32 頁3. 產品開發(fā)的發(fā)展趨勢 產品開發(fā)技術呈現(xiàn)出以下趨勢： (1)數(shù)字化

16、 產品在其生命周期內的數(shù)字化建模是現(xiàn)代產品設計方法的關鍵技術之一，它包括： 全局產品的信息定義，用計算機來支持產品生命周期的全過程； 產品的數(shù)字化工具，即廣義的計算機輔助工具，它能將產品信息自動數(shù)字化； 產品數(shù)據(jù)管理，即用計算機對產品開發(fā)與生產全過程中的大量數(shù)字化信息進行全面的管理與控制。(2)并行化 在計算機軟硬件支持的信息共享基礎上，采用團隊工作模式，可在異地進行設計、開發(fā)。它有助于實施強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補，極大地提高企業(yè)的產品設計開發(fā)能力。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 33 頁3. 產品開發(fā)的發(fā)展趨勢 (3)智能化 不需要設計開發(fā)人員了解設計開發(fā)低層的全部細節(jié)，而由計算機智能地設計并最終制造出合

17、乎要求的產品。(4)集成化 它是指現(xiàn)代設計系統(tǒng)不再是單一的CAD、CAM或CAPP系統(tǒng)，而是支持產品生命周期全過程的現(xiàn)代設計集成系統(tǒng)。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 34 頁4. 數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè) 集成數(shù)字化汽車設計開發(fā)技術是面向汽車產品設計、開發(fā)全過程的整車及其組成系統(tǒng)的計算機輔助設計、性能預測和虛擬試驗評價技術等與PDM等支撐技術相結合的集成化VPD（Virtual Product Development）系統(tǒng)技術。 包括虛擬樣車（Virtual Prototype, Digital Mockup）技術、VPG（Virtual Proving Ground）仿真技術、并行設計技術、反求設

18、計技術、高性能計算機集群系統(tǒng)技術、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)技術等。2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 35 頁4. 數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè) CAE技術應用非常廣泛，可用于以下：虛擬實驗Virtual Test虛擬試驗場VPG整車開發(fā)的虛擬現(xiàn)實技術VR汽車操縱動力學模擬器汽車多體系統(tǒng)動力學分析轎車白車身固有振動模態(tài)的有限元分析轎車碰撞的有限元仿真分析橡膠耦合動力學特性的有限元仿真分析結構耦合動力學特性的有限元仿真分析制動器熱彈性耦合有限元分析熱流體系統(tǒng)仿真分析CFD2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 36 頁4. 數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè)榮威550被稱作是“D5全時數(shù)字轎車”，大量的數(shù)字化

19、裝備在它身上得以配備。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 37 頁4. 數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè)“D5全時數(shù)字轎車”集中體現(xiàn)在：可擴展RMI數(shù)字多媒體交互系統(tǒng)藍牙免提、數(shù)字全息影像倒車雷達、GPS等，信息中心菜單有點類似于奧迪的MMI多媒體操作系統(tǒng)。Dual-Bus數(shù)字智能行車管家系統(tǒng)比can-bus更進一步，極大的提高了信息傳遞的可靠性，另一方面大幅降低電器系統(tǒng)的故障發(fā)生率，帶來全新的動態(tài)穩(wěn)定駕駛理念。Syn-Tech 數(shù)字個性升級模塊可以通過對行車電腦的數(shù)據(jù)升級，刷新發(fā)動機管理參數(shù)，為懂得享受駕馭的用戶提供“超頻”選擇。SilverStone一體化數(shù)字儀表顯示以鋒利的雕刻般的炫紅光線環(huán)繞儀表，速度

20、顯示以數(shù)字呈現(xiàn)，結合脈沖式轉速感應設計，動感十足。Press-to-go智能一鍵啟動等作為標配，刷新中級車數(shù)字化標桿。榮威550的數(shù)字化技術應用還包括SCS六位一體主動安全控制系統(tǒng)、TPMS胎壓智能監(jiān)視系統(tǒng)、EBA電子剎車輔助系統(tǒng)等的智能電子底盤系統(tǒng)，則是最縝密的“數(shù)字智能”，為消費者提供全方位保障。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 38 頁4. 數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè) 在產品開發(fā)方式和組織結構上，目前通行的作法是按車型設立項目組。每一個項目組不僅有傳統(tǒng)的產品開發(fā)人員，還有產品計劃、工藝、生產、財會、采購與銷售等專業(yè)人員。項目經理負責縱向管理，應用同步工程(SE)、客串工程(GE)等方式和易加工易裝

21、配設計(DFM，DFA)等新的管理科學，項目組全體人員互相配合，交叉作業(yè)。 在產品開發(fā)中，國外汽車集團還大量地采用了超前概念車的作法，即把眾多新科研項目匯集到一個車上，并不斷地把其中的成熟技術及時應用到新開發(fā)即將投放市場的車型上。 但是，人類追求更高、更快、更強的技術的步伐無法阻擋。數(shù)字化從上世紀30年代開始就在汽車上逐步使用，從最開始的燃油控制系統(tǒng)到隨后的安全系統(tǒng)、汽車電子系統(tǒng)到如今的汽車娛樂系統(tǒng)中，數(shù)字化已經開始大規(guī)模普及。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 39 頁4. 數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè)數(shù)字化已經開始大規(guī)模普及，業(yè)界同樣也有四種觀點。(1)數(shù)字化是大勢所趨 數(shù)字化的運用確實給人類的汽車生

22、活帶來了好處，目前被普遍應用到汽車開發(fā)過程中的數(shù)字化技術，例如數(shù)字化計算、數(shù)字化仿真模擬系統(tǒng)等，節(jié)省時間的同時，能有效節(jié)省汽車的開發(fā)成本。(2)數(shù)字化已深入汽車內核 在談到汽車的數(shù)字化時，消費者最先想到的可能是GPS、藍牙免提等功能配置。但實際上，更多隱藏在汽車內部，帶給汽車更好操控、更高安全的“數(shù)字化”的東西才是關鍵所在。比如汽車的核心，發(fā)動機和驅動控制，在變得更強勁的同時也更省油、更潔凈，主要歸功于電子技術，因為燃燒控制得更精確。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 40 頁4. 數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè) (3)東方消費者對數(shù)字化更有趨同感 如果在美國推出一款車，強調的更多是運動特征。但如果說在亞洲，

23、整個東方，包括中國、日本、韓國，大家對西方的技術和概念都感興趣，年輕人對科技的、數(shù)碼的東西接受的非?？?。(4)數(shù)字化不僅僅是高檔車的代名詞 在A級車上我們也同樣需要有完美的性能。從近幾年的發(fā)展趨勢說明，很多用戶都希望將B級車、C級車所擁有的技術都能夠應用在A級車上。2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 41 頁1.3 數(shù)字化產品開發(fā)數(shù)字化產品是指信息、計算機軟件、視聽娛樂產品等可數(shù)字化表示并可用計算機網絡轉輸?shù)漠a品或勞務。實質上是基于產品描述的數(shù)字化平臺，建立基于計算機的數(shù)字化產品建模。在數(shù)字經濟時代，這些產品可不必再通過實物載體形式提供，可在線通過計算機網絡傳送給消費者。它具有有形資產的

24、特征，也具有無形資產的性質，但同時它既不同于有形資產，又不同于無形資產。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 42 頁1. 數(shù)字化產品開發(fā)概念數(shù)字化產品開發(fā)的概念不僅僅指產品數(shù)據(jù)模型、數(shù)值分析、仿真及其產品數(shù)據(jù)管理， 更重要的， 它是一種新的產品開發(fā)概念。它突破了傳統(tǒng)的產品設計開發(fā)的內涵， 通過對知識、信息的統(tǒng)一管理， 實現(xiàn)產生高附加值產品的集成開發(fā)活動。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 43 頁1. 數(shù)字化產品開發(fā)概念數(shù)字化產品共享性異地協(xié)同設計可視性虛擬產品開發(fā)可變性參數(shù)化、變量化、模塊化離散性反求和快速原型汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 44 頁2. 數(shù)字化設計內涵 以計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程分析(C

25、AE)為基礎的數(shù)字化設計(Digital Design，DD)技術和以計算機輔助制造(CAM)為基礎的數(shù)字化制造(Digital Manufacturing，DM)技術，是產品數(shù)字化開發(fā)技術的核心。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 45 頁2. 數(shù)字化設計內涵 典型的產品開發(fā)周期圖 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 46 頁2. 數(shù)字化設計內涵 綜上所述，數(shù)字化設計(DD)是以實現(xiàn)新產品設計為目標，以計算機軟硬件技術為基礎，以數(shù)字化信息為輔助手段，支持產品建模、分析、修改、優(yōu)化以及生成設計文檔的相關技術的有機結合。因此，任何以計算機圖形學為理論基礎、支持產品設計的計算機軟硬件系統(tǒng)都屬于產品數(shù)字化設計技術的范疇。汽

26、車數(shù)字化開發(fā)技術 第 47 頁2. 數(shù)字化設計內涵 廣義的數(shù)字化設計技術涵蓋以下內容:(1)利用計算機進行產品的概念化設計、幾何造型、虛擬裝配、工程圖生成及設計相關文檔。(2)利用計算機進行產品外形、結構、材質、顏色的優(yōu)選及匹配，以滿足顧客的個性化需求，實現(xiàn)最佳的產品設計效果。(3)利用計算機分析產品公差、計算質量特性、計算體積和表面積、分析干涉現(xiàn)象等。(4)利用計算機對產品進行有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計、運動學及動力學仿真驗證等，以實現(xiàn)產品拓撲結構和性能特征的優(yōu)化。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 48 頁3. 數(shù)字化設計過程 根據(jù)現(xiàn)代設計程式化、邏輯化的產品設計思想，產品的開發(fā)有一定的邏輯可循

27、，一般來說，產品的設計過程可以分為5個階段: 計劃階段、 設計階段、 試制階段、 批量生產階段 銷售階段 。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 49 頁3. 數(shù)字化設計過程2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 50 頁設計階段目標方法一計劃階段可行性研究報告設計任務書調查研究、技術預測二原理方案設計原理方案圖系統(tǒng)化設計、機構綜合設計法、參數(shù)優(yōu)化法、相似設計法結構方案設計結構設計圖有限元設計、強度、剛度設計可靠性設計總體設計總裝配圖計算機輔助設計CAD施工設計零件、部件工作圖技術文件計算機輔助設計CAD三試制階段樣機試驗大綱試驗設計CAT四批量生產階段工藝文件修改設計圖計算機輔助制造CAM五銷售階段信息

28、反饋反饋控制法3. 數(shù)字化設計過程產品計劃階段 主要解決產品的規(guī)劃間題，包括產品需求調查、市場預測、可行性論證及確定設計參數(shù)、選定約束條件、最后提出詳細設計任務書等步驟。在此階段，設計者應盡可能全面地了解所要研究的問題，例如，弄清設計對象的性質、要素、解決途徑等。產品設計階段 設計者運用他們所有的經驗、創(chuàng)新能力、洞察力和天資，利用前一階段收集到的全部資料和信息，經過加工和轉換，構思出達到期望結果的合理方案。結構方案設計是指對產品進行結構設計，即確定零部件形狀、材料和尺寸，并進行必要的強度、剛度、可靠性計算，最后畫出產品結構草圖?？傮w設計是在方案設計和結構方案設計的基礎上全面考慮產品的總體布置、

29、人機工程、工藝美術造型、包裝運輸?shù)纫蛩?，畫出總裝配圖。施工設計是將總裝配圖拆成部件圖和零件圖，并充分考慮冷、熱加工的工藝要求、標注技術條件，完成全部生產用圖樣，編寫設計說明書、使用說明書、列出標準件、外購件明細表以及有關的文件。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 51 頁3. 數(shù)字化設計過程產品試制階段 通過樣機制造、樣機試驗來檢驗設計圖樣的正確性，并進行成本核算。最后通過樣機評價鑒定。在此階段，設計師深入生產車間，跟蹤產品各個加工工序，及時修正設計圖樣，完善產品設計。批量生產階段 根據(jù)樣機試驗、使用、鑒定所暴露出的問題，作進一步設計修改，以完善設計圖樣，保證產品設計質量，驗證工藝的正確性，以提高生產效率

30、，確保成批生產質量。銷售階段 通過廣告、宣傳、展覽會等形式將產品向社會推廣，接受客戶訂貨。同時，設計人員要經常收集用戶的信息反饋，加以分析整理，用于改進下一代。這種用戶反饋是改進設計、提高設計質量的重要信息來源。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 52 頁3. 數(shù)字化設計過程2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 53 頁工業(yè)布局設計市場需求虛擬仿真計算機輔助創(chuàng)新設計后臺預置裝配運動分析虛擬樣機計算機輔助結構設計CAD/CAE面向產品開發(fā)的數(shù)字化產品開發(fā)模式3. 數(shù)字化設計過程2、產品開發(fā)與數(shù)字化設計關系利用快速原型制造技術，可以由產品的CAD模型直接驅動快速原型機快速制造出產品原型，以便對產品設計做出

31、評估?？焖僭椭圃焓且环N全新的產品加工理論與技術，也是數(shù)字化制造的重要研究內容和發(fā)展方向。利用虛擬現(xiàn)實技術，可以以計算機仿真技術基礎在計算機中構筑數(shù)字化的產品虛擬原型，并利用虛擬原型對產品的結構、外觀和性能做出評價。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 54 頁3. 數(shù)字化設計過程2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 55 頁設計階段數(shù)字化設計技術概念設計幾何建模、造型輔助、可視化操作、圖形變換設計建模幾何建模、特征建模、造型輔助、模具設計、造型軟件設計分析及優(yōu)化有限元分析、形狀、結構化程序、運動學及動力學仿真設計文檔工程圖、裝配圖、物料單、數(shù)控編程等產品不同設計階段與數(shù)字化設計之間的關系3. 數(shù)字化設

32、計過程傳統(tǒng)機械產品設計方式，即大循環(huán)過程，不僅難于提高產品質量，而且耗費大量的時間和金錢。如圖所示。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 56 頁3. 數(shù)字化設計過程新的概念設計和詳細設計方式，加入虛擬樣機設計，即小循環(huán)過程 ，不僅節(jié)省時間和金錢，還可以大幅度地提高設計質量。如圖所示。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 57 頁3. 數(shù)字化設計過程3、數(shù)字化設計過程 傳統(tǒng)的產品設計過程通常是以串行方式進行的，承擔各設計階段任務的不同職能部門或人員在執(zhí)行任務前從上游接收數(shù)據(jù)，并在任務完成后將數(shù)據(jù)輸出到下游。其設計方式是建立在經驗設計基礎上的手工作業(yè)，設計過程通常是“拋墻式”的串行設計。在這種產品設計模式中，各職能部門的

33、責任明確，管理相對容易，在過去很長的一段時間內企業(yè)基本上采用的都是這種開發(fā)模式。 傳統(tǒng)的產品開發(fā)過程，經歷了從設計、繪圖、制造、樣機試驗的串行過程。若樣機試驗達不到設計要求，還需經過修改設計、重新制造樣機、再進行試驗的過程。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 58 頁3. 數(shù)字化設計過程 產品數(shù)字化設計過程具備以下的特點： (1)廣泛采用CAx工具： CAx軟件的應用是數(shù)字化產品設計的基礎，這些軟件工具的應用表明制造業(yè)已經開始利用現(xiàn)代信息技術來改進傳統(tǒng)的產品設計過程，標志著數(shù)字化設計的開始。 (2)面向產品全生命周期： 數(shù)字化產品設計必須考慮產品生命周期的各個環(huán)節(jié)，包括設計、分析、裝配、試驗、加工、維修、

34、銷售、服務等。設計過程中，各環(huán)節(jié)的相關人員從各自角度及早發(fā)現(xiàn)問題，并提出修改意見。(3)基于知識的設計： 產品設計的每一步都滲透著設計者的知識和經驗，知識獲取是其中最為重要、最為繁重，也是最需要在大范圍中進行廣泛合作的過程。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 59 頁3. 數(shù)字化設計過程 (4)跨地域： 制造的全球化使參與設計過程各個階段的設計人員分別來自不同的部門、地區(qū)，甚至不同的國家，為了實現(xiàn)設計過程中的相互協(xié)作，產品設計人員可以在PDM支持的網絡環(huán)境下，并行協(xié)同地完成產品設計、制造活動。(5)并行性： 在產品設計過程中，下游設計人員，如工藝設計人員，可以對產品模型的可制造、可裝配性進行評價，通過PD

35、M向設計人員及時反饋評價結果或修改建議；生產制造人員可以通過對加工過程的仿真模擬來檢驗工藝路線的可行性和合理性，向工藝人員反饋仿真結果或修改意見。2022/9/15汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 60 頁3. 數(shù)字化設計過程 (6)協(xié)同性： 在設計過程中，不同階段、不同學科或是不同部門、不同地區(qū)的設計人員經常需要進行協(xié)同交互，因此，數(shù)字化設計需要在線交互的通信工具的支持。(7)群體性： 產品設計過程中，涉及多領域、多學科知識的集成，整個開發(fā)過程往往不是一個人、一個部門或是一個企業(yè)所能完成的，而是多個領域的設計專家共同協(xié)作完成的。(8)異構性： 數(shù)字化設計中所采用的操作系統(tǒng)及相應的CAD/CAM/CAE

36、/CAPP等軟件工具可能是不相同的；計算機配置、網絡環(huán)境等硬件平臺也可能是不相同的。因此，數(shù)字化設計是在異構環(huán)境中運行的。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 61 頁1.4 現(xiàn)代設計方法優(yōu)化設計 可靠性設計 概念設計 產品工業(yè)造型設計 計算機輔助工程(CAE)設計 計算機輔助設計(CAD)技術 參數(shù)化設計 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 62 頁1. 優(yōu)化設計優(yōu)化設計是以最優(yōu)化數(shù)值計算方法為基礎，借助計算機等先進的技術工具和手段，來求得工程設計中的最優(yōu)化設計方案的一種先進設計方法。最優(yōu)方案，就是使某一項指標達到最小(如重量)或最大(如效率)。機械設計的問題一般都較復雜，求最小值或最大值的問題并不是用微分方法求極值

37、就能簡單地予以解決的。數(shù)學領域的分支數(shù)學規(guī)劃理論，提供了很多求優(yōu)的數(shù)值方法，這些方法都以在計算機上進行的大量的數(shù)值迭代計算為基礎。為了采用這些優(yōu)化方法，就需要將具體設計問題的物理模型轉化為一個數(shù)學模型。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 63 頁2. 可靠性設計所謂可靠性，則是指產品在規(guī)定的時間內和給定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。它不但直接反映產品各組成部件的質量，而且還影響到整個產品質量性能的優(yōu)劣?？煽啃允且豁棸ü芾砗图夹g兩個方面， 涉及許多領域貫穿汽車產品由開發(fā)到生產、銷售以及售后服務的全過程。可靠性設計是應用可靠性理論、技術和設計參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 在給定的可靠性指標下， 對零部件及整個系統(tǒng)進行設

38、計。 汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 64 頁二、可靠性工程 可靠性數(shù)學：用來定量描述系統(tǒng)可靠性的數(shù)學工具。常用的度量指標主要有可靠度、故障率、平均無故障工作時間和平均故障修復時間等?？煽慷萊()： 系統(tǒng)在規(guī)定工作時間內無故障的概率。 如數(shù)字電壓表工作 24小時的可靠度為0.9,即意味著多次抽取一定數(shù)量的該產品樣品，在規(guī)定條件下工作24小時，平均有90能保持全部產品性能處于有效的工作狀態(tài)。相應地，系統(tǒng)在時間內發(fā)生故障的概率用F()表示，稱為不可靠度,與可靠度R()的關系為R()1-F()。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 65 頁二、可靠性設計故障率：系統(tǒng)工作到 時刻時單位時間內發(fā)生故障的概率。平均無故障工作時

39、間：系統(tǒng)在相鄰兩次故障間隔內有效工作時的平均時間。平均故障修復時間：系統(tǒng)出現(xiàn)故障后到恢復正常工作時的平均時間。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 66 頁2. 可靠性設計 為了提高汽車的可靠性，企業(yè)建立了汽車可靠性信息管理系統(tǒng),儲存整車質量抽查試驗,整車可靠性試驗,發(fā)動機臺架試驗,售后三包服務信息以及使用跟蹤調查. 在系統(tǒng)中，根據(jù)可靠性數(shù)據(jù)的特點，建立相應的數(shù)學模型，編制可靠性分析軟件。利用微型計算機對汽車可靠性信息進行分析，可得到汽車可靠性的變化規(guī)律(整車的累積故障強度函數(shù)、零件的故障分布的密度函數(shù))及相關的可靠性特征量。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 67 頁3.概念設計概念設計：在確定任務之后，通過抽象化，

40、擬定功能結構，尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案，這一部分設計工作叫做概念設計 。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 68 頁3.概念設計概念設計首先是要弄清設計要求和條件，然后生成框架式的廣泛意義上的解。在此階段中對設計師的要求較高，但卻可以廣泛地提高產品性能。它需要工程科學、專業(yè)知識、產品加工方法和商業(yè)運作等各方面知識相互融合在一起，以做出一個產品全生命周期內最為重要的決策。在這里“框架式的解”是指設計問題的一個輪廓，每個主要的功能都可以對應于其上，使其有機地結合起來。我們從這個框架中得到產品大致的成本、質量或總體尺寸，以及在目前環(huán)境下的可行性等。這個框架只需對一些特征或部件有一個相對明確的描述，但并不要求詳細。汽車數(shù)字化開發(fā)技術 第 69 頁4.產品工業(yè)造型設計工業(yè)設計(Industrial Design, ID)是一個新興的、具有文理滲透特征的綜合性學科，包含3個工作領域：(1)產品設計(Product Design,PD)：也稱為工業(yè)(產品)造型設計；(2)企業(yè)形象(Corporate Identity System, CIS)設計和視覺傳達設計(VCD，Visual Communication Design)：后者包括產品的包裝裝潢、廣告、展示等方面的設計； (3)環(huán)境設計(Environment Design, ED)：包括建筑與室內裝飾設