现代设计方法在汽车产品开发中的应用
摘 要 随着我国经济建设的不断发展，我国路桥建设、能源结构变化、重点基础工程建设加快，近年来我国汽车行业进入了蓬勃发展的阶段。随着市场竞争趋势的加剧，产品成本的增加，劳动密集型产品以价格取胜的竞争优势将被进一步弱化，以技术创新的替代性经济增长将成为汽车行业发展的新趋势。
关键词 现代设计方法；汽车产品
中图分类号 U46 文献标识码 A文章编号 1673-9671-(2012)011-0155-01
随着我国改革开放的深入，我国公路建设、能源消耗结构变化、重点工程建设加快，近年来我国汽车行业进入了蓬勃发展的阶段。随着市场竞争趋势的加剧，产品成本的增加，劳动密集型产品以价格取胜的竞争优势将被进一步弱化，以技术创新的替代性经济增长将成为汽车行业发展的新趋势。高科技的普及和应用使得汽车产品更新换代的步伐越来越快，也使得中国汽车工业的自主研发水平和技术水平与国际上的差距越来越大，在汽车的开发方面则更是相差的极为悬殊。加入WTO给中国汽车敲响警钟，同时也带来无限的机遇，我们政府以及汽车公司必须加大对汽车设计的研究与投入，确立一种积极正确的汽车设计的理念，运用现代化的设计方法和设计手段来提升产品的设计品质，缩短开发周期，以适应激烈的市场竞争。根据目前国内外设计学者进行汽车产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述。
1 计算机辅助设计
计算机辅助设计是通过计算机进行辅助信息处理，这主要是利用计算机信息量大，计算速度快并且准确的特点，人和计算机一起来完成设计工作。利用计算机辅助设计有很多优点，计算机辅助设计提高了设计效率，用时比较短，能在短时间内设计出来，设计时间短，就相应地加快了产品的更新换代，产品换代快，出产比较早，就增加了市场竞争力。目前，越来越多的汽车设计公司及制造公司开始使用虚拟产品开发技术，采用三维3D技术虚拟实境开发概念车。大众汽车即采用3D虚拟实境技术设计开发汽车。设计人员可以亲身体验飘浮在空中的虚拟影像汽车设计和制造，节省了可观的开发费用，并计划推广到它所在的众多装配厂去。现在汽车产品的开发，尤其是概念车的开发越来越追求最短的开发时间。如果运用计算机辅助开发技术，建构出产品模型，在实验室中，即可呈现理想中的汽车影像，就有如一辆真的汽车在眼前，经过各位设计工程师的讨论修改后，很快就可设计出理想的汽车。定型后，既可利用电脑中的数据，外包试制零部件和试装新车，实现组装零误差，而且开发时效比过去快多了。
2 结构模块化设计
结构模块化设计方法主要是以功能化的产品结构为基础，分解现有的产品，在分解中考虑到各个要素的可行性，从而在早期就能预测到设计中可能会出现的矛盾，提高设计的可行性和可靠性，降低产品的成本。结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。
汽车产品具有品种多、批量少的特点，其生产多采用改装设计的方式。和其它机械产品一样，改装所需的零部件应尽量满足“通用化、标准化、系列化”的要求。即使是自制的异型件，也会根据企业的生产特点自成系列。这就为采用模块化设计奠定了实际基础，如：车架设计就可以划分为标准件库（螺栓、螺母）、总成件库（支撑装置、车轴等）和构件库（直梁式纵梁），设计时根据需要调用的图库来进行总体布置。现代CAD软件也为上述模块化系统提供了实现手段，与外部数据库的接口可以实现对数据的开放型管理，内嵌开发语言可以完成图元的参数化设计，而图形化的界面可以方便用户操作。这样，工程技术人员关注的重点就可以回归到设计本身，而不是适应复杂的计算机操作。
3 可靠性设计
可靠性设计是保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的一种机械设计方法。包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。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。目前我国汽车设计大多处于类比设计和经验设计阶段，这样的设计方式非常保守，因而限制了产品性能的提高和成本的降低。与国外同类先进车型相比，我国生产的汽车产品显得更为蠢笨，油耗也更高。但单纯降低结构的重量又与确保车辆的可靠性和安全性相矛盾。问题产生的根源在于产品缺乏可靠性设计，未能充分利用或收集实验数据，没有针对具体应用开展相关的可靠性计算。
我国汽车正向着高效率、高机动性能、高生产能力的发展，可靠性是这些目标得以实现的根本保证。为此，生产企业应根据不同汽车产品的可靠性试验数据，形成特有的可靠性评价体系。长远看来，这种评价体系的完善将成为汽车生产企业核心竞争力的重要组成部分。
4 最優化设计
最优化设计是指用最优化的原理和方法，设计出效率最高、费用最少、能耗最低的产品。由于汽车产品的复杂性，一般采用固定各子系统所共有的基本设计变量的办法，把处理系统分解成独立的子系统，先分别实现子系统的最优化，再综合协调各子系统，使总系统最优化。例如：通过整车性能模拟获得最优的系统参数匹配；进行自卸汽车举升机构的运动仿真以确定最优的结构尺寸和液压系统参数；进行车架的有限元分析以确定最优的改装方案；开展可靠性最优化设计，在满足一定可靠度的前提下寻找最佳的设计方案等。
5 结束语
汽车开发是一项复杂的系统工程，时代发展又为它提出更高的要求。一方面多元化的市场需求要求企业以敏捷化的设计方式快速应对；另一方面汽车本身也开始从纯粹功能型转向兼顾舒适性、环保性、可靠性等性能指标。显然仅仅靠传统思维设计方法是很难实现的。现代设计方法以当前先进的计算机技术为手段，充分利用力学、应用数学等工程基础学科的进展，为工程设计提供强有力的工具，这在很多行业都得到充分验证。
未来汽车设计的发展必然随着汽车技术的进步而日新月异，众多设计师的艺术风格也会更广泛更强烈地体现在汽车设计之中，而给予人们更加广泛的选择。高科技下，个性鲜明、更加人性化的汽车将是21世纪汽车产业发展的必然，因为它符合人类对文化、个性的追求和需要。因此，加大对汽车的设计的重视和投入，将对我国汽车产业的发展起到极大的推进作用。
参考文献
[1]王锦慧.机械产品方案的现代设计方法及发展趋势[J].山西焦煤科技,2007.
[2]梅顺齐.现代设计方法[M].华中科技大学出版社,2009.
作者简介
覃娅娟，讲师，单位：武汉航海职业技术学院，主要从事汽车专业课的教学工作。
陈朝，单位：中国重汽集团济南特种车有限公司，主要从事汽车销售工作。
李志艳，单位：山西交通职业技术学院，主要从事汽车专业课的教学工作。