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汽车车身结构与设计课件02-2-车身设计特点及方法


现代车身产品开发流程
车身产品开发阶段
3. 技术设计
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技术设计是在汽车造型评审通过并冻结后进行的结构方面详 细的设计工作。

三维结构设计 技术设计

二维工作图设计

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车身产品开发阶段
3. 技术设计
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车身三维结构设计要确定系统、部件(总成)和零件的结构。

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零件设计是产品设计的根基,进行零件设计时:
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首先,要考虑这个零件在整个部件中的功能和要求;

其次,为了满足这个要求,零件应选用什么材料和应设计成什
么形状(与造型有关的型面由造型线图提供);

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最后,零件如何与部件中的其他零件相互配合和安装。

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3. 技术设计
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设计师需要把所设计的三维结构用二维工程图表达出来。 二维工程图是设计师与企业中的工艺师、技工和其他人员交 流的“工程语言”。

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在设计时,设计师执行国家制定的相关法规和标准,对于出
口产品,还必须执行国外的标准,如ISO、SAE、JIS、 EEC、ECE等标准。

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3. 技术设计
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二维工程图绘制完成后,需要将零件和部件按照它们所属的 装配关系编成“组”及其下属的“分组”号码。

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每个部件、零件及其工程图都给定一个编号,以便于对全部

工程图进行管理。
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目前,企业中用得较多的是工程零件报表(Engineering Bill of Material-EBOM)。

工程零件报表(Engineering

Bill of Material-EBOM)

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3. 技术设计
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工程零件报表(Engineering Bill of MaterialEBOM),它提供很多信息,包括零件名称、图号、 数量、层级、材料、料厚、工艺、类型以及试制信 息、二次开发信息、生产信息等。 EBOM是一种动态文件,随着产品开发的不断深入 而进行不断的调整,以满足各部门对实时动态信息 的需求。

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车身产品开发阶段

4. 产品试制
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产品试制是产品开发过程中相当重要的一个验证环节。

根据验证的目的不同,试制的方式和样车(件)的形式也不同。 产品试制分为三个阶段:

设计试制 A样车(件)

试验试制 B样车(件)

生产前试制 C样车(件)

指能够用于功能验证的样件, 指能够用于技术认可的样件, 指能够用于性能验证的样件, 一般是由非生产工装制造、非生产线生产的零部件 可满足批量生产的要求,用于可靠性、耐久性试验 一般是由生产工装制造、非生产线生产的零部件

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车身产品开发阶段
4. 产品试制
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根据产品的材料和工艺不同

内、外饰件试制 车身试制

白车身试制

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车身产品开发阶段
4. 产品试制
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由于先进制造技术的发展,车身试制以CAD/CAM/CAE为技 术支撑,以快速原型技术(Rapid Prototyping-RP)与快 速模具为主要手段,配备多功能五轴激光加工工艺装备和三 坐标测量设备与分析系统,实现了车身试制的快速、精确和 产业化。

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由于快速成型制造技术可在短期内迅速完成满足用户需求的 一定批量的产品,大幅度降低新产品开发研制的成本和投资 风险,所以在小批量、多品种和改型快的现代制造模式下, 具有强劲的发展势头,同时也成为车身试制的主要手段之一。

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5. 产品试验
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产品试验是产品验证的重要环节。 根据试验对象的不同

整车试验 白车身试验 车身试验 系统试验

零部件试验

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5. 产品试验
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根据试验对象的制造状态不同,

A样车(件)试验

车身试验

B样车(件)试验

C样车(件)试验

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5. 产品试验
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根据试验验证目的的不同,

性能试验
车身试验

可靠性试验
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试验类型不同,试验项目、试验依据、试验规范和评价准则 也不尽相同。

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车身产品开发阶段
5. 产品试验
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车身试验流程比较简单,大体可分为以下几个步骤:

1)试验准备

2)安装调试

3)试验条件评审

试验报告存入PDM数据库 确定试验方案,准备试验条件,设计夹具以及准备样件。 对试验数据进行整理分析,编写试验报告 评审报告的规范性和数据正确性 对试验现场的安装、加载和测试条件进行评审 (Product Data Management) 对样件进行性能测试,记录数据 7)报告入库 按规定条件安装试件,调试设备。 试验结束

6)报告评审

5)数据分析及报告

4)进行试验

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6. 生产准备
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经过若干轮(一般为两轮)产品试制和试验后,设计最终冻 结,意味着产品生产准备全面启动。 要求生产部门确认生产 要求生产部门对所 能力可满足生产纲领, 有生产设备完成调 并且在生产准备阶段进 试并确认合格 行试生产,完成所有试 生产车辆的生产,解决 遗留的生产问题,为全 面批量生产作好充分的 生产准备

制造确认
生产准备 批量生产确认

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6. 生产准备
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生产准备阶段将涉及以下几方面的工作内容:

1)持续地对市场/竞争对手进行评估,更新并确认市场推广计 划,制定维修备件及售后服务计划。

2)完成两轮验证样车的试制和试验工作。
3)对验证样车进行评估,更新车辆的性能、可靠性和耐久性。

4)完成产品公告、环保目录的准备及上报工作。

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6. 生产准备
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生产准备阶段将涉及以下几方面的工作内容:(续)

5)完成工艺变更或工程设计变更。 6)确认所有内部、供应商生产设施和工艺都经过调试并具备足

够的能力。
7)持续性控制项目成本,并监督项目收益的变化。

8)在满负荷生产率条件下,验证所有子公司和供应商的生产工
艺。

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6. 生产准备
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生产准备阶段将涉及以下几方面的工作内容:(续)

9)确认所有的物流和生产控制系统都能正常并充分运作。 10)对生产的整车质量进行评审,并确认其满足项目的质量目标。 11)最终确认整车的销售价格,并确认市场发布工作准备就绪。

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车身产品开发内容
1. 车身造型 2. 车身结构可行性研究 3. 三维结构设计 6. 车身试制 7. 车身试验 8. 工艺支持 9. 绿色设计

4. 二维工程图设计
5. CAE计算及验证

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车身产品开发内容

1. 车身造型
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车身造型主要包括以下几方面的工作:
1)草图构思 2)效果图设计 3)胶带图设计 5)模型制作 6)模型测量 7)线图设计

4)CAS设计

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1.

车身造型

1)草图构思
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在产品策划阶段,根据产品的前期定位、市场需求和技术描
述,从造型角度进行创意构思和造型定位。

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根据目前同类车型的对标情况,总结出造型的发展趋势,并 结合假想用户的审美情趣,确定主要的造型元素和风格。

** 这些都是效果图设计的基础。

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1.

车身造型
新型轿车的构思是在旧款车或其他车辆的基础上借鉴、继承 和改进而形成的,其中包括消费者对汽车的意见和期望。

1)草图构思(续)
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每年世界各地的各大车展、市场的信息反馈等,都是设计开 发部门资料信息的来源。品牌轿车4S( Sale, Spare-part, Service, Survey)专营销售中, Survey作用之一就是为厂

家开发新产品提供依据。

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车身造型

1)草图构思(续)

第六代雅特草图

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车身造型

2)效果图设计
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设计师将造型设计用效果图反映在画面上,有整车的形状、
色彩、材质及反光效果等,作为开发人员造型构思和初步选 型的参考。

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效果图由具有工业造型技术能力的开发人员完成,采用水彩、 彩色铅笔、素描或CAD等方式绘制。

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车身造型

2)效果图设计(续)

车身外形效果图 车身效果图

表现车型前面、侧面 和后面三者的关系, 同时也要表现车门外 手柄、外后视镜、刮 水器臂、车牌位置等 结构细节 主要表现出仪表板 、中控台、门护板 、座椅及相互之间 的空间位置等

车身内饰效果图

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一般情况下,效果图设计要经过三轮设计和选择,并以最终 的唯一的方案作为造型信息来指导CAS设计和模型制作。

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车身造型

3)胶带图设计
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胶带图,指用不同宽度和不同颜色的胶带在标有坐标网格的 白色图板(一般为薄膜图)上,粘贴上模型轮廓的曲线和线 条,将汽车整个轮廓、布置尺寸、发动机位置、车架布置及

人体样板都显示出来。
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由于胶带可以随时粘贴或撕下,因此胶带图可以随时修改, 十分方便。设计人员根据胶带图进行修改和调整后,轿车的 轮廓曲线就基本确立了。

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车身造型

3)胶带图设计(续)
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胶带图是1:1全尺寸,便于型线和尺寸的研究和确认。 在胶带图设计期间,造型师、工程师和模型工可就造型和结 构方面的可行性进行实时的交流和沟通,并最终达成一致。

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车身造型

4) CAS设计
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20世纪70年代,计算机辅助设计进入汽车造型设计领域,目 前是国内外整车厂进行汽车造型设计的常规手段。

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CAS设计的主要工作就是对造型表面进行数学建模。 进行CAS建模需要提供效果图、三视图、边界(局部改进时 与新设计曲面相邻的曲面或边界线)等必备条件,并且要满

足法规项目和结构控制条件的要求。

CAS设计过程中需要考虑的法规项目和结构控制条件

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车身造型

4) CAS设计
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CAS模型要准确地表达轮廓线、特征线以及曲面间的相互关系;表面顺

畅,曲面结构简洁、准确。
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在CAS设计过程中,CAS设计人员应该与造型设计师、结构可行性研究 人员共同对模型进行确认,包括

①是否表达了设计创意。
②是否满足了法规要求。 ③是否具备工程可行性。
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根据CAS模型的用途不同,要对数字模型进行不同程度的模型细化。

CAS模型的输出格式

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车身造型

5) 模型制作
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这是造型过程中最重要的一个环节,对于一些特别重要的车型,在前期 还需制作小比例模型;现在由于多采用VR虚拟表达,可在后期直接制作 1:1全尺寸模型。

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模型的材料主要分两大类:油泥和树脂EPWOOD,油泥模型多以手工 制作为主,树脂模型多以数控铣加工。

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模型的轮廓曲线和尺寸都是按照严格的要求制作出来,设计人员可以对 车身表面的细节部分进行比较和修改。

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车身造型

5) 模型制作
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模型制作的依据是效果图、胶带图及总布置图,制作流程大体可分为骨 架制作、模型粗敷、模型精刮和模型装饰。

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首先根据胶带图完成留有合适余量的骨架,再完成油泥的添加及理论面

的刮削,然后完成油泥表面的精确制作,最终进行仿真装饰及仿真件的
安装。
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目前,对模型仿真程度的要求越来越高,车轮一般那会用真轮胎和真轮 辋,灯具和一些附件一般也都是实物或高仿真物。

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车身造型

6) 模型测量和线图设计
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通过三坐标测量仪对全尺寸模型进行测量,得到模型上离散 的点集(点云、ASCII或STL文件),将点集数据输入计算 机,通过专门的CAD设计软件建立整个车身的表面数学模型 (这个过程称为线图设计),以供工程设计人员用来进行详

细的三维结构设计。

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车身造型

6) 模型测量和线图设计
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线图设计分为以下几个步骤:

①分析及处理测量数据。

②提取并编辑特征线及主断面线。
③确定构造曲面模型的框架、分块及分缝线。 ④创建四边界主曲面。 ⑤对主曲面进行光顺检查。

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车身造型

6) 模型测量和线图设计
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线图设计分为以下几个步骤:(续)

⑥构造多个相邻的曲面片。

⑦构造造型特征区域及圆角区域。
⑧对曲面模型进行整体检查及调整。 ⑨对曲面模型进行最终的完善。 ⑩对曲面模型进行评审。

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车身造型

6) 模型测量和线图设计
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线图数据的评判准则:

①车身A级曲面数学模型与造型模型要具有准确的吻合度。 ②车身A级曲面数学模型曲面要具有高质量的光顺性。 ③车身A级曲面数学模型各部件间结构的准确性要满足输入的各项条件及要 求。

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2. 车身结构可行性研究
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车身结构可行性研究,指以满足车身开发目标并服务于车身
造型的结构可行性研究、构思及布置等活动的总称。

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车身结构可行性研究的输出以二维方案图和三维数据的形式
表达,综合体现结构、材料、工艺(制造工艺和装配工艺) 等方案信息,是后续工程设计的指导性文件。

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2. 车身结构可行性研究
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根据可行性研究对象的侧重点不同,

造型可行性研究

车身结构
可行性研究 工程可行性研究

针对造型阶段的输出 对象(胶带图、CAS 数据、实物模型), 按照产品策划阶段定 造型可行性研究与造 指从效果图开始至全 义的各总成性能指标 型设计是互动的、并 尺寸模型装饰前所进 和技术要求,通过初 是在造型可行性研 行的可行性分析工作 行的。 步的结构分析和布置 指从模型主形体确 究的基础上进一步 ,确定总成零件的总 定至B级表面数据完 修正和细化结构方 体构想和方案,并最 成所进行的详细的 案,并作为三维结 终判断造型方案是否 结构方案可行性分 构设计阶段的技术 可行。 析工作。 输入

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2. 车身结构可行性研究
1)提供给造型的控制条件,主要涉及以下几个方面: ①整车和电气/电控条件(包括产品描述、功能要求、轮廓尺寸 和空间布置等信息)。 ②车身设计控制硬点。

③人机工程布置。
④关键结构节点(接头)和断面的初步描述。 ⑤车身功能部件的空间布置要求。 ⑥车身初期产品的总体描述。

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2. 车身结构可行性研究
2)提供给车身结构可行性研究的输入条件
①产品策划定义报告,包括产品配置表、车身关键硬点尺寸、 各总成及部件的主要性能指标、总成目标成本和重量、对标 分析报告以及业主需求等。 ②相关的整车和电气控制条件,包括轮廓尺寸、位置要求和使 用要求(如操控、拆装方便性等)。
**电气控制条件涉及组合仪表、熔丝及控制器盒、电控单元、功能 开关(形式及数量)、收放机、扬声器、各种灯具的灯舱尺寸及调 **其中整车条件一般涉及发动机和附件、散热器、车架、转向器 整要求等。 、轮胎规格和跳动量、接近角、车身室内操纵部件和随车工具等

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2. 车身结构可行性研究
2)提供给车身结构可行性研究的输入条件(续)
③效果图、胶带图、CAS、内外模型点云(带断面)及B级表 面数据。
④造型阶段的间隙圆角图、内外饰件花纹方案。 ⑤各总成控制条件、要实现的主体功能。 ⑥所遵循的相关标准法规。 ⑦以往项目的知识积累和质量记录。

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2. 车身结构可行性研究
3)车身结构可行性研究的输出
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应表达出零件的主体结构、连接方式、配合关系、空间布置 关系和运动关系等详细结构方案信息。

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这些结构方案信息应能满足总成零件的设计目标(性能、功 能、装配、工艺和使用),并能达到指导零件详细结构设计

的目的。

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2. 车身结构可行性研究
3)车身结构可行性研究的输出
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具体来说,车身结构可行性研究输出包括以下内容:

①各总成产品描述。 ②EBOM表 ③车身总布置图 ④三维结构设计方案。

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2. 车身结构可行性研究
3)车身结构可行性研究的输出

④三维结构设计方案,应体现以下信息:

h. 车身附件(车门附件、翻转机构、箱盖类零件 g. 各总成的重量控制。 f. 总成及零件的密封方案:密封断面及密封件的 e. 总成及零件连接配合方案:配合间隙、连接关 d. 关键节点(接头)和典型结构断面的确定:结 c. 相关总成内、外边界控制条件。 b. 零件最大轮廓线、外形特征线和体现工艺性的 a. RPS(Reference Point System)定位方案:定 、前围外板、侧窗、及顶盖窗等)的布置和运 位元素、初步位置、定位方向和定位尺寸。 选择。 系(连接形式、连接件的具体位置、连接件类 构分块、断面细部形状、结构加强措施、准确 结构分块线。 动分析、拆装方便性分析和干涉分析等。 型和规格、配合孔位大小、装配空间)、搭接 的零件料厚、配合间隙和塑料件的脱模方向, 关系和焊接关系(焊接边大小、焊接和密封作 有焊接关系和装配关系的断面必须表达。 业空间),总成以外的相关配合断面也应表达 。

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2. 车身结构可行性研究
4)方案CAE分析
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在概念设计阶段,为了保证白车身的整体特征不至 于产生重大的方案性偏差,一般要结合车身总布置 工作进行如下分析计算:

④ HVAC(Heating Ventilation Air Conditioner)分析, ③白车身整体结构分析,主要进行扭转刚度、弯曲 ⑤CFD外流场分析,主要研究空气动力学特性、流 即加热、通风和制冷性能分析,主要进行空调性能分 ②主要结构节点分析,进行结构节点的刚度分析。 ①主要典型结构断面分析,确定断面的弯曲和扭转 刚度分析和振动模态分析。 场特性和表面压力分布,以获得最佳的空气动 析和空调风道分析。 ** 刚度及经济性指标。 在进行扭转刚度分析时,要考虑有无前后风窗玻璃两
** 空调性能分析主要是针对关键截面的温度、湿度、流速及流动 力学特性。 种状态; 方向的分析; ** 振动模态分析主要是确定一阶弯曲、扭转振动频率。 **空调风道分析主要是进行风量分配、风道阻力和风速分布等分析

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3. 三维结构设计
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从车身的结构设计特征而言,结构设计可分为四大类: 1)白车身结构设计 2)内饰结构设计 3)外饰结构设计

4)附件类结构设计

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3. 三维结构设计
1)白车身结构设计
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白车身结构设计工作是在车身总布置设计师与造型 设计师的协同下,由白车身结构设计师完成的。 在具体结构设计之前,应该进行明确的产品对标工 作,即根据市场调研情况,明确产品开发目标,收 集同类车型的技术资料,测绘一些样车主要的结构 断面,供具体结构设计时参考。

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3. 三维结构设计
1)白车身结构设计
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在造型冻结后,根据车身的线图模型数据,确定车身 的结构分块形式,包括顶盖与前风窗、顶盖与侧围、 顶盖与后围、侧围与后围、侧围与前围、地板与前围、 侧围与车门、侧围总成以及后围总成的主要结构断面。 在确定断面时,还要考虑焊接工艺性、涂装工艺性和 结构力学特性的要求。

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各总成之间的分块形式确定后,就可以进行各部分总 成的具体结构设计。

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3. 三维结构设计
1)白车身结构设计
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白车身的结构设计同时要考虑板材的选用、冲压成 形性分析、焊接工艺、涂装工艺和相关的性能要求, 包括:
a.
b. c. d.

静态和动态强度和刚度要求。
表面精度和性能要求。 车身焊接总成工艺和精度要求。 车身涂装工艺及防锈要求。

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3. 三维结构设计
2)内饰结构设计
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内饰一般指仪表板总成、副仪表板总成、内饰护板 总成、地毯总成以及内饰附件,如座椅、杂物箱、 遮阳板和安全带等。 其中,仪表板总成设计在内饰设计中最复杂,也最 具代表性,在此只介绍仪表板总成的设计思路。

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3. 三维结构设计
2)内饰结构设计 包括仪表板本体总 成、仪表板横梁总 成、仪表罩总成、 面板总成和杂物箱 包括仪表总成、出 总成等 风格栅总成、收录 机总成、开关总成 、空调操纵面板总 成和烟灰盒总成等 包括一些装饰板和 装饰罩

结构类零件
仪表板总成的零件
(按功能特性)

功能类零件

装饰类零件

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3. 三维结构设计
2)内饰结构设计
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仪表板的主要功能是支撑各种仪表、指示装置、收 录机及烟灰盒等功能件。 应避免存在撞车时可能导致驾驶员或乘员受伤的凸 出物。
如果凸出物不可避免,那么在撞车时应能有效地变 形、损坏,从而保护驾驶员与乘员的安全。

?

?

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3. 三维结构设计 2)内饰结构设计 ? 仪表板总成的性能要求:

②视认性:将仪表、报警灯和指示器等布置在驾驶 ⑥法规、标准的适应性:主要包括以下强制性法规 员容易看到的位置。 ③被动安全性:为保证驾驶员与乘员的安全,要在 ④NVH性能:设计时要防止各零部件间产生干涉、 ①操作性:将操作频率高的部件布置在手容易触及 ⑤装配工艺性:要考虑零部件数目和装配的顺序; ,GB8410<汽车内饰材料的燃烧特性>, **汽车仪表的可视范围,对驾驶员的双眼而言,应全部得 仪表板上的适当位置合理配置吸能材料,并考 噪声和刺耳的摩擦声等,应适当考虑在确保零 到的位置上,最大程度地满足人机工程要求。 尤其要考虑空调装置、音响装置以及各种仪表 GB11562<汽车驾驶员前方视野要求及测量方法> 到满足,不应被转向盘遮挡。 虑安全气囊的安装和爆发。 部件间隙的情况下,贴附能消除噪声的材料。 、开关等拆装、维修的方便性。 ,GB11552<轿车内部凸出物>,GB11551<汽车乘 **特别注意:不要让明亮的物体映射到仪表罩上,以免影 响对仪表显示的观察;不要让夜间仪表的照明映射到 员碰撞保护>等。
前风窗玻璃上,以免影响前方视野。

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3. 三维结构设计
2)内饰结构设计
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在进行仪表板总成具体零件的结构设计时,设计内 容主要包括零件的形状、尺寸、精度、壁厚、脱模 斜度、脱模方向、加强肋、圆角、装配孔、凸凹纹、 标记及符号等。

****特别注意:确定零件脱模方向和脱模斜度,保证工 艺的合理性。

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3. 三维结构设计
3)外饰结构设计
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乘用车,车身外饰件一般指前后保险杠总成、翼子

板总成等。
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其中,前保险杠总成的结构和设计最具代表性,在

此仅介绍前保险杠的设计思路。

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3. 三维结构设计
3)外饰结构设计
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前保险杠总成的功能:
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主要功能是安全防护,要求结构具有足够的强度 和刚度,兼有对装备件、人、车的保护作用,即 缓冲吸能作用; 它是外覆盖件,应满足整车造型效果及空气动力 学的要求。

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3. 三维结构设计
3)外饰结构设计
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前保险杠总成的设计步骤:
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产品描述;
方案设计;

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详细结构设计。

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3. 三维结构设计 3)外饰结构设计
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前保险杠总成的设计步骤:
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产品描述:根据最终效果图和产品设计任务书, 按照规定的格式进行产品描述。

G 确定零件的连接形式,是装配、焊接、粘接等。 F 确定主要零部件的种类、数量和性质; E 确定相关通用件和借用件; D 确定零件的材料和厚度; C 确定是否为运动件,是否需要进行运动校核。 B 确定前保险杠总成的结构形式; A 确定零件的成形工艺:金属件是拉深件或压弯件或铸 H 确定基本断面形式,主要用简图的形式来表示上述要 求; 件等,非金属件是吸塑件或注塑件或压注件等;

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3. 三维结构设计
3)外饰结构设计
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前保险杠总成的设计步骤:
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方案设计:根据前保险杠模型数据(CAS数据、

线图数据)和周边相关条件绘制结构方案图。
F 与整车总布置设计师协商确定拖钩的相关条件; E 将整车相关条件绘制在结构方案图上:车架、发动机 D 根据造型确定前保险杠面罩的材料后,确定固定方式 B 确定牌照板的固定方式; A 编制零件清单,确定零件名称、图号、数量及相关标 C 将车身相关条件绘制在结构方案图上:散热器面罩、 准件。 格栅、前照灯、雾灯和翼子板等; 和散热器等;

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3. 三维结构设计
3)外饰结构设计
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前保险杠总成的设计步骤:
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详细结构设计:根据结构方案图、表面间隙圆角 图、保险杠模型以及线图等条件,进行详细的三 维数据设计。

?根据总成结构进行零件的理论三维数据设计、圆角三 ?确定零件的冲压方向或脱模方向,确定脱模斜度,保 维设计以及线框三维数据设计。 证工艺的合理性。

CATIA 环境下的零件三维数据模型

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3. 三维结构设计
4)附件类结构设计
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车身附件涉及面比较广,除了白车身和内外饰件外, 其他部分都可以归入车身附件类,包括后视镜、遮 阳板、座椅、玻璃升降器、门锁和空调系统。
这部分的具体结构设计方法与其功能和性能要求密 切相关。

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车身产品开发内容
4. 二维图设计
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根据已完成的三维数据进行二维图设计。 二维图类型包括零件图、总成图、装置图、式样图、 承认图和工艺合件图等。

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不同的图样类型侧重表达不同的二维信息,总的原 则是要求图面清晰、信息完整,能正确地指导工艺、 制造和装配过程。

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车身产品开发内容
4. 二维图设计
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其中式样图和承认图是专门针对二次开发类零件。

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式样图是指由主机厂对二次开发零部件外形、安装尺寸、主 要结构和性能要求等进行控制的设计图样,以指导供应商二 次开发。
承认图是指由供应商按照式样图和有关技术条件的要求,表 达二次开发零部件的内外详细结构的设计图样,供主机厂承 认用,或由供应商提供的现有零部件产品图样用于主机厂匹 配设计的确认。

?

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
4. 二维图设计
?

零件图,要求能体现零件的材料、材料标准、技术要求、工 艺要求和试验要求,制件的外廓尺寸、配合尺寸、装配尺寸 和脱模方向。 装置图,应能体现装配顺序、装配关系、装配控制尺寸、标 准件和装配力矩等信息。 所有图样均须符合国家及工厂制图标准、计算机制图标准。 除了图样之外,以二维方式体现产品信息的载体还包括明细 表目录和明细表、技术条件、零件目录和使用说明书等服务 文件。

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现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
5. CAE计算及验证
?

车身结构CAE分析伴随产品开发同步进 行,其过程主要包括以下两个阶段:
? ?

概念设计阶段 详细设计及结构改进阶段。

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
5. CAE计算及验证
1)概念设计阶段
?

依据车身设计提供的设计参数,建立车身简化的概念有限元分 析模型(由断面和关键节点组成),主要进行静态、动态结构 性能分析,以用来指导工程设计,满足白车身的结构性能和自 重要求。

?

在造型阶段,还需要进行空调系统的初步结构布置、参数分析以 及外流场空气动力学分析。

概念设计阶段的性能分析项目

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
5. CAE计算及验证
2)详细设计及结构改进阶段
?

根据概念设计阶段有限元计算分析结果进行结构优化后产生新 的设计方案,依据最新CAD数据建立详细的车身有限元计算 分析模型。 根据分析内容不同,分析模型主要包括白车身、活动部件、底 盘部件、风窗玻璃及座椅以及局部详细结构等。

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CAE分析内容

CAE分析流程

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
6. 车身试制
?

试制原则

?
?

试制方案
试制内容

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
6. 车身试制
1)试制原则
? ? ? ?

体现设计思想,满足设计要求,检验设计的合理性。 用最简洁、最新的工艺方法,快速、按期完成试制工作。 本着成本最低的思想,考虑试制方案以及工艺方法。 最大限度地保证试制的精度和质量。

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
6. 车身试制
2)试制方案
? ? ? ?

试制重点、难点分析。 明确试制目标。 制定试制技术方案。 合理配置试制资源。

?

进行试制风险分析。

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
6. 车身试制
3)试制内容
?

试制过程中的重点和难点主要体现在以下几方面: ? 覆盖件的冲压成形、 ? 钣金件的激光修边、
? ?

焊接夹具的设计和调整 白车身焊接总成的精度控制。

钣金件的激光修边侧重于激光切割夹具重复定位精度的 覆盖件的冲压成形侧重于模具的结构设计、冲压件的模 白车身焊接总成的精度控制侧重于焊接工艺的合理性、 焊接夹具的设计和调整侧重于夹具的定位及夹紧的可靠 控制、理论程序与实际工件误差的调整以及对二次成形 具调试以及冲压件的质量控制 总成检测所表达信息的完整性。 性、由于工件及焊接变形而产生的夹具调整; 零件边界的控制;

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
7. 车身试验

车身试验项目

现代车身产品开发流程
车身产品开发内容
8. 工艺支持
? ? ?

车身工艺通称为“四大主体工艺”:冲压、焊接、涂装、总装。 在产品设计过程中的工艺支持是并行工程的一项主要内容。

产品设计人员和制造工艺人员一起并行协同工 作,对产品设 计、工艺和制造等上下游各方面同时进行考虑和并行交叉设计, 及时交流信息,使各种问题及早暴露,并共同加以解决,这样 使产品开发时间大大缩短,同时新产品的质量得以提高、成本 得以降低。 这也是面向制造的设计(Design For Manufacturing-DFM) 和面向装配的设计(Design For Assembly-DFA)的体现。

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现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
8. 工艺支持
1)冲压工艺
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车身外覆盖件的冲压属于薄板冲压,在设计阶段验证冲压的可行性,可以
减少模具准备时间、大大缩短产品开发周期和降低制造成本。

?

工程中常用的传统冲压工艺和模具设计是以简化理论模型和经验公式为基 修模,来达到零件的设计要求。

础,依据工程师的实践经验,设计出工艺和模具的初步方案,经反复试模、

?

对于较为复杂的新产品模具,这种方法不仅耗费大量时间和资金,还常常 难以达到质量要求,这也是导致新车型开发周期长的重要原因之一。

现代车身产品开发流程
车身产品开发内容
8. 工艺支持
1)冲压工艺
?

薄板冲压过程包含以大位移、大变形为特征的几何非线性,以塑性变形为 特征的材料非线性,以及以接触摩擦为特征的边界非线性,其设计计算非 常复杂。 目前,这项技术已成为汽车、航空等工业的关键技术,特别是近10年来, 国内外逐渐完善的冲压过程仿真理论与技术,为冲压工艺与模具设计提供 了现代化手段。 通过将CAE系统与成熟的模具CAD/CAM系统集成形成的CAD/CAE/CAM 一体化技术以及基于CAE的冲压成形新工艺,大大提高了冲压工艺和模具 的设计水平以及模具的制造质量,缩短了设计制造周期,提高了冲压件的 品质。

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现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
8. 工艺支持
1)冲压工艺
?

在进行结构设计时,有一些基本的冲压工艺知识的指导是相当
有益的。 例如:拉深深度、最小冲孔的尺寸、孔与孔的最小间距、孔与 边缘的最小尺寸、外凸缘的最大翻边高度、平板件的最小翻边 高度、翻边/拉深/成形时的最小内圆角半径、翻边孔的最大翻 边高度以及工艺切口极限值等。

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孔与孔、孔与边缘的最小尺寸设计指导

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
8. 工艺支持
2)焊接工艺
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焊接是白车身生产过程中最重要的工艺,主要焊接工艺有点焊、 凸焊、CO2气体保护焊和螺柱焊等,其中以点焊最为普遍。 点焊工艺适用于厚度为0.5-4.0mm的无镀层低合金钢板,钢板 厚度比≤2.5:1,特殊情况可以达到3.0:1。在车身结构设计过 程中,要尽可能避免厚度比大于2.5的两件搭接点焊。 由于点焊工艺的特点,车身结构设计过程中,要尽可能避免三 层板焊接,坚决杜绝四层板焊接。

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与点焊相关的参数推荐表

单位(mm)

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
8. 工艺支持
3 )涂装工艺
?

车身的涂装工艺更多的是指白车身的涂装工艺,主要包括表面
预处理(表面清理和磷化处理)、电泳涂底漆、涂密封胶和防 声绝热浆、涂中间漆、涂面漆等几大工艺过程。

?

影响产品结构设计的环节主要在电泳涂底漆和涂装线上机械化 传输吊具与滑橇的设计方面。

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
8. 工艺支持
3 )涂装工艺
?

在电泳涂底漆时,要考虑电泳液的充分流动,因此需要在白车 身的某些部位开设一些工艺孔,来保证在电泳过程中,液体的 充分浸泡和及时排出。

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在涂装线的各种工艺传输过程中,要考虑白车身的夹持和保持。 目前,现代化的涂装线一般多采用多功能穿梭机,在穿梭机上 再安装吊具和滑橇,实现吊具和滑橇间的自动转挂,因此,在 白车身设计时要考虑吊装和翻转时的强度要求和定位要求。

简易的吊具与滑橇

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
8. 工艺支持
4 )总装工艺
?

车身装配主要采用模块化装配,除了以白车身为主体 模块外,还有以下四大装配模块:
? ? ?

车门总成的装配模块。 仪表板装配模块。 车身内饰装配模块。

?

车身外饰装配模块。

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
8. 工艺支持

4 )总装工艺 ? 车身产品设计过程中,要充分考虑生产过程中的装配工艺要求, 包括生产节拍的保证、装配/拆卸方便性的保证、标准件和装 配工具的统筹考虑、工艺车的要求以及装配过程中的检测要求 等因素。 ? 在产品装配工艺设计过程中,将从设计部门获得的产品设计数 据作为工艺设计的基础工艺数据,以装配流程图的方式,直观 地描述装配的过程和顺序,以装配过程为主线,将每一过程所 涉及的工艺数据、物料数据、工装数据、工时数据、3D模型、 通用工艺和生产反馈数据等有机地结合在一起,为生产提供完 整的指导数据。

面向产品装配工艺的解决方案

现代车身产品开发流程

车身产品开发内容
9. 绿色设计
?

国外在车身设计中注重绿色设计,在设计 阶段就要考虑使用的材料(包括其回收与 再利用)、采用的制造工艺等对环境的影 响和预防污染的措施,绿色设计的理念贯 穿于产品的整个生命周期。

现代车身设计方法

? 性能设计 ? 精益设计 ? 并行工程

性能设计
?

传统的产品设计是以经验设计为主的结构设计,以满足功能

要求为第一位。
?

现在随着对车身性能要求的提高,传统的设计方法已经不能 适应产品性能和对市场快速反应的要求,以CAE 技术为支 撑的性能设计(Design for Performance)方法应运而生。

?

国际知名的汽车制造商,其设计部门已经全面应用性能设计 技术,从产品的概念设计开始,贯穿于整个产品技术设计阶 段,直到后续的产品试验验证,都是以性能设计中的目标性

能为指导纲要。

性能技术
?

对车身而言,所要控制的主要产品性能:

性能设计
(1)

碰撞安全性(主动/被动安全性),包括车体结构碰

撞安全性、内外部凸出物要求、乘员约束系统安全
性等;
(2)

舒适性(静态/动态舒适性)包括居住性、驾乘操作
舒适方便性、视野性等;

(3)

NVH 性能包括振动匹配设计、噪声品质控制、车身

固有频率主动控制技术等。

性能设计
?

性能设计由三大要素支撑:

一是产品设计前期的对标技术(BenchMarking),准确的对标 分析、科学的项目规划、周详的产品描述为项目的后期开发 提供了参考蓝本和指导纲要,同时也是性能设计的前提条件 和基准依据;
二是产品设计过程中的CAE分析和 验证工程,CAE 的分析验证 随着工程设计的数据状态进行动态更新,全程保证工程设计 的质量,为性能设计提供了技术保障; 三是实行闭环控制模式,在项目的运作过程中,产品验证环节 捆绑于各个阶段,既是各个阶段的评审节点,又是性能设计 的主线,从而保证各个阶段的输出均在控制目标内,整个项 目的运作始终处于闭环控制中。

性能设计的主要控制阶段和过程

精益设计
?

丰田生产方式成功的重要标志,就是它高效率地制造出高质 量、低成本的汽车。使日本进入了世界汽车大国的前列,并 于1979年夺取了世界汽车产量的冠军,一直持续了十五年之 久。为此,美国麻省理工学院的几位专家对日本丰田生产方 式进行了为期五年的调查研究后,于1990年提出了“精益生 产”为我们提供了这样一个典范:就是一个弱者如何战胜一 个强者。 精益生产被称为工业界的第二次革命。在日本丰田神奇崛起 的秘密大白于天下时,精益生产就被无数制造业企业效仿。 事实上对于精益生产,国内的汽车企业都不陌生。把精益挂 在嘴边的企业非常多,成功的例子却寥寥无几。

?

?

精益设计
?

在汽车制造行业,精益生产已逐渐失去差异化竞争优势。

?

虽然丰田依然保持着精益生产带来的高绩效,但这样的成绩
更多得益于精益产品开发模式,而不是传统的丰田生产方式。

?

丰田的承诺,即“合理整合人员、流程、工具和技术,从而
为社会和客户创造价值”。

?

精益设计:即将精益原则引入设计领域,力图降低成本、提
高品质、缩短周期。

精益设计
?

丰田的管理思想主要包含以下几个方面:

1、在汽车研发设计上,以顾客为导向,积极研究适合顾客需要 的产品,合理引导消费者消费观念,尊重各地域的汽车消费 差别,积极顺应时代要求,向高新技术拓展。 2、在销售理念和模式上,满足顾客多样化个性化的需求,积极 缩短顾客交货周期,将服务进一步延伸到顾客期待的各个领 域。 3、在生产过程中,严格以品质安全第一的原则,将品质管理覆 盖到汽车生产的各个环节,合理布局生产线,采用平准化混 流小批量生产模式,积极应用各种先进制造工艺,推动设备 的更新和技术进步,实现快速换模,可视化的生产工厂等等。

精益设计
?

丰田的管理思想主要包含以下几个方面: (续)

4、在零部件供给体系中,积极培育自己的零部件企业,将技术 研发与之同步进行,将自己的管理思想管理方法移植到下流 企业,将利益进行共享。 5、在物流领域,积极建立符合准时化生产方式的多样化相结合 的物流体系,利用灵活的生产计划、生产控制模式协同各因 素实现效率成本的最优化。 6、在人才培养上,坚持以人性化为前提不断培养丰田体系下的 汽车管理和技术人才。彻底贯彻成本低减,持续改善,通过 一些基本的员工定律和创意性的活动,规范员工基本行为, 提高员工素养,激发员工创造性和活力。

精益设计
?

丰田的管理思想主要包含以下几个方面: (续)

7、在所涉及的各个领域,企业员工,企业客户,企业供应商, 以及各个和自己相关的利益群体积极推行自己的管理模式, 让它成为一种企业文化,被普通大众所接受,进而展开广泛 的合作关系。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
?

并行工程是集成、并行地设计产品及其相关的各种

过程(包括制造过程和技术支持过程)的系统方法。
?

并行工程的工作方式是组织跨部门、多学科的开发

小组,一起并行协同工作,对产品设计、工艺和制
造等上下游各方面同时进行考虑和并行交叉设计,

及时地交流信息,使各种问题尽早暴露,并共同加
以解决,这样可以使产品开发时间大大缩短,同时

新产品的质量得以提高、成本得以降低。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
?

在并行工程模式中,产品的创新不仅要考虑产品功能本 身,还要考虑到产品制造和装配的难易 、生产成本的高 低和生产周期的长短。 即产品设计部门不仅要考虑自身的目标,还要考虑整个 产品生命周期中从概念形成到产品消亡的所有因素,包 括产品质量、目标成本、制造成本和进度计划,充分利 用企业的一切资源,最大限度地满足用户的要求。 这样就要求打破设计、工艺、制造、销售、经营和生产 部门的界限,借助计算机网络平台,实现知识、信息和 数据的共享。

?

?

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
?

并行工程是一种系统工程的方法,动态优化地处理

问题。它在产品开发的设计阶段就考虑产品生命周
期中工艺、制造、装配、测试、维护等其它环节的

影响,通过各环节的并行集成,以缩短产品的开发
时间,提高产品的设计质量,降低产品成本。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
?

并行工程的核心是并行设计,并行设计的特点是“集成”与 “并行”。 所谓“集成”是指在信息集成的基础上,更强调过程的集成, 过程集成需要优化和重组产品的开发过程,组织多学科专家 队伍,在协同工作环境下,齐心协力,共同完成设计任务; 所谓“并行”是指一个以上的事件在同一时刻或同一时段内 发生,以此来减少整个设计过程的时间。面向制造的设计 (DFM,Design For Manufacturing)、面向装配的设计(DFA, Design For Assembly) 是并行工程思想的重要体现。 设计阶段的并行工程主要在以下三个方面得到具体贯彻:开 发流程的并行、设计方案的并行、项目团队的协同工作。

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?

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并行工程(CE-Concurrent Engineering)
1)开发流程的并行
?

传统的产品开发流程通常是递阶串行结构,各阶段的工作
按顺序进行,一个阶段的工作完成后,下一步阶段的工作 才开始,某一阶段的输入是其上一阶段的输出。因此,传 统的开发流程是一个串行设计过程,它以产品规划为第一 步,以此顺序展开,直到最终开发产品的输出。产品的开 发生命周期总时间可用下式表达: T 串行=(T 产品规划十T 产品设计十T 产品制造)×u 式中,T 代表完成各个阶段所用的时间,u 为返工系数。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
1)开发流程的并行(续)
?

由于在传统的设计过程存在大量的设计修改,返工系数的 值通常超过2。

?

越是在产品生命周期后期发现的缺陷(如工艺规划、制造
装配和检测试验时发现的缺陷)其修改周期比概念设计时 发现的缺陷的修改周期要长,因为其反馈的修改结果依然 是依原来的执行路线顺序执行下来,所以最终造成的修改 成本及总设计成本升高,重要的是直接影响产品开发周期,

推迟产品上市时间。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
1)开发流程的并行 (续)
?

为了更大程度地缩短产品开发周期,必须在产品开发的第 一步流程上采用并行工程哲理对开发流程进行重组。运用 并行工程原理,产品的开发过程可建立并行流程模型。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
1)开发流程的并行(续)
车身产品开发并行流程模型

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
1)开发流程的并行 (续)
?

在该模型中,设计知识库包含结构分析组件(CAE
Analysis)、工艺分析组件(Process Analysis)、制造分析 组件(Manufacturing Analysis)以及装配分析组件 (Assembly Analysis)。

?

其中,结构分析组件对产品的结构断面、接头形式、材料 选择、料厚确定、加强方式等方面进行静态、模态、安全、 疲劳等诸多因素的综合分析和评价,为设计方案提供技术 支持。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
1)开发流程的并行 (续)
?

工艺分析组件用来为设计者提供冲压、焊装、涂装、夹具、 检具等方面的工艺可行性技术支持。

?

制造分析组件可以辅助设计人员在方案阶段就能考虑到制

造工序的繁简、设备的投入以及成本的预估。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
1)开发流程的并行 (续)
?

装配分析组件可以帮助设计人员在装配可行性、装配成本 和零部件优化设计中做出平衡决策。 因此,概念设计、详细设计和方案评价都是在面向装配、

?

制造的设计知识库的支持下进行的,实现了全局优化,克
服了传统设计中对设计以外的其它过程因素考虑较少而造

成反复设计的缺点。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
2)设计方案的并行
?

并行工程的核心是使产品开发人员在设计过程中尽早地考
虑产品生命周期中的所有因素,解决好产品的T、Q、C 难题,即以最快的上市速度T(Time to Market)、最好的质 量Q(Quality)、最低的成本C(Cost)来满足市场的不同需求 和社会可持续发展的需求。

?

而总体方案的设计与论证作为以后详细设计的依据,必须
从总体上保证最优的性价比、优化设计、降低成本、缩短 研制周期。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
2)设计方案的并行 (续)
?

设计方案的并行意味着在时间概念上按照并行运作模式进 行模块化、系列化方案设计。在关键的节点上完成阶段性 控制,尽早发现问题、尽早解决问题,从而保证整个项目 和产品的高效率、低成本。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
3)项目团队的协同工作
?

开发流程是设计理念的体现,设计方案是技术经验的表达,
而管理模式是对资源的优化和重组。项目的开发完全按照 项目负责制的管理模式进行组织管理,运用并行工程原理, 采用有效的“矩阵式”的集成团队组织形式,各职能部门 协同地工作(Team Work)。

?

车身开发项目组一般由技术管理人员、造型人员、工程设
计人员、工程分析人员、电气人员、整车人员、工艺人员、 产品数据管理人员、二次开发供应商等跨专业多学科成员 组成。

并行工程(CE-Concurrent Engineering)
3)项目团队的协同工作 (续)
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协同工作过程中,由项目经理(负责人)负责总体规划、 进度监督、信息管理和交换,以确保不同部门间的顺利协 调。 项目文档和信息(包括流程进度、数学模型、参考资料、 历史记录、会议纪要等)按照并行工程思想在项目组内按

?

级共享,确保对整个项目的历史进行总体稳定的控制。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)

?

虚拟产品开发(VPD,Virtual Prouduct Development),也称虚拟设计制造(Virtual Design & Manufacturing),是指在不实际生产产品实

物的情况下,利用计算机技术在虚拟状态下构思、设
计、制造、测试和分析产品,以有效解决那些反映

在时间、成本、质量等诸多存在的问题。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
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VPD技术是建立在可以用计算机完成产品整个开发过程这一 构想的基础之上。 工程师完全是在计算机上建立产品模型,对模型进行分析,然 后改进产品设计方案,用数字模型代替原来的实物原型,进行 分析、试验、改进原有的设计。 这样常常只需制作一次最终的实物原型,使新产品开发一次获 得成功。 如,采用VPD技术后,汽车工业新车型开发的时间可由36个月 缩短到24个月以内,竞争的优势显然得到加强,其影响不可 估量。 现在VPD技术已在汽车、航天、机车、医疗用品等诸多领域 成功地应用,对工业界产生了强大的冲击作用。

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虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
?

CAD/CAM/CAE/PDM(简称C3P)是实施VPD的强大支持技术, 快速原型(RP)、虚拟现实(VR)、Internet(互联网)也都 被一些国际上著名的企业作为实施VPD的重要手段。 VPD是由从事产品设计、分析、制造、仿真和支持等各合作的 各科人员网络所组成。他们通过网络通讯组建成“虚拟”的产 品开发小组,将设计人员、工程师分析专家、供应厂商以及客 户联成一体,实现异地合作开发。 实施VPD对工程师来说,将采取不同的思考方法和完成设计任 务的方法。为适应这些变化,对于技术人员和管理人员的培训 是非常重要的。

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虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)

? 企业通过VPD这种新技术把握住产品开发过

程,这样的企业就能对客户的需求变化作出 快速灵活的反应,并且完全按照规定的时间、 成本和质量要求快速的将产品推向市场。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD关键技术
?

VPD的基础是虚拟现实,“现实”是汽车基于物理样机构建和 试验的过程,而构建物理样机是在产品研发过程中减少时间和

费用的显而易见的阻碍。与物理试验相比,虚拟试验可以更容
易、更经常和更有效地实现。通过虚拟试验,可以克服研发流 程的瓶颈,使产品的质量和创新得到改进和提升。
?

虚拟产品开发的关键是开发虚拟产品的开发环境。虚拟产品开
发环境是虚拟模型的运行空间。它具有不依赖于具体虚拟模型 的通用性,因此也是构造具体虚拟模型的通用平台。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD关键技术
虚拟设计的关键技术主要体现在以下几方面: 1)全息产品的建模理论与方法。 2)基于知识的设计,包括设计知识的获取、表达与应用;设计信 息和知识的合理流向、转换与控制;设计知识的融合、管理与共

享;从设计过程数据中挖掘设计知识。
3)设计过程的规划、集成与优化,包括设计活动的预规划和实时 动态规划、设计活动的并行运作以及设计过程冲突管理与协商处 理。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD关键技术 虚拟设计的关键技术主要体现在以下几方面:(续) 4)虚拟环境中的人机工程学。 5)虚拟环境与设计过程互连。 6)产生虚拟环境的工具集,一般包括所需要的软件支撑系统以及 能接受各种信息的高性能传感器。能生成立体的显示图形,能调 用和互连各种数据库和CAD软件的各种系统。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD发展趋势

(1)数字化
? ?

虚拟环境下开发的产品是全数字化的产品; 产品的开发过程、测试过程、检验过程、制造过程和销售过程 等,将告别现在的纸制介质,并与数字化产品信息紧密结合;

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数字化将是虚拟产品开发技术的重要发展方向,基于数字化虚 拟产品技术的各个分支将得到全面的发展。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD发展趋势

(2)集成化
?

虚拟产品的集成建模技术,虚拟产品开发系统的集成化,虚拟 产品设计、测试和制造的集成化等。

(3)智能化
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将人的知识和智能融人虚拟产品开发技术中,使新产品开发过 程实现自动化,将智能化的知识和数字产品结合起来,使其具

有自律、分布、职能、仿生和分形等特点。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD发展趋势

(4)协同化
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分布式异地协同虚拟开发将是CAD支撑层的重要发展趋势。

(5)虚拟化
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包括虚拟环境的建立,还包括虚拟环境下产品的表达,虚拟产 品装配模型和虚拟产品模型分析,进而发展到产品的虚拟制造 (VM)和虚拟企业(VE)等。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD应用实例

(1)汽车虚拟试验系统
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随着虚拟样机以及虚拟现实技术在汽车行业的应用与发展,在 汽车的设计与试验研究方面取得了很大的发展。 采用多体系统动力学分析软件获取车辆性能参数,虚拟实现车 辆性能的试验系统,可完全实现“室内虚拟试验”,是未来虚 拟样机系统的扩展。

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通过连接一些控制设备,与虚拟场景相结合,可使用户感觉到 汽车的振动、侧偏和侧倾等运动,可以把人的主观感受加人到 评价车辆性能中来,具有很强的实际意义。 随着计算机、图像、传感器等技术的发展,汽车虚拟试验技术 具有良好的发展前景。

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虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD应用实例

(1)汽车虚拟试验系统
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汽车虚拟试验系统主要由输入模块、虚拟试验模块以及输出模 块三部分组成。 把汽车模型导入到虚拟环境中,根据用户的输入控制命令,对 汽车模型进行运动学、动力学分析,利用分析数据可在虚拟场 景中“虚拟再现汽车试验过程”。 用户通过各种传感器感受并体验该车的性能,得出对于性能的 评价,根据评价可修改模型参数。该过程可不断重复,不断进 行汽车参数的修改,直至汽车获得最优性能。

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汽车虚拟试验系统结构框架图

虚拟试验过程中的仿真场景与虚拟仪表的变化

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD应用实例

(2)汽车虚拟分析系统
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在提升汽车研发能力的众多因素中,以CAE为主的数字化产品 开发可以说是其中最为重要的一个环节,也被认为是继福特公 司的流水线生产、丰田公司的精益生产之后,汽车工业具有革 命性意义的重大技术进步。

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以CAE为核心的仿真驱动设计技术的应用使得整车制造中新产 品开发周期大为缩短,同时也使得以往设计中的一些经验性的

知识可以以量化的形式出现,使得产品的开发效率更高。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD应用实例

(2)汽车虚拟分析系统
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在整车的开发中,丰田公司开发新型花冠牌轿车时运用了CAE 技术,无需制造试验车,只需把众多工序在计算机上进行演示 即可,由此将开发时间缩短到了18个月。 马自达公司运用数字化产品开发进行新产品设计,主要依靠 CAE与试验来缩短产品试验和样车完成的时间。根据马自达的 数字化创新计划,其产品样车的完成将由3.5个月缩短到1.5个 月,试验周期从4.5个月缩短到2.5个月。 不言而喻,以CAE为核心的仿真驱动设计,在各大汽车制造商 的发展战略中占据着越来越重要的地位。

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虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
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VPD应用实例
传统在单一软件进行某种特定功能分析的方法,要求工程师熟 悉多种软件,同时要在不同的分析之间进行数据交换,降低了 工作效率也容易造成数据丢失,增大了工程师的工作量。 现在,从结构的刚度分析、强度分析和疲劳寿命分析,到整车 动力学分析、被动安全与乘员保护分析,CAE分析几乎涵盖了 汽车性能的所有方面。以汽车仪表板的CAE分析为例,其包括 了NVH、FMVSS201(仪表板头部撞击分析 ) 、FMVSS208 (仪表板膝部撞击分析 )、热应力及强度分析等。 因此,CAE的发展要求分析软件在具有强大非线性分析功能的 同时具有综合分析的功能,可以提供从强度、NVH到汽车碰撞 等瞬态分析的功能。

(2)汽车虚拟分析系统(续)
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汽车碰撞分析

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
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VPD应用实例

(3)汽车虚拟设计系统
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目前,汽车虚拟设计系统采用的核心技术是电子样机DMU技 术,即三维数字化设计技术和“上下关联设计”(Design in Context)的设计环境。

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该技术使不同岗位的开发人员能在更早期捕捉产品的知识,把
那些以往只能在后期才能发现的错误减到最少。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
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VPD应用实例
数字化产品开发应用技术(Digital Product Development Technology)可定义为基于计算机软件和硬件环境,将数字化 技术广泛地应用于产品开发的整个产品生命周期过程中的实用 技术。 它已经能覆盖从概念设计、详细设计、工程分析、数控加工和 虚拟制造模拟,到产品维护等各个产品开发和生产的流程。

(3)汽车虚拟设计系统
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数字化产品开发应用技术的核心为三维计算机软件辅助设计, 以三维手段数字化地定义组合成产品的任何数据,并通过网络 进行协同作业。 再配合产品数据管理系统(PDM),制造业开始实施基于数字 化技术的、完全优化的产品开发和制造流程。

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数字化产品开发技术的发展

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD应用实例

(3)汽车虚拟设计系统(续)
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DMU为一实用的对整个产品或产品的部分进行计算机电子模 拟的技术。它需具有完整的功能,包括集成的造型、可视化、 功能性检测、产品结构和配置管理等功能,为数据管理、信息 传递和决策过程三大领域提供方案。

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最终,利用DMU技术能更快、更好地以最低成本开发和生产汽 车和其他产品。

虚拟产品开发(Virtual Product Development-VPD)
? VPD应用实例

(3)汽车虚拟设计系统(续)
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继波音、达索等航空企业率先应用电子样机DMU技术后,许多 世界先进企业,如戴姆勒一克莱斯勒、宝马、雷诺、三菱和本 田等许多汽车公司,先后实施了该技术,

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更有一些其他行业,如汽车部件、模具、家电等行业的用户也
加人了电子样机DMU的行列,利用先进技术来提高产品开发水 平和市场竞争能力。

DMU最低开发成本


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