汽車數(shù)字開發(fā)技術

前言

　 隨著世界工業(yè)市場競爭的不斷加劇以及信息技術的快速發(fā)展，各國汽車企業(yè)紛紛采用各種新概念、新方法、新技術來改進產(chǎn)品的開發(fā)過程和開發(fā)模式，虛擬設計、并行工程等先進設計及制造理念和方法應運而生。　　長期以來，新產(chǎn)品的開發(fā)大多使用傳統(tǒng)的順序工程方法，然而面對激烈的競爭，為保證汽車的高性能、高質(zhì)量和低成本，數(shù)字化技術的研究和應用已成為科技人員迫切想了解和掌握的設計制造手段。數(shù)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學科，涉及設計與制造學、數(shù)理理論、計算機技術、控制理論、智能工程、信息學等多種學科，是以計算機軟硬件、外圍設備、協(xié)議和網(wǎng)絡為基礎的信息離散化表述、傳遞、存儲、控制的集成技術，它是在計算機技術、網(wǎng)絡技術和制造技術不斷融合、發(fā)展和廣泛應用的基礎上誕生的?！　?shù)字化時代革新了產(chǎn)品設計制造的科學基礎，傳統(tǒng)制造中許多定性的描述都要轉變?yōu)閿?shù)字化定量描述，在此基礎上逐步建立不同層面的、系統(tǒng)的數(shù)字化模型?；谏鲜稣J識，本書圍繞汽車及零部件設計制造的實際工程需求，從數(shù)字化開發(fā)技術的基礎知識、基本概念、關鍵技術等方面人手安排內(nèi)容，力求使讀者盡快了解這一技術的發(fā)展前沿。　　計算機技術、信息處理技術、CAx（CAD／CAE／CAM／CAPP）技術的迅猛發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術的逐漸成熟，為工業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)、設計、制造及性能試驗，提供了一種全新的解決方法。在計算機上建立產(chǎn)品完備的三維實體模型，創(chuàng)建虛擬的制造工廠、虛擬的實驗室及運行環(huán)境，在虛擬的環(huán)境下完成各種測試、試驗，評定未來產(chǎn)品的制造性能、裝配性能、使用性能，會極大地減少樣機的試驗制造次數(shù)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本?！　”緯卜?章。第1章闡述汽車數(shù)字開發(fā)概論，主要介紹數(shù)字化開發(fā)技術的地位和作用；第2章主要介紹數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)基礎、產(chǎn)品建模技術、工程數(shù)據(jù)庫以及并行工程的應用等基本知識，了解數(shù)字化設計中的過程管理；第3章介紹虛擬現(xiàn)實技術和軟件環(huán)境，虛擬設計和虛擬制造的特點；第4章主要介紹有限元分析技術和數(shù)字化仿真，汽車虛擬試驗場的應用；第5章介紹操縱穩(wěn)定性仿真分析；第6章介紹影響汽車平順性的相關激勵源，了解隨機路面不平度擬合理論；第7章介紹逆向工程與快速成形制造技術；第8章介紹數(shù)字化工廠的運行模式、組成模塊及其功能?！　”緯山瞬┦恐骶幉⒔y(tǒng)稿，此外，劉永花、侯文超、李嫂、趙守月等也參加了部分章節(jié)的編寫與文字修改工作。在本書的編寫過程中，編者參考了國內(nèi)外許多論文及論著的研究內(nèi)容，在此對這些論文及論著的作者表示衷心的感謝！在本書的出版過程中得到了一汽集團技術中心、廣汽集團研究院、榮成華泰汽車公司、文登黑豹汽車制造公司和北京大學出版社等單位的大力支持，在此表示誠摯的感謝！

內(nèi)容概要

本書以實現(xiàn)汽車及零部件產(chǎn)品的數(shù)字化開發(fā)為目標，系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代汽車數(shù)字化設計與制造的基礎理論、基本內(nèi)容及其應用系統(tǒng)。全書共分8章，包括汽車數(shù)字開發(fā)技術引論、汽車產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)字化基礎、汽車開發(fā)虛擬現(xiàn)實技術、汽車數(shù)字化仿真技術、汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析、汽車平順性仿真分析、逆向工程與快速成形制造技術和數(shù)字化工廠技術。    本書可作為高等院校汽車工程、汽車運用工程、交通運輸、交通工程、汽車服務以及機械工程及自動化等相關專業(yè)的本科生或研究生的教材，也可作為從事汽車及零部件產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造等領域的工程技術人員和管理人員的參考用書。

書籍目錄

第1章  汽車數(shù)字開發(fā)技術引論  1.1  汽車工業(yè)現(xiàn)狀與展望    1.1.1  21世紀制造業(yè)的特點    1.1.2  汽車產(chǎn)品開發(fā)現(xiàn)狀與展望  1.2  產(chǎn)品開發(fā)概述    1.2.1  產(chǎn)品開發(fā)的內(nèi)涵及其戰(zhàn)略    1.2.2  產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展趨勢    1.2.3  數(shù)字化制造推動中國汽車工業(yè)  1.3  數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)    1.3.1  數(shù)字化設計過程    1.3.2  數(shù)字化開發(fā)技術及發(fā)展趨勢  1.4  現(xiàn)代設計方法  思考題第2章  汽車產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)字化基礎  2.1  數(shù)字化產(chǎn)品建模技術    2.1.1  幾何建模技術    2.1.2  特征建模技術    2.1.3  集成建模技術  2.2  汽車的基于知識工程技術    2.2.1  基于知識工程技術與知識處理    2.2.2  KBE在汽車產(chǎn)品開發(fā)中的應用  2.3  可視化技術  2.4  工程數(shù)據(jù)庫    2.4.1  數(shù)據(jù)庫技術概述    2.4.2  工程數(shù)據(jù)庫概述    2.4.3  產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術  2.5  產(chǎn)品全生命周期設計  2.6  產(chǎn)品協(xié)同設計與網(wǎng)絡化制造    2.6.1  網(wǎng)絡化協(xié)同設計    2.6.2  網(wǎng)絡化協(xié)同設計的關鍵技術    2.6.3  網(wǎng)絡化協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)機理    2.6.4  汽車協(xié)同設計與網(wǎng)絡化開發(fā)  2.7  產(chǎn)品大規(guī)模定制    2.7.1  大規(guī)模定制的內(nèi)涵及其實現(xiàn)    2.7.2  大規(guī)模定制運作過程    2.7.3  大規(guī)模定制的生產(chǎn)模式及應用  2.8  產(chǎn)品并行工程技術    2.8.1  串行工程與并行工程    2.8.2  汽車產(chǎn)品并行工程開發(fā)  思考題第3章  汽車開發(fā)虛擬現(xiàn)實技術  3.1  虛擬現(xiàn)實技術的概述    3.1.1  虛擬現(xiàn)實的基本概念    3.1.2  虛擬現(xiàn)實的分類    3.1.3  產(chǎn)品的虛擬原型    3.1.4  虛擬現(xiàn)實在各個領域的應用  3.2  虛擬現(xiàn)實硬件的組成    3.2.1  三維位置跟蹤器    3.2.2  視覺設備    3.2.3  觸覺與力覺反饋裝置    3.2.4  聲音設備  3.3  虛擬現(xiàn)實的軟件環(huán)境    3.3.1  虛擬現(xiàn)實應用工具箱——MRTK軟件包    3.3.2  虛擬顯示系統(tǒng)應用工具箱——WTK程序包    3.3.3  CDK軟件包    3.3.4  虛擬現(xiàn)實造型語言  3.4  汽車虛擬設計技術    3.4.1  虛擬設計技術的過程    3.4.2  虛擬設計技術的應用  3.5  汽車虛擬制造技術    3.5.1  虛擬制造技術概述    3.5.2  虛擬制造的分類    3.5.3  虛擬制造的應用  3.6  汽車虛擬裝配  思考題第4章  汽車數(shù)字化仿真技術  4.1  數(shù)字化仿真技術概述    4.1.1  仿真技術及其分類    4.1.2  數(shù)字化仿真程序    4.1.3  仿真技術的應用與發(fā)展  4.2  有限元分析技術    4.2.1  有限元法概述    4.2.2  有限元的基本原理及求解步驟    4.2.3  有限元分析軟件    4.2.4  汽車車架的有限元分析  4.3  汽車產(chǎn)品優(yōu)化設計技術    4.3.1  優(yōu)化設計的數(shù)學模型    4.3.2  汽車的拓撲優(yōu)化設計  4.4  汽車虛擬樣機技術    4.4.1  物理原型和虛擬原型    4.4.2  虛擬樣機的技術原理    4.4.3  虛擬樣機分析軟件——ADAMS  4.5  汽車虛擬試驗    4.5.1  虛擬試驗的應用    4.5.2  虛擬試驗的實施方案  4.6  汽車虛擬試驗場技術    4.6.1  虛擬試驗場技術概述    4.6.2  VPG技術的功能和特點  思考題第5章  汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析  5.1  多體系統(tǒng)動力學基礎    5.1.1  多體系統(tǒng)動力學產(chǎn)生的背景    5.1.2  多體系統(tǒng)動力學簡介    5.1.3  多剛體系統(tǒng)動力學的研究方法    5.1.4  多柔體系統(tǒng)動力學的研究方法  5.2  基于ADAMS/Car的整車模型的建立    5.2.1  ADAMS/Car的建模原理    5.2.2  建立整車數(shù)字化模型所需的基本參數(shù)    5.2.3  整車模型的建模過程  5.3  汽車前懸架模型的仿真與優(yōu)化    5.3.1  評價懸架性能的基本指標    5.3.2  前懸架模型的仿真結果分析    5.3.3  前懸架模型的優(yōu)化設計  5.4  汽車操縱穩(wěn)定性仿真及結果分析    5.4.1  汽車操縱穩(wěn)定性評價方法    5.4.2  操縱穩(wěn)定性試驗標準及ADAMS仿真機理    5.4.3  穩(wěn)態(tài)回轉試驗    5.4.4  轉向回正性能試驗    5.4.5  轉向輕便性試驗    5.4.6  轉向盤轉角階躍輸入試驗    5.4.7  轉向盤轉角脈沖輸入試驗    5.4.8  蛇行試驗  思考題第6章  汽車平順性仿真分析  6.1  汽車子順性振動激勵分析  6.2  隨機路面不平度擬合理論  6.3  ADAMS軟件的振動力學基礎  6.4  人體對振動的反應和汽車平順性評價方法    6.4.1  人體對振動的反應    6.4.2  汽車子順性評價方法  6.5  汽車平順性仿真及結果分析    6.5.1  隨機不平路面平順性仿真    6.5.2  凸塊路面子順性仿真  思考題第7章  逆向工程與快速成形制造技術  7.1  逆向工程技術    7.1.1  逆向工程的研究內(nèi)容    7.1.2  逆向工程關鍵技術    7.1.3  逆向工程技術的應用    7.1.4  逆向工程軟件簡介  7.2  快速成形制造技術    7.2.1  快速成形制造技術概述    7.2.2  快速成形制造技術的應用  7.3  基于逆向工程的快速成形制造技術    7.3.1  基于逆向工程的快速成形制造技術的概述    7.3.2  逆向工程與快速成形制造的集成    7.3.3  逆向工程與快速成形集成的關鍵技術  7.4  汽車零部件快速制模與快速試制    7.4.1  利用快速成形技術制造模具的一般工藝方法    7.4.2  快速模具的分類    7.4.3  快速過渡模制造    思考題第8章  數(shù)字化工廠技術  8.1  數(shù)字化工廠理論    8.1.1  數(shù)字化工廠概況    8.1.2  數(shù)字化工廠的內(nèi)容  8.2  數(shù)字化工廠技術概述    8.2.1  工廠和車間層面的數(shù)字化    8.2.2  生產(chǎn)線的規(guī)劃與仿真    8.2.3  數(shù)字化裝配    8.2.4  數(shù)字化質(zhì)量管理與檢測    8.2.5  數(shù)字化加工技術  8.3  數(shù)字化工廠在汽車開發(fā)制造中的應用    8.3.1  汽車白車身規(guī)劃與仿真    8.3.2  數(shù)字化工廠汽車沖壓解決方案    8.3.3  基于eM-Power的汽車發(fā)動機缸蓋解決方案    8.3.4  數(shù)字化汽車發(fā)動機生產(chǎn)線    8.3.5  數(shù)字化汽車總裝技術  8.4  數(shù)字化工廠應用軟件  思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　（2）提高市場占有率，在T（時間）、Q（質(zhì)量）、C（成本）、S（服務）、E（環(huán)境）目標下，加強時間競爭能力、質(zhì)量競爭能力、價格競爭能力、創(chuàng)新競爭能力。其中最重要的是創(chuàng)新能力。企業(yè)的創(chuàng)新不僅指產(chǎn)品設計和生產(chǎn)工藝上的創(chuàng)新，還包括制造觀念的更新，組織和經(jīng)營重構，資源、技術和過程的重組，特別是從企業(yè)局部到全社會的資料、技術和過程的合理配置和重組。創(chuàng)新能力是推動企業(yè)發(fā)展的動力和最強大的競爭武器。　　（3）生命周期內(nèi)的質(zhì)量保證。產(chǎn)品質(zhì)量的完整概念是顧客的滿意度，對產(chǎn)品質(zhì)量更全面的理解是用戶占有、使用產(chǎn)品的一種綜合主觀反映，包括可用、實用、耐用、好用、宜人。21世紀制造業(yè)提供給用戶的，應該是整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的產(chǎn)品、服務和信息的動態(tài)組合，以逐步代替單純的產(chǎn)品買賣和有限的擔保關系?！　。?）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(lián)盟。因特網(wǎng)（Internet）為虛擬公司或動態(tài)聯(lián)盟的實現(xiàn)提供了一定的基礎?！　。?）生產(chǎn)過程更加精良。產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、維護過程更加簡化，生產(chǎn)工序更加簡單，從而降低成本，提高勞動生產(chǎn)率，縮短上市時間?！　。?）智能化程度更高。在產(chǎn)品設計和制造過程中廣泛應用人工智能技術，各種設備的智能化程度大大提高?！　。?）分布、并行、集成并存。分布性更強，分布范圍更廣，是全國范圍的分布；并行化程度更高，許多作業(yè)可以跨地區(qū)、跨部門、分布式并行實施；集成化程度更高，不僅包括信息、技術的集成，而且包括管理、人和環(huán)境的集成。21世紀制造業(yè)的四個關鍵因素是技術、管理、人和環(huán)境?！　∮捎谖覈I(yè)化進程起步較晚，我國的制造業(yè)和制造技術與國際先進水平相比還存在著階段性差距。這些差距包括產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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。這些差距使得我國的制造業(yè)和制造技術還不能很好地滿足參與國際競爭的要求。要使我國制造業(yè)在國內(nèi)、國際市場競爭中立于不敗之地，盡快形成我國自主創(chuàng)新和跨越發(fā)展的先進制造技術體系，積極發(fā)展和應用先進制造技術，用信息技術提升和改造傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)刻不容緩?！　∈澜绺鲊种匾暟l(fā)展制造業(yè)信息化與先進制造技術，許多跨國公司應用一些高新技術實現(xiàn)了設計、制造、管理和經(jīng)營一體化，加強在國際市場的壟斷地位。美國通用汽車公司應用先進集成制造系統(tǒng)技術，將轎車的開發(fā)周期由原來的48個月縮短到24個月，碰撞試驗的次數(shù)由原來的幾百次降到幾十次，應用電子商務技術降低了銷售成本的10％?？梢?，先進的制造與信息技術應用已經(jīng)成為帶動制造業(yè)發(fā)展的重要推動力?！　　?/pre>




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　　注重以學生本：站在學生的角度、根據(jù)學生的知識面和理解能力來編寫，考慮學生的學習認知過程，通過不同的工程案例或者示例深入淺出進行講解，緊緊抓住學生專業(yè)學習的動力點，鍛煉和提高學生獲取知識的能力。注重人文知識與科技知識的結合：以人文知識講解的手法來闡述科技知識，在講解知識點的同時，設置閱讀材料板塊介紹相關的人文知識，增強教材的可讀性，同時提高學生的人文秦質(zhì)?！　∽⒅貙嵺`教學和情景教學：書中配備大量實景圈和實物圖，并輔以示意圖進行介紹，通過模型化的教學案例介紹具體工程實踐中的相關知識技能，強化實際操作訓練，加深對理論知識的理解；設計有豐富的題型，在鞏固知識技能的同時啟發(fā)創(chuàng)新思維?！　∽⒅刂R技能的實用性和有效性：以學生就業(yè)所需專業(yè)知識和操作技能為著眼點，緊跟最新的技術發(fā)展和技術應用，在理論知識夠用的前提下，著重講解應用型人才培養(yǎng)所需的技能，突出實用性和可操作性。





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