我国汽车天窗业起步较晚，过去国内天窗一直依赖进口

我国汽车天窗业起步较晚，过去国内天窗一直依赖进口 第1章绪论 1(1引言 汽车天窗能够保证驾驶室的空气清新，增加采光度，为司乘人员提供一个舒适的空间,已经逐渐成为各个汽车厂家生产轿车的标准配置。轿车电动天窗是车身系统中最大的和最复杂的配套分总成，是集光、机、电一体化的高科技产品，其结构较复杂。一方面天窗玻璃需要在关闭状态时与车顶完全吻合，另一方面在打开时要实现斜升和平行移动。这些不同的工况都由电子控制系统经过驱动系统使其执行机构来实现。国外工业发达国家对轿车天窗的研发与生产已有五十余年历史，其产品亦是由低档逐渐向中、高档演变，由结构简单的手动式向功能齐全的自动、豪华型发展，以适应突飞猛进的轿车整车向节能、减排、轻量化及安全性、舒适性、人性化发展的需求。 在产品开发方面，天窗供应商始终与整车主机厂保持协同开发、同步开发，以适应整车对性能和装配技术的要求。特别是近20年来，随着计算机辅助设计技术和三维动态仿真等先进设计技术的成功应用，有力地促进了天窗供应商在产品开发方面普遍采用CAD、计算机虚拟装配和运动仿真、有限元模拟及多体系动力学分析等先进设计方法，从而达到了提高产品设计质量，缩短新产品研发周期和降低开发成本的综合效果。 十八大提出，发展实体经济，推动战略性新兴产业、先进制造业健康发展，加快传统产业转型升级。 汽车产业作为国民经济支柱产业之一，被誉为经济发展的 “火车头”，其间接拉动的行业有接近50个，汽车产业链从业人员占城镇就业总人口比例超过10%，汽车生产厂家对地方经济的带动作用不言而喻。 国内汽车天窗技术还接近空白，需要更多企业参与其中，争取更大的技术突破，打破国外垄断。一个企业要形成和提高自己的核心竞争力，必须有自己的核心技术，核心技术是核心竞争力的核心。因此企业要提高企业技术、调整产品结构，不断向市场推出新产品，不断提高产品的知识含量和科技含量，改进生产技术，降低成本，进而提高产品的市场竞争力和市场占有率，并适时开拓新的市场 领域。 此项目的建立对打破国外公司的技术封锁和市场垄断，提高国内汽车关键零部件产品的自主研发能力和国内轿车天窗企业的市场竞争能力，降低整车成本，提高其国产化速率，对我国此行业的开发有重要的推动作用。 1(2课题来源 项目来源于实际课题,为提高轿车零部件国产化率,并降低其生产成本,我们分院与江苏德福来汽车部件有限公司合作开发设计小型轿车的内藏式天窗，课题将使用逆向技术和参数化设计方法,并借助计算及辅助设计,旨在快速高效的完成实体建模和装配,并为实现汽车天窗的标准化和系列化打下基础。 1(3汽车天窗发展状况 汽车天窗起源于20世纪初,最早的雏形是敞篷型布顶汽车,德国伟巴斯特公司在1932年生产出了第一个供豪华汽车和公共汽车使用的折叠式的天窗,第一次将后加装天窗推向了舞台。汽车本身的空间相对狭小、密封性较强,所以,车内空气容易变得浑浊,尽管汽车本身都配备有通风系统,而且需要的时候还可以打开车窗让空气流通。可是,行车时尤其是快速行驶时,开侧窗通风不仅噪音大,且灰尘也多,因此,天窗这时候就能显示出其优越性了,安装有天窗的汽车在行进过程中开启天窗后,由于气流的流动原理,能够快速有效地使车厢内的空气和车外的新鲜空气进行交换,从而使车内的含氧量大幅度提高,无论是驾驶者还是乘客都不容易疲劳"另外,跟打开侧窗相比,开启天窗时,行驶中的噪音相对较小,也增加了行车的舒适性。 世界上汽车天窗著名的生产厂家有德国韦巴斯特、德国美驰、美国的ASC和荷兰皇家汽车天窗公司。中国现有原装天窗的汽车还不到汽车生产总数的1%,而中国国内生产汽车天窗的厂家少之又少,对天窗的研发设计对于我国汽车零部件市场的发展有开拓和推动作用。 出于成本及消费习惯的考虑,80%的原产车都没有安装天窗,大多数消费者都是购车后再安装以满足需求,在美国每年有数万辆家用轿车进行后安装天窗,在韩国也有万辆以上,而中国现有原装天窗的汽车还不到汽车生产总数量的1%。现在各个城市的私家车拥有量每年还在快速递增,但带天窗的轿车却少之又少,这给天窗市场提供了广阔的空间。 天窗发展时至今日,其类型也越来越丰富,按照操作方式一般分为手动旋转式、手动上推式、电子按键式;按照开启状态又分为外掀式和内藏式"外掀式的手动天窗多用于经济型轿车,而内藏式的电动天窗则多用于商务车、高档车。我们设计的天窗适合于经济性小型轿车,选用的是造价较低,造型较简单,性价比较高的内藏式天窗,这种类型的天窗不仅成本低,而且使用方便,可靠性稳定,具有很好的市场潜力,因此选择设计和开发内藏式天窗具有良好的市场前景,也使整车在汽车竞争白热化的今天占领了更大份额的市场。 1(4汽车天窗技术应用现状 1.4.1国内技术应用现状 我国汽车天窗业起步较晚，过去国内天窗一直依赖进口。现在，这一局面被打破，本土企业也开始有了一定市场。但本土企业底气并不足。目前汽车天窗不少关键技术还掌握在少数外资企业手中，自主核心技术几乎是空白。虽然一些国内企业自主研发的产品已经面世，但还存在一些技术难点待突破，如彻底解决漏水问题和提高电动天窗电动机技术水平等。因此，可以说国内汽车天窗产业仍处于发展初期。 目前国内生产汽车天窗的企业规模较小，核心技术缺乏。上游钢化玻璃等原材料行业对汽车天窗的影响较小，而下游汽车产业的需求对汽车天窗行业的影响较大。 1.4.2国际技术应用现状 从1936年取得第一个汽车天窗专利开始，如今伟巴斯特拥有60多项天窗专利，在汽车天窗领域的市场份额高达65%，已成为优质天窗的代名词。2002年伟巴斯特更与意大利著名的PININFARINA公司共同组建了合资企业，专业从事OASYS“沙漠绿洲”敞篷车顶系统的项目开发和合作。每年全球有四百多万辆车加装伟巴斯特的天窗。此外，伟巴斯特是获得国际ISO9001、TUV-ABE(德国)、UTAC(法国)、FMVSS(美国)等质量认证的生产企业，在汽车天窗的研发、生产和销售等诸多环节均处于世界领先地位。 目前，超大型全景天窗在东风日产天籁公爵系列得到应用。相比普通天窗，新一代天籁装备的超大型全景天窗具有前后排均可享受的，更大面积的透光。因其成本较高，而且在保证高透光性及豪华外观的同时，还要保持车体的高安全性， 因此，超大型全景天窗一般只在豪华轿车装备。 主要产品技术原理如下: (1)高透光防紫外线天窗技术原理:通过大面积使用高透光防紫外线玻璃，使车内透光面积比普通天窗提高43%，并且紫外线过滤达97%。 (2)双层构造天窗 技术原理:新一代天籁超大型全景天窗采用的双层构造新材料遮光板(Hdling表皮，内层材料)，完全遮光的同时保证了极佳的隔音性。 (3)高强度天窗框架技术原理:新一代天籁超大型全景天窗采用与车身结构浑然一体的高强度天窗框架，与新一代天籁普通天窗框架结构的抗冲击力相同。 1(5 CAD发展历程及UG CAD(ocmputerAdiedDesing)即计算机辅助设计,也就是使用计算机和信息技术来辅助工程师和设计师进行产品或工程的设计,是一门集计算机、图形学、工程分析、模拟仿真、数据库、网络等各项科学技术于一体的综合科学。 CAD正迅速发展成为广泛应用的高新技术,其迅速发展能牵动整个产业界向前发展。 1.5.1CAD技术发展状况及前景 纵观CAD技术的发展历史,它源于计算机图形学技术的发展,早在20世纪60年代初美国麻省理工学院的博士vIna.Stlt>lerLnad研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统SKETCHAPD,并且在第一篇题为/计算机辅助设计纲要的中提到:/设计师坐在CRT(显示屏)的控制台前用光笔操作,从概念设计到生产设计以至制造,都可以实现人机对话,设计人员可以随心所欲地对计算机显示的图形进行增、删、改，这里第一次提出了计算机辅助设计和制造的概念。但在20世纪60年代,由于计算机及图形设备价格昂贵,技术复杂,只有一些实力雄厚大公司,如波音飞机、通用汽车才能使用这一技术。 20世纪70、80年代CAD充实飞速发展时期"由于电子电路设计采用了CAD技术使集成电路技术得到很快发展"集成电路用于计算机,使计算机平台性大为提高,出现了大规模和超大规模集成电路(vLsl)同时图形软件和cAD支撑软件不断提高,图形设备,如光栅扫描显示器!图形输入板绘图仪相推出和完善"二维!三维 图形处理技术!真实感图形技术以及有限元分析,优化、模拟仿真动态景观!科学计算可视化等各方面都已进入实用阶段。包括CAD/cAM一体化的综合软件包,90年代出现了成熟的高度标准化、集成化的CAD系统,由于PC平台的性能越来越好,基于Windows和WnidowsNT平台物美价廉的系统相继出现,使CAD更上一个层次。 目前,各个国家都十分重视CAD技术的发展和应用,如美国的ATM计划、日本的IMS计划发展计划、欧洲共同体的ESPRIT计划、韩国的G7计划等都是围绕着以CAD先进制造技术为基础而展开的"我国是在/八五,,期间明确提出的,要在全国范围内实施CAD应用工程,并在863高科技发展计划中确立了以先进制造技术为内容的主体工程。同时,在全国建立CAD应用网络,同时也在各高等院校相关专业设置CAD技术功课,并对原有的工程制图、机械制图等课程进行改造,加强计算机绘图能力的培养"通过五年左右的应用示范, CAD技术已为机械、汽车、建筑、造船、家电、航空、电气、轻工、纺织等各个行业带来显著的社会效益和经济效益。 CAD技术现在已经渗透到产品设计、开发过程的各个阶段。汽车行业中,欧美几个大汽车公司改型换代需48个月,而日本只需30个月,这在很大程度上归功于日本先进的CAD/CAE/CAM技术,美国PTC公司的高级技术总监CharelsEFetner博士在98年初在上海的企业级首脑大会上,介绍了福特汽车公司运用技术信息改造产品开发流程的成功经验,他认为正确地选择企业信息管理系统工具和CAD/CAE/CAM工具,将直接影响产品质量、经营成本和产品研发以及产品上市周期。因此,CAD工具的选择有着极其重要的作用。 1.5.2UG软件的选择 目前,国内市场上主要的CAD/CAE产品有: (1)Aut0CAD是美国Autodesk为微机开发的一个交互式绘图软件,它基本上是一个二维工程绘图软件,具有较强的绘图、编辑、剖面线和图案绘制,也具有部分的三维作图造型功能,它是目前世界上应用最广的CAD软件,占整个世界个人微机的CAD/CAEC/AM市场的37%左右,是诸多微机CAD软件的佼佼者。 (2)Pro/ENGINEER该软件是美国Parametric公司于1988年开发的软件产品,它支持并行工作,它可通过一系列完全相关的模块表述产品的外形!装配即其 它功能。现有模块50个,具有较强的造型功能。 (3)I一DEAS是美国SCRC公司的软件产品,该软件集设计、绘图、测试、分析、制造、数据库、变量工程及数据交换于一体,在有限元分析和优化技术方面较有优势。 (4)Unigarphcis(简称Gu)软件起源于美国麦道飞机公司,六十年代起成为商业化软件,为众多美国公司所采用。UG于1991年并入EDs公司 (EDs一Eleocrtni Date systems)即电子资讯系统有限公司,是全球最大的信息技术服务(TI)公司，成立于1962年,总部设在美国德克萨斯州的达拉斯,多年来,UG软件汇集了美国工业的心脏与灵魂)航空航天与汽车工业的专业经验,发展成为世界一流的集成化机械CAD/CAE/cAM软件,并被多家美国和世界著名公司选定为企业计算机辅助设计、分析和制造的标准。 Unigrpahics在最激烈的产品开发竞争中取得胜利,在cAD行业中,uG的特征和功能在相比之下,有许多独到之处,例如:unigrpahies可提供一个功能强大的编程框架,使客户和软件供应商能够开发与UG很好集成和完全相关的应用程序,在业界,最紧密地cAD/cAMC/AE与PDM集成。由于UG突出的曲面重建和参数化设计功能,以及在生产实践中应用越来越广泛,我们采用UGNX6.0版本进行汽车天窗的设计和开发. 1(6课题研究内容 本课题对于汽车天窗的36个部件进行结构设计和三维造型,在天窗轮廓件的设计中采用逆向工程技术,天窗的轮廓曲面件天窗玻璃设计采用逆向工程技术,以伟巴斯特天窗玻璃为测试原参考件,除大型轮廓件外的其他部件根据其功能采用二维设计和三维造型相结合,最后对天窗的部件进行参数化设计和改进,建立标准件库,实现天窗的系列化。 项目的研究目标旨在采用现代设计方法，包括三维建模、虚拟样机构建等，解决轿车天窗产品开发中的关键技术难题，研发天窗产品的现代设计流程，为国内系列开发各类轿车天窗产品提供技术支撑。 项目研究的主要内容: 分析内藏天窗的基本结构和工作原理; 采用测量仪对天窗玻璃、扰流板、排水槽等正向设计方法难以实现的典型零 部件进行测量，利用软件进行分析、处理及重构，进而，形成上述各典型零部件的三维模型; 对逆向设计以外的零部件采用软件进行正向设计，改进现有结构，建立天窗总成模型库和通用零件库; 利用该软件中的装配模块进行装配，从而创建轿车电动天窗的整体三维数字模型。 1(6课题研究的目的和意义 作为机械、电子、材料等多种学科发展的重要成果,汽车早己经成为人类现代生活中不可缺少的重要的组成部分,多年来,汽车产品制造业一直在迅速发展,当前全球范围内的经济一体化的趋势又加速了这一发展速度,而传统的手工设计和制造方式早已满足不了生产发展的需要,CAD/CAM技术的发展正适应了这种客观实际的要求CAD/CAM技术可以显著提高汽车产品的设计制造效率,提高设计制造质量,减少产品修改时间,从而大大缩短从产品设计、产品试制、试验到产品生产的整个周期。 在我国加入WTO后,国内汽车工业面临着很大的冲击,同时也给汽车发展提供了很好的机遇。所以我国今后汽车工业的发展重点将逐步转向主要是独立自主的汽车和汽车零部件的开发。随着国内汽车厂家越来越看重市场需求,许多中档 轿车甚至经济型家用轿车也纷纷将天窗作为标准配置,在保证安全的前提下,它成为越来越多车主能够享受的便利设备。汽车天窗改变了传统的换气形式,风吹进来变为空气抽出去。汽车高速行驶时,空气分别从车的四周快速流过,在打开的天窗外面形成负压区,将车内污浊的空气抽出,达到换气的目的。使用天窗除雾更快捷，夏秋两季雨水勤、湿度大、车内外温差大,前挡风玻璃容易形成雾气。打开车顶天窗至后翘通风位置,可以轻易消除前挡风玻璃的雾气,保证行车安全"使用天窗换气,既不必担心车外恶劣脏污的环境,也不必担心雨水被吹进车内。使用天窗还有节能的功效,在太阳下曝晒1个小时,车内的温度就可以轻易达到70度，打开天窗,利用负压抽出燥热的空气换气降温,比使用汽车空调降温的速度快2一3倍。 国外的天窗生产已形成一定规模,而国内专门生产天窗的厂家少之又少,据统计,按照每个天窗投资成本3000一5000计算,一年会产生3000一5000万元的市场份额,因此利用UG对天窗进行设计对于开拓我国汽车零部件生产市场有着重要的意义。 汽车天窗能够保证驾驶室的空气清新，增加采光度，为司乘人员提供一个舒适的空间,已经逐渐成为各个汽车厂家生产轿车的标准配置。轿车电动天窗作为最大的车身附件，是集光、机、电一体化的高科技产品，其结构较复杂。一方面天窗玻璃需要在关闭状态时与车顶完全吻合，另一方面在打开时要实现斜升和平行移动。这些不同的工况都由电子控制系统经过驱动系统使其执行机构来实现。 为了打破国外公司的技术封锁和市场垄断，提高国内汽车关键零部件产品的自主研发能力和国内轿车天窗企业的市场竞争力，就必须走跨越式发展之路，采用现代设计方法构建轿车天窗自主开发平台。在产品开发方面，随着计算机辅助设计技术和三维动态仿真等先进设计技术的成功应用，有力地促进了天窗供应商在产品开发方面普遍采用CAD、计算机虚拟装配和运动仿真、有限元模拟分析及多体系动力学分析等先进设计方法，从而达到了提高产品设计质量，缩短新产品研发周期和降低开发成本的综合效果。 在现有的技术基础上,选择有利的运行机制,尽快开发出系列化,标准化的汽车部件,对我国汽车工业发展有着重要的借鉴意义。