现代设计方法在汽车设计中的应用（现代设计方法在汽车设计中的应用案例）

今天给各位分享现代设计方法在汽车设计中的应用的知识，其中也会对现代设计方法在汽车设计中的应用案例进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！

本文目录一览：

• 1、现代设计方法是指什么？
• 2、现代机械的设计方法有哪些?
• 3、求介绍现代设计方法有哪些
• 4、汽车轻量化都有哪些方法？
• 5、什么叫现代设计方法？与传统设计方法相比，有什么优点
• 6、6西格玛在汽车设计应用有什么好处？

现代设计方法是指什么？

现代设计方法是以研究产品设计为对象的科学。它以电子计算机为手段运用工程设计的新理论和新方法，使计算结果达到最优化，使设计过程实现高效化和自动化。产品的质量和经济效益取决于设计、制造和管理的综合水平，而产品设计则是关键，没有高质量的设计就不可能有高质量的产品，而要达到高质量的设计，就必须***用先进的设计方法和手段。

现代设计方法是研究产品设计方法的综合类科学，他涉及的科学范围非常广泛，是多学科交叉融合的产物，是人们把相关科学技术综合应用于设计领域的产物。而其中一个具体的设计方法，同样也是若干学科的交叉与融合。例如，优化设计是数学规划的方法与计算机编程的有机结合，计算机辅助设计可以看作是数学建模、计算机软件和硬件技术、工程图形学等的有机结合；同时现代设计是传统设计技术的继承、延伸和发展。从传统设计发展到现代设计，都有着时序性、继承性。例如，传统的运动学、动力学、结构学，以及强度理论等基本原理与方法，是现代设计方法的数学建立模型及许多分支学科（如可靠设计、健壮设计、疲劳设计）的基础，另外许多现代设计方法是在吸收了传统设计方法中的思想、观点、方法的精华而发展起来的，如模块化设计、优化设计、并行设计等。本节介绍几个常用的现代设计方法。

现代机械的设计方法有哪些?

机械设计的现代设计方法：

一、专业现代

由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件，能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理，可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为，并形成固定的设计程序，这就是专业的现代设计方法，如：振动分析和设计，摩擦学设计，热力学传热设计，强度、刚度设计，温度场分析等等。这些软件都是在传统的设计方法基础上，应用计算机技术开发出来的。例如：用Pro/M软件分析机械装置的动态特性，用ANSYS软件分析应力都是这方面很好的例子，为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。

二、通用现代

为了满足机械产品性能的高要求，在机械设计中大量***用计算机技术进行辅助设计和系统分析，这就是通用的现代设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、CAD等。这些方法并不只是针对机械产品去研究，还有其自身的科学理论和方法。

1、优化设计

机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论，方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后***用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。它是机械设计理论与优化数学、电子计算机相互结合而形成的一种现代设计方法。

2、仿真与虚拟设计

计算机仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并在不同条件下对模型进行动态运行实验的一门综合性技术。而虚拟技术的本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。这种方法不但缩短产品开发周期，也实现了缩短产品开发与用户之间的距离。

3、有限元设计

这种方法是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解，而且还可用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析，并能准确地计算形状复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。

4、模糊设计

它是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。机械设计中就存在大量的模糊信息。如机械零部件设计中，零件的安全系数往往从保守观点出发，取较大值而不经济，但在其允许的范围内存在很大的模糊区间。机械产品的开发在各阶段常会遇到各种模糊问题，虽然这些问题的特点、性质及对计策的要求不尽相同，但所***取的模糊分析方法是相似的。它的最大特点是，可以将各因素对设计结果的影响进行全面定量地分析，得出综合的数量化指标，作为选择决断的依据。

机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最***造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

求介绍现代设计方法有哪些

现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在涉及领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。目前它的内容主要包括：优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、工业艺术造型设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、相似性设计、模块化设计、反求工程设计、动态设计、有限元法、人机工程、价值工程、并行工程、人工神经元计算方法等。在运用他们进行工程设计时，一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。本节以计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、工业艺术造型设计、设计方法学、三次设计等为例来说明现代设计方法的基本内容与特点。

1、计算机辅助设计

计算机辅助设计（Computer Aided Design)，简称CAD。他是把计算机技术引入设计过程并用来完成计算、选型、绘图及其他作业的一种现代设计方法。计算机、绘图积极其他***设备构成CAD硬件系统，而操作系统、语言处理系统、数据库管理系统和应用软件等构成CAD的软件系统。通常所说的CAD系统是只由系统硬件和系统软件组成，兼有计算、图形处理、数据库等功能，并能综合利用这些功能完成设计作业的系统。典型的CAD工作过程如图1-3所示。

2、优化设计

优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应用于工程设计问题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。

在进行工程优化设计时，首先把工程问题按优化设计所规定的格式建立数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进行寻优求解，得到工程设计问题的最优设计方案。

在建立优化设计数学模型的过程中，把影响设计方案选取的那些参数称为设计变量；设计变量应当满足的条件称为约束条件；而设计者选定来衡量设计方案优劣并期望得到改进的指标表示为设计变量的函数，称为目标函数。设计变量、约束函数、目标函数组成了优化设计问题的数学模型。优化设计需要把数学模型和优化算发放到计算机程序中用计算机自动寻优求解。常用的优化算法有：0.618法、鲍威尔（Power）法、变尺度法、复合型法、惩罚函数法。

3、 可靠性设计

可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础，是以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可靠性为目标的现代设计方法。

可靠性设计的基本内容是：选定产品的可靠性指标及量值，对可靠性指标进行合理的分配，再把规定的可靠性指标设计到产品中去。

4、有限元法

有限元法（Finite Method）是以电子计算机为工具的一种数值计算方法。目前，该方法不仅能用于工程中复杂的非线性问题、非稳态问题（如结构力学、流体力学、热传导、电磁场等方面的问题）的求解，而且还可以用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力学分析，并能准确地计算复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有利分析工具。

5、工业艺术造型设计

工业艺术造型设计时工程技术与美学艺术相结合的一门新学科。他是旨在保证产品使用功能的前提下，用艺术手段按照美学法则对工业产品进行造型活动，包括结构尺寸、体面形态、色彩、材质、线条、装饰及人际关系等因素进行有机的综合处理，从而设计出优质美观的产品造型。实用和美观的最佳统一是工业艺术造型的基本原则。

这一学科的主要内容包括：造型设计的基本要素、造型设计的基本原则、美学法则、色彩设计、人机工程学等。

6、反求工程设计

反求工程设计（Reverse Engineering）是消化吸收并改进国内外先进技术的一系列工作方法和技术的总和。它是通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、解剖、试验，了解其材料、组成、结构、性能、功能，掌握其工艺原理和工作机理，已进行消化仿制、改进或发展、创造新产品的一种方法和技术。它是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的组合。

汽车轻量化都有哪些方法？

汽车轻量化有以下方法：降低耗材消耗：继续优化汽车主流车型规格，在保留主要参数规格尺寸的前提下，提高车辆结构强度，降低耗材消耗；使用轻质材料：如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维等复合材料；***用承载式车身，降低车身板材厚度。

所谓汽车轻量化，其内涵是以现代设计方法和技术手段为基础，在保证不降低汽车综合性能指标的前提下，对汽车进行结构优化设计，或通过应用高强度、低密度的材料，减轻汽车产品自身重量，实现安全、环保、降耗，以达到减重目的。这也是降低汽车油耗的重要途径之一。目前，国内外汽车企业主要通过以下两种方式实现汽车车身的轻量化：一是通过车身结构的改进实现汽车车身的轻量化设计。

主要是应用结构优化设计方法来实现，结合有限元分析，通过拓扑优化、形状优化和尺寸优化设计可以满足使用要求和轻量化特性的最佳结构。二是***用高强度、低密度的新材料。在保证结构设计合理的基础上，进一步通过材料替换实现轻量化，从而实现结构与材料设计的统一。目前，这些车身材料的选择主要基于以下思路：选择低密度材料，通过材料本身的低密度来实现轻量化。

典型的材料有铝合金、镁合金和塑料材料；选择高强度材料，这样可以减小结构尺寸，通过减小结构来实现轻量化，这里主要指高强度钢这种材料；选择低密度、高强度的复合材料，材料具有密度低、强度高的特点，如碳纤维、玻璃纤维等；***用先进的材料加工技术，加工如连续挤压变截面、金属基复合材料板、激光焊接板等材料，这样可以减少材料用量。

材料轻量化：车身不同部位对材料的刚度、强度等性能有不同的要求，要根据不同的需要使用不同的材料来达到所需的性能。材料轻量化就是在保证性能满足要求的前提下，用质量较小的高性能材料代替原有材料。目前，轻质欢的材料主要有高强度钢、铝合金和各种复合材料。

什么叫现代设计方法？与传统设计方法相比，有什么优点

现代设计因为有了计算机和丰富的软件的支持，更能把一些设计思想可视化，大大缩短了作品与之产生思想的吻合度。当然随之而来的是设计者要学习的技术性东西越来越多，从而压缩了对思想的追求。传统设计需要更多的人文思想积淀与艺术修养素质，作品被实现的周期相对而言很长。但是精品也是很多的。

与传统的设计相比，现代设计有如下一些具体的特点：

1．传统的设计中灵感和经验的成分占有很大的比重，思维借有很大的被动性。

2．传统的产品设计着重于实现产品本身预定的功能，现代设计则要求把对象置于“人—机—环境”大系统中。

3．传统的产品设计偏重于强度堆则，现代的有限单元法、断裂力学等领域的研究成果，进一步强化了强度设计的能力。在此基础上，现代产品设计的喉则

4．传统的产品设计过程往往是根据任务和目标，先作出第一方案，甚至造出样机，然后通过评定与考核，进行修改，形成第二轮方案．如此反复，直到满意为止。

6西格玛在汽车设计应用有什么好处？

一、在客户需求分析上的应用

在汽车设计中，顾客需求将利用关键质量特性CTQ表征，过程能力要素则需利用关键过程特性CTP表征。为实现顾客需求量化，需要利用对CTQ范围进行确定。为识别顾客的真正需求，还要建立CTQ矩阵，以便通过确定CTQ排列次序为设计提供决策。而表中***取的示意填法，高H=9，中M=5，低L=1，空为0。值得注意的是，顾客需求需要被划分成连续数据和离散数据。针对连续数据，可以直接利用上面的公式进行CTQ范围的确定。如果是离散数据，还要按照正态分布进行每百万缺陷率的反推，然后才能得到CTQ的范围。

在对CTP能力进行优化时，一个CTQ将与多个CTPx对应，使用的优化方法有线性Gap法和非线性蒙特卡罗法。而DFSS的目标就是过程能力，需要完成关键过程CTP的设计优化，从而完成满足顾客需求的必要途径的探索。

二、在产品创新上的应用

对于汽车企业来讲，产品创新设计的动力来源于顾客需求。利用DFSS，则能够围绕顾客需求进行产品创新设计，从而满足汽车企业的发展需求。具体来讲，就是需要在汽车设计测量和分析阶段对顾客需求进行层次分析，从而将汽车创新归纳为求解方案改进、方案重新选择、专业领域创造发明和跨专业的创造发明。在对顾客需求层次进行分析时，可以利用DFSS提供的TRIZ方法和其强调的机制创新及决策创新方法，以便从各个层面完成汽车设计创新，从而满足顾客对产品的创新要求。就目前来看，DFSS管理提供的创新机制和决策是相互呼应的，包含绩效管理方法、冲突管理方法、激励机制、群体决策等。

三、在可靠性设计上的应用

汽车设计需要拥有较高的可靠性，所以设计者需要将顾客对可靠性需求量化为可靠度和平均无故障工作时间MTBF值，从而实现汽车的可靠性设计。在设计的过程中，需要先对关键零部件的可靠性进行量化分析，然后使用失效模式影响分析和故障数进行产品的失效预测，以确保产品设计能够达到6    Sigma设计要求。针对汽车上涉及法规和安全的零部件，除了进行相关性能要求的满足，还要专门进行零部件可靠性的分析。

四、在成本控制上的应用

在汽车设计阶段，最终产品成本的80%将得到确定。根据通用汽车公司的载货车变速器的数据可知，其制造成本的70%将由设计决定。而在汽车设计阶段，合理进行设计的改进，则能够实现材料费、制造费和劳动费的有效节约。而越早进行DFSS的使用，则能够使汽车设计拥有更大的自由度，从而使成本控制贯穿于汽车设计制造的全过程。产品质量成本与设计阶段存在一定的关系，所以DFSS需要从设计之初制定质量和成本目标，从而降低产品质量成本。在DESS项目中，常用代用法和参数设计法实现汽车产品的低成本设计。

具体来讲，就是使用功能相同且成本较低的零部件进行原来部件的代替，从而降低汽车成本。根据GE公司的数据可知，其使用DFSS提供的代用法进行产品成本的降低，每年都能为企业带来数亿美元的利润，所以DFSS法在GE公司得到了较好的推广应用。

五、在设计流程优化上的应用

想要确保汽车设计质量，还要使用科学的设计流程。利用6Sigma设计，可以将汽车设计过程划分成定义、测量、分析、设计和验证这五个环节，然后逐一完成顾客需求确认、成本分析、工艺分析、性能分析和设计验证等内容。为优化汽车设计流程，还可以使用DFSS提供的关键线路发和***评审技术实现设计程序优化。使用前一种方法，可以利用计算网络和网络图进行汽车设计关键路线和步骤的确定，然后通过优化和调整网络获得最短设计周期。就目前来看，许多大型汽车设计项目都是利用该技术和计算机软件完成***进度的安排。

总之，在汽车设计中应用6Sigma设计，能够从顾客需求角度提高汽车设计质量和效率，并且实现汽车的低成本设计，所以能够满足现代汽车的设计要求。因此，相信随着相关工具和方法的发展，6Sigma设计将能在汽车设计中得到更好的运用。

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