数字化技术在汽车设计制造中的应用

摘 要：随着汽车制造业的快速发展，其市场竞争也越来越激烈，为了增加市场竞争力，企业必须提高新产品的质量和速度。企业需要降低汽车生产成本，同时提高汽车生产的效率，并且要保证汽车的性能，在这个背景下，数字化汽车制造技术应运而生。数字化技术是先进的、科学的以及系统的现代化技术。数字化技术在汽车制造的各个环节的应用较为广泛，较大程度上提高了产品生产的效率和质量，在汽车制造企业的发展过程中起到了重要而又积极的作用。

关键词：数字化；汽车设计；汽车制造

当今社会中人们的生活已经离不开数字产品，生活、生产、教育等各个方面都因数字化而发生着巨大的变化。关于数字化的概念就是借助计算机程序和系统，把信息用数据进行分析和整合的先进技术，该技术能结合各方面的要求，能及时有效的获取相关数据，加以分析和处理，以此来改善产品质量、外观和构造的品质、设计和性能，帮助企业最简洁最快速的所需要制造的产品。为了在较短的时间里，用最低的成本生产出符合消费者要求的既质量好又外形好的新车型，就要求汽车企业的研发团队采用新的设计理念和技术手段，才能符合市场的需求。而加快新产品的生产能力，需要在设计制造上熟练掌握CAD/CAM这类的数字化技术软件，实现汽车设计制造的信息化进程。

1 数字化技术在制造业的应用

信息技术的快速发展依托计算机系统软件的开发，数字化信息时代下的系统软件已经能够对产品在三维空间里进行设计，并且在软件中的三维成像更加精准，配以高精度设备，在生产时可以大规模大批量的快速高效生产。数字化技术的工厂还可以用计算机程序来模拟设计出各种理论产品，并加以计算和实验模拟产品的组装、运行和检测等各个方面，提前了解产品的问题和缺陷，降低生产成本，规避产品风险。提前计划应对措施，提高产品产量和符合市场的外观等，最大限度的节约开支和研发时间。

所谓数字化技术制造，指的是建立和设计各种模型的时，能够采用计算机系统对其进行物理学和几何学数据的计算和分析，也就是智能数字化的运算法则。在运算的同时，将生产模型需要的数据信息比如振动、压力和动力等角度的数据结果，在进行设计和矫正。而计算机再把大量的数据整理归纳，总结出更为准确合理的产品信息。

2 数字化技术应用在汽车制造业的应用

数字化汽车制造的优势远远大于传统制造，西方国家早已把汽车的生产归入日常生活用品生产之列，全自动的大规模生产流水线作业，可以精确到每一个零件的定位和组装。数字化汽车制造技术更善于对产品的设计和制造，数据的精确、产品的模拟和大规模批量生产是其特点。而该技术所具有的革命性颠覆也在于其效率和理念是传统方式不可想象的。

计算机的计算速度和对几何物理数据的采集分析是计算机制造学的基础，运用计算机技术对数据进行整合分析。其应用原理是依托计算机智能化的云计算能力，将制造所需要的物理学、几何学声学以及动力学等数据进行计算，再设计模型，对模型进行测试和调整。再对完成后的模型进行分析和数据采集，如此循环采集和计算，实现产品生产的利益最大化，设计的产品也更加符合市场的需求和消费者的认同。而这些应用和计算主要分为四步：空间计算、几何建模、数据模拟和反馈信息，过程中所有的数据信息都要起到作用，得到最优化的处理。其处理的顺序是由大到小，把大方向把握好后，再调整每一个零件每一个细节，直至所有数据都能满足最优，数字化技术能够将数据融合互补，自动进行优化，最终的计算结果便是最佳生产方案。

3 数字化技术在汽车设计中的应用情况

全球最昂贵的汽车布加迪威龙就是把数字化科技运用到了极致，布加迪威龙汽车虽然全部采用手工加工和组装，但是其每一个零件和参数都是用最先进的电脑经过反复和精确的计算，把每一个角落都设计到位。前后车身在不同的加工车间进行制造和安装，然而重达几百斤的两部分却只用7颗螺丝进行连接，这种精确程度是人工无法计算的，但计算机可以。而其发动机在理论值上的高温数据，也是从计算机上模拟实现的，人工实验的最初阶段，曾经因为低估了这一温度而烧毁了大众的一个生产车间。因此，现代化的汽车生产必须采用数字化技术设计的高新技术手段，通过计算机进行汽车新产品的设计开发，并有效地把握好汽车内外各部分的细节，从而形成一个协同操作的设计平台，以最快的速度满足市场的需求。数字化技术下的汽车新产品开发和设计主要可以分为以下几个主要内容：

3.1 汽车产品的网络协同模拟设计硬件和软件平台的建设

新车的开发是一个系统性的研发过程，设计师们必须协同完成，设计管理层与设计人员之间、各设计研发人员彼此之间、设计人员和操作实施的人员之间，包括售前售后各个配套部门都需要同心协力，互相交流和沟通。因此一个合理和统一的数字化研发平台的建立能保障研发信息的及时反馈和总结，是汽车设计制造中的前提基础。而提供这些信息交流的软件必须也同时配备，我们市场上常用的高端工作如CAD和CAE这样的专业设计和分析软件是必不可少的，新车改型和开发都会用到。为了打开国际市场，与国际标准相统一，在设计整车时，工艺模具的设计、制造中必须使用CATIA V5软件和PRO/E软件为主流软件，来保障设计平台与世界一致。

这些软件的应用可以表现在：在设计车身和底盘时，能实现曲面模具、实体模型的三维图像的设计，较为复杂的覆盖零件的曲面接合，以及处理和裁剪不需要的部分；较为复杂的零件的混合拆卸和组装设计也是可以做到的；再应用数字技术建立信息库对整车的受力、牢固程度数据进行全面分析。在设计发动机时，发动机中的零件是最为复杂和精确的，使用软件把三维零件拼装并模拟驱动可以大大减少研发时间。在CAE的数据分析中，建立车身结构弯曲度和变形性能力数据库，车身结构模拟性能数据库和车辆撞击发动机承受力数据库等。采用动力学软件计算发动机气缸燃烧和进气阀的指数分析等。

3.2 开发数字模型设计模拟评估技术的应用

在汽车开发阶段采用专业数字分析软件为各种复杂的设计困难提供高级的分析和模拟工具，保障了汽车在生产过程中的设计和监察的环境；可让管理和设计人员随时对复杂的数据进行调取和模拟，包括高性能的可视化、浏览、验证、分析和仿真等；其中验证功能可以在技术方面、外形方面和动力方面来进行，方便随时随地及时的了解生产流程，为企业提供最佳方案和修改意见提供了支持。产品数据的及时采集和分析能在开发新产品过程中让决策者做出快速而正确的决定。明显的将研发时间缩短，提高了产品的设计能力和质量，降低了投入成本和开发风险。

3.3 数据产品的数据采集和管理分析

数字化协同管理产品数据其中包含了两个内容，一是利用软件系统对项目及项目的管理团队和产品开发进度进行控制和调控，有效的对产品生产的整体计划、资源优化和开发程序等项目进行掌握，保证产品的顺利开发；二是对于核心技术的统一管理，并有效的改善所有部门之间的关系，做到协同一致，相互合作缩短开发时间，降低研发成本。

4 结语

综上所述，信息时代的飞速发展，大城市的汽车保有量也在成倍增长，汽车对于大多数家庭已经是生活必需品，人们对汽车产品的要求也与过去不同，产品的质量、外观和舒适性都影响着消费者的购买需求。为了满足消费者这些需求，汽车制造中必须把各个因素和细节做到近乎完美，首先在能保证汽车质量的前提下，缩短汽车设计和生产的周期，同时还能降低企业生产成本，提升汽车的性价比，并未消费者的使用所考虑周全，才能为新产品的上市铺平道路。汽车行业在激烈的国内外竞争中，企业要具有竞争力，就必须依靠数字化技术，先进的数字化技术的诞生，或许可以改变一个企业的命运和地位。

参考文献：

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