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汽车领域计算机仿真技术的探索
汽车领域计算机仿真技术的探索 【摘要】随着控制理论、计算技术、计算机科学与技术的飞速发展， 系统科学研究的深入，计算机仿真技术已经逐渐发展为一门新的学科。信息处理 技术的突飞猛进，更使得仿真技术得到了迅速发展。计算机仿真技术是分析和研 究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法。本文分 析了轿车产品的特点，研究了计算机仿真技术在轿车全生命周期中不同阶段的应 用现状，以及相关技术思想的发展。【关键词】计算机；
仿真技术；
轿车；
发展 一、前言 计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验 的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点，已经 成为对许多复杂系统进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数 学理论为基础，以计算机和各种物理设施为设备工具，利用系统模型对实际的或 设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。
二、计算机仿真技术的发展 计算机仿真技术主要是随着计算机技术、计算技术、图形图像技术、 复杂系统建模技术和专业建模技术的发展而发展的。从历史上看，计算机仿真大 致经历了四个发展阶段：
2.1模型试验 最原始的仿真思想，其模型试验是基于物理模型进行的，缺乏柔性和 精度。
2.2数字化仿真 采用计算机进行分析计算，但是计算结果表达局限于记录文件和图表 上，缺乏直观形象。
2.3图像化仿真 大量采用丰富的图形图像技术来表达仿真结果，如三维图形。2.4虚拟现实技术 不光采用三维图形技术表达计算结果，而且采用特殊装置，如戴上三 维数据头盔，触摸仪器等，使人有身临其境的效果。
三、计算机仿真技术的关键 目前，计算机仿真计算的关键技术主要包括：
3.1面向对象的仿真 （object-OrientedSimulation-OOS）其主要是将整个系统的功能设计和 实现归属为对对象的操作及对象信息的彼此综合利用来实现，对象间信息的传送 引起了系统的活动。
3.2分布交互仿真 （DistributedInteractiveSimulation-DIS）主要是通过计算机网络将分散 在各地的仿真设备互连，构成时间与空间互相耦合的虚拟仿真环境。
3.3智能仿真 （IntelligenceSimulation-IS）主要是以知识为核心和人类思维行为作 背景的智能技术，引入整个建模与仿真过程，构造各处基本知识的开发途径。是 人工智能（如专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等）与仿真技术（如仿 真模型、仿真算法、仿真语言、仿真软件等）的集成化。
3.4人机和谐仿真 主要包括可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真。[1] 四、计算机仿真技术在汽车领域的应用 汽车产业是我国的支柱产业之一，具有极大的发展潜力。尤其是在轿 车生产方面同其他发达国家相比还有很大差距，入世必然会对我国的民族轿车工 业产生一定的冲击。为了抵御这种冲击，迫切要求我们认真分析世界轿车工业发 展的新趋势，学习和借鉴其中的新思想和新技术，使我国的轿车产业能够顺利地 同国际接轨，争取在未来的竞争中处于有利的位置。目前世界轿车工业的激烈竞争集中反映在降低生产成本上，即以价格优势去争夺市场。围绕着成本的 4.1计算机仿真技术在轿车方案阶段的应用 方案阶段的主要任务是根据市场的发展和客户的需求等信息进行需 求定义，包括参考样车选型、系统功能定义、技术经济评价等等。在方案阶段实 际系统并不存在，设计人员根据不同的功能模型建立系统的动态模型，以便于比 较不同方案的优劣。尽管此时模型的粒度较粗，但仍可为设计人员提供不同方案 下的比较分析结果，并为进一步的设计提供决策依据。例如，轿车的技术经济评 价就是在方案阶段，对轿车产品的技术质量信息、成本信息以及竞争对手信息进 行建模，并在此基础上运用合适的理论方法综合处理这些模型，从而产生出可以 对设计、管理与决策提供依据的综合知识。
4.2计算机仿真技术在轿车设计阶段的应用 在轿车的设计阶段，各种CAD/DAE工具已经得到广泛的应用，具有 比较完善的数字化基础。因此这个阶段的仿真活动是同这些计算机辅助工具紧密 结合的，甚至可以直接将CAD产品模型作为仿真模型输入，即由CAD软件来完 成仿真建模工作，实现了部分的信息集成。这种信息集成是以一些图形信息交互 标准为基础的，常用的格式有IGES、STEP等。但在实际使用时，由于各种软件 对这些标准支持程度的差别，某些情况下CAD模型直接导入到仿真软件中会产生 部分信息丢失现象，需要进行必要的修补工作后才能进行仿真分析。随着信息集 成技术的发展，这些问题将会得到很好的解决。[3] 4.3计算机仿真技术在轿车制造阶段的应用 这里的制造主要是从技术角度出发，对产品的制造工艺的进行数值模 拟与优化，对制造装备的进行数值模拟与改进。典型的如轿车车身覆盖件冲压成 型工艺的数值模拟、模具型面抛光仿真等等。以轿车车身覆盖件冲压成型工艺为 例，轿车中金属冲压件占到总重量的3/4，整个轿车的开发周期中，近40%的时间 用于车身的设计和定型。采用传统的试错方法来解决冲压成型中的工艺问题已经 无法满足现代轿车生产的需要。[4]在计算机仿真技术的支持下，通过在计算机 上建立数字化模型，用有限元方法进行成型模拟，可以全面了解板料在成型过程 中的应力、应变及厚度分布，预测成型缺陷，从而给设计人员提供进行工艺分析 和模具设计的科学依据。通常所用的仿真/分析软件有CATIA、ANSYS、ADAMS、 SIMPACK等。在西方发达国家，板料冲压成型的数值模拟技术已经称为缩短模具产品研制周期、提高产品质量、降低生产成本的必不可少的手段和工具。
4.4计算机仿真技术在轿车生产线阶段的应用 计算机仿真技术在轿车生产线阶段的主要应用包括确定生产管理控 制策略、车间层的设计和调度、库存的规划管理等。其中用于生产管理控制策略 的仿真包括确定有关参数以及用于不同控制策略之间的比较；
用于车间设计和调 度的仿真主要用于对各种可能方案进行分析评价，进而选择出最优方案；
用于库 存管理的仿真主要目的为确定订货策略、确定订货点和订货批量、确定仓库的分 布、以及确定安全库存水平等等。[5] 4.5计算机仿真技术在轿车销售阶 在轿车的销售阶段，可以根据收集到的客户和对手的信息，通过计算 机仿真手段来分析和比较各种方案，进而调整市场价格、制订销售策略等等。[6] 4.6计算机仿真技术在轿车使用阶段的应用 轿车的使用阶段，可以通过计算机仿真技术对用户进行驾驶培训、维 修培训等。同生产设计阶段的仿真相比，这种面向用户的仿真大量应用了虚拟现 实技术，由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，使参与者产生沉浸感。通过 这个虚拟环境，人们可以进行观察、感知和决策等活动。[7] 4.7计算机仿真技术在轿车回收阶段的应用 在回收阶段，计算机仿真技术可以用于对产品拆卸分解过程提供决策 支持。严格的说，产品的可拆卸性应该是在设计阶段就予以考虑的因素。产品材 料的使用和产品结构的合理性，直接影响废旧产品的可拆卸和回收价值。利用计 算机仿真技术对产品回拆卸序列的分析和优化，可以对现有产品给出最大回收价 值的拆卸方案。[8]
