CAD技术在现代汽车设计中的重要作用

[摘 要]目前，我国汽车产销量均跃居世界第一，随着行业总量的不断提升和市场竞争的白热化，加上知识产权问题的压力，产品自主设计开发能力的培养和提升已成为汽车企业生存与发展的关键问题，而CAD/CAE技术的发展应用正是解决这一问题的锐利武器。现阶段，CAD/CAE技术的推广应用已受到国内汽车行业的高度重视，相关企业迫切需要掌握CAD/CAE技术的高素质人才，而国内高校汽车专业针对这方面的人才培养工作明显滞后于企业需求。其中，缺乏针对性的教育方法成为亟待解决的问题，为了适应培养高素质应用型工程技术人才的需要，本文主要介绍汽车零部件CAD/CAE技术软件具体操作和学习。

[关键词]CAD技术 汽车设计 发展方向

中图分类号：TN657.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0327-01

当代汽车工业已成为国民经济的支柱产业，其发展水映了国家工业技术的综合实力，而是否具有独立自主的产品设计开发能力，则关系到民族汽车工业的生死存亡。现阶段，作为先进设计技术的代表，CAD/CAE技术已成为汽车企业产品设计开发的有效手段，以CAD/CAE为核心的技术体系成为企业核心技术的有效载体。

1. 汽车CAD/CAE技术概述

1.1 汽车CAD/CAE概念

在汽车产品开发过程中，汽车CAD/CAE技术就是通过计算机及图形输入/输出设备进行汽车产品的交互设计，并建立产品的数字模型，然后在统一的产品数字模型下进行结构的计算分析、性能仿真、优化设计、自动绘图。汽车CAD/CAE技术是用于支持汽车商品开发的三维智能辅助设计、分析的理论、方法与工具等相关技术的总称。

以汽车CAD/CAE为基础，还可以将产品的数字模型高效及时地传送并应用到整个汽车企业产品价值链所涉及的各个重要环节，包括工艺规划、工装设计、生产、加工、质量控制、编制技术文档、供应、销售和服务，实现人、财、物、产、供、销信息的集成管理、科学决策。

随着中国加入WTO，汽车制造业企业不得不参与国际市场竞争，传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求，进行商品的组装分析、工程分析、物理特性计算等。而汽车CAD/CAE设计分析平台，以建立全参数化三维实体模型为基础，再用有限元分析等方法进行关键零部件的强度、稳定性以及整车或零部件的运动性能和动力性能的仿真分析，为汽车制造商搭建全新的开发体系。它支持全方位多角度的精准设计方法，使设计更加符合实际设计过程且比使用二维CAD设计的质量高，设计原型错误减少80%，重复设计减少50%，节省了时间和资金，可以进行批量生产的速度生产定制产品，缩短产品开发周期，便于企业增进全球性合作。因此，汽车CAD/CAE是一种崭新的设计模式，汽车制造商可以全方面分析考虑。

2. CAD技术在汽车行业中的应用

CAD技术在汽车业的应用主要体现在汽车整车及零部件行业，主要有汽车底盘设计、车身设计、零部件设计、模型设计、轻量化设计等应用领域。

1. 汽车底盘设计CAD技术

在底盘设计时充分运用CAD技术，能大大增加底盘的制图效率和底盘品质，同时减少开发成本。例如，作为整体产品设计重要环节之一的总布置设计对整车的设计质量具有决定性的作用。由总布置数据库包含设计中一些动态性的中间参数和数学模型运行结果，因此，设计过程中产生的一系列数据可作为后期设计工作和改进设计的参考依据，从而可节省大量的设计工作量。

2. 汽车车身设计CAD技术

车身不仅要求造型美观、重量轻、有良好的空气动力学性能，还要有足够的强度、刚度以及减振降噪等性能以实现汽车的安全、节能、环保、高可靠性、高使用寿命等目标。概念设计的主要内容有：产品开发目的、必要性和可行性分析、产品的性能目标和先进性分析、产品的造型设计、布置和尺寸要求、产品的使用调查、产品的目标成本分析、产品设计任务书的确定、产品开发的组织管理等。工程设计的主要内容是：在车身（总）布置的配合下，进行1：1内部模型和外部模型的设计，

随着计算机技术和CAD技术的发展，现在车身设计普遍采用以三维造型为基础的CAD技术，这不仅提高了车身设计的质量和精度，更是满足了用户对产品的多样化和个性化需求。模态分析、NVH分析、碰撞安全性分析、优化设计、计算机绘图等。应保证其完整性和一致性，车身CAD技术基于产品数据管理技术，车身CAD技术的广泛应用使车身设计的平台化战略和汽车系列化变得易于实现。在车身整车设计中广泛应用计算机软件造型技术，常用的计算机辅助造型软件有：Photoshop、Rhino、Alias等；车身布置和结构设计等都是应用大型三维制图软件一体化的软件完成，如UGNX、CATIA、I―DEASNX等商业化软件。

3. 汽车零部件设计CAD技术

汽车零件设计包括机械零件和电气与电子零件的设计，很多软件同时具有机械零件和电气电子元器件设计功能，如Pro/E、电气AutoCAD、CAXA电子图版等软件就可以进行电气电子系统的CAD设计。就目前来讲，普通汽车上的电子设备的成本已经占到了整车成本的20%～30%，一些高档轿车上电子设备的成本已占到了整车成本的50%以上，与汽车机械零部件的开发比较，国内在汽车电子方面的开发水平与国外差距更大，汽车电子技术的应用研究大多也是基于CAD平台来实现，如CAD布线技术、电控系统CAD设计等。因此国内应重视利用计算机辅助设计技术提高汽车电子产品的开发水平。进行汽车电子控制系统软件的计算机辅助设计与分析，

汽车电子电路的CAD包括电路图的编辑、功能仿真、工作环境模拟、印制电路板设计与检测等计算机辅助设计内容。而且电子电路CAD软件还能迅速形成各种各样的报表文件（如元件清单报表），为电子元件的购买及工程预算等提供了方便。

4. 汽车轻量化设计CAD技术

要想减轻汽车的整体重量不外乎在使用原料和外形设计上进行改变，主要是采用复合材料、减小或优化汽车结构尺寸，但考虑到汽车要求具有较高的安全性，缩减尺寸要有一个限度。一方面应加强汽车结构优化设计CAD技术的应用。

5. 汽车模具CAD技术

汽车上有很多覆盖件（如车身）、锻造件、铸造件和注塑件等，这些都需要用模具制造，对于以上问题，尤其适合CAD系统优势的发挥，所以，CAD一开始就在汽车工业中得到了应用。

3. 汽车CAD/CAE集成的关键技术

应用人工智能技术，结合先前积累的知识和经验，建立一个包括有限元分析模型的建立、分析和解释的专家系统，并可自动评价有限元计算结果还可修改设计。

把CAD建模与系统分析和仿真结合起来，通过案例给出解决问题的具体思路、应用技术和方法，注重提高解决实际问题的能力。从实际应用的角度出发，学习相关的技能和应用方法。

汽车CAD/CAE技术包括以下几点内容：

（1）建立汽车产品所有零部件及各系统总成和整车的三维CAD模型，并使三维模型参数化，适合于变形设计和部件模块化设计。

（2）零部件和整车的三维CAD模型能适合运动分析、动力分析和优化设计。

（3）汽车CAD/CAE的过程就是基于三维CAD的产品开发体系建立的过程，要形成基于三维CAD的PDM产品数据管理结构体系。

（4）从汽车CAD/CAE过程中摸索出定制产品的开发模式及所遵循的规律。

（5）为了验证和修正CAD/CAE模型，需要与整车和零部件的检测与试验相结合。

4. 总结

所以说，CAD/CAE集成的实现需要一系列的工具，在CAD方面要建立产品的三维特征模型，在CAE方面要进行系统性能仿真分析，所以必须建立一个基于CAD/CAE集成技术的汽车设计建造生产体系。

参考文献

[1] 李建军，模具设计基础及模具CAD[M]，北京机械工业出版社，2005

[2] 朱壮瑞，孙庆鸿，陈南，等，先进CAD技术在汽车车身设计中的应用[J].制造业自动化，2002，24（5）：8-10