汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)

前言

　　“汽車——改變世界的機器”，這是對汽車在人類歷史發(fā)展中所起作用的概括與描述。近年來，我國汽車企業(yè)面臨越來越大的競爭壓力，不僅是如何借助引進技術(shù)與合資，以較低的成本生產(chǎn)出較高性能的汽車；而且更面臨如何開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)與品牌、具有國際競爭力汽車的重大挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，我國汽車企業(yè)必須掌握新的數(shù)字化設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)的理論、技術(shù)和手段，只有這樣才能在激烈的市場競爭中占有一席之地，得以生存與發(fā)展?！　”緯饕Y(jié)合我國汽車工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，解決企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中所面臨的對汽車產(chǎn)品性能要求越來越高、上市時間加快和產(chǎn)品生命周期不斷縮短等問題。因此，提出實施數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)策略，給出與其相關(guān)的一系列研究理論與方法，著重闡述其關(guān)鍵支撐技術(shù)——C3P（CAD／CAE／CAM／PDM（PIM））、虛擬原型和虛擬制造、產(chǎn)品開發(fā)的組織和管理等，以實現(xiàn)新產(chǎn)品設(shè)計的快速啟動，并在開發(fā)早期進行及時的驗證，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，提高產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力，進而提高產(chǎn)品市場競爭能力。　　近年來，圍繞“安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適和智能化”等幾大主題，汽車設(shè)計技術(shù)有了飛速的發(fā)展，在“兼并、重組和全球化”的浪潮中，我國汽車工業(yè)顯現(xiàn)出從未有過的生機與活力，對汽車專業(yè)人才的培養(yǎng)也有了更高的要求，迫切需要反映其最新理論與成果的專著?！　”緯亲髡咴诙嗄暄芯砍晒幕A(chǔ)上撰寫而成。許多研究工作是在與美國等地的國際合作重點項目、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）項目、上海汽車工業(yè)科技發(fā)展基金等的資助下完成的。本書是一部反映這方面成果的著作，其出版對國內(nèi)汽車工業(yè)開發(fā)設(shè)計手段的提高與人才的培養(yǎng)具有一定的促進作用。　　衷心感謝郭孔輝院士和周勤之院士為本書作序；本書凝聚著我的博士生及碩士生的心血，沒有他們的工作，本書的出版也是不可能的，特別要提到的是盛云博士；此外，對張曙教授表示深深的敬意；最后，感謝本書所引參考文獻的作者，因本書的撰寫時間較長，可能有些文獻已記不清出處或遺漏，請相關(guān)作者諒解。　　“汽車的數(shù)字化開發(fā)技術(shù)”所涉及的內(nèi)容與范圍實在太廣。本書相關(guān)內(nèi)容的闡述作者努力做到系統(tǒng)、完整。由于作者水平有限，書中的不妥之處在所難免，懇望讀者提出批評、指正。

內(nèi)容概要

本書較系統(tǒng)地介紹了汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù)，從產(chǎn)品快速成型的基本概念到汽車的數(shù)字化原型設(shè)計，以計算機仿真和產(chǎn)品全生命周期建模為基礎(chǔ)，集計算機圖形學、知識工程和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為一體，在虛擬和半虛擬的環(huán)境下，對產(chǎn)品進行構(gòu)思、設(shè)計、分析制造和測試，以實現(xiàn)新產(chǎn)品研發(fā)的快速啟動，并在開發(fā)早期進行有效驗證，保證盡快開發(fā)成功，并投入批量生產(chǎn)。此外，通過數(shù)字化開發(fā)技術(shù)可以實現(xiàn)設(shè)計與分析等的集成，促進異地協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的實現(xiàn)，并為創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)提供良好的條件。    本書是反映目前汽車開發(fā)先進技術(shù)、手段與方法的專著，可作為以汽車為代表的各種運載器具專業(yè)的高等院校研究生教材，也可作為相關(guān)企業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

吳光強，同濟大學教授，博士生導師，汽車仿真技術(shù)研究所所長，中國機械工程學會流體傳動與控制分會委員、國家高科技發(fā)展計劃（863）、國家自然科學基金委員會評審專家，上海市技術(shù)預見專家，International Journal of ITS Research（日本）和《傳動技術(shù)》等雜志編委。多年從

書籍目錄

序言一序言二前言第一章　緒論　第一節(jié)　從制造大國走向制造強國　第二節(jié)　產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略　第三節(jié)　產(chǎn)品開發(fā)的內(nèi)涵　第四節(jié)　產(chǎn)品的數(shù)字化開發(fā)　參考文獻第二章　汽車產(chǎn)品開發(fā)基礎(chǔ)　第一節(jié)　零件幾何建模　第二節(jié)　特征處理　第三節(jié)　工程數(shù)據(jù)庫　第四節(jié)　基于知識的工程（KBE）　第五節(jié)　可靠性、安全性和主動容錯性技術(shù)　參考文獻第三章　汽車數(shù)字化原型設(shè)計　第一節(jié)　汽車的概念設(shè)計　第二節(jié)　使用參數(shù)化原型的汽車設(shè)計　第三節(jié)　汽車的逆向設(shè)計　第四節(jié)　汽車設(shè)計中的CAE技術(shù)　第五節(jié)　考慮制造的汽車設(shè)計與分析　第六節(jié)　汽車設(shè)計與分析的集成　參考文獻第四章　汽車優(yōu)化設(shè)計　第一節(jié)　汽車的可靠性分析與耐久性優(yōu)化設(shè)計　第二節(jié)　汽車的拓撲優(yōu)化設(shè)計　第三節(jié)　汽車的多目標優(yōu)化設(shè)計　第四節(jié)　汽車車身的多學科優(yōu)化　參考文獻第五章　汽車性能與品質(zhì)分析　第一節(jié)　車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的一階分析　第二節(jié)　汽車NVH特性分析　第三節(jié)　汽車多軸疲勞壽命分析　第四節(jié)　汽車外流場的計算流體動力　學分析　第五節(jié)　汽車多體系統(tǒng)動力學仿真　參考文獻第六章　汽車虛擬試驗　第一節(jié)　虛擬樣車的建立　第二節(jié)　基于虛擬試驗室的虛擬樣車驗證　第三節(jié)　汽車碰撞安全性仿真　第四節(jié)　汽車主動安全系統(tǒng)開發(fā)的混合仿真技術(shù)……第七章　虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車開發(fā)中的應(yīng)用第八章　產(chǎn)品開發(fā)的組織和管理

章節(jié)摘錄

　　為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)和加工成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品開發(fā)過程鏈中各項任務(wù)的信息連接及采用各種建模和仿真技術(shù)是非常必要的。產(chǎn)品開發(fā)的復雜性往往表現(xiàn)在要面向完全不同、有時甚至是相互矛盾的優(yōu)化目標，這對于新產(chǎn)品決策來說，是一個很大的挑戰(zhàn)。　　近年來，產(chǎn)品開發(fā)的概念不斷變化，隨著不同目標的設(shè)定而不斷擴展。例如，以創(chuàng)造價值作為出發(fā)點，新產(chǎn)品的市場成功是一個企業(yè)致力追求的目標。因此，開發(fā)適應(yīng)于不斷變化市場要求的新產(chǎn)品是企業(yè)帶有戰(zhàn)略性的核心工作。換句話說，就是不失時機地通過產(chǎn)品規(guī)劃開發(fā)新的和修改已有產(chǎn)品、淘汰不成功的和過時的產(chǎn)品?！　∪碌漠a(chǎn)品開發(fā)往往要冒很大的經(jīng)濟風險。因為在開發(fā)初期，對產(chǎn)品成功的邊界條件知道甚少。因此，事先要進行市場調(diào)查，以便客觀評估規(guī)劃中的新產(chǎn)品被市場接受的可能性。開發(fā)新產(chǎn)品的過程，不僅是尋找新的技術(shù)方案，還包括分析競爭對手的產(chǎn)品趨向?！　≡诋a(chǎn)品研究中得到的大量新知識，是有效進行產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。因此要建立一個從不同來源得到的知識庫，如市場研究、專利分析、設(shè)計方法和工藝研究、以前產(chǎn)品開發(fā)中取得的經(jīng)驗等；還包括企業(yè)環(huán)境、，市場銷售狀況、原材料、供貨商、新的和已有的工藝原理，以及重要的法律和規(guī)章制度等知識?！　‘a(chǎn)品開發(fā)需要有一個針對明確目標的規(guī)劃。對于復雜的產(chǎn)品的開發(fā)需要系統(tǒng)地劃分為若干步驟進行。開發(fā)創(chuàng)新是有目標地評價和應(yīng)用研究成果及經(jīng)驗的過程。當然，這些都是以不斷地提供必要的知識為前提條件的?！　≡诋a(chǎn)品規(guī)劃階段，要列出產(chǎn)品的具體技術(shù)特征和規(guī)格，并詳細描述與市場關(guān)系重大的產(chǎn)品特性。在設(shè)計階段，就是根據(jù)產(chǎn)品特性模型，開始按功能、幾何、結(jié)構(gòu)、工藝等觀點進行產(chǎn)品的造型設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計?！　‘a(chǎn)品的制造過程在設(shè)計階段就應(yīng)該通過生產(chǎn)計劃著手準備。產(chǎn)品模型信息應(yīng)盡量完整，使樣件加工或批量加工都能順利實現(xiàn)。產(chǎn)品的制造還可以借助建模和仿真工具在計算機上進行。通過加工模型描述了加工設(shè)備的系統(tǒng)特性，而且可以檢驗產(chǎn)品是否可以用所提供的加工手段加工出所要求的質(zhì)量。虛擬產(chǎn)品制造和試驗可以用于證實所設(shè)計產(chǎn)品的正確性，防止重大失誤?！　∑駷橹?，產(chǎn)品的使用及其報廢過程還沒有充分利用計算機輔助工具。由于環(huán)境保護的要求，環(huán)保法規(guī)對產(chǎn)品制造和使用的限制日益嚴格。與環(huán)境協(xié)調(diào)的觀點不僅涉及到產(chǎn)品的制造和使用，同樣也涉及產(chǎn)品的報廢處理問題。對報廢產(chǎn)品的重復使用、再制造以及繼續(xù)形成可利用資源的可能性，必須在產(chǎn)品開發(fā)早期予以考慮。還有已有產(chǎn)品在使用中暴露出的問題，應(yīng)在新產(chǎn)品規(guī)劃階段作為反饋信息提供，以便在產(chǎn)品規(guī)劃和開發(fā)階段虛擬地優(yōu)化產(chǎn)品模型的質(zhì)量和完整性。

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