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汽車(chē)領(lǐng)域計算機仿真技術(shù)研究
計算機仿真技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為一門(mén)新的學(xué)科主要是因為飛速發(fā)展的控制理論、計算技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)以及深入研究的系統科學(xué).而突飛猛進(jìn)的信息處理技術(shù),更是迅速發(fā)展了仿真技術(shù).下面是小編搜集整理的相關(guān)內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
【摘要】隨著(zhù)控制理論、計算技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展,系統科學(xué)研究的深入,計算機仿真技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為一門(mén)新的學(xué)科。信息處理技術(shù)的突飛猛進(jìn),更使得仿真技術(shù)得到了迅速發(fā)展。計算機仿真技術(shù)是分析和研究系統運行行為、揭示系統動(dòng)態(tài)過(guò)程和運動(dòng)規律的一種重要手段和方法。本文分析了轎車(chē)產(chǎn)品的特點(diǎn)，研究了計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)全生命周期中不同階段的應用現狀，以及相關(guān)技術(shù)思想的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】計算機;仿真技術(shù);轎車(chē);發(fā)展
一、前言
計算機仿真技術(shù)是一門(mén)利用計算機軟件模擬實(shí)際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗的技術(shù)。它具有經(jīng)濟、可靠、實(shí)用、安全、靈活、可多次重復使用的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為對許多復雜系統進(jìn)行分析、設計、試驗、評估的必不可少的手段。它是以數學(xué)理論為基礎,以計算機和各種物理設施為設備工具,利用系統模型對實(shí)際的或設想的系統進(jìn)行試驗仿真研究的一門(mén)綜合技術(shù)。
二、計算機仿真技術(shù)的發(fā)展
計算機仿真技術(shù)主要是隨著(zhù)計算機技術(shù)、計算技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、復雜系統建模技術(shù)和專(zhuān)業(yè)建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。從歷史上看,計算機仿真大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段:
2.1模型試驗
最原始的仿真思想,其模型試驗是基于物理模型進(jìn)行的,缺乏柔性和精度。
2.2數字化仿真
采用計算機進(jìn)行分析計算,但是計算結果表達局限于記錄文件和圖表上,缺乏直觀(guān)形象。
2.3圖像化仿真
大量采用豐富的圖形圖像技術(shù)來(lái)表達仿真結果,如三維圖形。
2.4虛擬現實(shí)技術(shù)
不光采用三維圖形技術(shù)表達計算結果,而且采用特殊裝置,如戴上三維數據頭盔,觸摸儀器等,使人有身臨其境的效果。
三、計算機仿真技術(shù)的關(guān)鍵
目前,計算機仿真計算的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:
3.1面向對象的仿真
(object-OrientedSimulation-OOS)其主要是將整個(gè)系統的功能設計和實(shí)現歸屬為對對象的操作及對象信息的彼此綜合利用來(lái)實(shí)現,對象間信息的傳送引起了系統的活動(dòng)。
3.2分布交互仿真
(DistributedInteractiveSimulation-DIS)主要是通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )將分散在各地的仿真設備互連,構成時(shí)間與空間互相耦合的虛擬仿真環(huán)境。
3.3智能仿真
(IntelligenceSimulation-IS)主要是以知識為核心和人類(lèi)思維行為作背景的智能技術(shù),引入整個(gè)建模與仿真過(guò)程,構造各處基本知識的開(kāi)發(fā)途徑。是人工智能(如專(zhuān)家系統、知識工程、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等)與仿真技術(shù)(如仿真模型、仿真算法、仿真語(yǔ)言、仿真軟件等)的集成化。
3.4人機和諧仿真
主要包括可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現實(shí)仿真。[1]
四、計算機仿真技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應用
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，具有極大的發(fā)展潛力。尤其是在轎車(chē)生產(chǎn)方面同其他發(fā)達國家相比還有很大差距，入世必然會(huì )對我國的民族轎車(chē)工業(yè)產(chǎn)生一定的沖擊。為了抵御這種沖擊，迫切要求我們認真分析世界轎車(chē)工業(yè)發(fā)展的新趨勢，學(xué)習和借鑒其中的新思想和新技術(shù)，使我國的轎車(chē)產(chǎn)業(yè)能夠順利地同國際接軌，爭取在未來(lái)的競爭中處于有利的位置。目前世界轎車(chē)工業(yè)的激烈競爭集中反映在降低生產(chǎn)成本上，即以?xún)r(jià)格優(yōu)勢去爭奪市場(chǎng)。圍繞著(zhù)成本的降低，出現了許多新的發(fā)展趨勢，如開(kāi)發(fā)周期縮短化、生產(chǎn)管理精益化、目標成本控制化、零部件采購全球化等等。在這種情況下，傳統的轎車(chē)設計開(kāi)發(fā)過(guò)程顯得周期過(guò)長(cháng)、成本過(guò)高、而且效率低下，已經(jīng)很難適應激烈的市場(chǎng)競爭的需要。為了解決這些問(wèn)題，各種新的思想和技術(shù)紛紛出現，并被各大轎車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家所采用，其中計算機仿真技術(shù)就是被廣泛應用的技術(shù)之一。仿真技術(shù)是出自對系統研究的需要，用系統的模型對真實(shí)的或設計中的系統進(jìn)行試驗，以達到分析、研究和設計該系統的目的而計算機仿真就是利用現代計算機技術(shù)，對待分析的系統進(jìn)行數字建模，并根據需要編制相應的程序對系統模型進(jìn)行仿真分析的過(guò)程。計算機仿真技術(shù)為轎車(chē)產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)提供了強有力的工具和手段。通過(guò)將計算機仿真技術(shù)全面應用于轎車(chē)產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)過(guò)程，使得在設計階段即可以對產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行分析和測,[2]從而保證了產(chǎn)品的制造要求、使用要求、維護要求、銷(xiāo)毀要求等。由于其先進(jìn)性和革命性，計算機仿真技術(shù)已經(jīng)得到汽車(chē)界的廣泛重視。如福特公司第一輛樣車(chē)定型之前，已經(jīng)完成了全部仿真分析的95%以上，可以在工程開(kāi)發(fā)階段節省四千多萬(wàn)美元，在制造階段節省超過(guò)十億美元。通用公司由于在轎車(chē)設計開(kāi)發(fā)過(guò)程中全面采用了計算機仿真技術(shù)，使得開(kāi)發(fā)時(shí)間由原來(lái)的39個(gè)月減少到24個(gè)月奔馳汽車(chē)公司1998年之前已經(jīng)完成了數字化轎車(chē)的設計，并實(shí)現了較強的虛擬顯示技術(shù)，可以在設計階段對轎車(chē)的總體性能匹配和車(chē)身系統布置設計等進(jìn)行仿真分析、評價(jià)和改進(jìn)。
4.1計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)方案階段的應用
方案階段的主要任務(wù)是根據市場(chǎng)的發(fā)展和客戶(hù)的需求等信息進(jìn)行需求定義，包括參考樣車(chē)選型、系統功能定義、技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)等等。在方案階段實(shí)際系統并不存在，設計人員根據不同的功能模型建立系統的動(dòng)態(tài)模型，以便于比較不同方案的優(yōu)劣。盡管此時(shí)模型的粒度較粗，但仍可為設計人員提供不同方案下的比較分析結果，并為進(jìn)一步的設計提供決策依據。例如，轎車(chē)的技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)就是在方案階段，對轎車(chē)產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量信息、成本信息以及競爭對手信息進(jìn)行建模，并在此基礎上運用合適的理論方法綜合處理這些模型，從而產(chǎn)生出可以對設計、管理與決策提供依據的綜合知識。
4.2計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)設計階段的應用
在轎車(chē)的設計階段，各種CAD/DAE工具已經(jīng)得到廣泛的應用，具有比較完善的數字化基礎。因此這個(gè)階段的仿真活動(dòng)是同這些計算機輔助工具緊密結合的，甚至可以直接將CAD產(chǎn)品模型作為仿真模型輸入，即由CAD軟件來(lái)完成仿真建模工作，實(shí)現了部分的信息集成。這種信息集成是以一些圖形信息交互標準為基礎的，常用的格式有IGES、STEP等。但在實(shí)際使用時(shí)，由于各種軟件對這些標準支持程度的差別，某些情況下CAD模型直接導入到仿真軟件中會(huì )產(chǎn)生部分信息丟失現象，需要進(jìn)行必要的修補工作后才能進(jìn)行仿真分析。隨著(zhù)信息集成技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題將會(huì )得到很好的解決。[3]
4.3計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)制造階段的應用
這里的制造主要是從技術(shù)角度出發(fā)，對產(chǎn)品的制造工藝的進(jìn)行數值模擬與優(yōu)化，對制造裝備的進(jìn)行數值模擬與改進(jìn)。典型的如轎車(chē)車(chē)身覆蓋件沖壓成型工藝的數值模擬、模具型面拋光仿真等等。以轎車(chē)車(chē)身覆蓋件沖壓成型工藝為例，轎車(chē)中金屬沖壓件占到總重量的3/4，整個(gè)轎車(chē)的開(kāi)發(fā)周期中，近40%的時(shí)間用于車(chē)身的設計和定型。采用傳統的試錯方法來(lái)解決沖壓成型中的工藝問(wèn)題已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現代轎車(chē)生產(chǎn)的需要。[4]在計算機仿真技術(shù)的支持下，通過(guò)在計算機上建立數字化模型，用有限元方法進(jìn)行成型模擬，可以全面了解板料在成型過(guò)程中的應力、應變及厚度分布，預測成型缺陷，從而給設計人員提供進(jìn)行工藝分析和模具設計的科學(xué)依據。通常所用的仿真/分析軟件有CATIA、ANSYS、ADAMS、SIMPACK等。在西方發(fā)達國家，板料沖壓成型的數值模擬技術(shù)已經(jīng)稱(chēng)為縮短模具產(chǎn)品研制周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的必不可少的手段和工具。
4.4計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)階段的應用
計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)階段的主要應用包括確定生產(chǎn)管理控制策略、車(chē)間層的設計和調度、庫存的規劃管理等。其中用于生產(chǎn)管理控制策略的仿真包括確定有關(guān)參數以及用于不同控制策略之間的比較;用于車(chē)間設計和調度的仿真主要用于對各種可能方案進(jìn)行分析評價(jià)，進(jìn)而選擇出最優(yōu)方案;用于庫存管理的仿真主要目的為確定訂貨策略、確定訂貨點(diǎn)和訂貨批量、確定倉庫的分布、以及確定安全庫存水平等等。[5]
4.5計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)銷(xiāo)售階段的應用
在轎車(chē)的銷(xiāo)售階段，可以根據收集到的客戶(hù)和對手的信息，通過(guò)計算機仿真手段來(lái)分析和比較各種方案，進(jìn)而調整市場(chǎng)價(jià)格、制訂銷(xiāo)售策略等等。[6]
4.6計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)使用階段的應用
轎車(chē)的使用階段，可以通過(guò)計算機仿真技術(shù)對用戶(hù)進(jìn)行駕駛培訓、維修培訓等。同生產(chǎn)設計階段的仿真相比，這種面向用戶(hù)的仿真大量應用了虛擬現實(shí)技術(shù)，由計算機全部或部分生成的多維感覺(jué)環(huán)境，使參與者產(chǎn)生沉浸感。通過(guò)這個(gè)虛擬環(huán)境，人們可以進(jìn)行觀(guān)察、感知和決策等活動(dòng)。[7]
4.7計算機仿真技術(shù)在轎車(chē)回收階段的應用
在回收階段，計算機仿真技術(shù)可以用于對產(chǎn)品拆卸分解過(guò)程提供決策支持。嚴格的說(shuō)，產(chǎn)品的可拆卸性應該是在設計階段就予以考慮的因素。產(chǎn)品材料的使用和產(chǎn)品結構的合理性，直接影響廢舊產(chǎn)品的可拆卸和回收價(jià)值。利用計算機仿真技術(shù)對產(chǎn)品回拆卸序列的分析和優(yōu)化，可以對現有產(chǎn)品給出最大回收價(jià)值的拆卸方案。[8]
參考文獻：
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[4]余雷,袁國定.有限元數值模擬在汽車(chē)覆蓋件設計和制造中的應用[J].鍛壓技術(shù),2002(02):23~26.
[5]歲波等.轎車(chē)白車(chē)身裝焊工藝過(guò)程的建模與仿真[D].清華大學(xué)985建設重點(diǎn)項目-轎車(chē)數字化工程學(xué)術(shù)研討交流會(huì )論文集,2002,3:C17-C24.
[6]王平,明哲,王艷紅.汽車(chē)行業(yè)銷(xiāo)售預測系統的分析、設計與實(shí)施[J].情報科學(xué),2001,19(02):177~181.
[7]陳雪波,王熠玢.汽車(chē)組隊距離與速度偏差系統的仿真研究[J].鞍山鋼鐵學(xué)院學(xué)報,2001,24(01):40~46.
[8]傅浩,蔡建國.面向拆卸與回收設計軟件模塊的開(kāi)發(fā)[J].中國機械工程,2000,11(09):983~987.
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