汽车数字开发技术课件上册

汽车数字化开发技术汽车工程学院：姜立标

E-mail：jlb620620@163.com课程导言：数字化技术的理论性和应用性都很强，而且是一门交叉性极强的科学，它涉及设计与制造学、数理理论、计算机技术、控制理论、智能工程、信息学等学科，以计算机软硬件、外围设备，协议和网络为基础的信息离散化表述、传递、存储、控制的集成技术。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页设计与制造学信息学智能工程控制理论计算机技术数理理论课程导言：数字化时代革新了制造的科学基础，传统制造中许多定性的描述，都要转变为数字化定量描述，在这基础上逐步建立不同层面的、系统的数字化模型。现代汽车的设计，以数字化设计为主，综合应用先进的计算机辅助技术如CAD、CAE、CAM以及虚拟样机等技术。数字化汽车，就是以计算机辅助技术为核心的现代数字化设计验证技术。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页课程安排：第1章

汽车数字开发技术引论第2章

汽车产品数字化开发的基础第3章汽车虚拟现实技术第4章汽车数字化仿真技术第5章汽车操纵稳定性仿真分析第6章汽车平顺性仿真分析第7章逆向工程与快速原型制造技术第8章

数字化工厂理论汽车数字化开发技术

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页第1章

数字开发技术引论汽车工业现状与展望21世纪制造业的特点汽车产品开发现状与展望产品开发内涵及其战略数字化产品开发数字化设计过程现代设计方法汽车数字化开发技术

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页1.1汽车工业现状与展望2009年，我国的汽车年产量首次超过了1000万辆，成为世界上第三个达到这一生产规模的国家，汽车正在越来越多地进入普通老百姓的家庭。凭借汽车生产和消费分别居世界第3、第2位，我国已经成为继美国之后世界上第2个既是汽车生产大国又是汽车消费大国的国家。进入汽车生产和消费大国行列后，下一个关注点自然便是我国什么时候能够迈入汽车工业强国的行列。汽车数字化开发技术

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页1.21世纪的产品特点产品结构的特点:知识-->技术-->产品的时间越来越短、结构越来越复杂

1782年摄影原理到1838年照相机56年1831年电机原理到1872年发动机41年1948年半导体到1954年半导体收音机6年汽车数字化开发技术

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页1.21世纪的产品特点产品的批量特点：

用户需求个性化，多品种小批量生产比例增大。产品价格的特点：取决于独占知识的含量产品的市场特点：顾客对产品功能、性能、质量、服务更高参与全球竞争：更加激烈产品生命周期：缩短汽车数字化开发技术

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页1.21世纪的产品特点例如：波音777的设计和制造是20世纪90年代制造业的标志性进展全数字化定义——无纸生产；数字化预装配——无金属样机的生产(虚拟)广域网上的异地设计、异地制造；基于ＳＴＥＰ的数据交换；协同工作小组（Teamwork)设计制造周期大大缩短：波音757,767——9-10年波音777缩短到4.5年，并获得巨大的独占性利润，每架波音777要价1.4亿美元。汽车数字化开发技术

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页1.21世纪的产品特点21世纪制造业的四个关键因素：21世纪制造业面临的挑战如下:(1)产品开发周期缩短，上市时间更快。

这点从美国制造业策略的变化可以看出：20世纪50年代的“规模效益第一”70年代和80年代的“价格竞争第一”和“质量竞争第一”90年代的“市场速度第一”，时间因素被提到首要位置。(2)提高市场占有率，在T(时间)、Q(质量)、C(成本)、S(服务)、E(环境)目标下，加强时间竞争能力、质量竞争能力、价格竞争能力、创新竞争能力。技术管理人环境汽车数字化开发技术

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页1.21世纪的产品特点(3)生命周期内的质量保证。

产品质量的完整概念是顾客的满意度，对产品质量全面的理解是：

可用、实用、耐用、好用、宜人。(4)企业的组织形式将是跨地区、跨国家的虚拟公司或动态联盟。

Internet国际网为虚拟公司或动态联盟的实现提供了一定的基础。(5)生产过程更加精良。产品开发、生产、销售、维护过程更加简化，生产工序更加简单。(6)智能化程度更高。(7)分布、并行、集成并存。

分布性更强，分布范围更广；

并行化程度更高，跨地区、跨部门、分布式并行实施；

集成化程度更高，包括信息、技术的集成，管理、人和环境的集成。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页1.21世纪的产品特点目前，我国许多重大装备尚不具备研究开发与制造能力，不得不主要依靠进口。我国光纤制造装备的100%，集成电路芯片制造装备的85%，石油化工装备的80%，轿车制造、数控机床及胶印设备的70%被进口产品占领。而且，越是重要、高档、技术附加值高的装备，进口就越多，自给率就越低。缺乏核心技术：大多数产品的技术依靠从国外引进，陈旧落后的装备仍占有相当比重。汽车数字化开发技术

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页1.21世纪的产品特点我国制造业与国际先进水平有着阶段性差距如下：产品结构不合理且附加值不高；制造业能耗大且污染严重；产品创新能力较差且开发周期较长；制造工艺装备落后，成套能力不强；生产自动化和优化水平不高，资源综合利用率低；企业管理粗放、国际市场开拓能力弱；战略必备装备和竞争核心技术的开发相对薄弱等。汽车数字化开发技术

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页2.汽车产品开发现状与展望对于中国这个新兴第一汽车大国来说，汽车产业的快速发展，带给我们的挑战和问题主要有以下几方面：

首先，是汽车产销本身的持续增长问题。去年汽车产销的井喷增长，既有前年被抑制的需求因国家政策而得到释放的因素，以及国内的消费结构由衣食转向住行的影响，更是国家政策拉动的结果。“购置税减半”和“汽车下乡”两项补贴政策，以及对自主品牌汽车的扶持，对汽车的产销两旺起到了很大推动作用。但也要看到，去年汽车产销高速增长，提前透支了部分消费需求。

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页2.汽车产品开发现状与展望其次，大而不强。

主要表现为汽车产业没有自己的核心技术和竞争力，自主品牌且主要位于中低端，市场占有率不高。美、日、德等国之所以被称为汽车强国，在于他们在其国内市场乃至全球市场，均拥有自己的强势自主品牌。如通用、福特之于美国，丰田之于日本，大众之于德国。而在中国市场上，据统计，自主品牌仅占不到1/3。

第三，能源消耗和空气污染。

汽车是耗能产业，而且对空气污染极大。如果坚持粗放式的扩张，汽车带来的就不会是舒适，而很可能是灾难。

第四，影响城市化的健康发展。

目前，中国几乎所有的大城市都面临着严重的交通拥堵。很多城市对“汽车时代”的到来并没有做好准备，比如街道设计建设落后、停车位置严重不足等。拥堵一方面浪费人们的时间，增加交通事故的概率，另一方面也会降低城市化发展的品质。汽车数字化开发技术

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页2.汽车产品开发现状与展望

虽然中国加入WTO后轿车工业所受的冲击显而易见，但我们也应看到中国加入WTO后将产生积极影响的一面。

(1)加速轿车产业结构和产品结构调整。一批低素质轿车企业将有停产、转业、破产、倒闭的可能。价格和质量缺乏竞争力的产品，将随着国内市场开放而失去保护，在竞争中被淘汰。(2)促进中国与国外汽车跨国公司全面合作。国外大的汽车跨国公司已有多家在中国轿车行业投资或经营，如德国大众公司、美国福特公司、通用公司、克莱斯勒公司、法国雪铁龙公司、雷诺公司、意大利菲亚特公司、日本本田公司、大发公司、铃木公司等。

(3)锤炼先进轿车企业的竞争力。中国加入WTO，意味着中国轿车企业与外国同行竞争直接化，所以要求企业的组织结构、整体素质、规模经济、技术进步、管理文化和经营战略都要有新的动作，增强实力和竞争地位。

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1.2产品开发概述产品开发内涵及其战略

产品开发内涵

产品开发战略出发点产品开发方向

产品开发战略的类型产品开发的发展趋势数字化制造推动中国汽车工业汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略产品开发是产品形成中的创造性阶段。1、产品开发内涵产品开发是人类出于生产或生活的需要，而从事的一种创造性劳动。在几千年的演化过程中，人类经历了农业文明、传统工业文明、现代工业文明等不同发展阶段，产品开发的能力不断增加，由此也改善了人们的生活及生产条件。汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略产品开发流程图市场调查方案论证草拟方案测量修改评价样品RP制造CAD数据CAD设计方案可行满意吗批量生产否是是否汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略2、产品开发战略出发点

产品开发的战略：指考虑在现有市场上通过改良现有产品或开发新产品来扩大销售量的战略。产品开发战略有以下几种出发点：(1)从消费者需求出发

通过问题分析、缺口分析、细分市场、相关品牌归类等方法，以顾客为关注焦点，来分析满足顾客的现实需求、潜在需求和未来需求。汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略(2)从挖掘产品功能出发

所谓挖掘产品功能，就是通过功能分析、用途分析、品质扩展、系统分析、独特性能分析、等级设计、弱点分析等方法，来分析企业现有产品存在的问题，挖掘产品新的功能、新的用途。在现成的产品的基础上挖掘新的产品功能，无疑是一条风险较小的能迅速获得市场认同的途径。汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略(3)从提高产品竞争力出发

新产品的竞争力除了取决于产品的质量、功能以及市场的客观需求外，也可以采取一些其它策略来提高新产品的竞争力。例如：抢先策略，紧跟策略，低成本策略等。汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略(4)从分析产品/市场矩阵出发①市场渗透：企业通过改进广告、宣传、短期削价、推销、在某些地区增设商业网点等措施，借助多渠道将同一产品送达同一市场等措施，扩大销售。②市场开发：

企业通过在新地区或国外增设新商业网点或利用新分销渠道，加强广告促销等措施，将现有产品扩大、推广到新市场。汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略③产品开发：

企业通过增加花色、品种、规格、型号等，向现有市场提供新产品或改进产品。④多元化增长：

企业尽量增加产品种类，跨行业生产、经营多种产品或服务，扩大企业的生产范围和市场范围，使企业的特长得到充分发挥。汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略3、通过分析市场需求和企业内部条件，确定产品开发方向：①商业可行性检验商业可行性的结果将证实新产品或服务是否会有市场，顾客是否愿意购买你的新产品或接受你的服务，他们对你的新产品或服务究竟有多大的需求，你是否可以从新产品或服务中赢利。②企业内部条件

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页1.产品开发内涵及其战略1）技术可行性检验技术可行性必须要求企业的生产能力以及产品或服务能实现设计的功能。

例如：某公司开发新产品安在一个正常的灯泡上可使灯泡的使用寿命延长５倍，市场前景非常可观，而且可以利用自己闲置的机器生产这种产品，存在的问题是需要找到一种能抗高温的粘合剂。他们自己没有技术能力开发抗高温的粘合剂，若与国际上先进厂家合作开发，费用将远远超出利润，因此从整体上来分析，这是不成功的。汽车数字化开发技术

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页1.产品开发内涵及其战略2）成本投入能力要有足够的资金准备！规模越大，资金投入越大，成本回收就越慢。3）经营网络能力如果你只熟悉低档市场，拥有一批低挡产品的代理商。那么，你的产品定位最好定位在低档范围，否则，不仅会造成原有资源的浪费，另外开发新的商业网络也需要雄厚的资本，使企业不堪负担，更重要的是，重新开发商业网络未必能达到预期的目的。汽车数字化开发技术

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页2.产品开发的战略4、产品开发战略的类型按产品开发的新颖程度进行分类如下：(1)全新型新产品开发战略全新型新产品是指新颖程度最高的一类新产品，它是运用科学技术的新发明而开发和生产出来的，具有新原理、新技术、新材质等特征的产品。(2)换代型新产品开发战略换代型新产品使原有产品发生了质的变化。选择和实施换代型新产品开发战略，只须投入较少的资金，费时不长，就能改造原有产品，使之成为换代新产品。汽车数字化开发技术

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页2.产品开发的战略(3)改进型新产品开发战略所开发的新产品与原产品相比，只发生了量的变化，即渐进的变化，同样能满足顾客新的需求。这是代价最小、收获最快的一种新产品开发战略，但容易被竞争者模仿。(4)仿制型新产品开发战略开发这种产品不需要太多的资金和尖端的技术，企业对原产品的某些缺陷和不足加以改造，并结合市场的需要进行改进，而不应全盘照抄。采取这种战略，企业并不抢先研究新产品，而是当市场上出现较好的新产品时，进行仿制并加以改进，迅速占领市场。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页3.产品开发的发展趋势随着信息技术的发展,，产品开发的概念和内涵在不断改变和拓宽：1)单目标规划向多目标规划的转变传统产品开发仅考虑产品性能要求，而在信息时代，则要考虑产品生命周期内所有阶段的要求，尤其是对材料、能源、环境的要求已变得日益重要，产品规划已变成多目标的全局规划。汽车数字化开发技术

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页3.产品开发的发展趋势2)串行设计向并行设计的转变传统产品开发是个顺序过程，如概念设计完成之后，才能进行详细设计、工艺设计。信息时代的产品开发除信息的交换和共享之外，并行是最显著的特性。3)工艺设计向过程设计的转变传统产品开发中的生产准备主要是指工艺规划和刀具、夹具、量具的准备，这是一种局限于面向制造的观点。信息时代的生产准备应理解为过程设计，它不仅包括工艺过程设计，还包括装配过程设计、使用过程设计、维修过程设计等。汽车数字化开发技术

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页3.产品开发的发展趋势4)实物样品向虚拟样品的转变传统产品开发是采用“试凑法”，因此有些情况下，为保证产品质量，实物样品的测试不可缺少。信息时代的产品开发，基于数字化模型和虚拟现实技术，可以部分取代实物测试。5)严格分工向自主管理的项目小组的转变设计方法的改变

必然引起组织管理模式的改变，如采用多学科工作小组的方式，以及网上的合作等。汽车数字化开发技术

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页3.产品开发的发展趋势产品开发技术呈现出以下趋势：

(1)数字化产品在其生命周期内的数字化建模是现代产品设计方法的关键技术之一，它包括：①全局产品的信息定义，用计算机来支持产品生命周期的全过程；②产品的数字化工具，即广义的计算机辅助工具，它能将产品信息自动数字化；③产品数据管理，即用计算机对产品开发与生产全过程中的大量数字化信息进行全面的管理与控制。(2)并行化在计算机软硬件支持的信息共享基础上，采用团队工作模式，可在异地进行设计、开发。它有助于实施强强联合，优势互补，极大地提高企业的产品设计开发能力。汽车数字化开发技术

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页3.产品开发的发展趋势(3)智能化不需要设计开发人员了解设计开发低层的全部细节，而由计算机智能地设计并最终制造出合乎要求的产品。(4)集成化它是指现代设计系统不再是单一的CAD、CAM或CAPP系统，而是支持产品生命周期全过程的现代设计集成系统。汽车数字化开发技术

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页4.数字化制造推动中国汽车工业集成数字化汽车设计开发技术是面向汽车产品设计、开发全过程的整车及其组成系统的计算机辅助设计、性能预测和虚拟试验评价技术等与PDM等支撑技术相结合的集成化VPD（VirtualProductDevelopment）系统技术。

包括虚拟样车（VirtualPrototype,DigitalMockup）技术、VPG（VirtualProvingGround）仿真技术、并行设计技术、反求设计技术、高性能计算机集群系统技术、虚拟现实系统技术等。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页4.数字化制造推动中国汽车工业

CAE技术应用非常广泛，可用于以下：虚拟实验——VirtualTest虚拟试验场——VPG整车开发的虚拟现实技术——VR汽车操纵动力学模拟器汽车多体系统动力学分析轿车白车身固有振动模态的有限元分析轿车碰撞的有限元仿真分析橡胶耦合动力学特性的有限元仿真分析结构耦合动力学特性的有限元仿真分析制动器热弹性耦合有限元分析热流体系统仿真分析——CFD2024/4/8汽车数字化开发技术

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页4.数字化制造推动中国汽车工业荣威550被称作是“D5全时数字轿车”，大量的数字化装备在它身上得以配备。汽车数字化开发技术

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页4.数字化制造推动中国汽车工业“D5全时数字轿车”集中体现在：①可扩展RMI数字多媒体交互系统蓝牙免提、数字全息影像倒车雷达、GPS等，信息中心菜单有点类似于奥迪的MMI多媒体操作系统。②Dual-Bus数字智能行车管家系统比can-bus更进一步，极大的提高了信息传递的可靠性，另一方面大幅降低电器系统的故障发生率，带来全新的动态稳定驾驶理念。③Syn-Tech数字个性升级模块可以通过对行车电脑的数据升级，刷新发动机管理参数，为懂得享受驾驭的用户提供“超频”选择。④SilverStone一体化数字仪表显示以锋利的雕刻般的炫红光线环绕仪表，速度显示以数字呈现，结合脉冲式转速感应设计，动感十足。⑤Press-to-go智能一键启动等作为标配，刷新中级车数字化标杆。荣威550的数字化技术应用还包括SCS六位一体主动安全控制系统、TPMS胎压智能监视系统、EBA电子刹车辅助系统等的智能电子底盘系统，则是最缜密的“数字智能”，为消费者提供全方位保障。汽车数字化开发技术

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页4.数字化制造推动中国汽车工业在产品开发方式和组织结构上，目前通行的作法是按车型设立项目组。每一个项目组不仅有传统的产品开发人员，还有产品计划、工艺、生产、财会、采购与销售等专业人员。项目经理负责纵向管理，应用同步工程(SE)、客串工程(GE)等方式和易加工易装配设计(DFM，DFA)等新的管理科学，项目组全体人员互相配合，交叉作业。

在产品开发中，国外汽车集团还大量地采用了超前概念车的作法，即把众多新科研项目汇集到一个车上，并不断地把其中的成熟技术及时应用到新开发即将投放市场的车型上。

但是，人类追求更高、更快、更强的技术的步伐无法阻挡。数字化从上世纪30年代开始就在汽车上逐步使用，从最开始的燃油控制系统到随后的安全系统、汽车电子系统到如今的汽车娱乐系统中，数字化已经开始大规模普及。汽车数字化开发技术

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页4.数字化制造推动中国汽车工业数字化已经开始大规模普及，业界同样也有四种观点。

(1)数字化是大势所趋数字化的运用确实给人类的汽车生活带来了好处，目前被普遍应用到汽车开发过程中的数字化技术，例如数字化计算、数字化仿真模拟系统等，节省时间的同时，能有效节省汽车的开发成本。

(2)数字化已深入汽车内核在谈到汽车的数字化时，消费者最先想到的可能是GPS、蓝牙免提等功能配置。但实际上，更多隐藏在汽车内部，带给汽车更好操控、更高安全的“数字化”的东西才是关键所在。比如汽车的核心，发动机和驱动控制，在变得更强劲的同时也更省油、更洁净，主要归功于电子技术，因为燃烧控制得更精确。

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页4.数字化制造推动中国汽车工业(3)东方消费者对数字化更有趋同感如果在美国推出一款车，强调的更多是运动特征。但如果说在亚洲，整个东方，包括中国、日本、韩国，大家对西方的技术和概念都感兴趣，年轻人对科技的、数码的东西接受的非常快。

(4)数字化不仅仅是高档车的代名词在A级车上我们也同样需要有完美的性能。从近几年的发展趋势说明，很多用户都希望将B级车、C级车所拥有的技术都能够应用在A级车上。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页1.3数字化产品开发数字化产品是指信息、计算机软件、视听娱乐产品等可数字化表示并可用计算机网络转输的产品或劳务。实质上是基于产品描述的数字化平台，建立基于计算机的数字化产品建模。在数字经济时代，这些产品可不必再通过实物载体形式提供，可在线通过计算机网络传送给消费者。它具有有形资产的特征，也具有无形资产的性质，但同时它既不同于有形资产，又不同于无形资产。汽车数字化开发技术

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页1.数字化产品开发概念数字化产品开发的概念不仅仅指产品数据模型、数值分析、仿真及其产品数据管理，更重要的，它是一种新的产品开发概念。它突破了传统的产品设计开发的内涵，通过对知识、信息的统一管理，实现产生高附加值产品的集成开发活动。汽车数字化开发技术

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页1.数字化产品开发概念数字化产品共享性异地协同设计可视性虚拟产品开发可变性参数化、变量化、模块化离散性反求和快速原型汽车数字化开发技术

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页2.数字化设计内涵以计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)为基础的数字化设计(DigitalDesign，DD)技术和以计算机辅助制造(CAM)为基础的数字化制造(DigitalManufacturing，DM)技术，是产品数字化开发技术的核心。汽车数字化开发技术

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页2.数字化设计内涵典型的产品开发周期图

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页2.数字化设计内涵综上所述，数字化设计(DD)是以实现新产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，支持产品建模、分析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机结合。因此，任何以计算机图形学为理论基础、支持产品设计的计算机软硬件系统都属于产品数字化设计技术的范畴。汽车数字化开发技术

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页2.数字化设计内涵广义的数字化设计技术涵盖以下内容:(1)利用计算机进行产品的概念化设计、几何造型、虚拟装配、工程图生成及设计相关文档。(2)利用计算机进行产品外形、结构、材质、颜色的优选及匹配，以满足顾客的个性化需求，实现最佳的产品设计效果。(3)利用计算机分析产品公差、计算质量特性、计算体积和表面积、分析干涉现象等。(4)利用计算机对产品进行有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学仿真验证等，以实现产品拓扑结构和性能特征的优化。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程根据现代设计程式化、逻辑化的产品设计思想，产品的开发有一定的逻辑可循，一般来说，产品的设计过程可以分为5个阶段:①计划阶段、②设计阶段、③试制阶段、④批量生产阶段⑤销售阶段。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程2024/4/8汽车数字化开发技术

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页设计阶段目标方法一计划阶段可行性研究报告设计任务书调查研究、技术预测二原理方案设计原理方案图系统化设计、机构综合设计法、参数优化法、相似设计法结构方案设计结构设计图有限元设计、强度、刚度设计可靠性设计总体设计总装配图计算机辅助设计CAD施工设计零件、部件工作图技术文件计算机辅助设计CAD三试制阶段样机试验大纲试验设计CAT四批量生产阶段工艺文件修改设计图计算机辅助制造CAM五销售阶段信息反馈反馈控制法3.数字化设计过程产品计划阶段

主要解决产品的规划间题，包括产品需求调查、市场预测、可行性论证及确定设计参数、选定约束条件、最后提出详细设计任务书等步骤。在此阶段，设计者应尽可能全面地了解所要研究的问题，例如，弄清设计对象的性质、要素、解决途径等。产品设计阶段设计者运用他们所有的经验、创新能力、洞察力和天资，利用前一阶段收集到的全部资料和信息，经过加工和转换，构思出达到期望结果的合理方案。结构方案设计是指对产品进行结构设计，即确定零部件形状、材料和尺寸，并进行必要的强度、刚度、可靠性计算，最后画出产品结构草图。总体设计是在方案设计和结构方案设计的基础上全面考虑产品的总体布置、人机工程、工艺美术造型、包装运输等因素，画出总装配图。施工设计是将总装配图拆成部件图和零件图，并充分考虑冷、热加工的工艺要求、标注技术条件，完成全部生产用图样，编写设计说明书、使用说明书、列出标准件、外购件明细表以及有关的文件。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程产品试制阶段通过样机制造、样机试验来检验设计图样的正确性，并进行成本核算。最后通过样机评价鉴定。在此阶段，设计师深入生产车间，跟踪产品各个加工工序，及时修正设计图样，完善产品设计。批量生产阶段

根据样机试验、使用、鉴定所暴露出的问题，作进一步设计修改，以完善设计图样，保证产品设计质量，验证工艺的正确性，以提高生产效率，确保成批生产质量。销售阶段通过广告、宣传、展览会等形式将产品向社会推广，接受客户订货。同时，设计人员要经常收集用户的信息反馈，加以分析整理，用于改进下一代。这种用户反馈是改进设计、提高设计质量的重要信息来源。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程2024/4/8汽车数字化开发技术

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页工业布局设计市场需求虚拟仿真计算机辅助创新设计后台预置装配运动分析虚拟样机计算机辅助结构设计CAD/CAE面向产品开发的数字化产品开发模式3.数字化设计过程2、产品开发与数字化设计关系利用快速原型制造技术，可以由产品的CAD模型直接驱动快速原型机快速制造出产品原型，以便对产品设计做出评估。快速原型制造是一种全新的产品加工理论与技术，也是数字化制造的重要研究内容和发展方向。利用虚拟现实技术，可以以计算机仿真技术基础在计算机中构筑数字化的产品虚拟原型，并利用虚拟原型对产品的结构、外观和性能做出评价。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程2024/4/8汽车数字化开发技术

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页设计阶段数字化设计技术概念设计几何建模、造型辅助、可视化操作、图形变换设计建模几何建模、特征建模、造型辅助、模具设计、造型软件设计分析及优化有限元分析、形状、结构化程序、运动学及动力学仿真设计文档工程图、装配图、物料单、数控编程等产品不同设计阶段与数字化设计之间的关系3.数字化设计过程传统机械产品设计方式，即大循环过程，不仅难于提高产品质量，而且耗费大量的时间和金钱。如图所示。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程新的概念设计和详细设计方式，加入虚拟样机设计，即小循环过程，不仅节省时间和金钱，还可以大幅度地提高设计质量。如图所示。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程3、数字化设计过程传统的产品设计过程通常是以串行方式进行的，承担各设计阶段任务的不同职能部门或人员在执行任务前从上游接收数据，并在任务完成后将数据输出到下游。其设计方式是建立在经验设计基础上的手工作业，设计过程通常是“抛墙式”的串行设计。在这种产品设计模式中，各职能部门的责任明确，管理相对容易，在过去很长的一段时间内企业基本上采用的都是这种开发模式。传统的产品开发过程，经历了从设计、绘图、制造、样机试验的串行过程。若样机试验达不到设计要求，还需经过修改设计、重新制造样机、再进行试验的过程。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程产品数字化设计过程具备以下的特点：

(1)广泛采用CAx工具：

CAx软件的应用是数字化产品设计的基础，这些软件工具的应用表明制造业已经开始利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设计的开始。

(2)面向产品全生命周期：

数字化产品设计必须考虑产品生命周期的各个环节，包括设计、分析、装配、试验、加工、维修、销售、服务等。设计过程中，各环节的相关人员从各自角度及早发现问题，并提出修改意见。(3)基于知识的设计：

产品设计的每一步都渗透着设计者的知识和经验，知识获取是其中最为重要、最为繁重，也是最需要在大范围中进行广泛合作的过程。汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程(4)跨地域：

制造的全球化使参与设计过程各个阶段的设计人员分别来自不同的部门、地区，甚至不同的国家，为了实现设计过程中的相互协作，产品设计人员可以在PDM支持的网络环境下，并行协同地完成产品设计、制造活动。(5)并行性：

在产品设计过程中，下游设计人员，如工艺设计人员，可以对产品模型的可制造、可装配性进行评价，通过PDM向设计人员及时反馈评价结果或修改建议；生产制造人员可以通过对加工过程的仿真模拟来检验工艺路线的可行性和合理性，向工艺人员反馈仿真结果或修改意见。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页3.数字化设计过程(6)协同性：

在设计过程中，不同阶段、不同学科或是不同部门、不同地区的设计人员经常需要进行协同交互，因此，数字化设计需要在线交互的通信工具的支持。(7)群体性：

产品设计过程中，涉及多领域、多学科知识的集成，整个开发过程往往不是一个人、一个部门或是一个企业所能完成的，而是多个领域的设计专家共同协作完成的。(8)异构性：

数字化设计中所采用的操作系统及相应的CAD/CAM/CAE/CAPP等软件工具可能是不相同的；计算机配置、网络环境等硬件平台也可能是不相同的。因此，数字化设计是在异构环境中运行的。汽车数字化开发技术

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页1.4现代设计方法优化设计可靠性设计概念设计产品工业造型设计计算机辅助工程(CAE)设计计算机辅助设计(CAD)技术参数化设计汽车数字化开发技术

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页1.优化设计优化设计是以最优化数值计算方法为基础，借助计算机等先进的技术工具和手段，来求得工程设计中的最优化设计方案的一种先进设计方法。最优方案，就是使某一项指标达到最小(如重量)或最大(如效率)。机械设计的问题一般都较复杂，求最小值或最大值的问题并不是用微分方法求极值就能简单地予以解决的。数学领域的分支——数学规划理论，提供了很多求优的数值方法，这些方法都以在计算机上进行的大量的数值迭代计算为基础。为了采用这些优化方法，就需要将具体设计问题的物理模型转化为一个数学模型。汽车数字化开发技术

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页2.可靠性设计所谓可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性是一项包括管理和技术两个方面，涉及许多领域贯穿汽车产品由开发到生产、销售以及售后服务的全过程。可靠性设计是应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据，在给定的可靠性指标下，对零部件及整个系统进行设计。汽车数字化开发技术

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页二、可靠性工程

可靠性数学：用来定量描述系统可靠性的数学工具。常用的度量指标主要有可靠度、故障率、平均无故障工作时间和平均故障修复时间等。①可靠度R()：

系统在规定工作时间内无故障的概率。如数字电压表工作24小时的可靠度为0.9,即意味着多次抽取一定数量的该产品样品，在规定条件下工作24小时，平均有90％能保持全部产品性能处于有效的工作状态。相应地，系统在时间内发生故障的概率用F()表示，称为不可靠度,与可靠度R()的关系为R()＝1-F()。汽车数字化开发技术

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页二、可靠性设计②故障率λ：系统工作到时刻时单位时间内发生故障的概率。③平均无故障工作时间：系统在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均时间。④平均故障修复时间：系统出现故障后到恢复正常工作时的平均时间。汽车数字化开发技术

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页2.可靠性设计为了提高汽车的可靠性，企业建立了汽车可靠性信息管理系统,储存整车质量抽查试验,整车可靠性试验,发动机台架试验,售后三包服务信息以及使用跟踪调查.在系统中，根据可靠性数据的特点，建立相应的数学模型，编制可靠性分析软件。利用微型计算机对汽车可靠性信息进行分析，可得到汽车可靠性的变化规律(整车的累积故障强度函数、零件的故障分布的密度函数)及相关的可靠性特征量。汽车数字化开发技术

第67

页3.概念设计概念设计：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计。汽车数字化开发技术

第68

页3.概念设计概念设计首先是要弄清设计要求和条件，然后生成框架式的广泛意义上的解。在此阶段中对设计师的要求较高，但却可以广泛地提高产品性能。它需要工程科学、专业知识、产品加工方法和商业运作等各方面知识相互融合在一起，以做出一个产品全生命周期内最为重要的决策。在这里“框架式的解”是指设计问题的一个轮廓，每个主要的功能都可以对应于其上，使其有机地结合起来。我们从这个框架中得到产品大致的成本、质量或总体尺寸，以及在目前环境下的可行性等。这个框架只需对一些特征或部件有一个相对明确的描述，但并不要求详细。汽车数字化开发技术

第69

页4.产品工业造型设计工业设计(IndustrialDesign,ID)是一个新兴的、具有文理渗透特征的综合性学科，包含3个工作领域：(1)产品设计(ProductDesign,PD)：也称为工业(产品)造型设计；(2)企业形象(CorporateIdentitySystem,CIS)设计和视觉传达设计(VCD，VisualCommunicationDesign)：后者包括产品的包装装潢、广告、展示等方面的设计；(3)环境设计(EnvironmentDesign,ED)：包括建筑与室内装饰设计、店容与橱窗设计、庭院与园林设计等内容。汽车数字化开发技术

第70

页4.产品工业造型设计在工业设计的3个领域中，产品设计是主体与核心。现代工业设计方法和设计技术是建立在电脑技术、人机工程、价值工程、技术美学、设计方法学和设计管理等学科的基础上的。汽车数字化开发技术

第71

页4.产品工业造型设计工业造型设计的基本内容有：(1)产品的人机工程设计，或称宜人性设计

使产品与人的生理心理等方面因素相适应，以求得人-机-环境的协调和优良匹配，从而达到产品使用的安全、舒适和高效。(2)产品的形态和色彩设计

使产品的形体构成符合美学法则，具有适宜的色彩配置、表面质感和肌理，获得能给人美感的产品款式。这是把文化、精神因素融汇到工业产品中去的创造活动。(3)产品的标志、铭牌、包装、样本及说明书等的设计汽车数字化开发技术

第72

页5.计算机辅助工程(CAE)设计CAE是一种迅速发展的信息技术，是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的、最重要的工具和手段。CAE包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算、优化设计，对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺损，改进和优化设计方案，证实未来工程/产品的可用性与可靠性。汽车数字化开发技术

第73

页5.计算机辅助工程(CAE)设计汽车数字化开发技术

第74

页6.计算机辅助设计(CAD)技术CAD是工程技术人员以计算机与CAI软件为工具，结合各自的专业知识。对产品进行设汁、分析和编写技术文档、优化设计方案，并绘制出产品或零件图的过程。CAD习惯上指应用于几何建模和结构设计的计算机辅助设计技术、其功能一般有几何建模、特征建模、物性计算等，以及一般软件使用操作，数据存储、显示和输出等。CAD系统的发展和应用使传统的、依靠手工绘图的产品设计方法发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益。汽车数字化开发技术

第75

页7.参数化设计参数化设计(ParametricDesign)采用尺寸驱动的方式改变及和约束构成的几何模型，在求解几何约束模型时，采用顺序求解的方法，一般要求全约束。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。汽车数字化开发技术

第76

页7.参数化设计在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：①各种尺寸值，称为可变参数；②几何元素间的各种连续信息，称为不变参数。2024/4/8汽车数字化开发技术

第77

页7.参数化设计参数化程序设计的基本过程是：

创造原始图形；

确定绘图参数；确定原始图形参数与具体结构参数之间的关系；

产生设计图纸及相关文档。

整个过程需要数据库及数据库管理系统对各种数据、图形进行存储及管理。利用参数化设计可以十分容易的修改图形，并能继承以往的某些产品设计的经验和知识。汽车数字化开发技术

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页第2章

汽车产品数字化开发基础2.1汽车数字化建模技术2.2汽车的基于知识工程技术2.3汽车可视化技术2.4工程数据库2.5汽车产品全生命周期设计2.6协同设计与网络化制造2.7汽车大规模定制2.8汽车并行工程汽车数字化开发技术

第79

页2.1汽车数字化建模技术产品建模技术基本概念汽车几何建模技术汽车特征建模技术汽车集成建模技术2024/4/8汽车数字化开发技术

第80

页一、基本概念建模定义:

对于现实世界中的物体，从人们的想象出发，利用交互的方式将物体的想象模型输入计算机，计算机以一定的方式将模型存储起来，这种过程称为建模。涉及一组活动、方法和工具来建立描述企业不同侧面的模型。2024/4/8汽车数字化开发技术

第81

页一、基本概念产品建模也称产品造型，根据几何模型提供的各种信息，可以进行装配件的干涉检查，进行有限元分析，结构分析、仿真、生成数控加工程序等后续应用。建模技术又是CAD系统的核心技术，没有数字产品模型，数据的交换、共享与集成就失去了对象。目前主要的建模方法有几何建模、特征建模、装配化建模和近年来新发展起来的集成化建模技术等。2024/4/8汽车数字化开发技术

第82

页建模过程就是一个产生、存储、处理、表达现实世界的过程。现实物体抽象化（外部模型）理想模型格式化描绘计算机内部模型信息模型一、基本概念汽车数字化开发技术

第83

页二、几何建模技术2024/4/8汽车数字化开发技术第84

页所谓几何建模系统是指能够定义、描述、生成几何实体，并能交互编辑的系统。计算机内部几何的表达方式可以是二维或三维模型。二维模型几何表达的基本元素是点、线、面或符号，主要用于细节部分的设计和计算机工程图的绘制。常用的三维建模有：线框建模、表面建模、实体建模。二、几何建模技术2024/4/8汽车数字化开发技术

第85

页二、几何建模技术

1、线框建模

利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图。由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成，描述的是产品的轮廓外形。在计算机内部生成三维映像，还可实现视图变换及空间尺寸的协调。汽车数字化开发技术

第86

页二、几何建模技术线框建模的优缺点：

优点：所需信息最少，数据运算简单，所占存贮空间较小，硬件的要求不高，容易掌握，处理时间短。缺点：在线框模型中由于没有面和体的概念，因此无法区分物体的内部和外部，断面也无法表达。由于表面信息的缺乏，对于图形描述来说，消隐工作无法自动进行，必须采用繁琐的交互工作方式来完成，中等复杂程度的零件用这种方式进行建模就已经是非常困难，更无法采用连接许多简单的几何对象来构造复杂的零件。

汽车数字化开发技术

第87

页

线框建模的局限性：

几何意义的二义性，即一个线框模型可能被解释为若干个有效几何体。

结构体的空间定义缺乏严密性；

拓扑关系缺乏有效性；

描述的结构体无法进行消隐、干涉检查、物性计算。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

第88

页2、表面建模

①将物体分解成组成物体的表面、边线和顶点，用顶点、边线和表面的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型。②表面建模是通过对实体的各个表面或者曲面进行描述而构成实体模型的一种建模方法，用面来定义一个物体，并能精确确定物体表面上任意一个点的X、Y、Z坐标值。

二、几何建模技术汽车数字化开发技术

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页

表面建模的特点：①表达了零件表面和边界定义的数据信息，有助于对零件进行渲染等处理，有助于系统直接提取有关面的信息。②在物体性能计算方面，面信息的存在有助于对物性方面与面积有关的特征计算，同时对于封闭的零件，采用扫描等方法也可实现与体积等物理性能有关的特征计算。③表面建模方式生成的零部件及产品可分割成板、壳单元形式的有限元网格。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

第90

页

3、

实体建模

定义：定义一些基本体素，通过基本体素的集合运算或变形操作生成复杂形体的一种建模技术。能够定义三维物体的内部结构形状，能完整地描述物体的所有几何信息和拓扑信息，包括物体的体、面、边和顶点的信息。特点：①可以提供实体完整的信息；②可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能；③能顺利实现剖切、有限元网格划分、直到NC刀具轨迹的生成。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

第91

页二、几何建模技术缺点：

实体建模只存储了形体的几何形状信息，缺乏产品开发全生命周期所需的信息，诸如材料、加工特征信息、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、装配要求等信息，不能构成符合STEP标准的产品模型。

汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术按照物体生成的方法不同，实体建模方法可分为：

(1)体素法通过基本体素（如长方体、圆柱、圆环、圆球等）的集合运算（布尔运算）构造几何实体的建模方法。每一基本体素具有完整的几何信息，是现实生活中真实而唯一的三维实体。汽车数字化开发技术

第93

页常用基本体素布尔运算汽车数字化开发技术

第94

页

(2)扫描法利用基体的变形操作实现表面形状较为复杂的物体的建模方法称为扫描法，又分为平面轮廓扫描和整体扫描两种方法。

基本原理:用曲线、曲面或形体沿某一路径运动后生成2D或3D的物体。扫描变换需要两个分量，一是给出一个运动形体，称为基体；另一个是指定形体运动的路径。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术(1)平面轮廓扫描法

由任一平面轮廓在空间平移一个距离或绕一固定的轴旋转就会扫描出一个实体汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术（2）整体扫描法

首先定义一个三维实体作为扫描基体，即一个“运动的物体”，让此基体在空间运动，运动可以是沿某一方向移动，也可以是绕某一轴线转动，或绕某一点摆动。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页三、特征建模技术特征建模技术出现原因：几何建模很难满足集成的要求。主要表现在以下两方面：1)低层次的几何信息通常CAD系统只产生层次较低的几何信息，而CAPP及CAM系统则需要较高层次的信息，主要包括几何形状、形状特征、尺寸、公差、材料特性、表面粗糙度、装配要求等。2)低层次的设计环境一般实体建模系统利用体单元和平面轮廓扫描等造型，这样以某种结构形状来表达某种功能的设计思想，容易限制设计者创造性思维的发挥。另外，实体模型一旦建立，修改不方便，难以满足工程设计中重复设计、反复修改的设计方法。汽车数字化开发技术

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页通过分析机械产品大量的零件图样信息和加工工艺信息，可将构成零件的特征分为六大类。(1)管理特征与零件管理有关的信息集合，如标题栏信息(如零件名、图号、设计者、设计日期等)。(2)技术特征描述零件的性能和技术要求等信息。(3)材料特征描述零件材料、热处理和条件等有关的信息。如材料性能、热处理方式、硬度值等。(4)精度特征描述零件几何形状、尺寸的许可变动量的信息集合，包括公差(尺寸公差和形位公差)和表面粗糙度等。(5)形状特征描述与零件几何形状、尺寸相关的信息集合，包括功能形状、加上工艺形状(如退刀槽、工艺凸台等)、装配辅助形状。(6)装配特征描述零件在装配过程中将使用的信息，如零、部件的相关方向、相互作用面和配合关系等。三、特征建模技术汽车数字化开发技术

第99

页2024/4/8一种形状特征的分类方法汽车数字化开发技术

第100

页四、集成建模技术就信息集成角度看，集成是指CAD、CAPP、CAM各模块之间信息的提取、交换、共享和处理的集成，即信息流的整体集成。实现这种集成需具备两个基本要素：(1)CAD系统能提供完备的、统一的、符合某种标准的产品信息模型，使CAPP及CAM环节能从该模型中获取所需要的信息，并最终将CAD模型转换成制造模型。(2)CAD/CAM各模块之间能通畅地进行数据传递与交换，交换方式可以是数据库接口或符合某种规范的格式文件或数据库。2024/4/8汽车数字化开发技术

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页四、集成建模技术产品信息模型包括三个层次的信息，即零件层、特征层和几何层。1)零件层主要反映零件的总体信息，其中包括零件的名称、编号、批量、材料名称、材料牌号和性能、设计者及设计日期等信息。2)特征层主要反映零件的形状、精度和加工要求。组成零件的所有特征，其定型、定位参数包括公差、粗糙度、材料热处理要求和与一定加工方法相对应的形状特征、特征的主辅层关系和加工方位等均在特征层中表示。3)几何层它主要反映零件点、线、面的几何/拓扑信息，是实体造型系统的基本单元。2024/4/8汽车数字化开发技术

第102

页2024/4/8基于特征的产品集成模型结构零件特征信息模型技术特征模型

管理特征模型形状特征模型精度特征模型材料特征模型装配特征模型几何/拓扑信息模型附属关系引用关系附属关系引用关系零件层特征层几何层第103

页2.2汽车的基于知识工程技术基于知识的工程概述KBE的技术体系结构KBE的知识处理基于知识工程的产品开发系统KBE在汽车产品开发中的应用2024/4/8汽车数字化开发技术

第104

页一、基于知识的工程KBEKBE(KnowledgeBasedEngineering)基本思想:重复利用知识和经验。KBE技术能贯穿于整个设计过程,并且把一些成熟的经验知识、理论公式、设计规范等直接应用到设计过程中的各个环节。使设计有了各种约束条件,并且为推理提供依据。KBE技术还可以把每次的设计实例与获得的知识和经验积累起来,以便重复利用。汽车数字化开发技术

第105

页二、KBE的技术体系结构KBE技术在层次结构上可以分为三个层次：核心层

它以智能技术为核心,主要涉及领域知识的获取技术、表示方法、推理与匹配机制和领域知识的维护。集成技术层

它包括CAD、CAM、CAE以及PDM等技术的集成。应用层

它反映了KBE技术面向不同的应用领域应用时的机制和管理体系。汽车数字化开发技术

第106

页二、

KBE的技术体系结构KBE是一个典型的CAD/CAM/CAE/AI的集成体系，KBE实施的关键技术除了集成技术外，还取决于CAD、CAM和CAE各单元技术本身的实施，产品的设计、制造和分析技术是实施的基础，关键技术是知识系统的重新运用。系统集成平台面向对象的设计CAD/CAMCAE/PDMAI系统用户接口公共数据库几何学数据库知识库汽车数字化开发技术

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页三、

KBE的知识处理KBE的知识处理技术主要包括3个方面:知识的获取知识的表达知识的推理汽车数字化开发技术

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页1、知识的获取

利用计算机对数据进行加工,将数据转换为信息。知识既不是数据,也不是信息,它是结构性经验、关联信息及专家见识的流动组合,是对信息的应用。

三、

KBE的知识处理数据知识信息被组织成为

提取和加工数据、信息和知识之间的关系知识的获得方式有:与多个专家面谈，从专业设计手册、专业期刊和专业学术会议等获得。目前，知识获取领域的研究热点是用数据库管理系统来存储数据，用机器学习的方法来分析数据，挖掘大量数据背后的知识。从数据库中挖掘出来的知识可以应用于信息管理、过程控制、决策支持和工程设计等领域。知识的获得方式有:与多个专家面谈，从专业设计手册、专业期刊和专业学术会议等获得。目前，知识获取领域的研究热点是用数据库管理系统来存储数据，用机器学习的方法来分析数据，挖掘大量数据背后的知识。从数据库中挖掘出来的知识可以应用于信息管理、过程控制、决策支持和工程设计等领域。汽车数字化开发技术

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页三、

KBE的知识处理2、知识的表达知识的表达必遵循一定的原则与方法：1)表达的充分性，指是否有能力表达有关领域中所需的各种知识。2)推理的充分性，指是否有能为以有效的方式来管理知识表示的结构，进而能从旧知识中推理出新的结构，以解决各种不同类型的问题。3)推理的有效性，指能否方便地使用这些结构所表达的知识进行推理，并以高效的方式支持问题求解过程。4)获取的有效性，指能否方便而有效地将新知识添加到表示结构中，并在适当的时候方便地对知识进行删除、修改等。汽车数字化开发技术

第110

页三、

KBE的知识处理

3、知识的推理推理就是按某种策略由已知判断推出另一判断的思维过程。一般来说,推理都包括两种判断:一种是已知的判断,它包括已掌握的与求解问题有关的知识及关于问题的已知事实;另一种是由已知判断推出的新判断,及推理的结论。知识推理方法一般可分为:数据驱动(又称为自底向上、向前链和先行推理)、目标驱动(又称为自顶向下、向后链和后行推理)和混合驱动(数据驱动与目标驱动相结合)等方法。汽车数字化开发技术

第111

页三、

KBE的知识处理KBE的产品开发系统核心是重用以前的各种知识主要包括:设计标准、设计经验和已有设计成果等。实现配置设计的方法一般有基于规则的方法、基于模型的方法和基于实例的方法等。根据基于知识的产品开发的特点,在配置设计阶段我们一般采用基于实例的方法和基于规则的方法相结合来实现。汽车数字化开发技术

第112

页白车身生产线规划管理系统汽车白车身制造生产线复杂，因此，可以考虑借助计算机完成对白车身的生产线规划，创建一个有力的白车身规划平台，并积累各种新进车型的生产线规划知识，形成公司内部的数据知识库。目前现有的白车身工艺规划商业软件都建有支持协同和并行工程的公共平台。这样，制造信息得以共享，工艺人员借助工具，进行工艺规划。2024/4/8汽车数字化开发技术

第113

页白车身生产线规划管理系统然而，这些白车身规划商业软件也有不足之处:其零件库、资源库和操作库等是建立在基于信息共享的基础之上，不具备工艺知识利用、知识处理的功能，也没有工艺推理、工艺解释和提示功能。这些软件是工艺人员的强有力工具，而不是得力“助手”。2024/4/8用户知识输入请求知识修改请求知识删除请求知识检索请求知识浏览请求知识输出请求白车身工艺及生产线规划知识管理系统底层知识库读出写入白车身工艺及生产线规划知识管理系统示意图汽车数字化开发技术

第114

页2.3可视化技术可视化的分支科学计算可视化数据可视化信息可视化可视化仿真技术可视化编程技术汽车数字化开发技术

第115

页

一、可视化技术(Visualization)一种用图形化来表现数据集的技术。当数据非常复杂或是抽象的时候,可视化技术可以让人们更加容易理解。本意是使某物图像化、图形化,从而能够清晰、直观地呈现事实上,将任何抽象的事务、过程变成图形图像的表示。结绳记事汽车数字化开发技术

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页一、可视化技术

可视化技术的意义大大加快了数据的处理速度,使每日每时都在产生的庞大数据得到有效的利用实现人与人、人与机器之间的图像通讯,增强了人们观察事物规律的能力使科学家在得到计算结果的同时,知道在计算过程中发生了什么现象,并可改变参数,观察其影响,对计算过程实现引导和控制。汽车数字化开发技术

第117

页二、科学计算可视化

用计算机图形学和图像处理技术,将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形或图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。

涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域。汽车数字化开发技术

第118

页二、科学计算可视化

科学计算可视化(VisualizationinScientificComputation，ViSC)的目的——理解自然的本质

要达到这个目的,科学家把科学数据,包括测量获得的数值或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像形式表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前,使他们能够观察、模拟和计算。

汽车数字化开发技术

第119

页二、科学计算可视化

科学计算可视化过程可细化为以下四个步骤：过滤

预处理原始数据、转换数据形式、滤掉

噪声、抽取感兴趣的数据等；映射

将过滤后的数据映射为几何元素,

常见有点线、面图元、三维体图元等；绘制

几何元素绘制,得到结果图像；反馈

显示图像,并分析得到的可视结果。汽车数字化开发技术

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页三、数据可视化

1、数据可视化是对大型数据库或数据仓库中的数据的可视化。包括科学计算数据的可视化、工程数据和测量数据的可视化。现代的数据可视化技术指的是运用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。汽车数字化开发技术

第121

页三、数据可视化

2、数据可视化技术的基本思想：

将数据库中每一个数据项作为单个图元元素表示,大量的数据集构成数据图像,同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示,可以从不同的维度观察数据,从而对数据进行更深入的观察和分析。汽车数字化开发技术

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页三、数据可视化

3、主要特点有：交互性：用户可以方便地以交互的方式管理和开发数据；多维性：可以看到表示对象或事件的数据的多个属性或变量,而数据可按其每一维的值,将其分类、排序、组合和显示；可视性：数据可以用图像、曲线、二维图形、三维体和动画来显示,并可对其模式和相互关系进行可视化分析。汽车数字化开发技术

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页四、信息可视化信息可视化使用计算机支撑的、交互性的、对抽象数据的可视表示法,以增强人们对抽象信息的认知。它实际上体现了人们不仅需要对海量数据进行存储、传输、检索及分类等,还迫切地需要了解数据之间的相互关系和发展趋势。实际上,在激增的数据背后,隐藏着许多重要的信息,人们希望能够对其进行更高层次的分析,以便更好地利用这些数据。汽车数字化开发技术

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页数据、信息、知识可视化的比较2024/4/8汽车数字化开发技术

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页分类数据可视化信息可视化知识可视化可视化对象空间数据非空间数据人类的知识可视化目的将抽象数据以直观的方式表示出来从大量抽象数据中发现一些新信息促进群体知识的传播和创新可视化方式计算机图形、图像计算机图形、图像绘制的草图、知识图表、视觉隐喻等交互类型人机交互人机交互人机交互五、可视化技术的应用地质勘探利用模拟人工地震的方法,可以获得地质岩层信息。通过数据特征的抽取和匹配,可以确定地下的矿藏资源。用可视化方法对模拟地震数据的解释，可以大大提高地质勘探的效率和安全性。气象预报的准确性依赖于对大量数据的计算和对计算结果的分析。一方面,可视化可将大量的数据转换为图像,在屏幕上显示出某一时刻的等压面、等温面、云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等,使预报人员能对未来的天气作出准确的分析和预测。另一方面,根据全球的气象监测数据和计算结果,可将不同时期