汽車數字化開發(fā)技術汽車工程學院：姜立標

E-mail：jlb620620@163.com課程導言：數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。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁設計與制造學信息學智能工程控制理論計算機技術數理理論課程導言：數字化時代革新了制造的科學基礎，傳統制造中許多定性的描述，都要轉變?yōu)閿底只棵枋?，在這基礎上逐步建立不同層面的、系統的數字化模型?，F代汽車的設計，以數字化設計為主，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。數字化汽車，就是以計算機輔助技術為核心的現代數字化設計驗證技術。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁課程安排：第1章

汽車數字開發(fā)技術引論第2章

汽車產品數字化開發(fā)的基礎第3章汽車虛擬現實技術第4章汽車數字化仿真技術第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

數字化工廠理論汽車數字化開發(fā)技術

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頁第1章

數字開發(fā)技術引論汽車工業(yè)現狀與展望21世紀制造業(yè)的特點汽車產品開發(fā)現狀與展望產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略數字化產品開發(fā)數字化設計過程現代設計方法汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.1汽車工業(yè)現狀與展望2009年，我國的汽車年產量首次超過了1000萬輛，成為世界上第三個達到這一生產規(guī)模的國家，汽車正在越來越多地進入普通老百姓的家庭。憑借汽車生產和消費分別居世界第3、第2位，我國已經成為繼美國之后世界上第2個既是汽車生產大國又是汽車消費大國的國家。進入汽車生產和消費大國行列后，下一個關注點自然便是我國什么時候能夠邁入汽車工業(yè)強國的行列。汽車數字化開發(fā)技術

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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

1782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年汽車數字化開發(fā)技術

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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：縮短汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.21世紀的產品特點例如：波音777的設計和制造是20世紀90年代制造業(yè)的標志性進展全數字化定義——無紙生產；數字化預裝配——無金屬樣機的生產(虛擬)廣域網上的異地設計、異地制造；基于ＳＴＥＰ的數據交換；協同工作小組（Teamwork)設計制造周期大大縮短：波音757,767——9-10年波音777縮短到4.5年，并獲得巨大的獨占性利潤，每架波音777要價1.4億美元。汽車數字化開發(fā)技術

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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”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。技術管理人環(huán)境汽車數字化開發(fā)技術

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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)聯盟。

Internet國際網為虛擬公司或動態(tài)聯盟的實現提供了一定的基礎。(5)生產過程更加精良。產品開發(fā)、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。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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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：大多數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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.21世紀的產品特點我國制造業(yè)與國際先進水平有著階段性差距如下：產品結構不合理且附加值不高；制造業(yè)能耗大且污染嚴重；產品創(chuàng)新能力較差且開發(fā)周期較長；制造工藝裝備落后，成套能力不強；生產自動化和優(yōu)化水平不高，資源綜合利用率低；企業(yè)管理粗放、國際市場開拓能力弱；戰(zhàn)略必備裝備和競爭核心技術的開發(fā)相對薄弱等。汽車數字化開發(fā)技術

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頁2.汽車產品開發(fā)現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?！百徶枚悳p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。

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頁2.汽車產品開發(fā)現狀與展望其次，大而不強。

主要表現為汽車產業(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，據統計，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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁2.汽車產品開發(fā)現狀與展望

雖然中國加入WTO后轎車工業(yè)所受的沖擊顯而易見，但我們也應看到中國加入WTO后將產生積極影響的一面。

(1)加速轎車產業(yè)結構和產品結構調整。一批低素質轎車企業(yè)將有停產、轉業(yè)、破產、倒閉的可能。價格和質量缺乏競爭力的產品，將隨著國內市場開放而失去保護，在競爭中被淘汰。(2)促進中國與國外汽車跨國公司全面合作。國外大的汽車跨國公司已有多家在中國轎車行業(yè)投資或經營，如德國大眾公司、美國福特公司、通用公司、克萊斯勒公司、法國雪鐵龍公司、雷諾公司、意大利菲亞特公司、日本本田公司、大發(fā)公司、鈴木公司等。

(3)錘煉先進轎車企業(yè)的競爭力。中國加入WTO，意味著中國轎車企業(yè)與外國同行競爭直接化，所以要求企業(yè)的組織結構、整體素質、規(guī)模經濟、技術進步、管理文化和經營戰(zhàn)略都要有新的動作，增強實力和競爭地位。

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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)展趨勢數字化制造推動中國汽車工業(yè)汽車數字化開發(fā)技術

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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、傳統工業(yè)文明、現代工業(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。汽車數字化開發(fā)技術

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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數據CAD設計方案可行滿意嗎批量生產否是是否汽車數字化開發(fā)技術

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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：指考慮在現有市場上通過改良現有產品或開發(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實需求、潛在需求和未來需求。汽車數字化開發(fā)技術

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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)

所謂挖掘產品功能，就是通過功能分析、用途分析、品質擴展、系統分析、獨特性能分析、等級設計、弱點分析等方法，來分析企業(yè)現有產品存在的問題，挖掘產品新的功能、新的用途。在現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。汽車數字化開發(fā)技術

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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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略(4)從分析產品/市場矩陣出發(fā)①市場滲透：企業(yè)通過改進廣告、宣傳、短期削價、推銷、在某些地區(qū)增設商業(yè)網點等措施，借助多渠道將同一產品送達同一市場等措施，擴大銷售。②市場開發(fā)：

企業(yè)通過在新地區(qū)或國外增設新商業(yè)網點或利用新分銷渠道，加強廣告促銷等措施，將現有產品擴大、推廣到新市場。汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略③產品開發(fā)：

企業(yè)通過增加花色、品種、規(guī)格、型號等，向現有市場提供新產品或改進產品。④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。汽車數字化開發(fā)技術

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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：①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。②企業(yè)內部條件

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頁1.產品開發(fā)內涵及其戰(zhàn)略1）技術可行性檢驗技術可行性必須要求企業(yè)的生產能力以及產品或服務能實現設計的功能。

例如：某公司開發(fā)新產品安在一個正常的燈泡上可使燈泡的使用壽命延長５倍，市場前景非?？捎^，而且可以利用自己閑置的機器生產這種產品，存在的問題是需要找到一種能抗高溫的粘合劑。他們自己沒有技術能力開發(fā)抗高溫的粘合劑，若與國際上先進廠家合作開發(fā)，費用將遠遠超出利潤，因此從整體上來分析，這是不成功的。汽車數字化開發(fā)技術

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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。汽車數字化開發(fā)技術

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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，費時不長，就能改造原有產品，使之成為換代新產品。汽車數字化開發(fā)技術

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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，而是當市場上出現較好的新產品時，進行仿制并加以改進，迅速占領市場。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.產品開發(fā)的發(fā)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。汽車數字化開發(fā)技術

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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。汽車數字化開發(fā)技術

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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)，基于數字化模型和虛擬現實技術，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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.產品開發(fā)的發(fā)展趨勢產品開發(fā)技術呈現出以下趨勢：

(1)數字化產品在其生命周期內的數字化建模是現代產品設計方法的關鍵技術之一，它包括：①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；②產品的數字化工具，即廣義的計算機輔助工具，它能將產品信息自動數字化；③產品數據管理，即用計算機對產品開發(fā)與生產全過程中的大量數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。汽車數字化開發(fā)技術

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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乎要求的產品。(4)集成化它是指現代設計系統不再是單一的CAD、CAM或CAPP系統，而是支持產品生命周期全過程的現代設計集成系統。汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.數字化制造推動中國汽車工業(yè)集成數字化汽車設計開發(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（VirtualProductDevelopment）系統技術。

包括虛擬樣車（VirtualPrototype,DigitalMockup）技術、VPG（VirtualProvingGround）仿真技術、并行設計技術、反求設計技術、高性能計算機集群系統技術、虛擬現實系統技術等。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.數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——VirtualTest虛擬試驗場——VPG整車開發(fā)的虛擬現實技術——VR汽車操縱動力學模擬器汽車多體系統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仿真分析——CFD2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.數字化制造推動中國汽車工業(yè)榮威550被稱作是“D5全時數字轎車”，大量的數字化裝備在它身上得以配備。汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.數字化制造推動中國汽車工業(yè)“D5全時數字轎車”集中體現在：①可擴展RMI數字多媒體交互系統藍牙免提、數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。②Dual-Bus數字智能行車管家系統比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的故障發(fā)生率，帶來全新的動態(tài)穩(wěn)定駕駛理念。③Syn-Tech數字個性升級模塊可以通過對行車電腦的數據升級，刷新發(fā)動機管理參數，為懂得享受駕馭的用戶提供“超頻”選擇。④SilverStone一體化數字儀表顯示以鋒利的雕刻般的炫紅光線環(huán)繞儀表，速度顯示以數字呈現，結合脈沖式轉速感應設計，動感十足。⑤Press-to-go智能一鍵啟動等作為標配，刷新中級車數字化標桿。榮威550的數字化技術應用還包括SCS六位一體主動安全控制系統、TPMS胎壓智能監(jiān)視系統、EBA電子剎車輔助系統等的智能電子底盤系統，則是最縝密的“數字智能”，為消費者提供全方位保障。汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.數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到隨后的安全系統、汽車電子系統到如今的汽車娛樂系統中，數字化已經開始大規(guī)模普及。汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.數字化制造推動中國汽車工業(yè)數字化已經開始大規(guī)模普及，業(yè)界同樣也有四種觀點。

(1)數字化是大勢所趨數字化的運用確實給人類的汽車生活帶來了好處，目前被普遍應用到汽車開發(fā)過程中的數字化技術，例如數字化計算、數字化仿真模擬系統等，節(jié)省時間的同時，能有效節(jié)省汽車的開發(fā)成本。

(2)數字化已深入汽車內核在談到汽車的數字化時，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。

汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.數字化制造推動中國汽車工業(yè)(3)東方消費者對數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，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、數碼的東西接受的非?？臁?/p>

(4)數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。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.3數字化產品開發(fā)數字化產品是指信息、計算機軟件、視聽娛樂產品等可數字化表示并可用計算機網絡轉輸的產品或勞務。實質上是基于產品描述的數字化平臺，建立基于計算機的數字化產品建模。在數字經濟時代，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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.數字化產品開發(fā)概念數字化產品開發(fā)的概念不僅僅指產品數據模型、數值分析、仿真及其產品數據管理，更重要的，它是一種新的產品開發(fā)概念。它突破了傳統的產品設計開發(fā)的內涵，通過對知識、信息的統一管理，實現產生高附加值產品的集成開發(fā)活動。汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.數字化產品開發(fā)概念數字化產品共享性異地協同設計可視性虛擬產品開發(fā)可變性參數化、變量化、模塊化離散性反求和快速原型汽車數字化開發(fā)技術

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頁2.數字化設計內涵以計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程分析(CAE)為基礎的數字化設計(DigitalDesign，DD)技術和以計算機輔助制造(CAM)為基礎的數字化制造(DigitalManufacturing，DM)技術，是產品數字化開發(fā)技術的核心。汽車數字化開發(fā)技術

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頁2.數字化設計內涵典型的產品開發(fā)周期圖

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頁2.數字化設計內涵綜上所述，數字化設計(DD)是以實現新產品設計為目標，以計算機軟硬件技術為基礎，以數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都屬于產品數字化設計技術的范疇。汽車數字化開發(fā)技術

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頁2.數字化設計內涵廣義的數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，以實現產品拓撲結構和性能特征的優(yōu)化。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程根據現代設計程式化、邏輯化的產品設計思想，產品的開發(fā)有一定的邏輯可循，一般來說，產品的設計過程可以分為5個階段:①計劃階段、②設計階段、③試制階段、④批量生產階段⑤銷售階段。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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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化設計、機構綜合設計法、參數優(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五銷售階段信息反饋反饋控制法3.數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、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、人機工程、工藝美術造型、包裝運輸等因素，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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數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，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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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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)的數字化產品開發(fā)模式3.數字化設計過程2、產品開發(fā)與數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，也是數字化制造的重要研究內容和發(fā)展方向。利用虛擬現實技術，可以以計算機仿真技術基礎在計算機中構筑數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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁設計階段數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、數控編程等產品不同設計階段與數字化設計之間的關系3.數字化設計過程傳統機械產品設計方式，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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程3、數字化設計過程傳統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據，并在任務完成后將數據輸出到下游。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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程產品數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)已經開始利用現代信息技術來改進傳統的產品設計過程，標志著數字化設計的開始。

(2)面向產品全生命周期：

數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、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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程(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，為了實現設計過程中的相互協作，產品設計人員可以在PDM支持的網絡環(huán)境下，并行協同地完成產品設計、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PDM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。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.數字化設計過程(6)協同性：

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同交互，因此，數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作完成的。(8)異構性：

數字化設計中所采用的操作系統及相應的CAD/CAM/CAE/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，數字化設計是在異構環(huán)境中運行的。汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.4現代設計方法優(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)技術參數化設計汽車數字化開發(fā)技術

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頁1.優(yōu)化設計優(yōu)化設計是以最優(yōu)化數值計算方法為基礎，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就能簡單地予以解決的。數學領域的分支——數學規(guī)劃理論，提供了很多求優(yōu)的數值方法，這些方法都以在計算機上進行的大量的數值迭代計算為基礎。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學模型。汽車數字化開發(fā)技術

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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?？煽啃栽O計是應用可靠性理論、技術和設計參數的統計數據，在給定的可靠性指標下，對零部件及整個系統進行設計。汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、可靠性工程

可靠性數學：用來定量描述系統可靠性的數學工具。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。①可靠度R()：

系統在規(guī)定工作時間內無故障的概率。如數字電壓表工作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()。汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、可靠性設計②故障率λ：系統工作到時刻時單位時間內發(fā)生故障的概率。③平均無故障工作時間：系統在相鄰兩次故障間隔內有效工作時的平均時間。④平均故障修復時間：系統出現故障后到恢復正常工作時的平均時間。汽車數字化開發(fā)技術

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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,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.在系統中，根據可靠性數據的特點，建立相應的數學模型，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、零件的故障分布的密度函數)及相關的可靠性特征量。汽車數字化開發(fā)技術

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頁3.概念設計概念設計：在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當的作用原理及其組合等，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。汽車數字化開發(fā)技術

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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。汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.產品工業(yè)造型設計工業(yè)設計(IndustrialDesign,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(ProductDesign,PD)：也稱為工業(yè)(產品)造型設計；(2)企業(yè)形象(CorporateIdentitySystem,CIS)設計和視覺傳達設計(VCD，VisualCommunicationDesign)：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(EnvironmentDesign,ED)：包括建筑與室內裝飾設計、店容與櫥窗設計、庭院與園林設計等內容。汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.產品工業(yè)造型設計在工業(yè)設計的3個領域中，產品設計是主體與核心。現代工業(yè)設計方法和設計技術是建立在電腦技術、人機工程、價值工程、技術美學、設計方法學和設計管理等學科的基礎上的。汽車數字化開發(fā)技術

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頁4.產品工業(yè)造型設計工業(yè)造型設計的基本內容有：(1)產品的人機工程設計，或稱宜人性設計

使產品與人的生理心理等方面因素相適應，以求得人-機-環(huán)境的協調和優(yōu)良匹配，從而達到產品使用的安全、舒適和高效。(2)產品的形態(tài)和色彩設計

使產品的形體構成符合美學法則，具有適宜的色彩配置、表面質感和肌理，獲得能給人美感的產品款式。這是把文化、精神因素融匯到工業(yè)產品中去的創(chuàng)造活動。(3)產品的標志、銘牌、包裝、樣本及說明書等的設計汽車數字化開發(fā)技術

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頁5.計算機輔助工程(CAE)設計CAE是一種迅速發(fā)展的信息技術，是實現重大工程和工業(yè)產品的計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設計的工程軟件，是支持工程科學家進行創(chuàng)新研究和工程師進行創(chuàng)新設計的、最重要的工具和手段。CAE包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面，但是傳統的CAE主要指用計算機對工程和產品的功能、性能與安全可靠性進行計算、優(yōu)化設計，對未來的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬仿真，及早發(fā)現設計缺損，改進和優(yōu)化設計方案，證實未來工程/產品的可用性與可靠性。汽車數字化開發(fā)技術

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頁5.計算機輔助工程(CAE)設計汽車數字化開發(fā)技術

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頁6.計算機輔助設計(CAD)技術CAD是工程技術人員以計算機與CAI軟件為工具，結合各自的專業(yè)知識。對產品進行設汁、分析和編寫技術文檔、優(yōu)化設計方案，并繪制出產品或零件圖的過程。CAD習慣上指應用于幾何建模和結構設計的計算機輔助設計技術、其功能一般有幾何建模、特征建模、物性計算等，以及一般軟件使用操作，數據存儲、顯示和輸出等。CAD系統的發(fā)展和應用使傳統的、依靠手工繪圖的產品設計方法發(fā)生了深刻的變化，產生了巨大的社會經濟效益。汽車數字化開發(fā)技術

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頁7.參數化設計參數化設計(ParametricDesign)采用尺寸驅動的方式改變及和約束構成的幾何模型，在求解幾何約束模型時，采用順序求解的方法，一般要求全約束。參數化設計的本質是在可變參數的作用下，系統能夠自動維護所有的不變參數。因此，參數化模型中建立的各種約束關系，正是體現了設計人員的設計意圖。汽車數字化開發(fā)技術

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頁7.參數化設計在參數化設計系統中，設計人員根據工程關系和幾何關系來指定設計要求。要滿足這些設計要求，不僅需要考慮尺寸或工程參數的初值，而且要在每次改變這些設計參數時來維護這些基本關系，即將參數分為兩類：①各種尺寸值，稱為可變參數；②幾何元素間的各種連續(xù)信息，稱為不變參數。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

第77

頁7.參數化設計參數化程序設計的基本過程是：

創(chuàng)造原始圖形；

確定繪圖參數；確定原始圖形參數與具體結構參數之間的關系；

產生設計圖紙及相關文檔。

整個過程需要數據庫及數據庫管理系統對各種數據、圖形進行存儲及管理。利用參數化設計可以十分容易的修改圖形，并能繼承以往的某些產品設計的經驗和知識。汽車數字化開發(fā)技術

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頁第2章

汽車產品數字化開發(fā)基礎2.1汽車數字化建模技術2.2汽車的基于知識工程技術2.3汽車可視化技術2.4工程數據庫2.5汽車產品全生命周期設計2.6協同設計與網絡化制造2.7汽車大規(guī)模定制2.8汽車并行工程汽車數字化開發(fā)技術

第79

頁2.1汽車數字化建模技術產品建模技術基本概念汽車幾何建模技術汽車特征建模技術汽車集成建模技術2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁一、基本概念建模定義:

對于現實世界中的物體，從人們的想象出發(fā)，利用交互的方式將物體的想象模型輸入計算機，計算機以一定的方式將模型存儲起來，這種過程稱為建模。涉及一組活動、方法和工具來建立描述企業(yè)不同側面的模型。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

第81

頁一、基本概念產品建模也稱產品造型，根據幾何模型提供的各種信息，可以進行裝配件的干涉檢查，進行有限元分析，結構分析、仿真、生成數控加工程序等后續(xù)應用。建模技術又是CAD系統的核心技術，沒有數字產品模型，數據的交換、共享與集成就失去了對象。目前主要的建模方法有幾何建模、特征建模、裝配化建模和近年來新發(fā)展起來的集成化建模技術等。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

第82

頁建模過程就是一個產生、存儲、處理、表達現實世界的過程?，F實物體抽象化（外部模型）理想模型格式化描繪計算機內部模型信息模型一、基本概念汽車數字化開發(fā)技術

第83

頁二、幾何建模技術2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術第84

頁所謂幾何建模系統是指能夠定義、描述、生成幾何實體，并能交互編輯的系統。計算機內部幾何的表達方式可以是二維或三維模型。二維模型幾何表達的基本元素是點、線、面或符號，主要用于細節(jié)部分的設計和計算機工程圖的繪制。常用的三維建模有：線框建模、表面建模、實體建模。二、幾何建模技術2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

第85

頁二、幾何建模技術

1、線框建模

利用基本線素來定義設計目標的棱線部分而構成的立體框架圖。由一系列的直線、圓弧、點及自由曲線組成，描述的是產品的輪廓外形。在計算機內部生成三維映像，還可實現視圖變換及空間尺寸的協調。汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、幾何建模技術線框建模的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：所需信息最少，數據運算簡單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌握，處理時間短。缺點：在線框模型中由于沒有面和體的概念，因此無法區(qū)分物體的內部和外部，斷面也無法表達。由于表面信息的缺乏，對于圖形描述來說，消隱工作無法自動進行，必須采用繁瑣的交互工作方式來完成，中等復雜程度的零件用這種方式進行建模就已經是非常困難，更無法采用連接許多簡單的幾何對象來構造復雜的零件。

汽車數字化開發(fā)技術

第87

頁

線框建模的局限性：

幾何意義的二義性，即一個線框模型可能被解釋為若干個有效幾何體。

結構體的空間定義缺乏嚴密性；

拓撲關系缺乏有效性；

描述的結構體無法進行消隱、干涉檢查、物性計算。二、幾何建模技術汽車數字化開發(fā)技術

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頁2、表面建模

①將物體分解成組成物體的表面、邊線和頂點，用頂點、邊線和表面的有限集合來表示和建立物體的計算機內部模型。②表面建模是通過對實體的各個表面或者曲面進行描述而構成實體模型的一種建模方法，用面來定義一個物體，并能精確確定物體表面上任意一個點的X、Y、Z坐標值。

二、幾何建模技術汽車數字化開發(fā)技術

第89

頁

表面建模的特點：①表達了零件表面和邊界定義的數據信息，有助于對零件進行渲染等處理，有助于系統直接提取有關面的信息。②在物體性能計算方面，面信息的存在有助于對物性方面與面積有關的特征計算，同時對于封閉的零件，采用掃描等方法也可實現與體積等物理性能有關的特征計算。③表面建模方式生成的零部件及產品可分割成板、殼單元形式的有限元網格。二、幾何建模技術汽車數字化開發(fā)技術

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頁

3、

實體建模

定義：定義一些基本體素，通過基本體素的集合運算或變形操作生成復雜形體的一種建模技術。能夠定義三維物體的內部結構形狀，能完整地描述物體的所有幾何信息和拓撲信息，包括物體的體、面、邊和頂點的信息。特點：①可以提供實體完整的信息；②可以實現對可見邊的判斷，具有消隱的功能；③能順利實現剖切、有限元網格劃分、直到NC刀具軌跡的生成。二、幾何建模技術汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、幾何建模技術缺點：

實體建模只存儲了形體的幾何形狀信息，缺乏產品開發(fā)全生命周期所需的信息，諸如材料、加工特征信息、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、裝配要求等信息，不能構成符合STEP標準的產品模型。

汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、幾何建模技術按照物體生成的方法不同，實體建模方法可分為：

(1)體素法通過基本體素（如長方體、圓柱、圓環(huán)、圓球等）的集合運算（布爾運算）構造幾何實體的建模方法。每一基本體素具有完整的幾何信息，是現實生活中真實而唯一的三維實體。汽車數字化開發(fā)技術

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頁常用基本體素布爾運算汽車數字化開發(fā)技術

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頁

(2)掃描法利用基體的變形操作實現表面形狀較為復雜的物體的建模方法稱為掃描法，又分為平面輪廓掃描和整體掃描兩種方法。

基本原理:用曲線、曲面或形體沿某一路徑運動后生成2D或3D的物體。掃描變換需要兩個分量，一是給出一個運動形體，稱為基體；另一個是指定形體運動的路徑。二、幾何建模技術汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、幾何建模技術(1)平面輪廓掃描法

由任一平面輪廓在空間平移一個距離或繞一固定的軸旋轉就會掃描出一個實體汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、幾何建模技術（2）整體掃描法

首先定義一個三維實體作為掃描基體，即一個“運動的物體”，讓此基體在空間運動，運動可以是沿某一方向移動，也可以是繞某一軸線轉動，或繞某一點擺動。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁三、特征建模技術特征建模技術出現原因：幾何建模很難滿足集成的要求。主要表現在以下兩方面：1)低層次的幾何信息通常CAD系統只產生層次較低的幾何信息，而CAPP及CAM系統則需要較高層次的信息，主要包括幾何形狀、形狀特征、尺寸、公差、材料特性、表面粗糙度、裝配要求等。2)低層次的設計環(huán)境一般實體建模系統利用體單元和平面輪廓掃描等造型，這樣以某種結構形狀來表達某種功能的設計思想，容易限制設計者創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。另外，實體模型一旦建立，修改不方便，難以滿足工程設計中重復設計、反復修改的設計方法。汽車數字化開發(fā)技術

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頁通過分析機械產品大量的零件圖樣信息和加工工藝信息，可將構成零件的特征分為六大類。(1)管理特征與零件管理有關的信息集合，如標題欄信息(如零件名、圖號、設計者、設計日期等)。(2)技術特征描述零件的性能和技術要求等信息。(3)材料特征描述零件材料、熱處理和條件等有關的信息。如材料性能、熱處理方式、硬度值等。(4)精度特征描述零件幾何形狀、尺寸的許可變動量的信息集合，包括公差(尺寸公差和形位公差)和表面粗糙度等。(5)形狀特征描述與零件幾何形狀、尺寸相關的信息集合，包括功能形狀、加上工藝形狀(如退刀槽、工藝凸臺等)、裝配輔助形狀。(6)裝配特征描述零件在裝配過程中將使用的信息，如零、部件的相關方向、相互作用面和配合關系等。三、特征建模技術汽車數字化開發(fā)技術

第99

頁2024/4/8一種形狀特征的分類方法汽車數字化開發(fā)技術

第100

頁四、集成建模技術就信息集成角度看，集成是指CAD、CAPP、CAM各模塊之間信息的提取、交換、共享和處理的集成，即信息流的整體集成。實現這種集成需具備兩個基本要素：(1)CAD系統能提供完備的、統一的、符合某種標準的產品信息模型，使CAPP及CAM環(huán)節(jié)能從該模型中獲取所需要的信息，并最終將CAD模型轉換成制造模型。(2)CAD/CAM各模塊之間能通暢地進行數據傳遞與交換，交換方式可以是數據庫接口或符合某種規(guī)范的格式文件或數據庫。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

第101

頁四、集成建模技術產品信息模型包括三個層次的信息，即零件層、特征層和幾何層。1)零件層主要反映零件的總體信息，其中包括零件的名稱、編號、批量、材料名稱、材料牌號和性能、設計者及設計日期等信息。2)特征層主要反映零件的形狀、精度和加工要求。組成零件的所有特征，其定型、定位參數包括公差、粗糙度、材料熱處理要求和與一定加工方法相對應的形狀特征、特征的主輔層關系和加工方位等均在特征層中表示。3)幾何層它主要反映零件點、線、面的幾何/拓撲信息，是實體造型系統的基本單元。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

第102

頁2024/4/8基于特征的產品集成模型結構零件特征信息模型技術特征模型

管理特征模型形狀特征模型精度特征模型材料特征模型裝配特征模型幾何/拓撲信息模型附屬關系引用關系附屬關系引用關系零件層特征層幾何層第103

頁2.2汽車的基于知識工程技術基于知識的工程概述KBE的技術體系結構KBE的知識處理基于知識工程的產品開發(fā)系統KBE在汽車產品開發(fā)中的應用2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

第104

頁一、基于知識的工程KBEKBE(KnowledgeBasedEngineering)基本思想:重復利用知識和經驗。KBE技術能貫穿于整個設計過程,并且把一些成熟的經驗知識、理論公式、設計規(guī)范等直接應用到設計過程中的各個環(huán)節(jié)。使設計有了各種約束條件,并且為推理提供依據。KBE技術還可以把每次的設計實例與獲得的知識和經驗積累起來,以便重復利用。汽車數字化開發(fā)技術

第105

頁二、KBE的技術體系結構KBE技術在層次結構上可以分為三個層次：核心層

它以智能技術為核心,主要涉及領域知識的獲取技術、表示方法、推理與匹配機制和領域知識的維護。集成技術層

它包括CAD、CAM、CAE以及PDM等技術的集成。應用層

它反映了KBE技術面向不同的應用領域應用時的機制和管理體系。汽車數字化開發(fā)技術

第106

頁二、

KBE的技術體系結構KBE是一個典型的CAD/CAM/CAE/AI的集成體系，KBE實施的關鍵技術除了集成技術外，還取決于CAD、CAM和CAE各單元技術本身的實施，產品的設計、制造和分析技術是實施的基礎，關鍵技術是知識系統的重新運用。系統集成平臺面向對象的設計CAD/CAMCAE/PDMAI系統用戶接口公共數據庫幾何學數據庫知識庫汽車數字化開發(fā)技術

第107

頁三、

KBE的知識處理KBE的知識處理技術主要包括3個方面:知識的獲取知識的表達知識的推理汽車數字化開發(fā)技術

第108

頁1、知識的獲取

利用計算機對數據進行加工,將數據轉換為信息。知識既不是數據,也不是信息,它是結構性經驗、關聯信息及專家見識的流動組合,是對信息的應用。

三、

KBE的知識處理數據知識信息被組織成為

提取和加工數據、信息和知識之間的關系知識的獲得方式有:與多個專家面談，從專業(yè)設計手冊、專業(yè)期刊和專業(yè)學術會議等獲得。目前，知識獲取領域的研究熱點是用數據庫管理系統來存儲數據，用機器學習的方法來分析數據，挖掘大量數據背后的知識。從數據庫中挖掘出來的知識可以應用于信息管理、過程控制、決策支持和工程設計等領域。知識的獲得方式有:與多個專家面談，從專業(yè)設計手冊、專業(yè)期刊和專業(yè)學術會議等獲得。目前，知識獲取領域的研究熱點是用數據庫管理系統來存儲數據，用機器學習的方法來分析數據，挖掘大量數據背后的知識。從數據庫中挖掘出來的知識可以應用于信息管理、過程控制、決策支持和工程設計等領域。汽車數字化開發(fā)技術

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頁三、

KBE的知識處理2、知識的表達知識的表達必遵循一定的原則與方法：1)表達的充分性，指是否有能力表達有關領域中所需的各種知識。2)推理的充分性，指是否有能為以有效的方式來管理知識表示的結構，進而能從舊知識中推理出新的結構，以解決各種不同類型的問題。3)推理的有效性，指能否方便地使用這些結構所表達的知識進行推理，并以高效的方式支持問題求解過程。4)獲取的有效性，指能否方便而有效地將新知識添加到表示結構中，并在適當的時候方便地對知識進行刪除、修改等。汽車數字化開發(fā)技術

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頁三、

KBE的知識處理

3、知識的推理推理就是按某種策略由已知判斷推出另一判斷的思維過程。一般來說,推理都包括兩種判斷:一種是已知的判斷,它包括已掌握的與求解問題有關的知識及關于問題的已知事實;另一種是由已知判斷推出的新判斷,及推理的結論。知識推理方法一般可分為:數據驅動(又稱為自底向上、向前鏈和先行推理)、目標驅動(又稱為自頂向下、向后鏈和后行推理)和混合驅動(數據驅動與目標驅動相結合)等方法。汽車數字化開發(fā)技術

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頁三、

KBE的知識處理KBE的產品開發(fā)系統核心是重用以前的各種知識主要包括:設計標準、設計經驗和已有設計成果等。實現配置設計的方法一般有基于規(guī)則的方法、基于模型的方法和基于實例的方法等。根據基于知識的產品開發(fā)的特點,在配置設計階段我們一般采用基于實例的方法和基于規(guī)則的方法相結合來實現。汽車數字化開發(fā)技術

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頁白車身生產線規(guī)劃管理系統汽車白車身制造生產線復雜，因此，可以考慮借助計算機完成對白車身的生產線規(guī)劃，創(chuàng)建一個有力的白車身規(guī)劃平臺，并積累各種新進車型的生產線規(guī)劃知識，形成公司內部的數據知識庫。目前現有的白車身工藝規(guī)劃商業(yè)軟件都建有支持協同和并行工程的公共平臺。這樣，制造信息得以共享，工藝人員借助工具，進行工藝規(guī)劃。2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁白車身生產線規(guī)劃管理系統然而，這些白車身規(guī)劃商業(yè)軟件也有不足之處:其零件庫、資源庫和操作庫等是建立在基于信息共享的基礎之上，不具備工藝知識利用、知識處理的功能，也沒有工藝推理、工藝解釋和提示功能。這些軟件是工藝人員的強有力工具，而不是得力“助手”。2024/4/8用戶知識輸入請求知識修改請求知識刪除請求知識檢索請求知識瀏覽請求知識輸出請求白車身工藝及生產線規(guī)劃知識管理系統底層知識庫讀出寫入白車身工藝及生產線規(guī)劃知識管理系統示意圖汽車數字化開發(fā)技術

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頁2.3可視化技術可視化的分支科學計算可視化數據可視化信息可視化可視化仿真技術可視化編程技術汽車數字化開發(fā)技術

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頁

一、可視化技術(Visualization)一種用圖形化來表現數據集的技術。當數據非常復雜或是抽象的時候,可視化技術可以讓人們更加容易理解。本意是使某物圖像化、圖形化,從而能夠清晰、直觀地呈現事實上,將任何抽象的事務、過程變成圖形圖像的表示。結繩記事汽車數字化開發(fā)技術

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頁一、可視化技術

可視化技術的意義大大加快了數據的處理速度,使每日每時都在產生的龐大數據得到有效的利用實現人與人、人與機器之間的圖像通訊,增強了人們觀察事物規(guī)律的能力使科學家在得到計算結果的同時,知道在計算過程中發(fā)生了什么現象,并可改變參數,觀察其影響,對計算過程實現引導和控制。汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、科學計算可視化

用計算機圖形學和圖像處理技術,將科學計算過程中產生的數據及計算結果轉換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來并進行交互處理的理論、方法和技術。

涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計及圖形用戶界面等多個研究領域。汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、科學計算可視化

科學計算可視化(VisualizationinScientificComputation，ViSC)的目的——理解自然的本質

要達到這個目的,科學家把科學數據,包括測量獲得的數值或是計算中涉及、產生的數字信息變?yōu)橹庇^的、以圖形圖像形式表示的、隨時間和空間變化的物理現象或物理量呈現在研究者面前,使他們能夠觀察、模擬和計算。

汽車數字化開發(fā)技術

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頁二、科學計算可視化

科學計算可視化過程可細化為以下四個步驟：過濾

預處理原始數據、轉換數據形式、濾掉

噪聲、抽取感興趣的數據等；映射

將過濾后的數據映射為幾何元素,

常見有點線、面圖元、三維體圖元等；繪制

幾何元素繪制,得到結果圖像；反饋

顯示圖像,并分析得到的可視結果。汽車數字化開發(fā)技術

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頁三、數據可視化

1、數據可視化是對大型數據庫或數據倉庫中的數據的可視化。包括科學計算數據的可視化、工程數據和測量數據的可視化。現代的數據可視化技術指的是運用計算機圖形學和圖像處理技術,將數據轉換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來,并進行交互處理的理論、方法和技術。汽車數字化開發(fā)技術

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頁三、數據可視化

2、數據可視化技術的基本思想：

將數據庫中每一個數據項作為單個圖元元素表示,大量的數據集構成數據圖像,同時將數據的各個屬性值以多維數據的形式表示,可以從不同的維度觀察數據,從而對數據進行更深入的觀察和分析。汽車數字化開發(fā)技術

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頁三、數據可視化

3、主要特點有：交互性：用戶可以方便地以交互的方式管理和開發(fā)數據；多維性：可以看到表示對象或事件的數據的多個屬性或變量,而數據可按其每一維的值,將其分類、排序、組合和顯示；可視性：數據可以用圖像、曲線、二維圖形、三維體和動畫來顯示,并可對其模式和相互關系進行可視化分析。汽車數字化開發(fā)技術

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頁四、信息可視化信息可視化使用計算機支撐的、交互性的、對抽象數據的可視表示法,以增強人們對抽象信息的認知。它實際上體現了人們不僅需要對海量數據進行存儲、傳輸、檢索及分類等,還迫切地需要了解數據之間的相互關系和發(fā)展趨勢。實際上,在激增的數據背后,隱藏著許多重要的信息,人們希望能夠對其進行更高層次的分析,以便更好地利用這些數據。汽車數字化開發(fā)技術

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頁數據、信息、知識可視化的比較2024/4/8汽車數字化開發(fā)技術

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頁分類數據可視化信息可視化知識可視化可視化對象空間數據非空間數據人類的知識可視化目的將抽象數據以直觀的方式表示出來從大量抽象數據中發(fā)現一些新信息促進群體知識的傳播和創(chuàng)新可視化方式計算機圖形、圖像計算機圖形、圖像繪制的草圖、知識圖表、視覺隱喻等交互類型人機交互人機交互人機交互五、可視化技術的應用地質勘探利用模擬人工地震的方法,可以獲得地質巖層信息。通過數據特征的抽取和匹配,可以確定地下的礦藏資源。用可視化方法對模擬地震數據的解釋，可以大大提高地質勘探的效率和安全性。氣象預報的準確性依賴于對大量數據的計算和對計算結果的分析。一方面,可視化可將大量的數據轉換為圖像,在屏幕上顯示出某一時刻的等壓面、等溫面、云層的位置及運動、暴雨區(qū)的位置及其強度、風力的大小及方向等,使預報人員能對未來的天氣作出準確的分析和預測。另一方面,根據全球的氣象監(jiān)測數據和計算結果,可將不同時期