现代设计方法论文

武汉轻工大学

《现代设计方法》课程结业论文

题目：现代设计方法在汽车设计中的应用

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院（系）

2017 年5 月21 日

现代设计方法在汽车设计中的应用

宋家鹏

(武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉430070)

摘要：本文在分析汽丰设计方法发展的基础上，重点介绍了汽车设计中有待进一步推广应用的几种现代设计方法和技术。

关键词：现代设计方法;系统工程;模糊分析设计;计算机辅助设计(CAD)

0 引言

现代科学技术的发展对汽车的性能、可靠性、经济性等提出更高的要求同时也为汽车的设计、制造提供了改进和创新的设计方法。据统计，一般汽车的质量和性能有60%-70%取决于汽车设计。因此，在设计新产品时应研究和采用新的设计方法和技术，以适应现代汽车发展的要求。为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施，引发了“汽车现代设计方法”的研究。

1 现代设计和传统设计的比较

传统的设计方法是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。而现代设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计方法和计算机设计为工具的系统设计。这种设计不但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，从而高效地设计出性能优良、经济效益显著的新型产品。目前，设计方法和技术正处于不断

改善、不断创造的历史时期。可以预见，新的汽车产品将随着现代设计方法、技术和设计科学体系的完善而有新的突破。

2 现代设计法的主要内容

现代设计法是在总结传统设计的经验与教训、吸收国外各设计流派的先进内容的基础上,以形态学为分类手段,以方法学为思想指导,具体形成以下十一论: 功能论:现代设计法的宗旨。是保证设计要求功能实现的方法论。

突变论:现代设计法的基石。是设计创新的基础,如创造性设计。

系统论:现代设计工作的前提。进行系统辩识、系统分析,如系统分析法、人机工程等。

信息论:现代设计的依据。进行信号处理,如信息分析法、技术预测法等。

对应论:现代设计的捷径。采用相似、模拟,如相似设计等。

优化论:现代设计的目标。如优化设计等。

智能论;现代设计的核心。发挥人的主动性,使用人工智能,促进设计自动化,如CAD等。

离散论:现代设计的细解。连续体离散求数值解,如有限元和边界元方法。

控制论:现代设计的深化。如动态分析设计法等。

模糊论:现代设计的发展。模糊性定量描述,如模糊综合评判和决策等。

艺术论:现代设计的美感。如造型设计等。

3 现代设计方法在汽车设计中的具体应用

3.1系统工程分析法

系统工程是以研究大系统为对象的一门跨学科的边缘科学,它应用数学方法和电子计算机等工具,对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务,从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标。通过各种组织管理技术,使局部与整体之间关系协调配合,以实现系统的综合最优化。应用系统工程的观点完成汽车设计,一般可分为三个阶段:

1)信息获取(或称系统分析)

2)信息处理(或称系统选择)

3)信息整理(或称系统实施计划)

汽车设计涉及到多种专业学科和各种不同要求,故要完成一个成功的设计.必须应用系统工程的观点和方法,全面均衡地、有层次地处理各种不同要求,使设计达到技术、经济和艺术的有机结合。现代汽车工业,已经把一个企业的全部生产过程(包括设计)作为一个整体,因此可以把它看成一个大系统。

用系统工程的观点来设计汽车,必须对此系统进行评价和决策。评价是决策的依据,所谓评价是指“按照明确目标确定对象的属性,并把它变成主观效用”的行为。在对系统进行评价时,要从明确评价目标出发,通过评价目标规定评价对象,并对其功能、特性和效果等属性进行科学的测定,最后由测定者根据给定的评价标准把测定结果变换成价值,供决策时参考。研制汽车产品时,对系统的评价是非常重要的,若评价不当或产生错误,不仅此研制的产品无法实现,而且还要付出庞大的费用,造成无法挽回的损失。汽车设计中,常采用的评价方法有相关矩阵法、交叉影响矩阵法等。

3.2模糊设计法

顾名思义,模糊指的是边界限定的不清晰。模糊设计的基础不是系统的数学分析法,而是通过总结相关的实践经验进而确定出相关的参数、控制和计算方法。主要应用的是模糊优化分析、模糊决策等方法。而模糊优化设计具体是指以模糊因素为基础的优化设计,在汽车设计中存在着许多的模糊性因素。模糊设计法在汽车设计中有着积极的作用,具体来说,在离合器、变速箱、齿轮以及发动机参数等都可以进行相关的指标优化。模糊决策具体是指根据相关的实践经验和已知的信息。通常情况下,模糊决策包含许多的自然语言、经验以及中间过渡性,这些都会在一定程度上造成划分的模糊性。

在当前比较复杂的工业控制中,现代控制所起到的作用十分有限,这主要是由于现代控制的数学模型比较难以建立。在这样的情况之下,模糊控制具有独特的优势,不需要对控制对象建立相关的数学模型,只需一种语言控制器,可以促进工作人员利用模糊控制进行更优的设计。

3.3计算机辅助设计(CAD)

CAD是应用计算机进行设计信息处理的总称。CAD系统应支持设计过程的各个阶段,即从方案设计人手,使设计对象模型化;依据提供的设计技术参数进行总体设计和总图设计,通过对结构的静态或动态性能分析,最后确定技术参数;在此基础上,完成详细设计和产品设计。所以CAD系统应能支持包括:创新、变型、分析、综合和模拟等各项基本设计活动。设计者可以在CAD图形终端上设计零、部件,分析应力、变形、振动及温度场,研究机械作用、修改结构,并自动绘出工程图形。顺便指出,虽然理论上CAD的功能是参与设计全过程的,但由于一般使用者认为,通常的设计中制图工作量占的比重较大(50%-60%),而且绘图软件开发较早,因此在应用中CAD的重点实际上放在绘图自动化方面。

目前,国内已发展了一种CAD/CAM集成环境下汽车车身CAD。该系统由三部分组成:一是计算机控制的三坐标侧量机系统,二是计算机处理系统和图形显示终端,三是计算机绘图系统。其设计流程大致是:首先制作1:5油泥模型,然后用三坐标数控测量机测量模型上有限点数的坐标,然后利用CAD系统进行外表面和部分内饰件如仪表盘、座椅等三维几何造型;该系统在车身造型一结构布置一零件设计全过程中始终采用三维造型技术,并在零件设计阶段将三维几何信息和非几何信息统一起来,形成三维产品定义模型,为车身CAD系统与车身模具CAD、CAPP、CAM的信息共享和系统集成打下良好的基础;该系统还加强了结构分析在设计过程中的作用,使其不仅应用在概念设计阶段作多方案比较,还应用于详细设计阶段,真正为设计方案的评判和修改提供依据。

在汽车设计中采用CAD的优点在于:

1)能减少设计计算、制图的时间,缩短新产品的设计和研制周期,适应产品更新换代的需要,提高市场竞争能力。

2)采用CAD系统可以分析多种方案,实现多方案择优。

3)能使设计人员从事务性和重复性劳动中解脱出来,有更多的时间进行创造性的劳动。

4 结语

现代社会经济的不断发展对于汽车的各个方面都提出了全新的要求,同时要求汽车设计方法进行改进和完善。根据有关的资料表明,汽车设计的质量会直接影响汽车的性能。因此,应在汽车的设计中使用符合当前汽车产业发展的设计方法。为了保证汽车设计的质量,促进汽车设计的快速发展,避免和降低设计过程中