汽车产品数字化设计与管理

产品数字化设计与管理先进制造技术高级研修班讲座重庆大学机械工程学院郭钢教授/博导2012年6月18日目录22新产品开发策划与概念设计新产品开发策划与概念设计33数字化工程设计、逆向设计数字化工程设计、逆向设计知识驱动的产品数字化设计知识驱动的产品数字化设计11产品数字化设计概念与体系产品数字化设计概念与体系55面向产业链的网络化协同设计面向产业链的网络化协同设计44知识驱动的产品数字化设计知识驱动的产品数字化设计66计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE））77数字化工艺设计与过程仿真数字化工艺设计与过程仿真88PLMPLM与产品数据管理与产品数据管理PDMPDM制造业在国民经济中的重要地位1、国家的繁荣和安全离不开军事装备制造业的支撑；2、人们丰富的物质生活离不开产品加工制造业提供的各种消费品；1、产品数字化设计概念与体系结构3、人类的健康和繁衍离不开医药制造业提供的各种医药产品；4、人类的精神生活离不开各种各样的文化产品。新产品设计开发的驱动力：1、市场需求驱动——人类对物质文明的高度追求和个性化需求，是驱动新产品开发的主要动力；2、技术创新驱动——自然科学和技术科学的发展，技术创新和在产品中的应用，引导人们消费增长和社会繁荣；1、产品数字化设计概念与体系结构新和在产品中的应用，引导人们消费增长和社会繁荣；3、市场竞争驱动——市场经济环境下，制造企业总是希望通过新产品来赢得市场竞争优势，从而促使企业不断设计开发出比竞争对手更好的新产品。4、国家利益驱动——为国家安全和社会的繁荣，需要不断开发出国防军工、交通运输、市政工程、医疗卫生、环保、文化、体育等公共新产品。新产品设计开发类型1、产品数字化设计概念与体系结构各类新产品占全部新产品的百分比从产品生命周期看对数字化设计与管理技术的需求新产品开发策划概念设计二维效果图绘制设计方案评选整车油泥模型制作激光扫描工程化设计1、产品数字化设计概念与体系结构车身反求设计整车总布置及整车结构设计整车性能仿真与设计评估工艺及模具设计样车试制样车试验与评价生产线设计与批量生产工程化设计售后技术服务生产制造与销售产品数字化设计与管理的体系结构新产品策划新产品概念新产品工程新产品工艺产品售后维产品数据管产品数字化设计与管理体系计算机硬、软件技术产品现代设计方法与技术新产品开发策划技术1、产品数字化设计概念与体系结构信息技术产品设计/工艺技术业务流程再造与过程管理技术(BPR/PDM)划数字化技术念设计数字化程设计数字化艺设计数字化维护数字化技术管理技术图1.7新产品数字化设计与管理技术体系结构网络、通信技术电子商务平台工程数据库管理平台相关学科与支撑技术新产品开发策划技术零件及整机工艺设计技术材料科学与技术产品试验与质量保证技术相关学科与支撑技术目录22新产品开发策划与概念设计新产品开发策划与概念设计33数字化工程设计、逆向设计数字化工程设计、逆向设计知识驱动的产品数字化设计知识驱动的产品数字化设计1产品数字化设计概念与体系55面向产业链的网络化协同设计面向产业链的网络化协同设计44知识驱动的产品数字化设计知识驱动的产品数字化设计66计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE））77数字化工艺设计与过程仿真数字化工艺设计与过程仿真88PLMPLM与产品数据管理与产品数据管理PDMPDM新产品策划成败案例分析福特的福特的EdselEdsel汽车汽车上海大众的两门上海大众的两门GOLGOL2、新产品开发策划与概念设计一汽大众的奥迪一汽大众的奥迪A6A6、、A4A4没有进行款式调查；只询问消费者想要什么，却没有询问他们想要为之付多少钱。忽略了中国消费者固有的三厢四门轿车的追求优美的曲线、气派的外形，较高的性价比2、新产品开发策划与概念设计由顾客需求驱动的新产品开发策划方法需求转换顾客需求获取渠道需求分解企业确定顾客需求调查问卷设计纸质问卷销售评价数据收集街头随机访谈结构化需求矩阵QFD转换模型新产品功能技发展战略需求调查统计学指标多媒体电子问卷互动媒体体验模型街头随机访谈概念产品体验测试电话/互联网调查阵非结构化需求矩阵心理隐喻联合分析转换模型能技术特性表新产品开发中的顾客需求获取和转换流程早期的产品结构配置二次转换顾客需求基于市场调查的二次顾客需求转换方法2、新产品开发策划与概念设计QFD顾客需求转换（一次转换）目标新产品功能技术特性表基于QFD方法的顾客结构化需求转换（一次转换）顾客需求产品功能技术指标描述功能配置及产品功能技术特性参数2、新产品开发策划与概念设计指标规格外形车身总体尺寸4600X1700X1480总体造型风格稳重圆润格栅镀铬前灯鹰眼晶钻组合车轮尾灯圆型放射状组合尾灯内饰内饰风格米黄色座椅配置细绒感安全带三点预紧式仪表盘银光，蓝色各操作手柄皮纹最大功率(Kw)50KW新产品概念方案生成（产品功能技术特性参数表）动力性能最大功率(Kw)50KW最高时速（Km/h）150从静止加速至100Km/h所需时间，s15秒最大爬坡度，%30初速为50Km/h时的紧急制动距离，m30米最小转弯半径，m8米噪声水平（dB）70dB污染排放量欧III最低下陷，前迎角、后过角100mm经济性能价格目标价格8-10万元油耗5L/百公里使用寿命8年顾客需求的结构化分解类功能需求1细分功能需求11细分功能需求12细分功能需求13类功能需求2产品族GBOM模块系列1节点模块11模块12模块13模块系列2节点顾客需求向产品族模块配置新产品型号模块12模块21依附件2模块31由产品族GBOM通过模块选择得到某型号产品配置新产品的初始配置2、新产品开发策划与概念设计基于产品族GBOM功能技术特性向新产品初始结构配置的转换（二次转换）类功能需求2细分功能需求21细分功能需求22细分功能需求23细分功能需求24类功能需求3细分功能需求31细分功能需求32细分功能需求33细分功能需求34类功能需求N细分功能需求N1模块系列2节点模块21模块22模块23依附件2模块系列3节点模块31模块32模块33依附件3模块系列N模块N1块配置的映射依附件3其它模块模块库和统一物料库按顾客需求从模块库和统一物料库中选用其它模块或零部件基于心理隐喻引出的非结构化顾客需求转换方法30%10%90%1顾客按自己心理感受组合元素顾客由可视化时尚元素联想到的产品指向潜在顾客心理隐喻非结构化需求的可视化元素组合抽象表达现实中的已有产品分类2、新产品开发策划与概念设计被调查的顾客群体70%30%ni2工业设计师根据顾客对时尚要素的可视化心理感受和产品指向，选择对应的时尚元素得出新产品外观设计元素几何构形、色彩搭配、表面质感等时尚元素组合的心理感受理隐喻进行新产品外观设计注：映射等级很强——有90%顾客认为某时尚元素组合可用于某类产品外观设计映射等级较强——有70%顾客认为某时尚元素组合可用于某类产品外观设计映射等级一般——有50%顾客认为某时尚元素组合可用于某类产品外观设计映射等级较低——有30%顾客认为某时尚元素组合可用于某类产品外观设计映射等级很低——有10%顾客认为某时尚元素组合可用于某类产品外观设计基于心理隐喻引出的非结构化顾客需求转换方法服饰用品类：丝绸黑色皮包最0.4710触感磨砂面光滑面平滑81%柔软77%稳重11%黑亮82%2、新产品开发策划与概念设计人物类：美女模特成功绅士…………场所环境类：草原蓝天白云……最具代表性图片评选质感0.39930.41570.4061边角长宽比磨砂面直形长型宽型弧形手机外形特征修长13%垂顺43%光亮32%简练24%硬朗17%厚实14%黑亮82%圆润74%受访者关于“质感”和手机外形技术特性的映射新产品开发策划中的结构化和非结构化特征表达非结构化需求表达——语义关联的造型元素可视化表达结构化需求表达——新产品功能技术特性表时尚豪华语义图片关联语义图片关联亲切舒适硬朗语义图片关联语义图片关联语义图片关联构建开放式语义—造型元素关联数据库概念创新驱动的新产品开发策划流程生活方式调查头脑风暴创新产品创新设计产品概念体验与测试用心理量表作深度访谈创新产品概念2、新产品开发策划与概念设计产品创新最终概念方案眼动仪脑电仪测试产品通过观察、视频记录被访者生活习惯，消费方式、购买欲望等行为特征，发现潜在消费需求。设计师、心理学家、行为学家、市场专家、营销专家、管理专家等共同分析调查资料，创新产品概念。设计师设计出概念新产品模型筛选典型目标客户进行新产品概念测试修改完善概念新产品目标新产品概念方案测试与评价测试对象及表达2D效果图33D模型图测试模型展现脑电仪室内测试多媒体问+心理量表2、新产品开发策划与概念设计3D场景动画实物照片虚拟现实互动媒体眼动仪车载式可移动现场测试体问卷+多媒体问卷+心理量表目标新产品概念方案测试与排序采用眼动仪进行概念方案测试眼动仪实物模型测试效果2、新产品开发策划与概念设计汽车产品造型主客观测试评价实验现场被试对四种车型美观评价的眼动仪测试现场被试对四种车型美观评价的脑电测试现场2、新产品开发策划与概念设计20位被试（男女各10位）对轿车造型评价的眼动仪测试结果通过眼动仪记录的观察数据与心理量表测试的结果进行对照，被测试的四款车型造型美观的心理量表排序与眼动仪热区分布是一致的。2、新产品开发策划与概念设计0246810121416人数相对最差相对较差相对较好相对最好评价等级被试对不同车型的评价的人数分布左上角车型右上角车型左下角车型右下角车型2、新产品开发策划与概念设计987654321-1-2-3-4-5-6-7-8[µV]200400600800100012001400[ms]FzGrandAverage87654321-1-2-3-4-5-6-7-8-9[µV]200400600800100012001400[ms]FzParentOther被试在看到“好车”和“差车”时的前0—600毫秒的含F电极的脑电波差异显著。109红色代表好车（脑电波强代表大脑兴奋）黑色代表差车脑电波差波分析新产品概念设计主要内容2、新产品开发策划与概念设计新车概念设计要求1、车型平台选择，在已有整车、发动机、底盘基础上进行改型开发；2、明确共用已有车型平台零部件的比例必须达到60%；3、可部分共用（要修改）的已有车型平台零部件的比例达到20%；4、需完全新开发的零部件数量控制在20%以内。2、新产品开发策划与概念设计5、初步选择参与协同开发的零部件供应商、合作伙伴，早期的供应链就此形成；6、技术来源确认：主要技术是自有？委托别人开发？购买知识产权？7、确定新产品开发模式：自主开发、联合开发或主要自主，部分外包方式；产品总布置，确定总体结构与控制尺寸2、新产品开发策划与概念设计汽车概念设计中的工业设计案例2、新产品开发策划与概念设计轻工日用品概念设计中的工业设计案例日用品的工业设计案例座椅的工业设计和使用环境仿真效果2、新产品开发策划与概念设计2、新产品开发策划与概念设计车身造型与油泥模型制作2、新产品开发策划与概念设计采用逆向工程技术重构产品三维模型2、新产品开发策划与概念设计(a)汽车仪表板的实物激光扫描(b)实物激光扫描后得到的点云数据(c)反求设计后的三维模型产品三维模型调整与优化设计2、新产品开发策划与概念设计日用品数字化工业设计案例2、新产品开发策划与概念设计34手机数字化工业设计案例2、新产品开发策划与概念设计日用品数字化工业设计案例2、新产品开发策划与概念设计人机工程学的设计内容人机一体化总体结构1）感知层面上的人机界面设计；2）控制层面的人机界面设计；3）执行层面的人机界面设计2、新产品开发策划与概念设计系统输出自动显示、报警系统人的感知系统机器感知系统人的思维控制系统机器的智能决策系统人的执行系统机器控制系统机器执行系统系统输入+感知层面控制层面执行层面反馈信息图2.12产品设计中的人机一体化系统总体结构自动化制造系统人机工程设计实例2、新产品开发策划与概念设计数控钻床CNC5000V200控制显示屏的操作界面数控车床的图形化操作界面实例新产品开发中的人机工程设计