汽車(chē)數(shù)字化開(kāi)發(fā)技術(shù)

前言

　　“汽車(chē)——改變世界的機(jī)器”，這是對(duì)汽車(chē)在人類(lèi)歷史發(fā)展中所起作用的概括與描述。近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)企業(yè)面臨越來(lái)越大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，不僅是如何借助引進(jìn)技術(shù)與合資，以較低的成本生產(chǎn)出較高性能的汽車(chē)；而且更面臨如何開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)與品牌、具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力汽車(chē)的重大挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，我國(guó)汽車(chē)企業(yè)必須掌握新的數(shù)字化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的理論、技術(shù)和手段，只有這樣才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，得以生存與發(fā)展?！　”緯?shū)主要結(jié)合我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，解決企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中所面臨的對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品性能要求越來(lái)越高、上市時(shí)間加快和產(chǎn)品生命周期不斷縮短等問(wèn)題。因此，提出實(shí)施數(shù)字化產(chǎn)品開(kāi)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(kāi)發(fā)的組織和管理等，以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的快速啟動(dòng)，并在開(kāi)發(fā)早期進(jìn)行及時(shí)的驗(yàn)證，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力，進(jìn)而提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力?！　〗陙?lái)，圍繞“安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適和智能化”等幾大主題，汽車(chē)設(shè)計(jì)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(guó)汽車(chē)工業(yè)顯現(xiàn)出從未有過(guò)的生機(jī)與活力，對(duì)汽車(chē)專(zhuān)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(zhuān)著?！　”緯?shū)是作者在多年研究成果的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)而成。許多研究工作是在與美國(guó)等地的國(guó)際合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目、上海汽車(chē)工業(yè)科技發(fā)展基金等的資助下完成的。本書(shū)是一部反映這方面成果的著作，其出版對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)手段的提高與人才的培養(yǎng)具有一定的促進(jìn)作用。　　衷心感謝郭孔輝院士和周勤之院士為本書(shū)作序；本書(shū)凝聚著我的博士生及碩士生的心血，沒(méi)有他們的工作，本書(shū)的出版也是不可能的，特別要提到的是盛云博士；此外，對(duì)張曙教授表示深深的敬意；最后，感謝本書(shū)所引參考文獻(xiàn)的作者，因本書(shū)的撰寫(xiě)時(shí)間較長(zhǎng)，可能有些文獻(xiàn)已記不清出處或遺漏，請(qǐng)相關(guān)作者諒解?！　　捌?chē)的數(shù)字化開(kāi)發(fā)技術(shù)”所涉及的內(nèi)容與范圍實(shí)在太廣。本書(shū)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(shū)中的不妥之處在所難免，懇望讀者提出批評(píng)、指正。

內(nèi)容概要

本書(shū)較系統(tǒng)地介紹了汽車(chē)數(shù)字化開(kāi)發(fā)技術(shù)，從產(chǎn)品快速成型的基本概念到汽車(chē)的數(shù)字化原型設(shè)計(jì)，以計(jì)算機(jī)仿真和產(chǎn)品全生命周期建模為基礎(chǔ)，集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、知識(shí)工程和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為一體，在虛擬和半虛擬的環(huán)境下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、分析制造和測(cè)試，以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品研發(fā)的快速啟動(dòng)，并在開(kāi)發(fā)早期進(jìn)行有效驗(yàn)證，保證盡快開(kāi)發(fā)成功，并投入批量生產(chǎn)。此外，通過(guò)數(shù)字化開(kāi)發(fā)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與分析等的集成，促進(jìn)異地協(xié)同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)，并為創(chuàng)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供良好的條件。    本書(shū)是反映目前汽車(chē)開(kāi)發(fā)先進(jìn)技術(shù)、手段與方法的專(zhuān)著，可作為以汽車(chē)為代表的各種運(yùn)載器具專(zhuān)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(shū)。

作者簡(jiǎn)介

吳光強(qiáng)，同濟(jì)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，汽車(chē)仿真技術(shù)研究所所長(zhǎng)，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)委員、國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃（863）、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)評(píng)審專(zhuān)家，上海市技術(shù)預(yù)見(jiàn)專(zhuān)家，International Journal of ITS Research（日本）和《傳動(dòng)技術(shù)》等雜志編委。多年從

書(shū)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(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)　第二節(jié)　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略　第三節(jié)　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的內(nèi)涵　第四節(jié)　產(chǎn)品的數(shù)字化開(kāi)發(fā)　參考文獻(xiàn)第二章　汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)　第一節(jié)　零件幾何建?！〉诙?jié)　特征處理　第三節(jié)　工程數(shù)據(jù)庫(kù)　第四節(jié)　基于知識(shí)的工程（KBE）　第五節(jié)　可靠性、安全性和主動(dòng)容錯(cuò)性技術(shù)　參考文獻(xiàn)第三章　汽車(chē)數(shù)字化原型設(shè)計(jì)　第一節(jié)　汽車(chē)的概念設(shè)計(jì)　第二節(jié)　使用參數(shù)化原型的汽車(chē)設(shè)計(jì)　第三節(jié)　汽車(chē)的逆向設(shè)計(jì)　第四節(jié)　汽車(chē)設(shè)計(jì)中的CAE技術(shù)　第五節(jié)　考慮制造的汽車(chē)設(shè)計(jì)與分析　第六節(jié)　汽車(chē)設(shè)計(jì)與分析的集成　參考文獻(xiàn)第四章　汽車(chē)優(yōu)化設(shè)計(jì)　第一節(jié)　汽車(chē)的可靠性分析與耐久性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)　第二節(jié)　汽車(chē)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)　第三節(jié)　汽車(chē)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)　第四節(jié)　汽車(chē)車(chē)身的多學(xué)科優(yōu)化　參考文獻(xiàn)第五章　汽車(chē)性能與品質(zhì)分析　第一節(jié)　車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一階分析　第二節(jié)　汽車(chē)NVH特性分析　第三節(jié)　汽車(chē)多軸疲勞壽命分析　第四節(jié)　汽車(chē)外流場(chǎng)的計(jì)算流體動(dòng)力　學(xué)分析　第五節(jié)　汽車(chē)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真　參考文獻(xiàn)第六章　汽車(chē)虛擬試驗(yàn)　第一節(jié)　虛擬樣車(chē)的建立　第二節(jié)　基于虛擬試驗(yàn)室的虛擬樣車(chē)驗(yàn)證　第三節(jié)　汽車(chē)碰撞安全性仿真　第四節(jié)　汽車(chē)主動(dòng)安全系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的混合仿真技術(shù)……第七章　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用第八章　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的組織和管理

章節(jié)摘錄

　　為了縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)和加工成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程鏈中各項(xiàng)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(kāi)發(fā)的復(fù)雜性往往表現(xiàn)在要面向完全不同、有時(shí)甚至是相互矛盾的優(yōu)化目標(biāo)，這對(duì)于新產(chǎn)品決策來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)?！　〗陙?lái)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的概念不斷變化，隨著不同目標(biāo)的設(shè)定而不斷擴(kuò)展。例如，以創(chuàng)造價(jià)值作為出發(fā)點(diǎn)，新產(chǎn)品的市場(chǎng)成功是一個(gè)企業(yè)致力追求的目標(biāo)。因此，開(kāi)發(fā)適應(yīng)于不斷變化市場(chǎng)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(shuō)，就是不失時(shí)機(jī)地通過(guò)產(chǎn)品規(guī)劃開(kāi)發(fā)新的和修改已有產(chǎn)品、淘汰不成功的和過(guò)時(shí)的產(chǎn)品?！　∪碌漠a(chǎn)品開(kāi)發(fā)往往要冒很大的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)樵陂_(kāi)發(fā)初期，對(duì)產(chǎn)品成功的邊界條件知道甚少。因此，事先要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，以便客觀評(píng)估規(guī)劃中的新產(chǎn)品被市場(chǎng)接受的可能性。開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的過(guò)程，不僅是尋找新的技術(shù)方案，還包括分析競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品趨向。　　在產(chǎn)品研究中得到的大量新知識(shí)，是有效進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。因此要建立一個(gè)從不同來(lái)源得到的知識(shí)庫(kù)，如市場(chǎng)研究、專(zhuān)利分析、設(shè)計(jì)方法和工藝研究、以前產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中取得的經(jīng)驗(yàn)等；還包括企業(yè)環(huán)境、，市場(chǎng)銷(xiāo)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(shí)?！　‘a(chǎn)品開(kāi)發(fā)需要有一個(gè)針對(duì)明確目標(biāo)的規(guī)劃。對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)需要系統(tǒng)地劃分為若干步驟進(jìn)行。開(kāi)發(fā)創(chuàng)新是有目標(biāo)地評(píng)價(jià)和應(yīng)用研究成果及經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程。當(dāng)然，這些都是以不斷地提供必要的知識(shí)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(xì)描述與市場(chǎng)關(guān)系重大的產(chǎn)品特性。在設(shè)計(jì)階段，就是根據(jù)產(chǎn)品特性模型，開(kāi)始按功能、幾何、結(jié)構(gòu)、工藝等觀點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?！　‘a(chǎn)品的制造過(guò)程在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該通過(guò)生產(chǎn)計(jì)劃著手準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品的制造還可以借助建模和仿真工具在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。通過(guò)加工模型描述了加工設(shè)備的系統(tǒng)特性，而且可以檢驗(yàn)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(yàn)可以用于證實(shí)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的正確性，防止重大失誤?！　∑駷橹?，產(chǎn)品的使用及其報(bào)廢過(guò)程還沒(méi)有充分利用計(jì)算機(jī)輔助工具。由于環(huán)境保護(hù)的要求，環(huán)保法規(guī)對(duì)產(chǎn)品制造和使用的限制日益嚴(yán)格。與環(huán)境協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)不僅涉及到產(chǎn)品的制造和使用，同樣也涉及產(chǎn)品的報(bào)廢處理問(wèn)題。對(duì)報(bào)廢產(chǎn)品的重復(fù)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(kāi)發(fā)早期予以考慮。還有已有產(chǎn)品在使用中暴露出的問(wèn)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(kāi)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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