第三章

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)05汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)知識(shí)與體系1.汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)與技術(shù)概念。汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)與技術(shù)是一種復(fù)雜的思維過(guò)程,是創(chuàng)造性的勞動(dòng),是人類(lèi)改造自然的基本活動(dòng)之一。汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)與技術(shù)的目標(biāo)如圖所示人類(lèi)在認(rèn)識(shí)世界和改造世界的歷史長(zhǎng)河中一直在從事著設(shè)計(jì)活動(dòng),從某種意義上說(shuō),汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)與技術(shù)是人類(lèi)不斷進(jìn)行的創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng),推動(dòng)了人類(lèi)文明的進(jìn)步。人類(lèi)的汽車(chē)設(shè)計(jì)活動(dòng)那個(gè)從早期的直覺(jué)設(shè)計(jì)階段開(kāi)始，經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。隨著智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，是人們以往的生活方式、工作方式和思維方式發(fā)生了巨大的改變，由此對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)入汽車(chē)智能設(shè)計(jì)。智能設(shè)計(jì)方法是用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，考慮自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等諸多現(xiàn)代因素，從而獲取質(zhì)高、價(jià)廉、有創(chuàng)新的設(shè)計(jì)程序、設(shè)計(jì)思維、工作方法和工具的總和。

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)知識(shí)與體系2汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)內(nèi)容。汽車(chē)設(shè)計(jì)中以設(shè)計(jì)內(nèi)容命名的設(shè)計(jì)方法很多，設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容做具體的安排，這是保證汽車(chē)產(chǎn)品安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、有效形式的重要措施，對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)總體規(guī)劃及系統(tǒng)同化設(shè)計(jì)都要做妥善的考慮。汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)施階段涵蓋汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一些主要內(nèi)容，它是汽車(chē)產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)，面向汽車(chē)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、面向產(chǎn)品工作性能的智能化優(yōu)化設(shè)計(jì)、面向產(chǎn)品制造性能的可視化優(yōu)化設(shè)計(jì)，一級(jí)面向產(chǎn)品特殊性能的設(shè)計(jì)綜合。汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)包括方案設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。功能設(shè)計(jì)采用合理的機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)、以及合理的幾何參數(shù)、工藝參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)，使汽車(chē)產(chǎn)品具有良好的功能。面向汽車(chē)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能的動(dòng)態(tài)化優(yōu)化設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)化優(yōu)化設(shè)計(jì)包括機(jī)器及其零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)和摩擦學(xué)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。通過(guò)以動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)為核心的綜合設(shè)計(jì)，可以使汽車(chē)產(chǎn)品獲得良好的機(jī)構(gòu)性能（安全、可靠、耐用等），這對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品綜合質(zhì)量的提高具有重要的意義。

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)5汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)知識(shí)與體系3汽車(chē)設(shè)計(jì)的主要方法(1)信息設(shè)計(jì)方法。信息分析與處理是汽車(chē)設(shè)計(jì)的依據(jù)。通過(guò)信息采樣、統(tǒng)計(jì)、分析、處理,得出規(guī)律和結(jié)論,作為汽車(chē)設(shè)計(jì)的客觀依據(jù)。例如,在汽車(chē)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中,要對(duì)該汽車(chē)載荷信息的采樣、統(tǒng)計(jì)、分析、處理有一套設(shè)計(jì)方法,以便得出規(guī)律,作為汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。信息設(shè)計(jì)方法有預(yù)測(cè)分析法、信號(hào)分析法、譜分析法、信息合成法等.(2)功能設(shè)計(jì)方法功能設(shè)計(jì)法是汽車(chē)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)品的功能,設(shè)計(jì)出具有較高性價(jià)比的汽車(chē)產(chǎn)品?；咎卣魇峭ㄟ^(guò)功能設(shè)計(jì)方法建立一套設(shè)計(jì)方案。功能設(shè)計(jì)分析方法包括功能分析法、功能分解、價(jià)值工程、可靠性設(shè)計(jì)等。

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)6汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)知識(shí)與體系3汽車(chē)設(shè)計(jì)的主要方法(3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法把汽車(chē)看作是一個(gè)整體、一個(gè)系統(tǒng),從系統(tǒng)的整體角度出發(fā)來(lái)研究汽車(chē)內(nèi)部各個(gè)組成部分之間的有機(jī)聯(lián)系,以及和系統(tǒng)外部之間的相互關(guān)系,它是一個(gè)綜合的研究方法。例如,系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的體系基礎(chǔ)就是運(yùn)用系統(tǒng)思想方法和各種數(shù)學(xué)方法、控制理論,以及計(jì)算機(jī)等工具來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模型化和最優(yōu)化,進(jìn)行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)。為了完成一項(xiàng)復(fù)雜設(shè)計(jì)任務(wù),系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要區(qū)段,即信息獲取、信息處理、信息整理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法包括灰色系統(tǒng)設(shè)計(jì)法系統(tǒng)工程、人機(jī)工程、邏輯分析法等。(4)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign,CaD)方法是利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)效果的一種技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是將計(jì)算機(jī)高速而精確的計(jì)算功能、大容量存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的能力、豐富而靈活的圖形文字處理功能與設(shè)計(jì)者創(chuàng)造性的思維能力綜合分析及邏輯判斷能力結(jié)合起來(lái),形成一個(gè)人與計(jì)算機(jī)各發(fā)揮所長(zhǎng),又緊密配合的系統(tǒng),從而極大地加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程,縮短了研制周期,提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,這種人機(jī)結(jié)合的交互式設(shè)計(jì)過(guò)程,構(gòu)成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的工作過(guò)程

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)7汽車(chē)智能化設(shè)計(jì)知識(shí)與體系3汽車(chē)設(shè)計(jì)的主要方法（5）有限元設(shè)計(jì)方法有限元設(shè)計(jì)方法是以計(jì)算機(jī)為工具的一種數(shù)值計(jì)算設(shè)計(jì)方法。該方法不僅能用于工程中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)力學(xué)分析,而且還可以用于復(fù)雜的非線性問(wèn)題(如結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)等)的求解,并能精確地計(jì)算形狀復(fù)雜的零件的應(yīng)力分布和變形,成為復(fù)雜汽車(chē)零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的有力分析工具。有限元設(shè)計(jì)方法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化,用有限個(gè)容易分析的單元來(lái)表示復(fù)雜的對(duì)象,單元之間通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接,然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解。（6）可靠性設(shè)計(jì)方法?？煽啃?

Reliability)是衡量汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一?？勺R(shí)靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。這里的“條件”包括工作條件、使用條件和環(huán)境條件;“時(shí)間”是指壽命、工作循環(huán)次數(shù)或行駛里程;“功能”是指技術(shù)文件規(guī)定的功能,包括精度及允許的波動(dòng)范圍。

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)8(7)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法。創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法是智能化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中是否注重創(chuàng)造性,是區(qū)別智能化設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要標(biāo)志。在汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,無(wú)論是確定技術(shù)原理、技術(shù)過(guò)程,還是確定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)或者具體零件的形狀、尺寸、加工制造方法等,都要充分發(fā)揮人的創(chuàng)造潛力,用創(chuàng)造性的方法求解問(wèn)題,才可能獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法有綜合法則、還原法則、對(duì)應(yīng)法則、移植法則、離散法則、強(qiáng)化法則、換元法則、組合法則、逆反法則、仿形法則、群體法則等。(8)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是把最優(yōu)化數(shù)學(xué)原理應(yīng)用于汽車(chē)設(shè)計(jì)問(wèn)題。這種方法首先將設(shè)計(jì)問(wèn)題按規(guī)定的格式建立數(shù)學(xué)模型,并選擇合適的優(yōu)化算法,選擇或編制計(jì)算機(jī)程序,然后通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。在眾多的設(shè)計(jì)方案中尋求盡可能完善的或最適宜的設(shè)計(jì)方案的一種汽車(chē)設(shè)計(jì)方法,優(yōu)化設(shè)計(jì)為汽車(chē)設(shè)計(jì)提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法,采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能大大提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。優(yōu)化能實(shí)現(xiàn)合理化、科學(xué)化、滿意化,是一個(gè)系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)檢驗(yàn)的反復(fù)交又過(guò)程,是一個(gè)永無(wú)止境的過(guò)程

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)9(9)相似性設(shè)計(jì)方法。相似性設(shè)計(jì)方法是盡可能利用已有設(shè)計(jì)成果,快速高效地進(jìn)行新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì),從而提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。相似理論是從描述自然現(xiàn)象所應(yīng)服從的客觀規(guī)律的數(shù)理方程及其定解條件出發(fā),即從現(xiàn)象發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)部規(guī)律性及外部條件出發(fā),從這些數(shù)理方程所固有的在量綱上的齊次性以及數(shù)理方程的形式不受度量單位制約的影響等前提出發(fā),通過(guò)線性變換等數(shù)學(xué)演繹手段而得到自己的結(jié)論。(10)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法的依據(jù)是“世界是物質(zhì)的,物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的,運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的存在形式,靜止是相對(duì)的,運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的”,動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法是汽車(chē)設(shè)計(jì)的深入要求。例如,汽車(chē)可靠性設(shè)計(jì),又稱(chēng)為概率設(shè)計(jì),以非確定性的隨機(jī)方法研究和設(shè)計(jì)汽車(chē)產(chǎn)品,其核心內(nèi)容是針對(duì)研究汽車(chē)的失效與防失效問(wèn)題,建立設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法,在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力研究汽車(chē)產(chǎn)品工作狀態(tài)的隨機(jī)規(guī)律和可靠性,不僅揭示了事物的本來(lái)面貌,而且較全面地提供設(shè)計(jì)信息,能有效地處理汽車(chē)設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題,提高汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量,減少零件尺寸,從而節(jié)約原材料,降低成本,帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法有動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)、模態(tài)分析設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、柔性設(shè)計(jì)法等。

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)10(9)相似性設(shè)計(jì)方法。相似性設(shè)計(jì)方法是盡可能利用已有設(shè)計(jì)成果,快速高效地進(jìn)行新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì),從而提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。相似理論是從描述自然現(xiàn)象所應(yīng)服從的客觀規(guī)律的數(shù)理方程及其定解條件出發(fā),即從現(xiàn)象發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)部規(guī)律性及外部條件出發(fā),從這些數(shù)理方程所固有的在量綱上的齊次性以及數(shù)理方程的形式不受度量單位制約的影響等前提出發(fā),通過(guò)線性變換等數(shù)學(xué)演繹手段而得到自己的結(jié)論。(10)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法的依據(jù)是“世界是物質(zhì)的,物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的,運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的存在形式,靜止是相對(duì)的,運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的”,動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法是汽車(chē)設(shè)計(jì)的深入要求。例如,汽車(chē)可靠性設(shè)計(jì),又稱(chēng)為概率設(shè)計(jì),以非確定性的隨機(jī)方法研究和設(shè)計(jì)汽車(chē)產(chǎn)品,其核心內(nèi)容是針對(duì)研究汽車(chē)的失效與防失效問(wèn)題,建立設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法,在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力研究汽車(chē)產(chǎn)品工作狀態(tài)的隨機(jī)規(guī)律和可靠性,不僅揭示了事物的本來(lái)面貌,而且較全面地提供設(shè)計(jì)信息,能有效地處理汽車(chē)設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題,提高汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量,減少零件尺寸,從而節(jié)約原材料,降低成本,帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法有動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)、模態(tài)分析設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、柔性設(shè)計(jì)法等。

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)11(11)模糊設(shè)計(jì)方法。模糊設(shè)計(jì)方法是汽車(chē)設(shè)計(jì)的發(fā)展,模糊性是事物客觀存在的一種車(chē)屬性,運(yùn)用模糊分析的度量方法是汽車(chē)設(shè)計(jì)的發(fā)展和補(bǔ)充。(12)虛擬設(shè)計(jì)方法虛擬設(shè)計(jì)方法是汽車(chē)設(shè)計(jì)的靈魂,其中虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality,VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及多媒體技術(shù)。例如,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是要把計(jì)算機(jī)從善于處理數(shù)字化的單維信息改變?yōu)樯朴谔幚砣怂芨惺艿降?、在思維過(guò)程中所接觸到的、除了數(shù)字化信息之外的其他各種表現(xiàn)形式的多維信息。(13)綠色設(shè)計(jì)方法綠色設(shè)計(jì)方法又稱(chēng)生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)等。它的基本思想是,在設(shè)計(jì)階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施納入汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中,將環(huán)境性能作為汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn),力求使汽車(chē)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響最小。(14)數(shù)字化設(shè)計(jì)方法數(shù)字化設(shè)計(jì)及技術(shù)是以計(jì)算機(jī)軟硬件、周邊設(shè)備、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息離散化表述、定量、感知、傳遞、存儲(chǔ)、處理、控制、聯(lián)網(wǎng)的集成技術(shù)。它綜合了工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、人機(jī)工程技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、逆向工程、數(shù)控加工技術(shù)于一身的多學(xué)科高新技術(shù)。

汽車(chē)智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)12（15）智能設(shè)計(jì)方法.智能設(shè)計(jì)方法是以發(fā)揮智能載體(