機械專業(yè)畢業(yè)論文--三維設計在車輛系統(tǒng)零部件的應用

1、<p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p>　　三維設計在車輛系統(tǒng)零部件的應用</p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　專業(yè)名稱： 機械設計與制造 </p>

2、<p>　　所在院系： 機械工程系 </p><p><b>　　2013年6月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　三維技術幾乎被所有汽車公司所采用，可以說三維技術（包括計算機輔助制造、計算機輔助工程分析）的應用水平，已經(jīng)成為評價一個國家汽車工業(yè)水平

3、的重要指標。在我國，汽車企業(yè)一直都作為國家和地方的利稅大戶，同時也是三維技術應用的先鋒。三維技術在企業(yè)中的成功應用，不僅帶來了企業(yè)技術上的創(chuàng)新，同時帶動了企業(yè)經(jīng)營、管理舊模式的變革。因此，它對我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新技術的興起，以及汽車工業(yè)提高國際競爭力等方面，起到了巨大的推動作用。</p><p>　　隨著計算機技術的飛速發(fā)展，CAD已經(jīng)廣泛用于各個社會生產(chǎn)領域，特別是對于生產(chǎn)復雜產(chǎn)品如飛機、汽車、家電等制造業(yè)尤

4、為重要。汽車是一件復雜的產(chǎn)品，其開發(fā)流程涉及到極大的工作量，借助于先進的三維技術，能降低開發(fā)人員的工作量并提高產(chǎn)品質量。本文將根據(jù)模具設計、車身設計、底盤布置設計、汽車輕量化等方面來闡述三維技術的應用狀況及其發(fā)展前景。 </p><p>　　沖壓藝術、結果設計和制造技術是汽車模具生產(chǎn)技術的集中體現(xiàn)，這些技術的進步主要取決于CAD/CAM/CAE技術的提高。在汽車模具制造行業(yè)，計算機應用技術和數(shù)控加工技術正越來越

5、顯示出其核心技術的作用。</p><p>　　關鍵詞：三維技術，汽車零部件，前景廣闊</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　1 三維技術對汽車企業(yè)的重要性4</p><p>　　2 CAD的

6、概述4</p><p>　　2.1CAD的誕生于發(fā)展4</p><p>　　2.2CAD的應用6</p><p>　　2.2.1 CAD在各重要領域廣泛應用6</p><p>　　2.2.2 CAD在汽車制造上的優(yōu)缺點8</p><p>　　2.3 CAD的發(fā)展趨勢9</p><p>

7、;　　3 三維技術在汽車工程領域的應用狀況10</p><p>　　3.1 汽車模具三維技術10</p><p>　　3.2 汽車車身覆蓋件三維技術11</p><p>　　3.3 汽車底盤三維技術12</p><p>　　3.4 三維技術在汽車輕量化中的應用12</p><p>　　3.5近年來汽車工業(yè)C

8、AD/CAM/CAE系統(tǒng)選型趨向13</p><p>　　4 三維技術在汽車制造方面前景廣闊13</p><p><b>　　5 總結17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻：19</b></p>

9、<p>　　1 三維技術對汽車企業(yè)的重要性</p><p>　　汽車行業(yè)是三維技術最先應用的領域之一，國外一些著名的汽車公司很早就自行開發(fā)CAD軟件。到現(xiàn)在，三維技術幾乎被所有汽車公司所采用，可以說三維技術（包括計算機輔助制造、計算機輔助工程分析）的應用水平，已經(jīng)成為評價一個國家汽車工業(yè)水平的重要指標。在我國，汽車企業(yè)一直都作為國家和地方的利稅大戶，同時也是三維技術應用的先鋒。三維技術在企業(yè)中的成功

10、應用，不僅帶來了企業(yè)技術上的創(chuàng)新，同時帶動了企業(yè)經(jīng)營、管理舊模式的變革。因此，它對我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新技術的興起，以及汽車工業(yè)提高國際競爭力等方面，起到了巨大的推動作用。</p><p>　　傳統(tǒng)的汽車車身設計方法的整個過程是基于手工設計完成的，其特點是整個過程是通過實物、模型、圖紙、樣板等來傳遞信息。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機逐步代替人腦承擔起復雜的計算和分析，同時引進CAD等現(xiàn)代設計方法，幫助工程師們拋掉

11、傳統(tǒng)的手工方式，既方便設計，又能改善設計質量，縮短設計周期。因此，國外著名汽車公司都不惜花巨資實施三維技術，一方面加快新車型上市的速度滿足復雜多變的市場需求，另一方面節(jié)省開發(fā)成本，向消費者提供物美價廉、物超所值的產(chǎn)品，從而提高自身市場競爭力。</p><p>　　三維技術對于中國汽車企業(yè)的重要性是不言而喻的。盡管在2002年，中國汽車行業(yè)發(fā)生“井噴”，一時間汽車成為和手機、房子一樣炙手可熱的商品，中國汽車業(yè)就此迎

12、來了發(fā)展的大好時機。同時，國外汽車企業(yè)看到了中國廣闊的汽車市場，紛紛在華投資建廠，而國內(nèi)的汽車公司趁機和國外公司合資，以為可以借助外國公司先進的技術來提高自身的研發(fā)能力，可實際上事與愿違。外國公司并不愿意把先進的技術介紹給中國的公司，中國公司始終充當著OEM的角色，僅僅是外國公司在中國的制造基地，汽車研發(fā)水平仍難有所提高。</p><p>　　2 CAD軟件概述</p><p>　　2.

13、1 三維技術的誕生于發(fā)展</p><p>　　CAD——計算機輔助設計（Computer Aided Design）是指工程技術人員以計算機為輔助工具來完成產(chǎn)品設計過程中的各項工作，如草圖繪制、零件設汁、裝配設計、工裝設計、工程分析等；</p><p>　　從兩個不同的方面進行對CAD概念進行理解：</p><p>　　就目前三維技術可實現(xiàn)的功能而言，它是由在設計人

14、員進行產(chǎn)品概念設計的基礎上從事產(chǎn)品的幾何造型分析，完成產(chǎn)品幾何模型的建立，然后抽取模型中的有關數(shù)據(jù)進行工程分析和計算，例如有限元分析、仿真模擬等，根據(jù)計算結果決定是否對設計結果進行修改，修改滿意后編輯全部設計文檔，輸出工程圖。</p><p>　　三維技術也是一項建模技術，它是將產(chǎn)品的物理模型轉化為產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，并把建立的數(shù)據(jù)模型存儲在計算機內(nèi)供后續(xù)的計算機輔助技術所共享，驅動產(chǎn)品生命周期的全過程。</p

15、><p>　　1．形成期 1950年美國麻省理工學院采用陰極射線管（CRT）研制成功圖形顯示終端，實現(xiàn)了圖形的動態(tài)顯示，從此結束了計算機只能處理字符數(shù)據(jù)的歷史。1950年美國麻省理工學院（MIT）研制出類似于示波器的圖形設備“旋風I號”（Whirlwind I），用它可以顯示簡單圖形。整個50年代，人們大多采用電子管計算機，用機器語言編程。計算機主要用于科學計算，為之配置的圖形設備僅具有輸出功能，三維技術處于被動式

16、的圖形處理階段。</p><p>　　2．發(fā)展期 20世紀50年代后期出現(xiàn)了光筆，從而開始了交互式繪圖。20世紀60年代初，開發(fā)了屏幕菜單點擊、功能鍵操作、光筆定位、圖形動態(tài)修改等交互繪圖技術。1962年美國學者Ivan Suthcrland開發(fā)出第一個交互式圖形系統(tǒng)——Skechpad。此后，相繼出現(xiàn)了一大批CAD商品軟件。60年代未，美國安裝的CAD工作站已達200多臺，可供幾百人使用。但當時．由于顯示器價

17、格昂貴，CAD系統(tǒng)很難推廣應用，到20世紀60年代未期，顯示技術產(chǎn)生了突破，顯樂器成本大幅下降，CAD系統(tǒng)的性能價格比大大提高，CAD用戶以每年30％的速度增加。形成CAD產(chǎn)業(yè)。20世紀70年代的三維技術還是以二維繪圖和三維線框圖形系統(tǒng)為主。</p><p>　　3．成熟期 1973年誕生了第一個實體造型（Solid Modeling）試驗系統(tǒng)，并于1978年推出了第一代實體造型軟件，此后的二十年中實體造型技術

18、成為三維技術發(fā)展的主流，并走向成熟，出現(xiàn)了一批以三維實體造型為核心的CAD軟件系統(tǒng)。實體造型技術的發(fā)展和應用大大拓寬了三維技術的應用領域，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD／CAM商品化系統(tǒng)。。</p><p>　　4．集成期 在這個時期，圖形系統(tǒng)和CAD工作站的銷售量與日俱增。三維技術從大中企業(yè)向小企業(yè)擴展，從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展，從用于產(chǎn)品設計發(fā)展到用于工程設計和工藝設計。三維技術和系統(tǒng)的開放性取決于其所用計算

19、機和系統(tǒng)軟件的開放性。在這個時期由于微機加Windows 95／98／NT操作系統(tǒng)與工作站加Unix操作系統(tǒng)在以太網(wǎng)的環(huán)境下構成了CAD系統(tǒng)的主流工作平臺，因此，現(xiàn)在的三維技術和系統(tǒng)都具有良好的開放性。同時，CAD、CAM各自對設計和生產(chǎn)所產(chǎn)生的巨大推動作用已被認同，加之設計和制造自動化的需求，出現(xiàn)了集成化CAD/CAM系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.2 CAD應用</b></

20、p><p>　　2.2.1 三維技術在各重要領域廣泛應用</p><p>　　航空航天、造船、機床制造、汽車都是國內(nèi)外應用CAD/CAM技術較早的工業(yè)部門。首光是用于飛機、船體、機床、汽車零部件的外形設計；然后進行一系列的分析計算，如結構分析、優(yōu)化設計、仿真模擬；最后根據(jù)CAD的幾何數(shù)據(jù)與加工要求令成數(shù)控加工紙帶。航天部門不僅CAD/CAM的實施與推廣應用做得好，而且在計算機管理力面也有較高水

21、平；造船行業(yè)利用CAD/CAM系統(tǒng)提高了船體鋼板下料的精度。每艘萬噸級的船舶僅此一項就書約鋼材約150～200 t機床行業(yè)應用CAD/CAM系統(tǒng)進行模塊化設計，實現(xiàn)了對用戶特殊要求的快速響應制造，縮短了設計制造周期，提高了整機質量；電子工業(yè)應用CAD/CAM技術進行印刷電路板生產(chǎn)，并實現(xiàn)了不采用CAD/CAM根本無法實現(xiàn)的集成電路生產(chǎn)；在土木建筑領域，三維技術，可節(jié)省方案設計時問約90％、投標時間30％、重復繪制作業(yè)費90％；除此之外，

22、三維技術還可用于輕紡服裝行業(yè)的花紋圖案與色彩設計、款式設計、排料放樣及衣料裁剪；人文地質領域的地理圖、地形圖、礦藏勘探圖、氣象圖、人口分布密度圖以及有關的等值線、等位面圖的繪制；電影電視中動畫片及特技鏡頭的制作等許多力面。 </p><p>　　我國在CAD/CAM技術方面的研究始于20世紀70年代中期，主要的研究單位是高等學校、當時的研究內(nèi)容主要圍繞二維圖形軟件進行開發(fā)，并在航空和造船工業(yè)首先獲得應用，20世紀

23、80年代初，開始成套引進國外CAD/CAM系統(tǒng)，在此基礎上進行二次開發(fā)．并應用在少數(shù)大型企業(yè)和設計院所，取得了一定的成果。</p><p>　　經(jīng)過“六五”起步、“七五”攻關、“八五”推廣，我國的CAD/CAM應用到20世紀90年代進入全面推廣階段，在科技部的統(tǒng)一部署下、原機械部開展CAD應用1550工程，培育了50家應用示范企業(yè)，帶動了近500家CAD重點應用企業(yè)，與此同時，科技部、國防科工委也重點扶持了一批民

24、用、國防企業(yè)推廣應用CAD/CAM技術，如西安和成都飛機制造工業(yè)公司都建立廠飛機CAD/CAM系統(tǒng)；北京第一機床廠是國內(nèi)推廣應用CAD/CAM技術成效顯著的企業(yè)，1994年通過了國家科委組織的BYJC-CIMS應用工程項目的驗收，并于1995年獲得美國制造工程種師協(xié)會（ASME）頒發(fā)的“工業(yè)領先獎”。至20世紀90午代后期，我國CAD/CAM技術的應用企業(yè)覆蓋了重型機械、礦山機械、工程機械、電工電器、機床、航空航天、兵器、儀器儀表、建筑

25、、服裝等行業(yè)，覆蓋面和普及率達到近70％，并形成了全國范圍內(nèi)的教育培訓體系。</p><p>　　在大力推廣應用CAD/CAM技術的同時，在各級政府和企業(yè)資助下，開發(fā)了一批具有自主知識產(chǎn)權的軟件系統(tǒng)，如清華大學高華CAD、華中科技大學開發(fā)的開目CAD 、北京航空航大大學開發(fā)的華正CAD／CAM系統(tǒng)等，這使我國的CAD/CAM技術研究及應用水平有了一個較大的提高。</p><p>　　我國科

26、學技術部在CAD應用工程2000年規(guī)劃綱要中指出：“到2000年，在國民經(jīng)濟主要部門的科研、設計單位和企業(yè)中全面普及推廣三維技術，實現(xiàn)甩掉圖板’（指傳統(tǒng)設計中的描圖板），提高智能勞動效率．推廣我國CAD市場，扶持發(fā)展以CAD為突破口的我國自主創(chuàng)新的軟件產(chǎn)業(yè)，建它起我國的CAD產(chǎn)業(yè)”。重點在機械制造業(yè)的大中型骨干企業(yè)和科研單位中普及應用三維技術；同時，在全國各類企事業(yè)單價中大規(guī)模應用三維技術。 </p><p>　

27、　2.2.2 三維技術在汽車制造上的優(yōu)缺點</p><p>　　汽車CAD即輔助設計與制圖,是指運用計算機系統(tǒng)輔助一項設計的建立、修改、分析或優(yōu)化的過程。汽車CAD軟件必須有能接受和使其運行的物體,即硬件來支持它才能有實際意義,這樣就存在了汽車CAD系統(tǒng)。汽車CAD系統(tǒng)是由硬件、軟件組成。硬件包括處理運算設備、圖形顯示設備、外部存儲設備、數(shù)據(jù)圖形輸入輸出設備以及有關的信息傳輸?shù)扔布脚_設備、軟件包括系統(tǒng)軟件、支撐

28、(圖形、漢字等)軟件和專業(yè)應用軟件。我國主要使用的汽車CAD軟件是美國AUTODESK公司開發(fā)的AUTODESK軟件,它是一個功能強大、易學易用、具有開放型結構的軟件口不僅便于用戶使用,而且系統(tǒng)本身可不斷地擴充和完善,它被廣泛地應用于微機及工作站上。因此,國內(nèi)外軟件開發(fā)商在此基礎上進行有關工程設計專業(yè)的二次開發(fā)。隨著汽車三維技術的不斷發(fā)展,其覆蓋的工作領域也不斷地擴大,如工程設計汽車CAD項目的、初步設計、分析計算、繪制工程、優(yōu)化等。汽

29、車三維技術的應用正在有力而迅速地改變著傳統(tǒng)的工程設計方法和設計生產(chǎn)的管理模式。通過多年的設計實踐汽車三維技術以簡單、快捷、存儲方便等優(yōu)點已在工程設計中承擔著不可替代的重要作用。許多工程都應用了計算機進行輔助</p><p>　　1）汽車三維技術在工程設計中的優(yōu)點1.1設計工作的高效及設計成果的重復利用汽車CAD之所以高效，因其最偉大的功能之一：“COPY”。一些相近、相似的工程設計，圖紙只要簡單修改一下就

30、行了，或者直接套用，而你只需按幾下鍵盤、鼠標。汽車CAD軟件可以將建筑施工圖直接轉成設備底圖，使水暖、電氣的設計師不會在描繪設備底圖上浪費時間。而且現(xiàn)在流行的汽車CAD軟件大多提供豐富的分類圖庫、通用詳圖，設計師需要時可以直接調(diào)入。重復工作越多，這種優(yōu)勢越明顯。結構計算的高效，一個普通的框架結構，以往手工計算需要一個星期左右時間，用汽車CAD快的一天就可以完成。1.2 資料保管方便汽車CAD軟件制作的圖形、圖象文件可以直接存儲在軟

31、盤、硬盤上，資料的保管，調(diào)用極為方便。你可以將設計項目刻錄成光盤，數(shù)據(jù)至少可以保存50年。你可以將以前的圖紙通過掃描儀，數(shù)字化儀輸入電腦，避免資料因受潮、蟲蛀以及破壞性查閱造成的不必要損失。資料的管理更有科學性，只要一臺電腦就可以管理的井井有條，資料室也將告別成排的資料柜，因為一個院所從成立到現(xiàn)在所有的資料幾張光盤就裝下了。1.3設計理念的改變汽車CAD的智能化將部</p><p>　　2.3 三維技術的發(fā)

32、展趨勢</p><p>　　人類已經(jīng)步入知識經(jīng)濟和信息化的時代，隨著世界自由貿(mào)易體制的不斷完善，全球統(tǒng)一大市場的形成以及全球信息高速公路網(wǎng)絡和交通運輸體系的建立，制造業(yè)將得以借助全球互聯(lián)網(wǎng)絡、計算機通汛和多媒體技術實現(xiàn)全球或異地制造資源（知識、人才潰金、軟件、設備等）的共享與互補。制造業(yè)、制造產(chǎn)品和制造技術走向國際化，制造自動化系統(tǒng)也進一步向網(wǎng)絡化、全球化方向發(fā)展。基于因特網(wǎng)的全球制造將在不久的將來變成現(xiàn)實，敏捷

33、制造企業(yè)和虛擬公司將應運而生，真正的虛擬制造系統(tǒng)和敏捷制造系統(tǒng)也在21世紀面世。</p><p>　　為了適應未來制造業(yè)的發(fā)展，對CAD／CAM及其相關技術提出了新的需求：</p><p>　　1）集成化 更強調(diào)技術、人和管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強調(diào)“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成、資源集成、過程集成、技術集成及人員集成。</p><p&

34、gt;　　2）智能化 應用人工智能技術實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設計、制造、發(fā)貨、支持用戶到產(chǎn)品報廢回收等）各個環(huán)節(jié)的智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控制等）各個環(huán)節(jié)的智能化，也要實現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。</p><p>　　3）網(wǎng)絡化 網(wǎng)絡技術包括硬件與軟件的實現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎。</p&

35、gt;<p>　　4）分布式并行處理技術 分布式并行處理技術實現(xiàn)制造系統(tǒng)中各種問題的協(xié)同求解、獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。</p><p>　　5）多學科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術 機電產(chǎn)品的開發(fā)設計不僅涉及到機械科學的理論與知識（力學、材料、工藝等），而且還涉及到電磁學、光學、控制理論等。不僅要考慮技術因素，還必須考慮到經(jīng)濟、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會等方面因素。機電產(chǎn)品的開發(fā)要進行多

36、目標全性能的優(yōu)化設計，以追求機電產(chǎn)品動靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。</p><p>　　6）虛擬現(xiàn)實技術 利用虛擬現(xiàn)實技術多媒體技術及計算機仿真技術，實現(xiàn)產(chǎn)品設計制造過程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真及使用過程仿真。</p><p>　　7）人一機一環(huán)境系統(tǒng)技術 將人、機器和環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益：研究的重點是：人機環(huán)

37、境的體系結構及集成技術、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機柔性交互技術、人機智能接口技術、清潔制造等。</p><p>　　3 三維技術在汽車工程領域的應用狀況</p><p>　　3.1 汽車模具三維技術</p><p>　　模具是能生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸要求的零件的一種生產(chǎn)工具，也就是通常人們所說的模子。模具生產(chǎn)具有高效、節(jié)材、成本低、保證質量等一系列優(yōu)點。<

38、;/p><p>　　在60年代初期，國外一些汽車制造公司就開始了模具CAD的研究。例如DIECOMP公司研制成功的模具CAD系統(tǒng)，使整個生產(chǎn)準備周期由18周縮短為6周。目前我國已有許多企業(yè)采用模具三維技術，取得了豐富的經(jīng)驗和技巧，使模具精度和生產(chǎn)率大為提高，但是由于多方面的原因，盡管有些企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了無圖紙設計，其模具CAD工作大多局限于計算機畫圖（Computer Aided Draft）和二維設計，只有個別企業(yè)的

39、汽車模具設計和制造能力接近國際先進水平。此外，國內(nèi)也出現(xiàn)了一些擁有自主版權的軟件，如北京航空航天大學華正模具研究所開發(fā)的CAD系統(tǒng)CAXA等，解決了生產(chǎn)中的一些問題，但還沒有得到很好的推廣和使用。</p><p>　　我國在對汽車新車型的開發(fā)上遠遠落后發(fā)達國家，其中一個重要原因就是覆蓋件模具的設計效率低。國內(nèi)傳統(tǒng)的模具設計方法已不能適應汽車工業(yè)的發(fā)展需要，而引進國外的覆蓋件模具產(chǎn)品花費過高，而且會嚴重阻礙汽車產(chǎn)品

40、的更新?lián)Q代。要解決上述問題，就必須研究開發(fā)我國自己的模具三維技術，同時在國外先進的通用造型軟件基礎上進行二次開發(fā)無疑是一種必要而又有效的手段。</p><p>　　模具結構設計一般可分為二維設計和三維設計兩種，兩種方法各有其優(yōu)、缺點。計算機二維設計優(yōu)點是設計速度快、占用計算機內(nèi)存小、對計算機硬件配置要求不高，使用成本低廉；缺點是設計錯誤不易被發(fā)現(xiàn)，不能直接用于分析和加工。而三維設計可實現(xiàn)參數(shù)化、基于特征、全相關等

41、，使得產(chǎn)品在設計階段易于修改，同時也使得并行工程成為可能。另外，三維設計形象、直觀，設計結構是否合理使人一目了然，但三維設計會導致計算機運算速度低、軟件占用硬盤和內(nèi)存的空間大、設計速度慢等。</p><p>　　國外汽車覆蓋件模具三維技術的發(fā)展已進入實質性的應用階段，不僅全面提高了模具設計的質量，而且大大縮短了模具的生產(chǎn)周期。近些年來，我國在汽車覆蓋件模具三維技術的應用方面也取得了顯著的進步，但目前依然存在著一些

42、問題，如設計效率低、標準化程度低、專用性差、開發(fā)手段落后、用戶界面不能滿足要求等，針對此，模具三維技術主要向參數(shù)化、智能化、集成化、專業(yè)化等方面發(fā)展。</p><p>　　3.2 汽車車身覆蓋件CAD的技術</p><p>　　車身是汽車的一個非常重要的總成，占汽車車身質量和造價的40%—60%，其設計的好壞直接影響著汽車的使用性能。車身又決定了汽車外形的美觀程度，而汽車外形是消費者在購車

43、時首先考慮的因素，對影響消費者的決策起著關鍵性的作用。同時車身還必須有足夠的強度和靜剛度、良好的動力學性能指標，達到保證成員安全和汽車壽命，抗振抗噪，節(jié)約能源等目標。</p><p>　　（1）汽車覆蓋件模具型面CAD的特點</p><p>　　一般覆蓋件成形都要依次經(jīng)過拉延、切邊、整形、翻邊和沖孔等幾道工序。第一道工序，即拉延工序中最重要的是工藝補充面的設計。工藝補充面設計得好壞直接影響

44、到所設計的模具能否拉出合格的零件，能否減少調(diào)試模具的時間，縮短整個模具的生產(chǎn)周期。</p><p>　?。?）汽車覆蓋件模具結構CAD的特點</p><p>　　大型模具結構一般都比較復雜，一副大型覆蓋件模具有上百個零件，模具的外形尺寸也比較大。模具結構設計一般可分為二維設計和三維設計兩種，兩種方法各有其優(yōu)、缺點。</p><p>　　計算機二維設計與手工圖板設計相

45、似，屬平面繪圖，其優(yōu)點是設計速度快、占用計算機內(nèi)存小、對計算機硬件配置要求不高，是一種投資小、見效快的方法；它的缺點是設計錯誤不易被發(fā)現(xiàn)，不能直接用于分析和加工。三維設計有很多優(yōu)點，如可實現(xiàn)參數(shù)化、基于特征、全相關等，使得產(chǎn)品在設計階段易于修改，同時也使得并行工程成為可能。三維設計形象、直觀，設計結構是否合理使人一目了然。同時，三維設計的自動標注尺寸減少了人為設計錯誤，但三維模具設計目前也存在一些問題，例如：計算機運算速度低、軟件占用硬

46、盤和內(nèi)存的空間大、模具結構投影線條多、設計速度慢等。</p><p>　　3.3 汽車底盤三維技術     汽車總布置是汽車設計中重要的一環(huán)，對汽車產(chǎn)品質量起決定性的作用?？傮w布置采用模塊化設計，模塊之間互相聯(lián)系，彼此間可以交換數(shù)據(jù)。</p><p>　　在進行布置設計時，都是在三維空間內(nèi)進行，因此必須確定零部件位置，這對建立整車坐標系及總稱的坐標系很有

47、必要。在已建立的坐標系中建立數(shù)學模型，用坐標點的方法完成總稱裝配。待設計完成后，要進行干涉檢查，一般分為位置干涉檢查和運動干涉檢查。汽車動力性、操縱穩(wěn)定性、制動性都是性能分析的重要工作。</p><p>　　另外，汽車總布置CAD系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫、圖形庫為基礎的，設計過程中產(chǎn)生的一系列數(shù)據(jù)對于今后的工作會有很大的幫助，節(jié)省工作量?？偝蓤D形庫存儲的是與整車總布置密切相關的零部件，其數(shù)據(jù)包含了對總成的特征結構和尺寸的描

48、述。總布置數(shù)據(jù)庫主要包含設計中一些中間參數(shù)和數(shù)學模型運行結果，具有動態(tài)性。</p><p>　　3.4 三維技術在汽車輕量化中的應用</p><p>　　汽車減小自重，不僅可以改善汽車的各項性能，還能降低油耗節(jié)省資源。有兩種途徑可實現(xiàn)汽車輕量化，一種是采用復合材料，另一種是減小汽車結構尺寸。但不是為了保證汽車具有較高的安全性，采用縮小尺寸的方式必有一個界度。盡管現(xiàn)如今復合材料已經(jīng)廣泛用于汽

49、車上，但是從整體上來說，還沒有完全達到節(jié)省資源的目的。一方面繼續(xù)研究性能更為優(yōu)越的輕量化材料，另一方面可以從設計方面入手。</p><p>　　目前CAD系統(tǒng)只能表示實體的幾何和拓撲信息，而不能表示材料信息。一個現(xiàn)代化的CAD系統(tǒng)應該能建立實體內(nèi)部的材料信息，即在一個實體內(nèi)有著不同的材料結構。而許多結構部件要求材料性能在零件內(nèi)部隨位置變化而連續(xù)變化，這要做既能滿足零件的性能要求，又能節(jié)省大量材料。比如氣缸，其內(nèi)部

50、承受高溫，因此可采用耐高溫材料——陶瓷，外部要求具有良好的延展性，可采用金屬，因此可以實現(xiàn)陶瓷材料和金屬基體間的雙向擴散，材料組成呈梯度變化。但是能夠同時進行幾何設計和材料設計的三維技術，在國內(nèi)并沒有從理論走向實踐，不過這將會成為今后三維技術研究的新亮點。</p><p>　　3.5近年來汽車工業(yè)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)選型趨向</p><p>　　汽車工業(yè)代表著一個國家制造業(yè)發(fā)展的水平

51、。世界經(jīng)濟大國的經(jīng)濟發(fā)展無一不與汽車工業(yè)有著極為密切的關系。汽車工業(yè)的前一、二名即是全球企業(yè)的冠、亞軍，似乎能很好地說明這一點。拋開遙遠的歐美不談，我們只需將眼光放在亞洲鄰國，日本和韓國都是主要在汽車和電子這兩大工業(yè)取得飛速發(fā)展后，帶動了整個國民經(jīng)濟的騰飛。因此，汽車工業(yè)對國家的重要性可想而知。作為制造業(yè)的中堅，汽車工業(yè)一直是CAD/CAM/CAE系統(tǒng)應用的先鋒。三維技術的應用，有效地推動了汽車制造業(yè)的前進；汽車業(yè)的需求也極大地帶動了三

52、維技術的發(fā)展。多年來，汽車業(yè)的選型趨向一直是CAD/CAM/CAE技術發(fā)展的晴雨表，也是業(yè)內(nèi)人士關注的焦點。因此，重溫近幾年來汽車業(yè)巨子的選型過程，了解他們應用CAD/CAM/CAE技術的現(xiàn)狀，無疑會對國內(nèi)CAD用戶的選型決策起到重要的參考作用。</p><p>　　隨著汽車產(chǎn)量的大幅度提升和保有量的相對固定，導致競爭加劇，使得每輛汽車的利潤大幅度下滑。如何在提高質量的前提下，在產(chǎn)品開發(fā)的每一個環(huán)節(jié)上降低成本，成

53、為汽車制造商孜孜以求的目標。而競爭的加劇，則更要求汽車制造商要更快地將高質量的新車型推向市場。</p><p>　　汽車制造業(yè)是技術密集型和勞動密集型產(chǎn)業(yè)。為降低生產(chǎn)成本和減少污染，汽車制造商往往將勞動含量高、技術含量低的配件廠建在海外。因此，協(xié)同開發(fā)、數(shù)據(jù)共享又成為了制約產(chǎn)品上市周期的重要因素。進入九十年代以后，三維技術的應用成本相對于二十多年前來說，已不算太高，而產(chǎn)品開發(fā)的成本卻在不斷上升，其中開發(fā)工程師的成

54、本上升的尤為明顯。</p><p>　　因此，基于以上考慮，易學好用、設計/分析/制造一體化的軟件一直備受企業(yè)的青睞；同時，支撐整個企業(yè)產(chǎn)品信息的框架式軟件──產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），也逐漸為眾多的汽車制造商所接受。</p><p>　　4 三維技術在汽車制造方面前景廣闊</p><p>　　1.汽車業(yè)巨人們?nèi)绾未蛩?lt;/p><p>　　

55、近幾年來，面對居高不下的生產(chǎn)成本和日漸削減的利潤，汽車制造商們發(fā)現(xiàn)盲目地引進種類繁多的、大量的軟件未必能解決企業(yè)正在面臨的問題。徹底改造研發(fā)環(huán)境才是真正的出路。于是各大汽車制造商面向整個企業(yè)信息系統(tǒng)的改造計劃都在緊鑼密鼓地蘊釀之中。以下為幾個主要的汽車制造商所提出的計劃： 福特： "福特2000年"，C3P項目； 馬自達： "數(shù)字改造計劃"； 日產(chǎn)： "業(yè)務過程革新"；

56、雷諾： "產(chǎn)品設計及生產(chǎn)環(huán)境重組"； 日野： "并行工程計劃"等等。 下面重點以福特汽車公司的軟件選型為例，重溫這個引起全球業(yè)界震動的典型案例。</p><p>　　2.史無前例的軟件選型──福特建立C3P體系</p><p>　　1993年，福特汽車公司制定了面向21世紀的"福特2000年"長遠發(fā)展規(guī)劃，決定徹底改造自己的

57、計算機應用狀況。福特的目標是：一個新車型的開發(fā)周期從目前的36個月縮短到18個月乃至12個月；新車開發(fā)的后期設計修改減少50%；原型車制造和測試成本減少50%；投資收益提高30%。</p><p>　　福特希望用一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）把計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程分析（CAE）、計算機輔助制造（CAM）集成起來，融匯到一個遍布全球的公用數(shù)據(jù)系統(tǒng)之中，即C3P（CAD/CAM/CAE/PDM）。

58、這是C3P概念在整個業(yè)界第一次正式提出。</p><p>　　歷經(jīng)各個歷史階段的選型與積累，福特內(nèi)部使用著多種CAD系統(tǒng)：大量的CADDS5與CATIA，還有一些PTC公司和SDRC公司的產(chǎn)品，主要系統(tǒng)是自己開發(fā)的PDGS系統(tǒng)。由于龐大的設計工作量，在各個系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換常常浪費大量時間，同時還會產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象；有時為了找到自己所需要的數(shù)據(jù)往往要化費很多時間和精力，還經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)混亂現(xiàn)象。福特下決心以C3P

59、為標準，在全球CAD行業(yè)中選出一個適合自己的、高度集成的核心式主流軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)一致性的設計/分析/制造數(shù)據(jù)表達。</p><p>　　福特首先在內(nèi)部統(tǒng)一了思想認識："我們是造車的，不是做軟件的"。自己的PDGS雖然實用功能很強，但畢竟在軟件技術上已經(jīng)落伍，不符合C3P的要求。福特決定依托一種商用CAD系統(tǒng)，然后將PDGS的功能向它移植。整個選型過程持續(xù)了兩年時間，幾乎世界上所有的大型CAD軟

60、件供應商都加入了競爭的行列。</p><p>　　首先是UG、然后是CV、繼而是CATIA被從競爭的行列中排除出去。因為這些軟件的體系結構都已老化、久未更新；軟件技術已經(jīng)落后；學習、應用和實施起來比較困難。而且，他們不能提供適合福特要求的企業(yè)級PDM產(chǎn)品。所以他們都相繼被淘汰。最后的競爭主要集中在PTC和SDRC的軟件產(chǎn)品上。整個分析比較的過程嚴格、審慎，論證充分。</p><p>　　但

61、是經(jīng)過反復比較，充分論證，福特汽車公司最終選擇了SDRC作為其長期合作伙伴；選擇IdeasMasterSeries作為其主流核心軟件，以集成其它CAD系統(tǒng)上的開發(fā)成果；選擇MetaphaseSeries作為其全企業(yè)信息系統(tǒng)的集成框架。其論證過程中的幾項條件如下：</p><p>　　-軟件公司的獨立性及財政情況：財政情況獨立、良好的軟件公司才能夠持續(xù)不斷地開發(fā)出新的軟件技術；</p><p&g

62、t;　　-軟件技術的領先性和技術的可持續(xù)發(fā)展性：由于三維技術發(fā)展很快，如果在技術上不領先或技術已發(fā)展到盡頭，則將會在激烈的市場競爭中處于劣勢，導致最終因技術落后而被淘汰；</p><p>　　-技術支持能力、工程經(jīng)驗以及軟件公司的可合作性：軟件公司本身必須有豐富的工程經(jīng)驗，才能真正了解用戶的需求并付諸實現(xiàn)；在技術的發(fā)展方向上應能滿足用戶需求（可合作性），同時有強大的工程師隊伍幫助用戶迅速掌握軟件，快速解決使用中的

63、問題；</p><p>　　-CAD/CAM/CAE/PDM各方面技術都比較領先，可為企業(yè)提供全面解決方案：C3P技術的最終實施應用，才能為企業(yè)帶來根本上的好處，為企業(yè)加強綜合競爭力打下良好基礎；</p><p>　　-軟件的易學易用性：軟件必須通過人來發(fā)揮效率，如不能易學易用，自然很難發(fā)揮應有功效；</p><p>　　-有強大的大用戶群支持：由于大用戶在實際應用

64、中會遇到各種問題，這些問題一般具有普遍性，從而促使軟件公司不斷解決這些問題，帶動技術更新。</p><p>　　基于以上六方面的分析考慮，結合嚴格的評審和適量的考題測試，福特汽車公司得出了類似本文上期（第二部分）的結論：Pro/Engineer是很好的造型軟件，在已定型的系列化零部件造型方面極易發(fā)揮特長，但由于參數(shù)化技術的局限性，在結構形狀不斷變化的概念設計階段卻顯得無能為力；IdeasMasterSeries是

65、很好的機械工程軟件體系。相對于參數(shù)化技術，SDRC的變量化技術給設計者提供了更大的方便性和創(chuàng)造空間，其技術的發(fā)展更具潛力；SDRC提供C3P解決方案的綜合實力是目前世界上最強的；SDRC由于多年從事技術服務和咨詢工作，對于工程的理解以及解決工程實際問題的能力較強；特別是SDRC長期服務于福特所表現(xiàn)出來的合作精神等。所以最終選擇SDRC作為長期戰(zhàn)略合作伙伴，雙方簽定了高達2.1億美元的合同。福特及其配件廠商將在2000年底以前從SDRC公

66、司購買約15,000套IdeasMasterSeries軟件和約12,000套的MetaphaseSeries軟件的使用權，成為世界CAD發(fā)展史上迄今為止最大的一次采購合同。這次選型是一次頗具代表性的CAD選型，對業(yè)界產(chǎn)生了深遠的影響。</p><p><b>　　3."福特效應"</b></p><p>　　伴隨著大型汽車制造廠商開始選擇主流軟件

67、的浪潮，很多汽車企業(yè)開始啟動了自己的選型計劃。他們各自的選型方式皆有不同，但以上福特所列的六個選型要點卻都考慮在內(nèi)。相近的選型要點必然得出類似的選型結果。繼福特之后，又有了馬自達、日產(chǎn)、雷諾、日野等等。在近三年這些新的大型選型過程中，SDRC公司贏得了約80%的合同，這種現(xiàn)象被業(yè)界評論家稱之為"福特效應"。</p><p>　　汽車業(yè)計算機應用未來發(fā)展趨勢 　　高質量、低成本、更快的產(chǎn)品上市

68、時間和更新的產(chǎn)品式樣是企業(yè)注定要追求的共同目標。通過福特的選型案例以及汽車業(yè)人士的論述，我們至少看到了以下四個方面的汽車業(yè)計算機應用未來發(fā)展趨勢： 　　改進企業(yè)過程──有效地利用企業(yè)資源，步入全球性大協(xié)作； 　　核心式工程工具──實現(xiàn)電子（或數(shù)字）樣機需要核心式的主模型技術； 　　數(shù)據(jù)管理及控制──用PDM系統(tǒng)構建企業(yè)信息框架，實現(xiàn)企業(yè)級信息共享； 　　集成的供應鏈──制造廠商與零配件供應商形成集成的供應鏈。</p>

69、<p><b>　　5 總結</b></p><p>　　三維技術廣泛用于汽車領域，帶來了汽車設計、生產(chǎn)方式的新變革，但是和國外先進水平相比存在較大差距。隨著科技的飛速發(fā)展，三維技術正走向集成化、網(wǎng)絡化、智能化、標準化、可視化等方向發(fā)展，在新舊技術交替的時期，只有抓住時機，跟上世界科技發(fā)展的步伐，中國三維技術的應用才能更上一層樓。致 謝</p><p>

70、　　大學三年的生活即將結束，在此我要感謝大學三年里所有曾經(jīng)教導我的老師和關心過我的同學，本論文能順利完成也感謝我的輔導老師的關懷和指導。三年里我學會了很多很有用的專業(yè)知識，充實了自己，開闊了眼界，然我漸漸明白了自己的優(yōu)勢與不足，重新認識自我。在此，我要感謝三年來曾經(jīng)教導過我的老師和關心我的同學，是你們讓我的大學生活變得多姿多彩，謝謝你們！</p><p>　　即將踏入社會的我，相信在以后的生活中，三年知識的積累，

71、會給我增加更多的勇氣和自信。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 陳延壽, 王建萍.信息技術在汽車上的應用[J]. 汽車工業(yè)研究, 2001, (10)</p><p>　　[2] 曲樹強. 采用 CAD 技術容易出現(xiàn)的問題及對策[J]. 鐵道建筑, 1999,(02) [3] 常思勤,王書亭. 談摩托

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