曾揚(yáng)益
(江西江鈴集團(tuán)新能源汽車有限公司,江西 南昌 330001)
汽車設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其涉及范圍比較廣,往往需要多個學(xué)科進(jìn)行系統(tǒng)研究,同時還需要與之前的普通設(shè)計(jì)方案相比較,進(jìn)而找出問題并及時改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,這樣才能促進(jìn)我國汽車行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。因此,探究汽車設(shè)計(jì)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法,采用先進(jìn)的技術(shù)與更加完善的設(shè)計(jì)方案,不斷提高汽車設(shè)計(jì)水平,保證汽車行業(yè)的健康發(fā)展。
多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法是充分認(rèn)識和深入探索工程系統(tǒng)中的子系統(tǒng)互相協(xié)同作用,考慮各學(xué)科或子系統(tǒng)之間的互相影響,優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)雜的工程系統(tǒng)和子系統(tǒng),從整體上提高系統(tǒng)性能,這是一種新型的工程設(shè)計(jì)方法與技術(shù),已成功應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。
目前多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法主要研究各學(xué)科間的分析方法與集成軟件,有效的多學(xué)科優(yōu)化方法和分布式的高性能計(jì)算環(huán)境。其中最重要、最活躍的主題是多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法與策略。本文中主要研究如何在各學(xué)科集成設(shè)計(jì)和軟件優(yōu)化技術(shù)環(huán)境下,將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)中。
汽車設(shè)計(jì)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)綜合考量各學(xué)科間的應(yīng)用研究和工程子系統(tǒng)的相互作用,并在互相協(xié)同基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的綜合性復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。同時,該研究思路還可在密切相連子系統(tǒng)中得到拓展,保證系統(tǒng)之間良好協(xié)作。我國汽車行業(yè)中普遍采用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方案,為了充分利用有限的空間,我們探索出科學(xué)的、優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案,從而最大限度的利用空間。同時,優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案不僅能縮減設(shè)計(jì)時間,還可以提升設(shè)計(jì)質(zhì)量與水平,提高汽車設(shè)計(jì)效益,科學(xué)合理的利用有限資源。
多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方案主要包括方案設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)、圖紙繪制三方面。汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)者應(yīng)具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識,在設(shè)計(jì)過程中,合理運(yùn)用建筑學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)理論知識,還應(yīng)具備一定的知識運(yùn)用能力與準(zhǔn)確的計(jì)量技術(shù),汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)者應(yīng)充分重視這一標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)階段,我國多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用正處于初步探索階段,各學(xué)科間并沒有充分交流與溝通,這就使汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)方案時進(jìn)展工作緩慢,造成人力、財(cái)力和時間的嚴(yán)重浪費(fèi),這非常不利于提升工作效率。
在實(shí)踐中,解決工程問題時采用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法,以分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ),集中在各級學(xué)科軟件優(yōu)化器中,與各級系統(tǒng)分析模塊共同構(gòu)成求解器。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法主要有協(xié)同優(yōu)化法、并行子空間優(yōu)化法和單級優(yōu)化法。其中單級優(yōu)化法由一致性約束優(yōu)化法、以全局敏感方程為核心的單級優(yōu)化法以及標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化法組成。此外,兩級集成系統(tǒng)綜合法主要是分解廣義的系統(tǒng)優(yōu)化問題,其中一部分解決較少的全局變量系統(tǒng)優(yōu)化問題,剩余部分解決多數(shù)的局部設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化問題。
在研究汽車各個子系統(tǒng)時,我們發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)就像一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),所以設(shè)計(jì)者需要改變之前從整體上進(jìn)行優(yōu)化的方案,合理采用分布式理念進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。同時還應(yīng)在研究總系統(tǒng)基礎(chǔ)上,細(xì)化系統(tǒng)工作,將設(shè)計(jì)系統(tǒng)中空洞復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵我锥淖訂栴},采用各學(xué)科間已發(fā)展成熟的技術(shù)與理念論證這些子問題。這樣就能使一些較為獨(dú)立的子問題保持良好的協(xié)調(diào)性,通過整合優(yōu)化,提升汽車設(shè)計(jì)質(zhì)量。例如,我們可以將汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為推進(jìn)動力、空氣動力學(xué)、汽車結(jié)構(gòu)、燃油性能等幾部分。通過分析論證每部分所涉及的問題,構(gòu)建一個較為完整的信息網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行優(yōu)化整合,同時還應(yīng)關(guān)注各部分的信息反饋,使反饋機(jī)制與系統(tǒng)學(xué)科分析論證、總系統(tǒng)之間形成完整的設(shè)計(jì)回路,這將有助于提高汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
在系統(tǒng)優(yōu)化汽車性能時,不僅要提高汽車低速加速能力,同時要保證較低的成本費(fèi)用,基于此情況,人們認(rèn)為只要改進(jìn)發(fā)動機(jī)性能,使其更加優(yōu)良,優(yōu)化汽車結(jié)較構(gòu),使其更為輕巧,就能提升汽車低速加速能力。然而實(shí)踐過程中,在提升汽車推進(jìn)動力和降低汽車重量方面存在很大分歧。汽車設(shè)計(jì)中進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)時,應(yīng)該綜合考慮汽車的設(shè)計(jì)成本、汽車推進(jìn)動力和汽車質(zhì)量等因素,使他們?nèi)哌_(dá)到一個和諧的存在比例。因此,汽車設(shè)計(jì)者應(yīng)具備熟練的專業(yè)技能與靈活多樣的設(shè)計(jì)思維與方法,這將會大幅度提升汽車設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。
在汽車設(shè)計(jì)過程中,多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)必須采用專用的系統(tǒng)軟件,從整體角度分析汽車系統(tǒng),精準(zhǔn)及時的計(jì)算汽車反應(yīng)時間和敏感性。然后用彈性梁模型處理系設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),這一過程需要運(yùn)用較多的學(xué)科理論知識,例如:空氣動力學(xué)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信等。由于汽車尺寸、承受力和彎扭系數(shù)等客觀因素的局限性,汽車設(shè)計(jì)者首先優(yōu)化設(shè)計(jì)車體質(zhì)量,然后分析比較模擬化得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)而得出汽車燃油性能的實(shí)際數(shù)據(jù),這樣可以在一定范圍內(nèi)整體控制多個學(xué)科間的設(shè)計(jì)變量,進(jìn)而確保最大限度的利用各個學(xué)科的局部數(shù)據(jù),提高汽車設(shè)計(jì)質(zhì)量水平與效率。
綜上所述,本文系統(tǒng)介紹和分析多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法,并詳細(xì)分析了汽車設(shè)計(jì)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的廣泛應(yīng)用與擴(kuò)展,將大大提高汽車的穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)今世界,質(zhì)量輕、價(jià)格低、性能好是汽車發(fā)展的必然趨勢,在保證汽車高性能基礎(chǔ)上,我國汽車行業(yè)應(yīng)利用先進(jìn)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法,降低設(shè)計(jì)制造成本,縮短上市時間,提高市場競爭力,促進(jìn)民族汽車產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)而穩(wěn)定的發(fā)展。