武守輝　趙迪　陳永利

【摘 要】近年來(lái)，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，CAD技術(shù)為我國(guó)汽車(chē)制造行業(yè)提供了很大的技術(shù)支持。本文主要介紹CAD技術(shù)的發(fā)展歷程，在車(chē)輛設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，在車(chē)身、底盤(pán)、電子產(chǎn)品等等的設(shè)計(jì)中都起到縮短設(shè)計(jì)周期、加快研發(fā)進(jìn)程的作用。CAD技術(shù)正朝著智能化、普遍化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】CAD技術(shù)；車(chē)輛設(shè)計(jì)；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TH122；TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0170-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.085

【Abstract】In recent years，with the rapid development of China's computer technology，CAD technology has provided great technical support for China's automobile manufacturing industry.This paper mainly introduces the development of CAD technology，the concrete application in vehicle design，in the body，chassis，the design of electronic products and so on all have shorten the design cycle，to speed up the progress of research and development.CAD technology is developing towards intelligence，generalization，integration and standardization.

【Key words】CAD technology；Vehicle design；Development trend

1 CAD技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（Computer Aided Design）簡(jiǎn)稱(chēng)CAD。起源于上個(gè)世紀(jì)六十年代，是計(jì)算機(jī)和工程設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1963年，麻省理工學(xué)院的研究小組在美國(guó)計(jì)算機(jī)聯(lián)合會(huì)會(huì)議上發(fā)表了關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的論文，開(kāi)始了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程，時(shí)至今日，CAD技術(shù)已經(jīng)歷了40多年的發(fā)展。CAD充分利用了計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確運(yùn)算以及技術(shù)人員的思維分析能力，并且成功的把二者結(jié)合起來(lái)。以此來(lái)加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)因?yàn)樗木珳?zhǔn)度高，所以也保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。毫不夸張的說(shuō)，CAD技術(shù)在某些領(lǐng)域內(nèi)，從根本上解開(kāi)了設(shè)計(jì)工作者身上的繁重枷鎖。CAD技術(shù)本身也正在發(fā)展為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的單獨(dú)產(chǎn)業(yè)，并且，正在以非常快的速度向前發(fā)展著。

2 國(guó)內(nèi)外CAD技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)的CAD技術(shù)大概起步于上世紀(jì)六十年代末，基本上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家同步。目前，在國(guó)內(nèi)CAD技術(shù)也已經(jīng)得到了很廣泛的應(yīng)用[1]。例如：機(jī)械、航天、汽車(chē)、航空、建筑、公路、鐵路等等在這些領(lǐng)域也都見(jiàn)到了CAD技術(shù)的身影。伴隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了包括CAD技術(shù)在內(nèi)的新興技術(shù)的發(fā)展。因?yàn)锳utoCAD等國(guó)外輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)我國(guó)的格式不完全相同，在正常的工程設(shè)計(jì)中會(huì)帶來(lái)極大的不便，所以，在這種情況下我國(guó)的軟件工程師們結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況與特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一批優(yōu)秀的軟件技術(shù)。例如：華中理工大學(xué)的開(kāi)目CAD、北航海爾的CAXA電子圖板、華中軟件公司的InteCAD等等。這些新產(chǎn)品的上市，由于畫(huà)法新穎，繪圖速度快，參數(shù)化的設(shè)計(jì)等功能，吸引了不少的客戶(hù)。

國(guó)外擁有領(lǐng)先于我國(guó)的圖形學(xué)技術(shù)，對(duì)CAD研究水平較高。在CAD技術(shù)這個(gè)領(lǐng)域中，美國(guó)可以說(shuō)是一直處于領(lǐng)先地位。在美國(guó)，CAD技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)相當(dāng)高的地步，機(jī)械、建筑、公路、醫(yī)院管理和事務(wù)管理等等，都得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)由電子管組成，主要用于科學(xué)計(jì)算，圖形設(shè)備僅具有輸出功能，CAD技術(shù)處于醞釀階段。20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)和圖形設(shè)備價(jià)格昂貴、技術(shù)復(fù)雜，只有一些財(cái)力雄厚的公司才能夠使用。20世紀(jì)60年代中期，出現(xiàn)了商品形式的CAD設(shè)備，CAD技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。隨著技術(shù)水平的提高，CAD技術(shù)日漸成熟，得以廣泛的運(yùn)用在各行各業(yè)中去。科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬設(shè)計(jì)和制造是發(fā)展的新方向。

3 CAD技術(shù)在車(chē)身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在汽車(chē)的新產(chǎn)品研發(fā)中，通常是對(duì)已經(jīng)成熟的車(chē)型進(jìn)行外部結(jié)構(gòu)的造型改動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)部零件一般不會(huì)做出太大的變動(dòng)。所以只需要進(jìn)行車(chē)身的重新設(shè)計(jì)即可達(dá)到目的，汽車(chē)內(nèi)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)就可以重復(fù)使用[4]。

構(gòu)成車(chē)身的零部件大部分是比較復(fù)雜的曲面，我們以某客車(chē)為例，按照車(chē)身構(gòu)件的技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能作用分為三類(lèi)。一、車(chē)身內(nèi)部的覆蓋構(gòu)件 例如：儀表板、門(mén)內(nèi)板等，它們都要承受一定的壓力或沖擊，應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度，所以結(jié)構(gòu)上會(huì)有很多的凹槽和凸起。二、車(chē)身外部的覆蓋構(gòu)件 這部分構(gòu)件主要是大型的曲面，構(gòu)成車(chē)身的外型，要求構(gòu)件的表面光滑且平整，曲面過(guò)度的部分圓潤(rùn)而光滑，各個(gè)構(gòu)件相互吻合良好。三、骨架類(lèi)零件 例如：左右后立柱、左右加強(qiáng)板和各種縱梁、橫梁。它們主要對(duì)車(chē)身起加強(qiáng)和支撐的作用，結(jié)構(gòu)上有很多加強(qiáng)筋，以柱狀零件為主。

在三維數(shù)模的基礎(chǔ)上，建立車(chē)身的總成模型。之后直觀的觀察各個(gè)零件之間的連接關(guān)系，對(duì)它們的吻合關(guān)系一目了然。

3.1 CAD技術(shù)在車(chē)架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

車(chē)架是底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身各總成的承載結(jié)構(gòu)，是非常重要的部分。因?yàn)檐?chē)架受力比較復(fù)雜，難以人為計(jì)算，所以就需要計(jì)算機(jī)來(lái)完成。利用CAD技術(shù)建模，建立車(chē)架的有限元模型，由于縱梁的裝配孔比較多，處理的時(shí)候保留加載處的重要孔即可，車(chē)架附件對(duì)車(chē)架的剛度及強(qiáng)度的影響不是太大，忽略不計(jì)。這里采用裝配的方法對(duì)零件進(jìn)行搭接處仿真處理[2]。

車(chē)架的載荷分布情況是按照其安裝位置和重量大小來(lái)處理的，多用途構(gòu)件的載荷是參考其重量對(duì)它的位置的貢獻(xiàn)大小來(lái)分配的。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，根據(jù)車(chē)架受力情況不同，分為車(chē)輛滿(mǎn)載勻速行駛、滿(mǎn)載勻速爬坡、滿(mǎn)載加速行駛、滿(mǎn)載轉(zhuǎn)彎行駛以及滿(mǎn)載在規(guī)定車(chē)速突然制動(dòng)行駛。通過(guò)計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化計(jì)算，算出車(chē)架比較完美的載荷分布情況，按照計(jì)算結(jié)果制造實(shí)物模型。

3.2 CAD技術(shù)在車(chē)橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

車(chē)橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的外觀、功能來(lái)設(shè)計(jì)草圖，之后生成相應(yīng)的實(shí)體，確定裝配關(guān)系，模擬車(chē)橋零件的裝配過(guò)程，檢查干涉情況，并認(rèn)真修改不足之處，每個(gè)重要過(guò)程的參數(shù)可變，自由設(shè)定參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性。 草圖設(shè)計(jì)是車(chē)橋設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部分。利用CAD技術(shù)進(jìn)行繪制，可以對(duì)草圖的尺寸進(jìn)行修改或重建。裝配設(shè)計(jì)建模的方法主要有自底向上、自頂向下、概念設(shè)計(jì)三種。第一種是先把零件設(shè)計(jì)出來(lái)，然后拼裝產(chǎn)品。第二種是先把產(chǎn)品的外形和功能想象出來(lái)，再?gòu)恼麄€(gè)外形里劃分出產(chǎn)品的零部件，一直到最底層的零件。在車(chē)橋中，有些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，只能采用自頂向下的方法。只有變量裝配設(shè)計(jì)才能支持自頂向下設(shè)計(jì)。變量裝配技術(shù)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)裝配的關(guān)鍵技術(shù)，所謂的動(dòng)態(tài)裝配設(shè)計(jì)指的是設(shè)計(jì)變量約束、設(shè)計(jì)變量、裝配約束驅(qū)動(dòng)下的可變裝配設(shè)計(jì)。

CAD技術(shù)對(duì)車(chē)橋的設(shè)計(jì)不僅僅是外觀及結(jié)構(gòu)，對(duì)于已經(jīng)完成的車(chē)橋，運(yùn)用CAE可以對(duì)其進(jìn)行剛度、強(qiáng)度、跌落實(shí)驗(yàn)?zāi)M、疲勞、散熱能力等分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析車(chē)橋的設(shè)計(jì)是否合理，然后在CAD軟件中進(jìn)行部分修改，再檢測(cè)，直到滿(mǎn)足要求的車(chē)橋設(shè)計(jì)出來(lái)[3]。

3.3 CAD技術(shù)在儀表盤(pán)面板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

儀表盤(pán)面板，屬于汽車(chē)內(nèi)飾件，在采集數(shù)據(jù)之前必須規(guī)劃出測(cè)量路徑，對(duì)零件進(jìn)行形體分析[5]。儀表盤(pán)中間的面板主要由主曲面、橢圓曲面以及兩個(gè)矩形曲面組成，由于其幾何形狀的特征，我們采集零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)，擬合成曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)，來(lái)提高曲線(xiàn)光順度。之后利用網(wǎng)格曲線(xiàn)功能生成曲面部分，并能很好的控制。通過(guò)面倒圓的方法生成光滑曲面，之后利用布爾運(yùn)算在曲面上面生成小孔，然后擬合生成零件整個(gè)的表面形狀。與此同時(shí)，對(duì)儀表盤(pán)零部件背面進(jìn)行正向的設(shè)計(jì)，同時(shí)生成正、反兩面的三維模型。測(cè)量的時(shí)候應(yīng)該盡量一次裝夾完成所需數(shù)據(jù)的采集，確保零件的測(cè)量精準(zhǔn)度，達(dá)到消除因?yàn)槎啻窝b夾而造成測(cè)量誤差的目的。

4 CAD技術(shù)對(duì)汽車(chē)企業(yè)的重要性

汽車(chē)行業(yè)是最先運(yùn)用CAD技術(shù)的行業(yè)之一。國(guó)外的汽車(chē)企業(yè)很早就進(jìn)行了CAD軟件的自主開(kāi)發(fā)。現(xiàn)如今，幾乎所有的汽車(chē)企業(yè)都會(huì)采用CAD技術(shù)?？梢哉f(shuō)，CAD技術(shù)的應(yīng)用水平已經(jīng)成為評(píng)價(jià)一個(gè)汽車(chē)企業(yè)水平的重要指標(biāo)。我國(guó)的汽車(chē)企業(yè)一直都是納稅大戶(hù)，也是CAD技術(shù)應(yīng)用的排頭兵，不僅僅帶動(dòng)了企業(yè)技術(shù)上的創(chuàng)新提高，同時(shí)也起到了推動(dòng)企業(yè)發(fā)展的作用。傳統(tǒng)的車(chē)輛設(shè)計(jì)過(guò)程基本上是純手工進(jìn)行，通過(guò)模型、圖紙、樣板等等來(lái)傳遞信息，隨著設(shè)計(jì)技術(shù)的變革，國(guó)內(nèi)著名的汽車(chē)公司都不惜重金實(shí)施CAD技術(shù)的使用及研發(fā)，就是為了滿(mǎn)足變化速度過(guò)快的市場(chǎng)需求，提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。所以，CAD技術(shù)對(duì)汽車(chē)行業(yè)的重要性是不言而喻的，我國(guó)的汽車(chē)市場(chǎng)可以說(shuō)是非常大的，同時(shí)，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也比較激烈，掌握了先進(jìn)技術(shù)，就等同于立足于不敗之地。

5 CAD技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

智能化 如今，CAD技術(shù)仍然需要人為運(yùn)用，在技術(shù)革新快速的今天，發(fā)展新技術(shù)才能更好的提升自身企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。將人工智能運(yùn)用在CAD技術(shù)當(dāng)中，設(shè)計(jì)全過(guò)程智能化，例如：國(guó)外的建筑領(lǐng)域中的CAD軟件都能達(dá)到從方案到逼真的效果。向著更高技術(shù)發(fā)展是CAD技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一。

普遍化 好的技術(shù)大家用，這才能為我國(guó)的發(fā)展做出大的貢獻(xiàn)，不僅僅是汽車(chē)行業(yè)，要在各種設(shè)計(jì)行業(yè)都能使用。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中，CAD技術(shù)在制造業(yè)的使用覆蓋率高達(dá)70%以上。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是由計(jì)算機(jī)完成，例如：美國(guó)通用汽車(chē)、日本大限公司等等，在CAD技術(shù)運(yùn)用方面都達(dá)到了很高的水平。

集成化 當(dāng)前CAD技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一是系統(tǒng)集成化。以達(dá)到新產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造自動(dòng)化的目的。集成化的多層次性表現(xiàn)在，它即可以是系統(tǒng)內(nèi)部模塊的集成，也可以是不同種系統(tǒng)間的相互兼容。在工程設(shè)計(jì)中的不同輔助設(shè)計(jì)軟件相互兼容，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品整個(gè)生命周期上都可以支持系統(tǒng)集成化，規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)CAD技術(shù)集成化的根本保證，增強(qiáng)CAD技術(shù)的模塊移植性、功能互聯(lián)性、系統(tǒng)開(kāi)放性，進(jìn)一步提高CAD的集成度，使CAD技術(shù)在整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中都能發(fā)揮重要作用。

標(biāo)準(zhǔn)化 CAD技術(shù)在最初的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各個(gè)模塊和功能是各自獨(dú)立進(jìn)行的，但是在開(kāi)發(fā)結(jié)果出來(lái)以后，在硬件、軟件、數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方面產(chǎn)生了很多障礙，嚴(yán)重影響了CAD技術(shù)的集成。如果CAD標(biāo)準(zhǔn)化難以實(shí)現(xiàn)，將會(huì)影響到CAD技術(shù)往后的發(fā)展，會(huì)拖慢技術(shù)更新的進(jìn)度，阻礙發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工程設(shè)計(jì)正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，產(chǎn)品的研發(fā)周期越來(lái)越短，新產(chǎn)品的上市速度也越來(lái)越快。CAD技術(shù)得到廣泛應(yīng)用已經(jīng)是不可阻擋的，它的使用提升了設(shè)計(jì)效率、減輕了設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)、增強(qiáng)了設(shè)計(jì)方案的合理性、縮短了設(shè)計(jì)周期，同時(shí)、促進(jìn)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)度。CAD技術(shù)也不斷地革新，正向著智能化、普遍化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向快速發(fā)展。

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