系统工程的思想在汽车设计中的应用_汽车设计思想汇总
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系统工程的思想在汽车设计中的应用
系统工程是以大系统为研究对象的工程技术, 它涉及到“系统”与“工程”两个方面。系统工程中的“系统”是指由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。系统工程中的“工程”, 既包括“硬件”的设计与制造,也包括与设计和制造“硬件”紧密相联的“软件”,譬如预测、规划、计划、分析、决策、评价等社会经济活动过程, 因此“系统”与“工程”的有机结合就构成了系统工程。
系统工程在解决大系统的计划、研究设计以及制造与运用工程问题时, 不仅运用到自然科学和技术科学, 还要涉及到社会学、经济学等方面的知识, 它是按系统科学的思想, 运用信息论、控制论和大系统理论、运筹学等理论, 以信息技术为工具, 用现代工程的方法去解决和管理系统的技术。
系统工程的目标是给科学管理提供尽可能多的信息, 用以指导和控制整个发展计划, 从而实现系统的整体优化。系统工程能够根据当今的工程实际, 预见将来的需要, 并能够始终有效地、有机地使用新思想、新原理、新方法和新装备。保证以最有效的方式, 完成系统工程的每个环节。
综上所述, 系统工程是一门立足整体, 统筹全局, 使局部与整体之间的关系协调配合, 运用数学和计算机作为工具, 将分析和综合有机地结合, 使系统达到整体综合最优化的方法性学科。
汽车的设计需要力学知识(包括空气动力学)、数学知识, 并考虑材料的选择、供应等等;汽车发动机的设计中, 需要用到发动机原理、燃烧学、流体力学等方面的知识, 而且还涉及到发动机的结构、材料、使用寿命和污染问题等。汽车界面设计的人机理论
人机工程学在对人的特性进行详细研究的基础上设定了一系列的设计准则, 用来指导机器产品的设计, 主要是人与机器之间的界面设计。其中与汽车设计相关的方面主要有:
基于人体感官的界面设计
例如, 人的视觉有视角、视野、可视光波长范围、颜色分辨力、视觉灵敏度、定位错觉、运动错觉、视觉疲劳等特性, 汽车的挡风玻璃、仪表板和仪表的设计就要充分考虑这些特性, 使驾驶员能够得到足够的视区, 能够迅速辨认各种信号, 减少失误和视觉疲劳。交通标志的设计也应该采用大多数人能明辩的颜色和不易产生错觉的形状。
基于人体形态的界面设计
随生长地区、人种、年龄和性别的不同, 人们具有不同的身材与体形, 为不同地区和群体设计的汽车就要参考特定对象的人体参数。在现代社会条件下, 以一种产品规格想占有不同地区的市场是很难的。人在生活和劳动中又具有各种不同的形态, 人体在不同的姿态下工作, 全身的骨头和关节处于不同的相对位置, 全身的肌肉处于不同的紧张状态, 心脏负担不同, 疲劳程度也不同。基于力特性的界面设计
人体在不同的姿态下, 用力的疲劳程度不同, 操纵机器所需的力量应该选择在对应姿态下不易引起疲劳的力度范围内。例如转向助力器就是为了减轻操纵力而设计的。人体在不同的姿态下最大拉力、最大推力也不相同, 例如, 人在坐姿状态下其下肢的蹬力在过臀部水平线下方20°角左右方向上较大, 操纵性也较好, 所以制动踏板就安装在这个位置上。
基于人脑特性的界面设计
人脑对事物的认识和反应有其自己的特点, 体现在人的行为和对外界的反应中。人喜欢用直觉处理事情, 不善于烦琐过程和精确的计算。对于协助人脑进行工作的计算机, 如何进行人机界面的设计一直是热门的论题。无论是从低级语言到高级语言, 再到面向对象、面向任务的编程方式的发展, 还是图形终端、鼠标定位、窗口系统、多媒体、可视化、虚拟现实等方面的进展, 都体现了这个主题。近年来, 人工智能已经在汽车上得以应用, 车载电脑可以协助驾驶员确认道路、变换挡位、避免碰撞, 等等。在东京国际汽车展览会上展出的丰田POD概念车, 还能记录驾驶员的生活和驾车习惯, 以便向驾驶员提供更加贴心的服务。
汽车车身设计的人机工程理论
随着科学技术的发展, 人机工程学在产品设计中越来越受到重视。汽车车身设计主要包括车身造型设计、结构设计、颜色设计等。车辆在被人体接触之前, 首先给予人的是视觉冲击, 好的车身设计能在人们的一瞥中获得人们的认同。因此, 一种车型的成功是从车身设计的成功开始的。根据人体工程学设计的车身能营造舒适、安全的驾乘环境, 有效地降低交通事故的发生。
汽车驾驶室设计
是人机系统设计的重要内容之一。驾驶室内的座椅、转向盘、操纵机构、显示器及驾驶空间等各相关尺寸的设计,都是由人体尺寸、操作姿势或操纵舒适程度来确定的。但是, 相关尺寸非常复杂, 人与“机”的相对位置要求十分严格, 在设计中, 可采用人体模板来校核有关驾驶空间尺寸、转向盘等操纵机构的位置、显示仪表的布置等, 是否符合人体尺寸和舒适驾驶姿势的要求。
汽车座椅的设计
汽车中的座椅是影响驾驶和乘坐舒适程度的重要设施, 而驾驶员的座椅更为重要。舒适而操作方便的驾驶座椅, 可以减小驾驶员的疲劳程度,降低交通事故的发生率。驾驶座椅的靠背与座面的夹角及座面与水平面的夹角是影响驾驶员驾驶作业的关键。驾驶员在行驶中的视线垂直于视觉目标, 观察效果最好。如果靠背倾角太大, 就不得不使颈部向前弯曲, 这样会造成颈部的疲劳。通常, 驾驶员在驾驶作业中, 上身近于直立而稍向后倾, 保持胸部挺起, 两肩微垂, 肌肉放松, 有利于操纵转向盘。
汽车座椅设计中, 考虑到不同体形驾驶员驾驶作业的需要, 一般设计成可调活动式, 即座椅前后位置可以调节, 靠背角度也可以调节。在小型车辆设计实践中, 甚至采用了转向盘全方位可调。
车身颜色的选择
提起汽车的颜色, 人们自然会想到五彩缤纷的色彩。这些色彩不仅美化了汽车, 而且与交通安全密切相关。色彩是一种无声的语言, 不同的色彩对人的生理和心理产生不同影响。不同色彩的组合还可以调节人的感情, 色彩能引起人们视觉上的远近差异。一般来说, 浅色调使物体显得较大, 向前突出, 增加亲近感;相反, 深色调使物体显得较小, 向后退缩, 增加距离感。研究表明, 在雾天、雨天或每天早、晚时分, 黄色汽车和浅绿色汽车最容易被人发现, 发现黄色汽车或浅绿色汽车的距离比发现深色汽车要远3倍左右。因此, 浅淡且鲜艳的汽车颜色不仅使汽车外形轮廓看上去更大,使汽车有较好的可视性, 而且可使汽车驾驶员精神兴奋、精力集中,因此有利于安全行驶。
汽车设计与环境因素
任何车辆寿命期内的贮存、运输和使用状态均会受到各种气候、力学和电磁
环境的或单独、或组合、或综合的作用, 这些作用必然会使车辆的材料和结构受到腐蚀或破坏, 车辆性能逐渐劣化, 功能逐渐减退甚至失常, 从而影响车辆的行驶安全。汽车在设计过程也应充分考虑到其环境的适应性, 确保其技术性能的正常发挥。
当今社会已进入一个信息化的时代, 大量信息存在于系统之中, 通过对信息的处理, 以实现最佳选择。随着计算机和通信卫星技术以及系统科学、运筹学、现代控制理论、信息论等的综合发展,使系统工程也得到了飞速发展, 系统工程的科学方法在汽车工程中的应用也将会更为广泛。
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