李廣，李喆，高峰

（遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧錦州121001）

車輛工程中虛擬技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值探討

李廣，李喆，高峰

（遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧錦州121001）

所謂虛擬技術(shù)，就是通過組合或區(qū)分現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)資源，使這些資源表現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)操作環(huán)境，提供優(yōu)化資源配置的訪問方式。換句話說(shuō)，就是將物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌系馁Y源，從而更好地對(duì)資源進(jìn)行管理。虛擬樣機(jī)技術(shù)是車輛工程中較為常見的設(shè)計(jì)方法，文章主要闡述了車輛工程中虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)流程以及關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，以期對(duì)相關(guān)企業(yè)的車輛工程有所幫助。

車輛工程；虛擬樣機(jī)技術(shù)；應(yīng)用

1 車輛工程虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本內(nèi)涵

所謂虛擬樣機(jī)技術(shù)，就是在虛擬環(huán)境下，利用可視化環(huán)境優(yōu)勢(shì)，對(duì)汽車產(chǎn)品的外觀、性能、舒適度等進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造，通過對(duì)汽車產(chǎn)品各種因素的綜合考慮，對(duì)其進(jìn)行快速的建模分析，為車輛工程提供可靠的數(shù)據(jù)分析和理論支撐。虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步融合了先進(jìn)仿真技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)。與傳統(tǒng)的車輛工程設(shè)計(jì)技術(shù)相比，虛擬樣機(jī)技術(shù)更加注重于系統(tǒng)化、周期化的設(shè)計(jì)，從而更全面地對(duì)汽車產(chǎn)品進(jìn)行性能預(yù)測(cè)。虛擬樣機(jī)技術(shù)在技術(shù)與市場(chǎng)方面的發(fā)展程度與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展有著很大的關(guān)系，工程設(shè)計(jì)師通過將大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、繪圖制表等工作交給計(jì)算機(jī)執(zhí)行，減輕了設(shè)計(jì)師的工作負(fù)擔(dān)，讓設(shè)計(jì)師有了更多的時(shí)間去關(guān)注工程方案的優(yōu)化與設(shè)計(jì)問題；而且，計(jì)算機(jī)的三維造型技術(shù)可以讓虛擬制造技術(shù)中抽象化的系統(tǒng)性問題更加具體，在此基礎(chǔ)上的虛擬技術(shù)工程才具有實(shí)際性意義。不過，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也會(huì)受到計(jì)算機(jī)硬件的限制，如果計(jì)算機(jī)數(shù)值精確度不準(zhǔn)或是產(chǎn)生了偏差，會(huì)影響到虛擬樣機(jī)的仿真速度，進(jìn)而影響虛擬樣機(jī)工程質(zhì)量。在虛擬技術(shù)的發(fā)展中，相關(guān)技術(shù)人員也認(rèn)識(shí)到了這一問題，自二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)水平得到了不斷提升，為車輛工程中虛擬技術(shù)的發(fā)展提供了更加成熟的技術(shù)操作平臺(tái)。

2 車輛工程虛擬樣機(jī)工程的體系結(jié)構(gòu)

車輛工程虛擬樣機(jī)工程的體系結(jié)構(gòu)大致分為協(xié)同設(shè)計(jì)支撐平臺(tái)、產(chǎn)品模型、虛擬樣機(jī)引擎和虛擬現(xiàn)實(shí)可視化環(huán)境這四部分。協(xié)同設(shè)計(jì)支撐平臺(tái)主要為虛擬樣機(jī)工程提供了協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境、集成平臺(tái)和項(xiàng)目管理等；產(chǎn)品模型主要包括系統(tǒng)級(jí)主模型和各子系統(tǒng)模型，這些產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)需要運(yùn)用仿真技術(shù)，盡量達(dá)到與汽車系統(tǒng)的外觀、性能等各方面的大致吻合。虛擬樣機(jī)引擎的主要任務(wù)則是對(duì)虛擬樣機(jī)的外觀與性能進(jìn)行仿真，并將其在可視化環(huán)境中展示出來(lái)。

3 車輛工程虛擬樣機(jī)技術(shù)的開發(fā)流程

車輛工程中虛擬樣機(jī)的開發(fā)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，首先必須要基于汽車產(chǎn)品需求，采取相應(yīng)的仿真技術(shù)對(duì)虛擬樣機(jī)的性能等各方面進(jìn)行評(píng)估測(cè)試，然后建立相應(yīng)的模型進(jìn)行模擬操作，從而開發(fā)出滿足工程目標(biāo)和設(shè)計(jì)方向的虛擬樣機(jī)。圖1為車輛工程虛擬樣機(jī)開發(fā)的大致流程。

圖1 車輛工程虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的一般流程

4 車輛工程虛擬樣機(jī)技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

（1）車輛工程虛擬樣機(jī)的總體技術(shù)。虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)主要由初步方案設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)這五大部分組成。要想車輛工程設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，各個(gè)部分必須加強(qiáng)協(xié)調(diào)合作，一切從全局出發(fā)，保證系統(tǒng)各部分都能正常運(yùn)行。這五個(gè)部分相輔相成，所以在車輛工程設(shè)計(jì)過程中，各部門需要認(rèn)識(shí)到資源共享與信息交換的重要性，并考慮到具體的工作環(huán)境，大體確定具體的虛擬樣機(jī)開發(fā)周期。圖2為虛擬樣機(jī)工程的總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2 虛擬設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)

（2）虛擬環(huán)境下的車輛方案設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。要想順利開展車輛工程的虛擬樣機(jī)工作，虛擬環(huán)境下材料方案設(shè)計(jì)的工作質(zhì)量必須要得到保證。相關(guān)人員需要在計(jì)算機(jī)提供的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，對(duì)已有的虛擬模型提出批判性的建議和意見，還可以模仿車輛零件的裝配過程，對(duì)其進(jìn)行虛擬測(cè)試。然后，相關(guān)人員再根據(jù)虛擬試驗(yàn)后的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行成本核算和整體評(píng)估，從而選定最科學(xué)、最合理的車輛工程設(shè)計(jì)方案。

（3）虛擬樣機(jī)工程的并行工程。虛擬樣機(jī)工程的一大特色就是支持并行設(shè)計(jì)，車輛工程中將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等多個(gè)環(huán)節(jié)交叉進(jìn)行，大大提高了車輛工程設(shè)計(jì)的工作效率。在各環(huán)節(jié)交叉進(jìn)行的過程中，各部門也要加強(qiáng)彼此間的合作與交流，從而對(duì)已有車輛設(shè)計(jì)方案提出更具建設(shè)性的發(fā)展建議，提高車輛質(zhì)量。虛擬樣機(jī)工程中的并行設(shè)計(jì)節(jié)省了汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，大大提高了相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）虛擬樣機(jī)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。虛擬樣機(jī)工程的目的是通過模擬測(cè)試，確保車輛工程的質(zhì)量，而優(yōu)化設(shè)計(jì)則是保證汽車產(chǎn)品性能的有效途徑。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員必須熟悉車輛工程的方案計(jì)劃，了解具體的工程實(shí)際，并根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)狀，選取相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量，列出目標(biāo)函數(shù)和約束條件，通過給具體的數(shù)學(xué)模型求解使虛擬樣機(jī)工程程序化。

（5）虛擬樣機(jī)工程的集成仿真與數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)。在整個(gè)虛擬樣機(jī)工程中，集成仿真是技術(shù)要求最高的一個(gè)工作階段。系統(tǒng)集成需要考慮各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，通過協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)，根據(jù)觀察到的數(shù)據(jù)變化改變實(shí)體模型，從而實(shí)現(xiàn)不同模塊之間的數(shù)據(jù)通信。

5 結(jié)語(yǔ)

20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)就開始研究虛擬制造技術(shù)，但就目前國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)的虛擬制造技術(shù)研究仍處于初級(jí)階段，還需要進(jìn)行不斷地創(chuàng)新。我國(guó)汽車企業(yè)目前應(yīng)用于車輛工程中的虛擬樣機(jī)技術(shù)是以多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模理論及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)為核心，并結(jié)合多種技術(shù)對(duì)汽車產(chǎn)品運(yùn)行工作進(jìn)行仿真模擬的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想基礎(chǔ)上，結(jié)合多種新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)原有技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新，使其更好地服務(wù)于車輛工程設(shè)計(jì)工作。文章主要分析了車輛工程中虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程，并集中分析了虛擬樣機(jī)工程中的幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)。由此可以看出，虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)我國(guó)車輛工程有著革命性的影響，為了提高車輛工程的質(zhì)量，相關(guān)企業(yè)需要對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)汽車市場(chǎng)的變革。

［1］李伯虎.復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程的研究與初步實(shí)踐［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2002，14（3）.

［2］胡曉海，單承贛.虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程車輛中的應(yīng)用初探［J］.CAD/ CAM與制造業(yè)信息化，2004，（6）.

Application Value of Virtual Technology in Vehicle Engineering

LI Guang，LI Zhe，GAO Feng
（Liaoning University of Technology，Jinzhou，Liaoning 121001，China）

The so-called virtual technology is to provide access to optimize the allocation of resources through the combination or distinction of existing computer resources，which makes these resources as one or more operating environment.In other words,it is to change the physical resources into logical resources，so as to better manage the resources.Virtual prototyping technology is the design of the common methods of vehicle engineering，this paper mainly expounds the basic connotation，the virtual prototype technology in the vehicle engineering system structure，development process and the key technical points，and related businesses in order to help the vehicle engineering.

vehicle engineering；virtual prototyping technology；application

TP391.9

A

2095-980X（2017）03-0059-01

2017-03-08

李廣，大學(xué)本科，主要研究方向：車輛工程。