数字化技术在摩托车产品开发中的应用研究

数字化技术在摩托车产品开发中的应用研究

刘克斌

422431196911145432宗申·比亚乔佛山摩托车企业有限公司广东省佛山市              528000

摘要：摩托车作为我国居民出行的重要工具，随着摩托车生产制造行业与数字化技术的深层融合发展，在摩托车产品开发过程中，数字化技术的应用也变得越发普遍。基于此，文章针对数字化技术在摩托车产品开发中的实际应用进行研究。在简单分析摩托车产品开发特征及其技术方法的前提下，结合国内外摩托车制造业产品开发过程中数字化技术应用的实际状况，分别针对C3P技术、虚拟样机技术，逆向工程技术以及计算机辅助工业设计技术在摩托车产品开发中的具体应用进行分析。

关键词：数字化技术；摩托车；产品开发；应用

在我国经济社会持续发展的过程中，制造业始终占据着市场地位，制造业信息化也是目前我国经济信息化发展的重要组成部分。随着国内数字化技术的持续发展，在现代制造业转型发展的过程中，已经产生了诸如虚拟设计、系统设计等全新的设计方法，产品开发和设计必然会逐渐向着数字化、智能化以及集成化的方向发展。摩托车作为我国居民出行的主要工具，我国已经成为世界范围内规模最大的摩托车生产国，在传统社会背景下，摩托车产品的开发是以原车型为基础，针对相关的特征进行修改，开发模式和开发能力都存在明显的缺陷。在当今社会居民对摩托车提出个性化、人性化等要求的前提下，数字化技术作为一种全新的方法，用于该行业的生产制造过程中，可以推动摩托车生产制造行业的数字化、智能化发展。故此，本文通过研究、分析摩托车产品开发中数字化技术的实际应用，为国内摩托车产品开发的智能化、信息化发展提供参考。

1、摩托车产品开发及其技术手段分析

摩托车的组成部分大致可以分为行走、动力、传动、悬挂、转向、支架、车身等多个组成系统。在摩托车产品开发制造的过程中，设计人员必须要对各个系统的匹配程度进行调整，方能够打造出一款成功的车型，保障摩托车自身的动力能够达到最佳状态，并且以最低的能耗为驾驶者带来更加良好的体验。在摩托车产品开发、设计的过程中，车架和动力系统的匹配程度是其中的核心内容，以此为基础可以催生出多种摩托车车型、外观[1]。在摩托车产品开发过程中，企业是否能够掌握有关车架和发动机方面的技术，意味着该企业是否可以在核心技术方面拥有自主研发和创新的实力。

在当下的摩托车产品开发过程中，相关企业可以针对不同的组成系统进行设计和匹配，这种方法能够使用全新的科技，彻底摆脱原有车型的束缚，并且摩托车的性能水平也能够得到有效提高，但需要较长的时间进行产品的设计以及实验，并投入较多的人力、物力和财力资源。目前最为常用的开发方法则是以多数系统不变作为基础，主要是针对摩托车自身的单一或者是某几个系统进行开发和设计，通常的做法便是针对外观设计进行改造处理，这种开发方法可以在已经发展成熟的车型上进行局部的创新，人力、物力资源投入较小，风险水平较低，不需要投入较多的开发时间[2]。实际上，这两种开发方式在摩托车产品研发中保持一种相辅相成的关系，在全新开发的摩托车型完全定型之后，可以通过外观上的改进，持续丰富摩托车产品的内容，以此满足不同消费者的需求。因为我国的摩托车核心发动技术掌握不够全面，故此都是以成熟的车型为基础进行外观改造，也是当下我国摩托车产品开发设计的主要方式。

2、摩托车制造业数字化技术应用发展分析

制造业始终是各个国家经济社会发展的重要产业，且在各国推动信息化转型发展的过程中，制造业信息化也成为其中的重要内容，能够帮助企业全面提高自身的市场竞争能力以及技术创新能力。随着我国改革开放政策的深入实施，摩托车行业也保持一种快速稳定的发展状态，现如今，我国境内的摩托车产量正在不断提高，并且成为世界范围内最大的摩托车生产国。在我国提出可持续发展理念的影响下，我国境内的摩托车产品设计逐渐向着节能、环保以及舒适方向发展，而数字化技术的应用已经成为摩托车行业现代化发展的基础条件[3]。相关人员完全可以将虚拟产品模型作为核心，综合利用网络环境、计算机软硬件进行摩托车产品的数字化设计以及调整，在压缩开发周期的同时，使得产品能够以最快的速度进行更新换代，也是我国从之前纯粹的摩托车生产制造大国逐渐转变为制造强国的有效方法。

以目前我国制造业的发展看来，摩托车行业所使用的设计技术以及工具产生了明显的变化，之前的技术单一应用逐渐向着协同化方向发展，目前我国摩托车全新开发的模式是以几十年来的技术积累和人才培养为基础，使用各种现代化的设计手段以及方法最终形成具备自主知识产权的全新产品。同时，国内企业也可以与国外的先进企业合资，在引进全新技术的同时，保障摩托车全新产品的开发能力能够不断提高。实际上，无论企业选择使用哪种摩托车产品的开发方式。都需要将技术创新在产品的全生命周期中贯穿使用。现如今，我国摩托车产品开发过程中所使用的数字设计技术是将目前现代制造业所使用的计算机辅助设计技术、计算机辅助分析、计算机辅助指导等多种技术集成应用，带有明显的多元性以及综合性特征。

以目前我国摩托车行业的发展看来，如果摩托车生产企业选择以产品出口为主，在开发过程中依旧是以实物样车的仿制模式作为主要开发方法，换言之，是将已有的摩托车样品作为基础，针对标志性特征进行增删处理，并且能够将其中的二维图形作为基础开展相应的技术交流工作。即便部分企业在产品开发过程中选择利用计算机辅助技术进行二维绘图，但实际上只是利用计算机对于二维图纸进行展示，无法针对产品生产提供指导。虽然能够有效地压缩用于图像设计和修改的时间，但依旧需要以实物的摩托车进行产品开发。目前我国部分摩托车生产企业在产品开发设计的过程中，选择使用三维建模技术建立全新的数字化模型，以此为基础进行数字化分析和加工，但其中的分析方法存在明显的单一化发展倾向，并且尚未积累充足的临界数据设置经验，也会影响到摩托车产品开发设计的效率以及质量。

3、摩托车产品开发中数字化技术的应用分析

3.1C3P技术

该技术是将CAD、CAE、CAM、PDM四项技术集成产生的综合性开发设计技术成果。该技术的应用意味着在摩托车产品开发的过程中能够提供较为完善的软硬件环境，并且始终是以网络、数据库、服务器、高性能工作站等作为基础条件，能够为产品的设计开发全过程提供相应的支持，以此为基础形成完善的产品研发平台[4]。设计人员可以针对相关资源信息以及模型数据统一进行管理，最终形成以网络作为基础的产品协同开发环境。同时，开发设计人员也可以基于这一现实的网络环境综合使用相关专业技术及技术成果，建立三维摩托车数字化模型，并将并行工程的设计流程引入其中，借此对摩托车产品的设计、分析、装配等各个环节全方位进行模拟，可以在有效压缩产品开发周期的同时，全面提高产品的生产质量，并且产品的生产成本也能够得到有效管控。

从当下摩托车产品的开发设计工作发展看来，CAD、CAE两项技术的应用效果较为良好，但CAE技术却并未得到有效普及。在传统社会影响下。设计人员在摩托车产品开发设计过程中，有关结构件的设计工作选择使用统计、类比这类方法，尚未对摩托车结构进行全方位进行分析，而这也成为我国摩托车产品高端化发展的主要阻碍因素，CAE技术的推广应用则能够有效解决这个问题。

在摩托车行驶的过程中，因为路面始终不够平整，导致发动机始终处于动态受力过程，会产生较大数值的动应力，如果发动机长时间接受这种动应力的影响，很有可能会出现疲劳损坏的问题，最为明显的外在现象就是摩托车的振动明显增强，对驾驶员的驾驶舒适感会产生明显的影响。故此，设计人员在摩托车产品开发过程中不仅要进行静态分析，而且也需要对其实时状况进行考量，以此为基础开展动态分析工作。考虑到摩托车自身的空间结构形式和受力状态较为复杂，摩托车车架在分析工作中始终是其中的重点和难点内容，目前设计人员都是以实验分析作为摩托车整车和零部件的研究方法，尚未进行有限元分析。

就CAE技术而言，其中的有限元分析法应用最为普遍，能够在进行结果的离散化处理时，对边界条件和连接条件进行考虑，借此针对复杂结构下的具体响应进行分析。如果设计人员建立的模型十分合理，则能够得到较为精准的结果。但实际上，这些结构较为复杂的物理参数并非十分清晰，且部分因素带有明显的动态性变化特征，又以系统阻尼和部件的连接刚度等为主，正因如此，建立一个符合实际状况的力学模型，难度相对较高，必须要通过实验分析不断进行修改。

在进行摩托车有限元分析时，需要相关人员优先建立对应的有限元模型，这种模型能够对结构的实际力学特征进行全面模拟，能够摆脱之前过分关注形状细节的限制。在此之后，也能够对摩托车的整车和车架之类零部件的动态特性全方位进行分析，并针对不同阶段的固有频率和振型进行研究，在对比既定频率的基础上对设计工作进行调整和优化，避免在行驶过程中出现共振现象。在摩托车产品的有限元模型经过验证之后，设计人员可以通过输入各种静荷载数值对摩托车的静应力数值进行精准计算，并优化其中结构的薄弱环节。在有限元分析过程中，为了客观反映摩托车行驶过程中的荷载影响，一般都会使用动载系数和静态荷载的乘积组为动态荷载。在分析摩托车车架、轮毂、前后轮轴这类零部件静态强度分析的基础上，设计人员能够针对设计的合理与否初步进行验证。

3.2虚拟样机技术

在摩托车产品开发设计的过程中，虚拟样机技术是将计算机方程和虚拟技术融合应用，并以此为基础建立的摩托车虚拟化产品模型，并且这个虚拟模型具备物理样机的功能，能够在模型中开展实验仿真以及分析工作，帮助设计人员针对影响摩托车产品结构功能的相关因素全方位进行调整和优化。虚拟样机技术用于摩托车产品的开发工作，能够帮助相关人员对于多种方案全方位进行对比，最终选择最佳的设计方案，有效降低实验次数以及物理样机的制造数量，产品的研发周期以及费用能够得到有效压缩，一般都会利用CAD、ADAMS两个软件相互配合进行仿真分析[5]。

在利用虚拟样机技术进行摩托车产品开发设计时，需要设计人员以CAD系统为基础建立相应的整车三维虚拟装配模型，并将人体模型加入其中。随后，需要建立相应的运动学模型，并将各种约束条件添加到摩托车的各零部件上，在建立对应的动力学模型的基础上将零部件质量的惯性特性、弹性阻尼组件的弹性等相关信息加入其中，以此为基础便可以开展加速特性、智能特性等多方面的分析工作，并通过前后悬架系统的匹配参数对比，对于设计方案进行调整和优化。

设计人员也可以利用CAD系统建立与活塞、曲轴、连杆、飞轮等在内的曲轴连杆系统模型，并对运输和动力源给出定义，以此为基础能够针对发动机各个构件在运动中彼此之间的作用力进行计算和分析。

3.3逆向工程技术

逆向工程技术在应用的过程中，能够针对先进技术的分析方法以及应用技术的组合进行消化、吸收以及提高。由此不难发现，逆向工程实际上是技术学习和掌握的一种方法，意味着摩托车产品的研发周期能够进一步拓展，生产率明显提高。

设计人员在利用逆向工程技术进行摩托车产品开发设计时，零件自身具备的几何特性和技术都会在原型中体现，并且设计人员可以对这一原型进行数字化处理，形成相应的CAD模型。由此可以看出，该技术是一个针对零件原型设计思想进行推理的完整过程，逆向工程与传统的车型仿制技术相比，设计人员可以经过再创造、再设计形成全新的摩托车产品，而这也是在新产品设计中逆向工程技术应用最为重要的意义。经过较长时间的发展，目前摩托车行业中的控制技术以及常规设计技术占比正在不断提高，如此一来，企业是否能够将已有的知识体系全方位进行利用，对于压缩全新产品的开发周期、降低生产成本等方面都有着十分重要的作用。考虑到当今社会公众对摩托车美观性、功能等方面都提出了个性化需求，设计人员通常都会使用各种自由曲面进行表示设计风格，在进行概念设计时，需要建立比例真实的实物模型，并就摩托车产品的美学效果全方位进行评估，正因如此，设计人员必须要利用逆向工程进行实物和CAD模型之间的有效转换。

设计人员在利用逆向工程技术进行摩托车产品开发设计时，需要针对产品实物样品表面利用数字化技术进行处理，同时需要选择相关的软件完成实物CAD模型构造工作，这种软件带有明显的逆向三维造型设计功能。设计人员也能够综合使用相关系统进行摩托车产品的分析、再设计、数控编程等多个环节，这种开发模式也就是有关摩托车产品开发设计的逆向工程，其中的关键技术便是建立各种快速测量体系和曲面重建技术。

3.4计算机辅助工业设计技术

在摩托车新产品开发设计过程中，其外观造型设置也是其中的重要内容，传统的造型设计方法有着造型灵活的优势，并且能够有效地实现各种设计创意，但实际上，模型仍旧是以手工制作方法，对于相关人员的专业水平要求较高，甚至也无法正确地表达设计意图，模型无法实现左右精准对称。同时，传统模型的制作需要耗费较长的时间，无法进行多种方案的对比。为了解决这些问题，可以将计算机辅助工业设计技术在摩托车产品开发中的应用。

3.5计算机辅助工业设计技术

计算机辅助工业设计技术始终是以知识作为核心，能够进行色彩、形态和拟人性等多方面的综合设计工作，将设计人员自身的创造理念、审美能力有效结合，借此针对摩托车产品进行创新。计算机辅助工业设计技术更加关注自由化曲面的建立和操控，能够在产品开发设计过程中提供较为丰富的材质、纹理等表现工具。设计人员可以选择使用软件生成摩托车产品的高质量曲面模型，保障整车轮廓线特征性始终保持连续和一致，并且多种设计方案能够同时进行对比，并上传到对应的系统中开展二次设计工作[6]。但实际上，因为三维模型直接建立后的显示影像和真实环境相比依旧存在一定的差距，无法针对产品质感和空间感进行把控，要求设计人员在利用计算机辅助工业设计技术进行三维造型设计之后，必须要通过高速铣床进行代木模型的加工，并对造型设计进行验证和修改。

总结

在我国制造业数字化、信息化的转型发展中，摩托车制造业作为其中的重要组成内容，产品开发设计中的数字化技术应用变得普遍，以C3P技术、逆向工程技术、计算机辅助工业设计技术等为主，并且已经展现出在模型直观性以及方案对比性等多方面的优势。随着我国现代科学技术的持续发展，用于摩托车产品开发制造的数字化技术类型也会变得越发多样，可以由相关人员根据产品的实际需求选择相应的数字化技术，全面提高产品的开发设计质量以及效率。

参考文献

[1]袁清珂,谢显飞.数字化设计技术在摩托车行业的应用研究[J].机械设计与制造,2015,(06):198-200+205.

[2]洪志聪.浅谈摩托车工业设计中的数字化辅助[J].科技风,2015,(08):41.

[3]丁瑶.基于PDM摩托车数字化设计平台的研究及应用[D].广东工业大学,2012.

[4]杨波,张毅.摩托车数字化设计与开发技术探析[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2009,11(03):87-90.

[5]杨波.摩托车数字化设计与开发技术[J].重庆工学院学报(自然科学版),2008,(04):18-22.

[6]新型汽车摩托车车身模具的等离子数字化熔射快速制造技术与设备.湖北省,华中科技大学,2007-01-01.