现代汽车产品开发的新技术讲解

产品开发的基本程序
由于发动机及底盘的开发周期较长、费用高，而且往往 与公司的中、 长期战略目标有关，一般都列为先进开发的 项目。 近几年，国际市场变化趋势之一是用户的要求多样化及 个性化，变化的速度也较快，因此以改进的新车开发为主。 为了以较快的开发速度及较低的价格满足市场的需要， 往往采用原有的动力系及底盘，只是在车身外形、色彩及 内饰件等方面进行变化；或者采用现有的标准总成以及满 足客户新要求的部分设计，完成新车的开发。
信息技术的应用
当代世界汽车工业 发生的巨大变化是什么？
①新产品的开发要实施同时工程(CE) ，公司内各部门与分布在国内外的零配件 制造企业，同时在同一产品上工作，相互间要及时地通过信息网络取得联系;
②企业跨出了国界，分布在全球各地的子公司、设计中心及工厂等，必须作为一 个整体运作。能够通过先进的通讯设备及网络，讨论产品的开发问题，对产品 进行评估;
新车开发的基本程序
产品计划→总体设计→设计工程→投入生产
•确定开发、生产什么样的车辆 •市场的需求如何 •预测年产量及目标成本多少
•选择与开发产品较相近的参考汽车 •分析其特征及弱点 •提出开发产品的技术特点 •主要尺寸及初步考虑的外形 •提出技术开发可行性研究报告及产品计划
新车开发的基本程序
产品计划→总体设计→设计工程→投入生产
信息技术的应用
运用信息技术的作用及效益？
1)通过信息技术网络，能在几秒钟内将重要的设计数据、商业情报及各种 信息数据送到集团内部各子公司、各生产厂以及世界各地的产品开发部 门或供应厂商;
2)通过信息技术网络，能及时地收集世界各地的销售、维修网点周围的用 户对产品反馈的意见，在新产品设计或改进产品时考虑这些意见;
• 通过样车的制造及驾驶行驶，检验和确认设计的图纸，根据批量生产 及样车制作的不同，提出为批量生产所需的工艺及设备要求。
• 样车除了进行性能、驾驶操作及稳定性能等试验外，还需进行车身框 架结构及整车碰撞试验等。
3)能够跟踪市场及顾客需求的变化，对于情况的变化及产生的问题，能够 作出快速的反应，进行必要的调整及部署;
4)通过信息技术的应用，更方便地组织产品开发的同时工程，对产品开发 进行讨论，对产品进行评估。
计算机技术的应用
汽车工业中各种计算机技术的适用范围
CAD (计算机辅助设计)
CAM (计算机辅助制造)
现代汽车产品开发的新技术
汽车工业
竞争的核心是什么？
能正确判断市场的需求，以尽可能短的产品开发周期， 开发出满足客户多种要求、性能品质优良、价格低的产 品，而且要能尽快地投入市场。
为了达到上述目标，除了要培训现代的技术人才，投入大量 资金进行基础及应用技术研究以外，掌握产品开发的新技术是 非常重要的。 所指“产品” 不仅局限于整车，包括汽车总成及零部件。
CAID (计算机辅助工业设计)
CAE (计算机辅助工程)
PIM (产品信息管理)
CAT (计算机辅助试验)
CIMS (计算机集成系统)
构思 ○ ○
○
设计 ○ ○ ○
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试验 试制、生产
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计算机技术的应用
美国福特公司的C3P
美国福特公司将 CAD、CAM、CAE及PIM概 括为 C3P，这是一个计算机技术合成的工具集， 将零件形状设计、制造数据以及其它信息联系在 一起，用来支持和优化汽车新产品开发系统。 C3P 的发展前景就是通过全球性的产品信息管 理、 先进的 CAD、 CAM、 CAE 的工具和方法 将产品的开发系统加以优化。
• 使用电子通讯软件与世界上接近 12万个用户进行联系。该公司 采用超级计算机，其容量是巨大的，相当于 56 个 CRAY90 型 中央处理机。
信息技术的应用
信息技术的应Leabharlann Baidu？
1)在企业集团内部门间建立信息技术网络; 2)在全世界范围内的企业各据点,布置各种大型电子计算机工作站
及电子通讯系统; 3)采用统一的技术语言及数据表达方法。建立统一的信息管理系统; 4)运用电子通讯手段,进行全球范围内的电子邮件的传递; 5)了解竞争对方的有关信息及动态,将其储存,并加以分析研究; 6)了解世界范围内的科研成果、新技术、新产品、新材料及专利; 7)了解本国及各主要国家的政治、经济形势、有关的政策、法规及
计算机技术的应用
CAE技术可以进行的工作
1)零、部件及整车的基本结构分析，研究其结构的可靠性、疲劳寿命及完整性， 进行结构的优化; 2)对部件及整车进行流体动力学的计算分析，研究缸盖、气缸内的气体流动及热 传导；进行整车风洞模拟，计算、分析车身外部空气流动以及产生噪声的情况； 进行车身内部通风、散热及温度控制的分析; 3)进行车辆动力学性能的分析，建立包括前后悬架、转向拉杆系统、轮胎、动力 系和整车结构在内的运动学模型，计算分析的内容包括前轮前束、前轮外倾和转 向节主销后倾等的运动及受力情况，计算悬架部件上的载荷。进行车辆操纵性的 研究，分析车身横摇稳定性、左右摆振自然频率和最大横向加速度等; 4)研究、分析车辆的噪声、振动和不平顺性; 5)进行车辆安全性方面的计算和计算机上的“碰撞”实验，包括正面及侧面碰撞、 翻车等。
计算机技术的应用
实现C3P目标的关键要素
①在公司范围内采用统一的高技术“语言”; ②从概念到制造全部电子化; ③在全球范围内能同时取得最新的工程设计和制造信息; ④实施同时工程; ⑤用数字化的产品模型取代大量的实体模型; ⑥建立“数字化的虚拟工厂”来模拟生产过程和实际操作。
计算机技术的应用 实现C3P目标的关键要素
①车身的造型设计：从客户的需求、美学、空 气动力特性、车身内部的宽敞程度及安全性等， 综合分析考虑车身的造型问题。 ②汽车的总体布置及主要性能参数及尺寸：各 系统总成的性能要求、结构形式及尺寸，各总 成相互之间的配合及电控问题。
新车开发的基本程序
产品计划→总体设计→设计工程→投入生产
设计工程是将产品开发具体化的阶段：运用CAD、CAE 及CAID 等先进技术，在图纸还未正式出来，产品还未 试制出来以前，对各总成及整车的各种性能、强度及可 靠性等进行计算分析及 “试验”，根据计算分析及“试 验”结果，对产品的设计进行修改。运用先进的 CAID 技术，形成与真实的车辆一样的三维立体可动 “模型” ， 供专家用户进行评估，减少试制样车的工作量。
现代的CAD/CAM已经形成先进的集成系统。 采用统一的数据库技术规范，使变换、使用的方法更加 方便。 可以对相互关联的整个总成进行计算分析，可用三维立 体图形表达零、部件。 可以使包括海外在内的各个部门及供应商，使用统一的 CAD/CAM软件，这样可以避免转换上的错误及节省时间， 精确地及时地交换 CAD/CAM的数据及结果。
新车开发的基本程序
产品计划→总体设计→设计工程→投入生产
在设计工程阶段，首先将选定的参考汽车进行性能试验 及技术的细节分析，根据试验结果及技术分析建立模拟模 型，根据产品计划及参考车分析结果，设定新开发产品的 目标性能。 接着将新产品设计思路具体化，并反映到上述初期模型 中。以分析 CAD、 CAE 结果为基础，确定主要系统的 方案、图纸，并且检验和改进设计，制作试验样车的图纸。
计算机技术的应用 CAID
CAID将过去停留在书面上的、用文字及工程设计图表 达的设计方案，通过计算机数字化处理，形成二维设计图。 并通过高分辨率的电视及摄像技术等，将三维图像变成具 有真实感的“实物”立体动画图像，作出如同已经制造出 的 “实物”一样的产品设计方案。 CAID将有关的硬件、软件、先进的图像技术、通讯技 术及数控加工技术等揉合在一起，形成现代的、先进的汽 车产品开发系统。
汽车工业
竞争的核心是什么？
开发汽车新产品要实现多(满足客户多种要 求)、 快(周期短)、 好(性能品质优良)、 省 (成本及价格低)的目标，就必须将信息及计 算机技术应用于全过程。而这正是我国汽车 工业当前存在的弱点之一。
信息技术的应用
开发产品掌握的 信息是什么？
① 充分调查研究顾客的需求及市场的动态 ② 分析其它国家汽车公司及竞争产品的情况 ③ 了解新技术零部件及材料供应情况 ④ 迅速地将产品开发出来投入市场
计算机技术的应用 CAE
在产品开发中，另一项大量使用的计算机技术就 是计算机辅助工程，简称CAE。 在 零 、 部 件 以 及 整 车 尚 未 制 造 出 来 时 ， 使 用 CAE技术可以对它们的强度、可靠性以及各种特 性进行计算分析，在计算机上进行“试验”。 有限元计算分析技术是CAE技术中重要方法之 一，被广泛地应用。
产品开发的基本程序
新车开发项目
新车项目 重大改进项目
指动力系、 底盘及车 身等都是采用新的
指保持原有的动力系 及底盘，或者对它们 进行部分改进，而车 身则是重新设计、采 用新的
产品开发的基本程序 新车开发的三大类型
①满足中、长期需求的、实现一定战略目标的。 例如 2020 概念车，新能源车，电动车及低能耗 车、安全车等。 ②满足国内或国外市场近期需要的，例如多功能 车、经济型家庭用车、旅游车等。 ③满足特种需求的车辆，例如赛车、高越野性能 车、特种功能车辆、 特别客户订制的车以及各种 新型专用车辆等。
计算机技术的应用 计算机技术孕育着智慧及新技术
汽车要解决的疑难问题，影响的因素众多，可变的参数可能逾百， 通过常规的方法去解决，要耗费大量时间及精力，甚至还不可能得 出解决问题的结论。 通过计算机技术的应用，可以在计算分析过程中，随时变换参数 及程序，随时进行调整；利用多通道计测解析系统，可同时对 200 条以上通道进行测量，并能在车载计算机上进行分析评定。这样可 以提前几十年解决疑难问题，完成新产品的开发。 日本丰田汽车公司通过计算机技术的应用，就是这样提前几十年 完成了车辆稳定性控制系统的开发。
信息技术的应用
美国福特汽车公司 的信息技术？
• 在世界上有 4 个数据中心，4000 条世界范围内通讯用的专用电 讯路线。由众多的个人电脑、 工作站、 计算机中转站、 测试系 统分析站以及成千上万个工厂的控制流程计算机组成庞大的网络。 该网联系美国国内的 184 个地点及世界上 32 个国家，其使用 工作量每年递增 60%。
C3P 要实现先进的、重要的技术目标之一 ——数字化的样车装配成为可能，也就是要使下列各点成 为可能: •①取消实际样车和其他实样的设计辅助; •②瞬时直观评审最新的几何形状设计; •③达到当前参考水平的整车特性CAT分析; •④可在静态和动态下检查吻合与间隙; •⑤形成制造过程和装配分析的基础。
计算机技术的应用 CAD及 CAM
④ 通过试生产，检验各种设备的匹备及单个设备的性能是否合适，能否 达到图纸上提出的技术要求，及时发现问题并研究解决办法，为批量 生产做好准备。
新车开发的基本程序
产品计划→总体设计→设计工程→投入生产
• 在制造样车阶段，以产品计划、确定的型式、CAD及CAM等的结果 为基础，车辆的各系统各总成等均按新的要求制作。
③销售工作全球化，方式及方法也发生变化，例如汽车的销售服务与其他产业的 销售服务联系在一起，形成全球性的销售网络，各销售点更加注意掌握信息及 市场行情的变化，销售点之间能进行商品供应的相互调配;
④顾客及市场希望企业对变化的需求能作出快速反应，那些及时地掌握信息，尽 快地做好准备及拿出商品的公司将获得成功，而对需求反应迟钝的将失去机会。
新车开发的基本程序
产品计划→总体设计→设计工程→投入生产
① 在投入生产之前，一般还是要利用 CAM 及数控机床制出1∶ 1的合 成粘土模型，供分析评比和修改设计用。
② 另外试制出若干样车，供实车试验及考核用，然后进行试生产及确定 批量生产。
③ 在试生产阶段，使用新设计的或原有经过调整的生产线和按设计要求 选用的材料，根据批量生产的要求进行少量产品的生产。
产品开发的新技术
零、 部件传统的设计、开发 方法及步骤？
根据总体设计要求→收集资料及参考机型→构思及设计草图 →提出设计方案及总图→进行强度校核及可靠性分析→设计零 件图→试制及实验考核→修改原先设计→产品设计、 工艺设计 及批量生产。
尽管在传统设计中也会使用计算机，但是设计周期是长 的，也往往难以保证产品的品质是优良先进的。