汽车数字化开发技术 第一章 数字开发技术引论课件

1、汽车数字化开发技术课程导言：数字化技术的理论性和应用性都很强，而且是一门交叉性极强的科学，它涉及设计与制造学、数理理论、计算机技术、控制理论、智能工程、信息学等学科，以计算机软硬件、外围设备，协议和网络为基础的信息离散化表述、传递、存储、控制的集成技术。2022/9/15汽车数字化开发技术 第 2 页课程导言：数字化时代革新了制造的科学基础，传统制造中许多定性的描述，都要转变为数字化定量描述，在这基础上逐步建立不同层面的、系统的数字化模型。现代汽车的设计，以数字化设计为主，综合应用先进的计算机辅助技术如CAD、CAE、CAM以及虚拟样机等技术。数字化汽车，就是以计算机辅助技术为核心的现代数字化

2、设计验证技术。 2022/9/15汽车数字化开发技术 第 3 页课程安排：第1章 汽车数字开发技术引论第2章 汽车产品数字化开发的基础第3章 汽车虚拟现实技术第4章 汽车数字化仿真技术第5章 汽车操纵稳定性仿真分析第6章 汽车平顺性仿真分析第7章 逆向工程与快速原型制造技术第8章 数字化工厂理论汽车数字化开发技术 第 4 页第1章 数字开发技术引论汽车工业现状与展望21世纪制造业的特点汽车产品开发现状与展望产品开发内涵及其战略数字化产品开发数字化设计过程现代设计方法汽车数字化开发技术 第 5 页1. 21世纪的产品特点产品结构的特点 : 知识-技术-产品的时间越来越短、 结构越来越复杂 178

3、2年摄影原理到1838年照相机 56年1831年电机原理到1872年发动机 41年1948年半导体到1954年半导体收音机 6年汽车数字化开发技术 第 7 页1. 21世纪的产品特点产品的批量特点： 用户需求个性化，多品种小批量生产比例增大。产品价格的特点：取决于独占知识的含量产品的市场特点： 顾客对产品功能、性能、质量、服务 更高参与全球竞争： 更加激烈产品生命周期：缩短汽车数字化开发技术 第 8 页1. 21世纪的产品特点21世纪制造业的四个关键因素：21世纪制造业面临的挑战如下:(1)产品开发周期缩短，上市时间更快。 这点从美国制造业策略的变化可以看出： 20世纪50年代的“规模效益第一

4、” 70年代和80年代的“价格竞争第一”和“质量竞争第一” 90年代的“市场速度第一”，时间因素被提到首要位置。(2)提高市场占有率，在T(时间)、Q(质量)、C(成本)、S(服务)、E(环境)目标下，加强时间竞争能力、质量竞争能力、价格竞争能力、创新竞争能力。汽车数字化开发技术 第 10 页1. 21世纪的产品特点(3)生命周期内的质量保证。 产品质量的完整概念是顾客的满意度，对产品质量全面的理解是： 可用、实用、耐用、好用、宜人。(4)企业的组织形式将是跨地区、跨国家的虚拟公司或动态联盟。 Internet国际网为虚拟公司或动态联盟的实现提供了一定的基础。(5)生产过程更加精良。产品开发、

5、生产、销售、维护过程更加简化，生产工序更加简单。(6)智能化程度更高。(7)分布、并行、集成并存。 分布性更强，分布范围更广； 并行化程度更高，跨地区、跨部门、分布式并行实施； 集成化程度更高，包括信息、技术的集成，管理、人和环境的集成。2022/9/15汽车数字化开发技术 第 11 页1. 21世纪的产品特点目前，我国许多重大装备尚不具备研究开发与制造能力，不得不主要依靠进口。我国光纤制造装备的100%，集成电路芯片制造装备的85%，石油化工装备的80%，轿车制造、数控机床及胶印设备的70%被进口产品占领。而且，越是重要、高档、技术附加值高的装备，进口就越多，自给率就越低。缺乏核心技术：大多

6、数产品的技术依靠从国外引进，陈旧落后的装备仍占有相当比重。汽车数字化开发技术 第 12 页2. 汽车产品开发现状与展望 对于中国这个新兴第一汽车大国来说，汽车产业的快速发展，带给我们的挑战和问题主要有以下几方面： 首先，是汽车产销本身的持续增长问题。 去年汽车产销的井喷增长，既有前年被抑制的需求因国家政策而得到释放的因素，以及国内的消费结构由衣食转向住行的影响，更是国家政策拉动的结果。 “购置税减半”和“汽车下乡”两项补贴政策，以及对自主品牌汽车的扶持，对汽车的产销两旺起到了很大推动作用。但也要看到，去年汽车产销高速增长，提前透支了部分消费需求。汽车数字化开发技术 第 14 页2. 汽车产品开

7、发现状与展望 其次，大而不强。 主要表现为汽车产业没有自己的核心技术和竞争力，自主品牌且主要位于中低端，市场占有率不高。美、日、德等国之所以被称为汽车强国，在于他们在其国内市场乃至全球市场，均拥有自己的强势自主品牌。如通用、福特之于美国，丰田之于日本，大众之于德国。而在中国市场上，据统计，自主品牌仅占不到1/3。第三，能源消耗和空气污染。 汽车是耗能产业，而且对空气污染极大。如果坚持粗放式的扩张，汽车带来的就不会是舒适，而很可能是灾难。 第四，影响城市化的健康发展。 目前，中国几乎所有的大城市都面临着严重的交通拥堵。很多城市对“汽车时代”的到来并没有做好准备，比如街道设计建设落后、停车位置严重

8、不足等。拥堵一方面浪费人们的时间，增加交通事故的概率，另一方面也会降低城市化发展的品质。 汽车数字化开发技术 第 15 页 1.2 产品开发概述 产品开发内涵及其战略 产品开发内涵 产品开发战略出发点 产品开发方向 产品开发战略的类型产品开发的发展趋势数字化制造推动中国汽车工业汽车数字化开发技术 第 17 页1. 产品开发内涵及其战略 产品开发是产品形成中的创造性阶段。1、产品开发内涵 产品开发是人类出于生产或生活的需要，而从事的一种创造性劳动。在几千年的演化过程中，人类经历了农业文明、传统工业文明、现代工业文明等不同发展阶段，产品开发的能力不断增加，由此也改善了人们的生活及生产条件。汽车数字

9、化开发技术 第 18 页1. 产品开发内涵及其战略产品开发流程图市场调查方案论证草拟方案测量修改评价样品RP制造CAD数据CAD设计方案可行满意吗批量生产否是是否汽车数字化开发技术 第 19 页1. 产品开发内涵及其战略2、产品开发战略出发点 产品开发的战略：指考虑在现有市场上通过改良现有产品或开发新产品来扩大销售量的战略。产品开发战略有以下几种出发点： (1)从消费者需求出发 通过问题分析、缺口分析、细分市场、相关品牌归类等方法，以顾客为关注焦点，来分析满足顾客的现实需求、潜在需求和未来需求。 汽车数字化开发技术 第 20 页1. 产品开发内涵及其战略(2)从挖掘产品功能出发 所谓挖掘产品功

10、能，就是通过功能分析、用途分析、品质扩展、系统分析、独特性能分析、等级设计、弱点分析等方法，来分析企业现有产品存在的问题，挖掘产品新的功能、新的用途。在现成的产品的基础上挖掘新的产品功能，无疑是一条风险较小的能迅速获得市场认同的途径。汽车数字化开发技术 第 21 页1. 产品开发内涵及其战略(3)从提高产品竞争力出发 新产品的竞争力除了取决于产品的质量、功能以及市场的客观需求外，也可以采取一些其它策略来提高新产品的竞争力。例如：抢先策略，紧跟策略，低成本策略等。汽车数字化开发技术 第 22 页1. 产品开发内涵及其战略产品开发 ： 企业通过增加花色、品种、规格、型号等，向现有市场提供新产品或改

11、进产品。多元化增长： 企业尽量增加产品种类，跨行业生产、经营多种产品或服务，扩大企业的生产范围和市场范围，使企业的特长得到充分发挥。汽车数字化开发技术 第 24 页1. 产品开发内涵及其战略3、通过分析市场需求和企业内部条件，确定产品开发方向：商业可行性 检验商业可行性的结果将证实新产品或服务是否会有市场，顾客是否愿意购买你的新产品或接受你的服务，他们对你的新产品或服务究竟有多大的需求，你是否可以从新产品或服务中赢利。 企业内部条件 汽车数字化开发技术 第 25 页1. 产品开发内涵及其战略2）成本投入能力 要有足够的资金准备！规模越大，资金投入越大，成本回收就越慢。3）经营网络能力 如果你只

12、熟悉低档市场，拥有一批低挡产品的代理商。那么，你的产品定位最好定位在低档范围，否则，不仅会造成原有资源的浪费，另外开发新的商业网络也需要雄厚的资本，使企业不堪负担，更重要的是，重新开发商业网络未必能达到预期的目的。 汽车数字化开发技术 第 27 页2. 产品开发的战略4、产品开发战略的类型 按产品开发的新颖程度进行分类如下：(1)全新型新产品开发战略 全新型新产品是指新颖程度最高的一类新产品，它是运用科学技术的新发明而开发和生产出来的，具有新原理、新技术、新材质等特征的产品。(2)换代型新产品开发战略 换代型新产品使原有产品发生了质的变化。选择和实施换代型新产品开发战略，只须投入较少的资金，费

13、时不长，就能改造原有产品，使之成为换代新产品。汽车数字化开发技术 第 28 页2. 产品开发的战略(3)改进型新产品开发战略 所开发的新产品与原产品相比，只发生了量的变化，即渐进的变化，同样能满足顾客新的需求。这是代价最小、收获最快的一种新产品开发战略，但容易被竞争者模仿。 (4)仿制型新产品开发战略 开发这种产品不需要太多的资金和尖端的技术，企业对原产品的某些缺陷和不足加以改造，并结合市场的需要进行改进，而不应全盘照抄。采取这种战略，企业并不抢先研究新产品，而是当市场上出现较好的新产品时，进行仿制并加以改进，迅速占领市场。 2022/9/15汽车数字化开发技术 第 29 页3. 产品开发的发

14、展趋势 随着信息技术的发展,，产品开发的概念和内涵在不断改变和拓宽：1)单目标规划向多目标规划的转变 传统产品开发仅考虑产品性能要求，而在信息时代，则要考虑产品生命周期内所有阶段的要求，尤其是对材料、能源、环境的要求已变得日益重要，产品规划已变成多目标的全局规划。汽车数字化开发技术 第 30 页3. 产品开发的发展趋势 2)串行设计向并行设计的转变 传统产品开发是个顺序过程，如概念设计完成之后，才能进行详细设计、工艺设计。信息时代的产品开发除信息的交换和共享之外，并行是最显著的特性。3)工艺设计向过程设计的转变 传统产品开发中的生产准备主要是指工艺规划和刀具、夹具、量具的准备，这是一种局限于面

15、向制造的观点。信息时代的生产准备应理解为过程设计，它不仅包括工艺过程设计，还包括装配过程设计、使用过程设计、维修过程设计等。汽车数字化开发技术 第 31 页3. 产品开发的发展趋势 4 )实物样品向虚拟样品的转变 传统产品开发是采用“试凑法”，因此有些情况下，为保证产品质量，实物样品的测试不可缺少。信息时代的产品开发，基于数字化模型和虚拟现实技术，可以部分取代实物测试。5)严格分工向自主管理的项目小组的转变设计方法的改变 必然引起组织管理模式的改变，如采用多学科工作小组的方式，以及网上的合作等。汽车数字化开发技术 第 32 页3. 产品开发的发展趋势 产品开发技术呈现出以下趋势： (1)数字化

16、 产品在其生命周期内的数字化建模是现代产品设计方法的关键技术之一，它包括： 全局产品的信息定义，用计算机来支持产品生命周期的全过程； 产品的数字化工具，即广义的计算机辅助工具，它能将产品信息自动数字化； 产品数据管理，即用计算机对产品开发与生产全过程中的大量数字化信息进行全面的管理与控制。(2)并行化 在计算机软硬件支持的信息共享基础上，采用团队工作模式，可在异地进行设计、开发。它有助于实施强强联合，优势互补，极大地提高企业的产品设计开发能力。汽车数字化开发技术 第 33 页3. 产品开发的发展趋势 (3)智能化 不需要设计开发人员了解设计开发低层的全部细节，而由计算机智能地设计并最终制造出合

17、乎要求的产品。(4)集成化 它是指现代设计系统不再是单一的CAD、CAM或CAPP系统，而是支持产品生命周期全过程的现代设计集成系统。汽车数字化开发技术 第 34 页4. 数字化制造推动中国汽车工业 集成数字化汽车设计开发技术是面向汽车产品设计、开发全过程的整车及其组成系统的计算机辅助设计、性能预测和虚拟试验评价技术等与PDM等支撑技术相结合的集成化VPD（Virtual Product Development）系统技术。 包括虚拟样车（Virtual Prototype, Digital Mockup）技术、VPG（Virtual Proving Ground）仿真技术、并行设计技术、反求设

18、计技术、高性能计算机集群系统技术、虚拟现实系统技术等。2022/9/15汽车数字化开发技术 第 35 页4. 数字化制造推动中国汽车工业 CAE技术应用非常广泛，可用于以下：虚拟实验Virtual Test虚拟试验场VPG整车开发的虚拟现实技术VR汽车操纵动力学模拟器汽车多体系统动力学分析轿车白车身固有振动模态的有限元分析轿车碰撞的有限元仿真分析橡胶耦合动力学特性的有限元仿真分析结构耦合动力学特性的有限元仿真分析制动器热弹性耦合有限元分析热流体系统仿真分析CFD2022/9/15汽车数字化开发技术 第 36 页4. 数字化制造推动中国汽车工业荣威550被称作是“D5全时数字轿车”，大量的数字化

19、装备在它身上得以配备。 汽车数字化开发技术 第 37 页4. 数字化制造推动中国汽车工业“D5全时数字轿车”集中体现在：可扩展RMI数字多媒体交互系统蓝牙免提、数字全息影像倒车雷达、GPS等，信息中心菜单有点类似于奥迪的MMI多媒体操作系统。Dual-Bus数字智能行车管家系统比can-bus更进一步，极大的提高了信息传递的可靠性，另一方面大幅降低电器系统的故障发生率，带来全新的动态稳定驾驶理念。Syn-Tech 数字个性升级模块可以通过对行车电脑的数据升级，刷新发动机管理参数，为懂得享受驾驭的用户提供“超频”选择。SilverStone一体化数字仪表显示以锋利的雕刻般的炫红光线环绕仪表，速度

20、显示以数字呈现，结合脉冲式转速感应设计，动感十足。Press-to-go智能一键启动等作为标配，刷新中级车数字化标杆。荣威550的数字化技术应用还包括SCS六位一体主动安全控制系统、TPMS胎压智能监视系统、EBA电子刹车辅助系统等的智能电子底盘系统，则是最缜密的“数字智能”，为消费者提供全方位保障。汽车数字化开发技术 第 38 页4. 数字化制造推动中国汽车工业 在产品开发方式和组织结构上，目前通行的作法是按车型设立项目组。每一个项目组不仅有传统的产品开发人员，还有产品计划、工艺、生产、财会、采购与销售等专业人员。项目经理负责纵向管理，应用同步工程(SE)、客串工程(GE)等方式和易加工易装

21、配设计(DFM，DFA)等新的管理科学，项目组全体人员互相配合，交叉作业。 在产品开发中，国外汽车集团还大量地采用了超前概念车的作法，即把众多新科研项目汇集到一个车上，并不断地把其中的成熟技术及时应用到新开发即将投放市场的车型上。 但是，人类追求更高、更快、更强的技术的步伐无法阻挡。数字化从上世纪30年代开始就在汽车上逐步使用，从最开始的燃油控制系统到随后的安全系统、汽车电子系统到如今的汽车娱乐系统中，数字化已经开始大规模普及。 汽车数字化开发技术 第 39 页4. 数字化制造推动中国汽车工业数字化已经开始大规模普及，业界同样也有四种观点。(1)数字化是大势所趋 数字化的运用确实给人类的汽车生

22、活带来了好处，目前被普遍应用到汽车开发过程中的数字化技术，例如数字化计算、数字化仿真模拟系统等，节省时间的同时，能有效节省汽车的开发成本。(2)数字化已深入汽车内核 在谈到汽车的数字化时，消费者最先想到的可能是GPS、蓝牙免提等功能配置。但实际上，更多隐藏在汽车内部，带给汽车更好操控、更高安全的“数字化”的东西才是关键所在。比如汽车的核心，发动机和驱动控制，在变得更强劲的同时也更省油、更洁净，主要归功于电子技术，因为燃烧控制得更精确。汽车数字化开发技术 第 40 页4. 数字化制造推动中国汽车工业 (3)东方消费者对数字化更有趋同感 如果在美国推出一款车，强调的更多是运动特征。但如果说在亚洲，

23、整个东方，包括中国、日本、韩国，大家对西方的技术和概念都感兴趣，年轻人对科技的、数码的东西接受的非常快。(4)数字化不仅仅是高档车的代名词 在A级车上我们也同样需要有完美的性能。从近几年的发展趋势说明，很多用户都希望将B级车、C级车所拥有的技术都能够应用在A级车上。2022/9/15汽车数字化开发技术 第 41 页1.3 数字化产品开发数字化产品是指信息、计算机软件、视听娱乐产品等可数字化表示并可用计算机网络转输的产品或劳务。实质上是基于产品描述的数字化平台，建立基于计算机的数字化产品建模。在数字经济时代，这些产品可不必再通过实物载体形式提供，可在线通过计算机网络传送给消费者。它具有有形资产的

24、特征，也具有无形资产的性质，但同时它既不同于有形资产，又不同于无形资产。汽车数字化开发技术 第 42 页1. 数字化产品开发概念数字化产品开发的概念不仅仅指产品数据模型、数值分析、仿真及其产品数据管理， 更重要的， 它是一种新的产品开发概念。它突破了传统的产品设计开发的内涵， 通过对知识、信息的统一管理， 实现产生高附加值产品的集成开发活动。 汽车数字化开发技术 第 43 页1. 数字化产品开发概念数字化产品共享性异地协同设计可视性虚拟产品开发可变性参数化、变量化、模块化离散性反求和快速原型汽车数字化开发技术 第 44 页2. 数字化设计内涵 以计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程分析(C

25、AE)为基础的数字化设计(Digital Design，DD)技术和以计算机辅助制造(CAM)为基础的数字化制造(Digital Manufacturing，DM)技术，是产品数字化开发技术的核心。汽车数字化开发技术 第 45 页2. 数字化设计内涵 典型的产品开发周期图 汽车数字化开发技术 第 46 页2. 数字化设计内涵 综上所述，数字化设计(DD)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结合。因此，任何以计算机图形学为理论基础、支持产品设计的计算机软硬件系统都属于产品数字化设计技术的范畴。汽

26、车数字化开发技术 第 47 页2. 数字化设计内涵 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验证等，以实现产品拓扑结构和性能特征的优化。汽车数字化开发技术 第 48 页3. 数字化设计过程 根据现代设计程式化、逻辑化的产品设计思想，产品的开发有一定的逻辑可循

27、，一般来说，产品的设计过程可以分为5个阶段: 计划阶段、 设计阶段、 试制阶段、 批量生产阶段 销售阶段 。汽车数字化开发技术 第 49 页3. 数字化设计过程2022/9/15汽车数字化开发技术 第 50 页设计阶段目标方法一计划阶段可行性研究报告设计任务书调查研究、技术预测二原理方案设计原理方案图系统化设计、机构综合设计法、参数优化法、相似设计法结构方案设计结构设计图有限元设计、强度、刚度设计可靠性设计总体设计总装配图计算机辅助设计CAD施工设计零件、部件工作图技术文件计算机辅助设计CAD三试制阶段样机试验大纲试验设计CAT四批量生产阶段工艺文件修改设计图计算机辅助制造CAM五销售阶段信息

28、反馈反馈控制法3. 数字化设计过程产品计划阶段 主要解决产品的规划间题，包括产品需求调查、市场预测、可行性论证及确定设计参数、选定约束条件、最后提出详细设计任务书等步骤。在此阶段，设计者应尽可能全面地了解所要研究的问题，例如，弄清设计对象的性质、要素、解决途径等。产品设计阶段 设计者运用他们所有的经验、创新能力、洞察力和天资，利用前一阶段收集到的全部资料和信息，经过加工和转换，构思出达到期望结果的合理方案。结构方案设计是指对产品进行结构设计，即确定零部件形状、材料和尺寸，并进行必要的强度、刚度、可靠性计算，最后画出产品结构草图。总体设计是在方案设计和结构方案设计的基础上全面考虑产品的总体布置、

29、人机工程、工艺美术造型、包装运输等因素，画出总装配图。施工设计是将总装配图拆成部件图和零件图，并充分考虑冷、热加工的工艺要求、标注技术条件，完成全部生产用图样，编写设计说明书、使用说明书、列出标准件、外购件明细表以及有关的文件。汽车数字化开发技术 第 51 页3. 数字化设计过程产品试制阶段 通过样机制造、样机试验来检验设计图样的正确性，并进行成本核算。最后通过样机评价鉴定。在此阶段，设计师深入生产车间，跟踪产品各个加工工序，及时修正设计图样，完善产品设计。批量生产阶段 根据样机试验、使用、鉴定所暴露出的问题，作进一步设计修改，以完善设计图样，保证产品设计质量，验证工艺的正确性，以提高生产效率

30、，确保成批生产质量。销售阶段 通过广告、宣传、展览会等形式将产品向社会推广，接受客户订货。同时，设计人员要经常收集用户的信息反馈，加以分析整理，用于改进下一代。这种用户反馈是改进设计、提高设计质量的重要信息来源。汽车数字化开发技术 第 52 页3. 数字化设计过程2022/9/15汽车数字化开发技术 第 53 页工业布局设计市场需求虚拟仿真计算机辅助创新设计后台预置装配运动分析虚拟样机计算机辅助结构设计CAD/CAE面向产品开发的数字化产品开发模式3. 数字化设计过程2、产品开发与数字化设计关系利用快速原型制造技术，可以由产品的CAD模型直接驱动快速原型机快速制造出产品原型，以便对产品设计做出

31、评估。快速原型制造是一种全新的产品加工理论与技术，也是数字化制造的重要研究内容和发展方向。利用虚拟现实技术，可以以计算机仿真技术基础在计算机中构筑数字化的产品虚拟原型，并利用虚拟原型对产品的结构、外观和性能做出评价。汽车数字化开发技术 第 54 页3. 数字化设计过程2022/9/15汽车数字化开发技术 第 55 页设计阶段数字化设计技术概念设计几何建模、造型辅助、可视化操作、图形变换设计建模几何建模、特征建模、造型辅助、模具设计、造型软件设计分析及优化有限元分析、形状、结构化程序、运动学及动力学仿真设计文档工程图、装配图、物料单、数控编程等产品不同设计阶段与数字化设计之间的关系3. 数字化设

32、计过程传统机械产品设计方式，即大循环过程，不仅难于提高产品质量，而且耗费大量的时间和金钱。如图所示。 汽车数字化开发技术 第 56 页3. 数字化设计过程新的概念设计和详细设计方式，加入虚拟样机设计，即小循环过程 ，不仅节省时间和金钱，还可以大幅度地提高设计质量。如图所示。汽车数字化开发技术 第 57 页3. 数字化设计过程3、数字化设计过程 传统的产品设计过程通常是以串行方式进行的，承担各设计阶段任务的不同职能部门或人员在执行任务前从上游接收数据，并在任务完成后将数据输出到下游。其设计方式是建立在经验设计基础上的手工作业，设计过程通常是“抛墙式”的串行设计。在这种产品设计模式中，各职能部门的

33、责任明确，管理相对容易，在过去很长的一段时间内企业基本上采用的都是这种开发模式。 传统的产品开发过程，经历了从设计、绘图、制造、样机试验的串行过程。若样机试验达不到设计要求，还需经过修改设计、重新制造样机、再进行试验的过程。汽车数字化开发技术 第 58 页3. 数字化设计过程 产品数字化设计过程具备以下的特点： (1)广泛采用CAx工具： CAx软件的应用是数字化产品设计的基础，这些软件工具的应用表明制造业已经开始利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设计的开始。 (2)面向产品全生命周期： 数字化产品设计必须考虑产品生命周期的各个环节，包括设计、分析、装配、试验、加工、维修、

34、销售、服务等。设计过程中，各环节的相关人员从各自角度及早发现问题，并提出修改意见。(3)基于知识的设计： 产品设计的每一步都渗透着设计者的知识和经验，知识获取是其中最为重要、最为繁重，也是最需要在大范围中进行广泛合作的过程。汽车数字化开发技术 第 59 页3. 数字化设计过程 (4)跨地域： 制造的全球化使参与设计过程各个阶段的设计人员分别来自不同的部门、地区，甚至不同的国家，为了实现设计过程中的相互协作，产品设计人员可以在PDM支持的网络环境下，并行协同地完成产品设计、制造活动。(5)并行性： 在产品设计过程中，下游设计人员，如工艺设计人员，可以对产品模型的可制造、可装配性进行评价，通过PD

35、M向设计人员及时反馈评价结果或修改建议；生产制造人员可以通过对加工过程的仿真模拟来检验工艺路线的可行性和合理性，向工艺人员反馈仿真结果或修改意见。2022/9/15汽车数字化开发技术 第 60 页3. 数字化设计过程 (6)协同性： 在设计过程中，不同阶段、不同学科或是不同部门、不同地区的设计人员经常需要进行协同交互，因此，数字化设计需要在线交互的通信工具的支持。(7)群体性： 产品设计过程中，涉及多领域、多学科知识的集成，整个开发过程往往不是一个人、一个部门或是一个企业所能完成的，而是多个领域的设计专家共同协作完成的。(8)异构性： 数字化设计中所采用的操作系统及相应的CAD/CAM/CAE

36、/CAPP等软件工具可能是不相同的；计算机配置、网络环境等硬件平台也可能是不相同的。因此，数字化设计是在异构环境中运行的。汽车数字化开发技术 第 61 页1.4 现代设计方法优化设计 可靠性设计 概念设计 产品工业造型设计 计算机辅助工程(CAE)设计 计算机辅助设计(CAD)技术 参数化设计 汽车数字化开发技术 第 62 页1. 优化设计优化设计是以最优化数值计算方法为基础，借助计算机等先进的技术工具和手段，来求得工程设计中的最优化设计方案的一种先进设计方法。最优方案，就是使某一项指标达到最小(如重量)或最大(如效率)。机械设计的问题一般都较复杂，求最小值或最大值的问题并不是用微分方法求极值

37、就能简单地予以解决的。数学领域的分支数学规划理论，提供了很多求优的数值方法，这些方法都以在计算机上进行的大量的数值迭代计算为基础。为了采用这些优化方法，就需要将具体设计问题的物理模型转化为一个数学模型。汽车数字化开发技术 第 63 页2. 可靠性设计所谓可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性是一项包括管理和技术两个方面， 涉及许多领域贯穿汽车产品由开发到生产、销售以及售后服务的全过程。可靠性设计是应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据， 在给定的可靠性指标下， 对零部件及整个系统进行设

38、计。 汽车数字化开发技术 第 64 页二、可靠性工程 可靠性数学：用来定量描述系统可靠性的数学工具。常用的度量指标主要有可靠度、故障率、平均无故障工作时间和平均故障修复时间等。可靠度R()： 系统在规定工作时间内无故障的概率。 如数字电压表工作 24小时的可靠度为0.9,即意味着多次抽取一定数量的该产品样品，在规定条件下工作24小时，平均有90能保持全部产品性能处于有效的工作状态。相应地，系统在时间内发生故障的概率用F()表示，称为不可靠度,与可靠度R()的关系为R()1-F()。汽车数字化开发技术 第 65 页二、可靠性设计故障率：系统工作到 时刻时单位时间内发生故障的概率。平均无故障工作时

39、间：系统在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均时间。平均故障修复时间：系统出现故障后到恢复正常工作时的平均时间。汽车数字化开发技术 第 66 页2. 可靠性设计 为了提高汽车的可靠性，企业建立了汽车可靠性信息管理系统,储存整车质量抽查试验,整车可靠性试验,发动机台架试验,售后三包服务信息以及使用跟踪调查. 在系统中，根据可靠性数据的特点，建立相应的数学模型，编制可靠性分析软件。利用微型计算机对汽车可靠性信息进行分析，可得到汽车可靠性的变化规律(整车的累积故障强度函数、零件的故障分布的密度函数)及相关的可靠性特征量。汽车数字化开发技术 第 67 页3.概念设计概念设计：在确定任务之后，通过抽象化，

40、拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计 。汽车数字化开发技术 第 68 页3.概念设计概念设计首先是要弄清设计要求和条件，然后生成框架式的广泛意义上的解。在此阶段中对设计师的要求较高，但却可以广泛地提高产品性能。它需要工程科学、专业知识、产品加工方法和商业运作等各方面知识相互融合在一起，以做出一个产品全生命周期内最为重要的决策。在这里“框架式的解”是指设计问题的一个轮廓，每个主要的功能都可以对应于其上，使其有机地结合起来。我们从这个框架中得到产品大致的成本、质量或总体尺寸，以及在目前环境下的可行性等。这个框架只需对一些特征或部件有一个相对明确的描述，但并不要求详细。汽车数字化开发技术 第 69 页4.产品工业造型设计工业设计(Industrial Design, ID)是一个新兴的、具有文理渗透特征的综合性学科，包含3个工作领域：(1)产品设计(Product Design,PD)：也称为工业(产品)造型设计；(2)企业形象(Corporate Identity System, CIS)设计和视觉传达设计(VCD，Visual Communication Design)：后者包括产品的包装装潢、广告、展示等方面的设计； (3)环境设计(Environment Design, ED)：包括建筑与室内装饰设