汽車設計制造中數字化技術的應用

陳向靡

[摘 要]近年來，數字化技術廣泛應用于制造業中，其科學、高效、系統化的特性不斷簡化著生產過程，也提高了生產效率。在競爭越發激烈的汽車制造業，如何提高核心競爭力已成為企業需要考慮的重點問題。數字化技術在改善產品質量、提升產品性能等方面具有顯著的優勢。實現汽車設計制造中的數字化，不僅需要轉變傳統理念，轉換技術模式，同時要對數字化技術有深入地了解。數字化技術將不僅帶動汽車設計與制造行業的改變，也將為人們的生活帶來巨大的變化。

[關鍵詞]汽車設計；數字化；制造

中圖分類號：D622 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0013-01

前言：汽車制造業的發展進程在一定程度上反映一個國家或地區的現代化進程。我國很早以前就將汽車生產作為國家發展的重點，在過去的幾十年間，我國汽車制造業實現了從無到有以及不斷發展的過程，汽車生產技術水平也在發生著日新月異的變化。我國在提升產量的同時，要實現產業結構的轉換，實現技術、設備以及管理手段的提升。本文通過對數字化技術在汽車生產與制造中應用介紹，分析了目前汽車行業常見的數字化技術以及信息系統，以推動我國汽車設計制造的發展，提升行業水平。

1. 數字化技術在汽車設計制造中應用概況

1.1 數字化技術的概念

數字化技術利用計算機系統、數據庫、多媒體技術等，進行信息獲取、信息處理，并與實際生產需求相結合，進行產品外觀及結構的設計、性能的模擬以及生產制造，以生產出符合需求的產品。在此過程中，計算機及信息技術發揮了重要的作用。例如，數據庫中的交互圖形系統，可以實現快速計算和數據分析處理。計算機輔助軟件的開發和使用可以實現產品設計的可視化和便捷化。數字化技術能夠有效縮短產品開發時間、降低產品開發成本、提高產品質量，在今天產品制造日益精密化、復雜化的環境下，具有十分重要的意義。在企業的數字化體系建設過程中，包含著設計與生產平臺的構建，以及評審體系的建立，涉及范圍廣、部門多，且一定程度上取決于公司運行和管理的結構。因此，實現汽車設計制造中的數字化，需要對企業進行全方面的考量，從而企業提升開發能力和核心競爭力。

1.2 數字化技術應用于汽車設計制造時遵循的原則

針對數字化技術的特點，汽車設計制造應遵循兩個原則：科學性和實用性。科學性主要體現在汽車設計方案中，設計者需對汽車制造技術要求、數字化技術要點以及影響制造效果的因素全面了解，使數數字化技術在汽車設計生產中得到最大化利用。除了設計方法的科學化，設計理念和精神、設計手段等都要遵循科學方法，只有將數字化技術貫穿到汽車的實際設計生產中，才能更好的發揮其優勢，實現行業新技術的探索和研發。實用性原則建立在汽車的實際生產情況上，由于汽車實際制造車間較科研場所來說比較簡陋，生產能力較為落后，因此，一些精度高、難度大的生產任務難以實現。因此，為了使設計方案盡可能滿足實際生產能力，數字化技術的容錯率應適度提高，并充分考慮影響設計方案的外部因素。此外，企業堅持實用性能夠避免不必要的投入，最大限度保證技術可靠性和經濟性，提高汽車生產制造水平，提升產品競爭力。

1.3 數字化技術之于汽車設計制造的意義

數字化技術對于汽車設計與制造環節具有十分重要的意義。數字化技術較傳統制造技術具有許多優勢。首先，數字化技術的分散性和獨立性能夠將復雜整體分解化、詳細化，并轉化為數據，方便查找及實用。其次，數字化技術建立在計算機技術的基礎上，因此能夠進行個幾何數據的計算，同時可以對模型進行和修正。例如，力學、聲波等信息通過計算、建模的步驟，可以將具體信息直觀的反映出來，且易于修改。此外，由于數字化技術大量使用信息系統，因此廣泛使用于汽車產品設計等需要數據處理和融合、數據傳輸以及數據選擇的環節。未來信息計算的發展也將帶動汽車數字化水平的提高，汽車設計制造過程的現代化將是汽車行業發展的必然趨勢。

2.數字化技術在汽車設計制造中的具體應用

2.1 數字化技術在汽車設計中的應用

數字化技術廣泛應用于汽車新產品的開發，其中逆向工程技術最為常見。逆向工程技術將多種技術進行結合，常用于產品的快速改造或仿制，是新技術應用的關鍵。在使用中，根據可用數據信息，制作出自由曲面并對其進行反求設計，和實體設計，從而得到所需模型產品。目前，逆向工程技術廣泛應用于激光快速成型中。在汽車設計中，由于設計師常通過油泥模型制作進行構思創作，因此需要對制作好的油泥模型進行信息采集，這時可以采用非接觸式三坐標測量技術。該技術主要通過三坐標測量機獲汽車模型的三維數據信息。由于其不需要接觸，因此能夠適用于大多數測量實體，并節省測試時間。在汽車模型的測量中，除了以上部分，還需對數據噪聲點進行處理，避免尖角或邊沿對數據的影響。此外，數字化技術還常用于汽車覆蓋模具尤其是拉伸模型的設計。通過對覆蓋模件的三維模型設計，配以部分優化，實現模件的構建。以拉延筋為例，通過構建二維特征曲線得到拉延筋曲面，將其與光滑曲面相連接，從而得到所需模件，可以大大提升設計效率，提高設計方案的準確性。

2.2 數字化技術在汽車制造中的應用

在汽車制造中，數字化技術的優勢不僅體現在產品質量上，還體現在企業的生產效率以及生產成本上。數字化技術能夠對汽車模型進行數據更改，尤其是復雜的曲面，能夠有效簡化加工工作，降低成本，同時提高產品精度。企業對數字化系統的建立能夠改善企業整體生產狀況，提升生產水平，而具體工件和刀具的數字化使用則對產品質量及生產效率有著重要的意義。刀具和工件的科學化是汽車數字化生產技術的關鍵。將確立好的模型參數輸入到計算機系統中，通過刀具對工件毛坯、原材料等進行加工。采用這種方法，可以實現加工過程的科學測量，同時可以檢測加工狀態，并對緊急狀況及時采取措施。除此之外，數字化技術還常見于刀具軌跡的設置中，由于汽車制造道具走向多樣，因此針對不同生產要求，應選擇合適的刀具軌跡。目前較為常用的為平行切法，采用這種方法不僅可以實現加工質量的最大化，同時操作難度較低，能夠縮短生產周期，減小企業成本。實際生產過程中，針對可能出現的球頭銑刀運動過大的情況，要及時進行參數處理，同時對基本參數如坐標系進行檢查，以保證生產過程的穩定和高效化。

2.3 數字化技術在汽車評審體系中的應用

汽車評審體系的數字化技術主要體現在評審模型構架上。企業的數字化評審體系應包含四個部分，分別是產品造型、零部件開發、總布置、整車分析和制造工程。后兩種為評審過程的重點。在此過程中，通過創建數據標準以實現汽車評審的直觀性和統一性。定義模數成熟度要求，將不同的生產環節模數成熟度差異化。例如模具制造要求最終的三維模型，而計算機輔助分析等后續工作則對模數要求不高，能夠反映相關特征即可。此外，規范數據發布流程，是評審工作的基礎。將重要節點的數據凍結，保證下游系統數據使用的可靠性，保證評審工作的順利進行。

3 結語：

數字化已成為汽車行業未來的發展趨勢。數字化技術已逐漸應用于設計和制造的各個環節。計算機技術、數據庫以及軟件等的革新推動著汽車生產與制造業現代化進程的發展。高質量、高效率的數字化生產逐漸取代原有的生產模式，產品設計和研發研發體系也得到了有效的提升。我國的汽車制造數字化水平還有很大的發展空間，未來將有更多的先進技術投入到實際設計與生產中，將推動汽車行業實現更大的進步。

參考文獻：

[1] 王書林.數字化技術在汽車制造中的應用[J].工業設計，2016（4）：168一169.

[2] 王大川，劉驚濤.數字化設計技術在汽車新產品開發中的應用 [A]. 中國計量測試學會.企業計量測試與質量管理——中國科協 2005 年學術年會論文集 [C].中國計量測試學會：，2005：11.