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1、汽车产品数字化设计,第八章 汽车数字化工程,2,2019/5/22,第八章 汽车数字化工程,8.1概述 8.2 数字化汽车造型技术 8.3 数字化仿真分析 8.4 数字化汽车人机工程学分析,3,2019/5/22,设计及其内涵,“产品设计”是人类的一种重要创造活动，是把各种先进科学技术成果转化为生产力的一种手段和方法。就机械系统和结构范畴而言，它是从给定的合理的目标参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。所以，任何设计都是开发和创造新的系统和结构的过程。,4,2019/5/22,设计及其内涵,设计有广义和狭义的概念： 广义的概念是指对发展过程的安排，包括发展的方向、程
2、序、细节及达到的目标。 狭义的概念是指将客观需求转化为满足该需求的技术系统(或技术过程)的活动。各种产品包括机、电产品的设计即属此种。,5,2019/5/22,设计,制造,时间 百分比（%),设计与产品开发时间,关于设计及其重要性,6,2019/5/22,设计与产品开发成本,关于设计及其重要性,7,2019/5/22,75%的错误由产品设计阶段引起 80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成,设计与修改工作,关于设计及其重要性,8,2019/5/22,产品设计的特征,(l)需求特征。 产品设计的目的是满足人类社会的需求，所以设计始于需要，没有需要就没有设计。 (2)创造性特征。 时代的发展，
3、使人们的需求、自然环境、社会环境都处于变化之中，从而要求设计者适应条件变化，不断更新老产品，创造新产品。,9,2019/5/22,(3)程序特征 任何产品设计都有设计过程，它是指从明确设计任务到编制技术文件所进行的整个设计工作的流程。设计过程一般可分为四个主要阶段:产品规划、原理方案设计、技术设计和施工设计。这种过程叫做设计程序。按设计程序进行工作，才能提高效率，保证设计质量。,工业产品的特征,10,2019/5/22,(4)时代特征 设计活动受时代的物质条件、技术水平的限制，如设计方法、设计手段、材料、制造工艺等。所以，各种产品设计都具有时代的烙印。,工业产品的特征,11,2019/5/22
4、,1)17世纪前的“直觉设计阶段” 以16世纪达芬奇(Vinci)的创造性活动为顶点，其特点是有了原始的功能思想。 2)17世纪后期的“经验设计阶段” 以1854年德国学者劳莱克斯(F. Reuleaux)为起点，以力学和机械制造作为机械设计的基础，建立了“机械设计”的基本体系。 3）20世纪以来的“半理论半经验设计阶段” 20世纪初以来，由于试验技术与测试手段的迅速发展和应用，人们把对产品采用局部试验、模拟试验等作为设计辅助手段。通过中间试验取得较可靠的数据，选择较合适的结构，从而缩短了试制周期，提高了设计可靠性。 4)目前的“现代设计阶段” 数字化设计,设计发展的基本阶段,12,2019/
5、5/22,现代设计的概念,现代设计是过去设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般、由具体到抽象、由感性到理性，逐步归纳、演绎、丰富、发展起来的。 以现代主义的理念贯穿整个设计过程的设计活动简称现代设计。它是基于现代社会、现代生活的计划内容，受现代市场营销、一般心理学、人体工程学约束，具有高度应用性的设计活动。,13,2019/5/22,现代设计不仅仅提供人类以良好的人机关系，提供舒适、安全、美观的工作环境和生活环境，提供人类以方便的工具，同时，也是促进人类在现代社会中能够方便自然交流的重要活动。 现代设计是一个不太准确的称谓，与其说是一个设计风格概念，还不如说是一个时间概念
6、来得准确。,1.2 现代设计方法,14,2019/5/22,传统设计与现代设计的比较,15,2019/5/22,关于现代机械设计理论与方法,反映现代机械设计的哲理、准则和方法,现代的机械设计,更多地经验和借鉴 关注机械系统对象,更多地运用最新技术 大系统论,经典力学 强度准则,广义力学 可靠性准则,任务方案样机 试验修改(重复),虚拟样机评价优化参数 设计与制作,16,2019/5/22,现代机械的发展方向,现代机械产品正在向大型化（或微型化）、高速化、高效化、精密化、集成化、综合（指功能）化、模块化、自动化、智能化、数字化、网络化、绿色化方向发展。,17,2019/5/22,几十年来，科学技
7、术工作者提出了各种各样的设计方法，并从不同角度对这些方法进行了分类。,现代设计理论与方法的种类,18,2019/5/22,19,2019/5/22,20,2019/5/22,设计理论与方法论相关领域,文化,技术,自然科学,基础工程科学,工业技术,生产技术,艺术,艺术造型,工业造型,经济学,心理学,社会学,政治学,设计理论 与 方法,21,2019/5/22,关于现代机械设计理论与方法,哲学、思维科学、心理学、智能科学,设计方法学、智能设计、创新设计,解剖学、生理学、 人体科学,人机工程、生物机械学、工业设计等,社会学、环境科学、生态学,绿色设计、人工物设计理论,现代应用数学、物理学、应用化学、
8、应用力学、材料学,产品创新设计、稳健性设计理论、广义优化设计、优势设计、摩擦学设计,机械电子学、测控理论与技术、信息科学,并行设计、虚拟设计、快速设计、机电一体化设计等,22,2019/5/22,设计过程和设计技术 设计方法的研究包括设计步骤和程式以及与之相联系的解决具体设计问题的方法和手段的研究。 (一)机械设计过程概述 机械的设计具有一定的步骤和程式。 汽车设计：调查研究方案拟定(技术设计)工作图设计样机试制和鉴定。 对于一般的机械设计，目前已提出了一些设计过程的程式。显然，它们有不同的阶段和内容以及步骤和程式的划分，因而不能就设计过程给出一个严格的、统一的模式。但若从系统分析的角度看，则
9、设计过程的各阶段实质上都具有分析、综合和评价的内容。 机械产品设计包含三种类型：开发性设计；适应性设计；变型设计,23,2019/5/22,机械产品设计一般进程,24,2019/5/22,25,2019/5/22,26,2019/5/22,2019/5/22,27,图示模型表示系统设计方法的模式。在设计过程的各个阶段都要利用各种方法和手段寻求最优的方案，不同的仅是细化的程度和考虑问题的出发点。,28,2019/5/22,求解F=Kq类型的方程时，将出现三类问题(下面所讨论的虽然是静态问题，但同样适应于动态问题)，即： 1. 已知F和K，求静态位移或动态响应q。此时有 q =F/K 2. 已知K
10、 和q ，求静载荷或动载荷F 。此时有 F=Kq 3. 已知F和q ，求结构的刚度特性K 。此时有 K=F/q 上述三类问题可以通过结构静、动态方面的理论和技术进行分析、综合和设计、控制等方法求解，也可以采用试验方法进行结构模态或参数识别的理论和方法求解。,29,2019/5/22,现代设计方法的特点 1. 程序性 现代设计方法研究设计的全过程，要求设计者从产品规划、方案设计、技术设计、总体设计、施工设计到试验、试制进行全面考虑，按步骤有计划的进行设计。 2. 创造性 现代设计突出人的创造性，充分发挥设计者的创造性思维能力及集体智慧的创造方法，力求探寻更多的突破性方案，开发创新产品。 3. 系
11、统性 系统整体最优，同时要考虑系统与外界的联系，即人、机、环境的大系统。,30,2019/5/22,4. 优化性 通过优化理论及技术，对技术系统进行方案优选，参数优化，结构优化，使系统整体最优，以获得功能全、性能优、成本低、式样新的产品。 5. 综合性 现代设计方法是一门综合性的边缘性学科，突破了传统、经验、类比的设计。采用逻辑、理论、系统的设计方法。在系统工程、创造工程的基础上运用信息论、相似论、模糊论、可靠性、有限元、人机工程学及价值工程、预测学等理论；同时采用集合、矩阵、图论等数学工具和计算机，总结设计规律，提供多种解决设计问题的途径。 6. 数字性 将计算机全面地引入设计。通过设计者和
12、计算机的密切配合，采用先进的设计方法，提高设计质量和速度。计算机不仅用于设计计算和绘图，同时在信息贮存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。,现代设计方法的特点,31,2019/5/22,1. 功能满足原则 保证产品功能是产品设计的首要原则。如果产品不具备要求的功能，设计就失去价值。因此，满足功能是所有产品设计必须扼守的原则。 2. 质量保障原则 性能指标 可靠性 强度原则 刚度原则 稳定性 抗磨损性 抗腐蚀性 抗蠕变性 动态特性与平衡特性 热特性 3. 工艺优良原则 可制造性 可装配性 可测试性,现代设计原则,32,2019/5/22,现代设计原则,4. 经济合理原则 要求产品
13、具有较低的开发成本和使用费用 5. 社会使用原则 环境友好性 环境适应性 人机友好性 可维修性 安全性 可安装性 可拆卸性 可回收性,33,2019/5/22,数字化设计工程,1. 产品数字化 以零件数字化为例，就是包含体元类别代码特征、体元集合方式特征、体元物理特征、体元制造特征、零件描述特征、零件装配特征、零件图纸特征等，要将这些数字化信息（如尺寸参数）和非数字化信息（如物理特征-钢等材料信息）特征通过数字化模型转化为数字信息(含数字、数字运算符号、逻辑运算符号)的过程，这就是产品数字化。,34,2019/5/22,2. 数字化产品 是经过数字化处理的产品，具备特征数字化（即体元特征、工艺
14、特征、制造特征、关联特征与代码特征）的特点，通过信息技术可对其进行机构设计、优化设计、有限元分析及仿真设计、工艺过程与生产过程设计等。,35,2019/5/22,3. 数字化设计 数字化设计是以实现新产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，支持产品建模、分析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机集合。,36,2019/5/22,广义的数字化设计技术涵盖以下内容： 1）利用计算机进行产品的概念化设计、几何造型、虚拟装配、工程图生成及设计相关文档 2）利用计算机进行产品外形、结构、材质、颜色的优选及匹配，以满足顾客的个性化需求，实现最佳的产品设计效果 3）利用计算机
15、分析产品公差、计算质量特性、计算体积和表面积、分析干涉现象等 4）利用计算机对产品进行有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学仿真等，以实现产品拓扑结构和性能特征的优化,37,2019/5/22,数字化设计与制造技术的特点 1. 计算机和网络技术是数字化设计与制造技术的基础 2. 计算机只是产品数字化设计制造的辅助工具 3. 数字化设计与制造能有效地提高产品质量、缩短开发周期、降低生产成本 4. 数字化设计与制造技术只涵盖产品生命周期的某些环节,38,2019/5/22,本章参考书目,现代设计理论与方法 张鄂 主编. 科学出版社，2007.3 现代设计方法在汽车设计中的应用 张国忠 主
16、编. 东北大学出版社， 2002.12 车辆现代设计方法 冯国胜 杨绍普 著. 科学出版社，2006.6 数字化设计与制造苏春 主编. 机械工业出版社，2009.12 现代设计方法梅顺齐，何雪明 主编. 华中科技大学出版社，2009.8 汽车数字化开发技术 吴光强主编 机械工业出版社，2010.12 注：每个专用设计方法都有独立的参考书，可以自行查阅。,39,2019/5/22,第二节 数字化汽车造型技术,造型是指人类有意识地塑造形体的一种活动, 汽车造型就是设计师不断采用新技术、新资源并按照汽车性能要求,运用视觉和审美规律,协调技术、材料、结构、工艺与造型之间的矛盾,进行汽车造型的创作过程,使设计出来的汽车既满足功能要求又符合人们的审美要求。其目的在于把技术、艺术、经济三者在汽车产品上统一起来，更好地满足社会生产和人们生活的需要。 纵观各大汽车公司在汽车博览会上推出的新车,可以发现汽车造型愈来愈具有个性化和特色。造型对于汽车的意义远远超过人们的想象
