計算機輔助造型設(shè)計在汽車設(shè)計中的作用

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1.CAS及A面簡介

CAD(ComputerAidedDesign)是與設(shè)計相關(guān)的領(lǐng)域中大家都熟知的一個概念，泛指計算機幫助設(shè)計，它包括在建筑、工程、工業(yè)設(shè)計等多個領(lǐng)域中計算機幫助設(shè)計的工作。

CAID(ComputerAidedIndustrialDesign)是一個比較新奇的概念，主要是指工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的計算機幫助設(shè)計，著重指造型設(shè)計領(lǐng)域。由于CAID的介入，使得設(shè)計領(lǐng)域在設(shè)計方法、設(shè)計流程、設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計效率等方面得到大幅度的進(jìn)步和改善。

CAS(ComputerAidedStyling)，計算機幫助汽車造型設(shè)計，是特指汽車造型計算機幫助設(shè)計，具有汽車設(shè)計數(shù)字化的特點和汽車行業(yè)的非常標(biāo)準(zhǔn)。汽車設(shè)計有美學(xué)上的要求，盼望是新奇的、有創(chuàng)意的、讓人眼前一亮的，但同時材料的屬性、工程設(shè)計、法律法規(guī)、加工制造的需求又會對汽車造型有很強的限定，還要考慮到汽車是個高速行駛的產(chǎn)品，要以空氣動力學(xué)的各項參數(shù)作為基礎(chǔ)，能夠在行駛速度、平穩(wěn)性、耗油量等找到最好的平衡點。以上的這些需求都要以高品質(zhì)的曲面為基礎(chǔ)去解決，CAS是兼顧了工程、制造、法律法規(guī)后對汽車設(shè)計創(chuàng)意的在計算機中的表達(dá)，具有的高品質(zhì)曲面是和其他一般CAD產(chǎn)品的區(qū)分。

A面——是在汽車造型設(shè)計領(lǐng)域中更為專業(yè)的概念，它特指在CAS后，確定了設(shè)計方案，依據(jù)全比例油泥模型逆向建模而成的數(shù)字模型。在數(shù)字模型的后期階段，著重解決遺留的工程環(huán)節(jié)問題(如協(xié)作、分縫線位置、質(zhì)保問題、制造問題等)以及優(yōu)化曲面質(zhì)量，使汽車造型曲面達(dá)到甚至超過制造要求。

2.CAS在現(xiàn)代汽車設(shè)計流程中發(fā)揮的作用

汽車開發(fā)流程是一個繁復(fù)的過程，這里僅從汽車造型設(shè)計的角度來闡述。

汽車傳統(tǒng)開發(fā)流程：車型定位——市場調(diào)查定位目標(biāo)客戶群喜好——初期草圖繪制——效果圖繪制——效果圖篩選——膠帶圖——小比例模型制作——反復(fù)調(diào)整——全比例模型以及反復(fù)調(diào)整制作——特征截面圖——總布置詳圖等等。

由于當(dāng)時計算機的應(yīng)用尚未普及，所以設(shè)計人員要通過幾輪的實物模型進(jìn)行形態(tài)的制造、分析、推敲和判斷，而實物模型的制造周期比較長，耗費的人力物力財力比較大，汽車開發(fā)過程長，費用高，在市場對于開發(fā)新車型的速度需求提高以后，傳統(tǒng)的開發(fā)流程無異已經(jīng)不能滿意要求了，計算機幫助造型設(shè)計便成為時代所需。

在計算機應(yīng)用加入以后，目前國內(nèi)的汽車造型設(shè)計的流程是：

車型定位——市場調(diào)查定位目標(biāo)客戶群喜好——初期草圖繪制——效果圖繪制——效果圖篩選——數(shù)字化建模篩選出的方案及小比例油泥模型制作——數(shù)字化模型渲染，展示，評審，確定目標(biāo)方案——方案進(jìn)一步細(xì)化，數(shù)字模型更新，制作1：1的油泥模型——逆向凍結(jié)的全比例模型，進(jìn)入后期A面數(shù)字模型階段，進(jìn)行工程、制造協(xié)作，建造滿意生產(chǎn)和市場質(zhì)保要求的高質(zhì)量曲面。

在傳統(tǒng)汽車開發(fā)流程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計的驗證也需要通過實物模型，包括法律法規(guī)的驗證，結(jié)構(gòu)剛度的驗證，所以除了外飾件以外，內(nèi)飾各個零件，發(fā)動機艙和地板等諸多零件也都需要制作實物模型。在現(xiàn)代的汽車開發(fā)流程中，有CAS的加入，省去了大量實物模型所要花費的時間和精力，許多結(jié)構(gòu)設(shè)計的驗證在有了數(shù)字模型以后可以通過CAE在計算機中先行分析，再進(jìn)行試驗，節(jié)約了成本。

由于數(shù)字模型的加入，降低了實物模型的重要性(但實物模型仍是汽車開發(fā)中不可缺少的部分)，用數(shù)字模型和實物模型相互印證的方式進(jìn)行開發(fā)，提高了設(shè)計研發(fā)的質(zhì)量，增加研發(fā)的敏捷性，減削研發(fā)成本支出，降低勞動強度和減削人工數(shù)量，縮短研發(fā)時間，提早了新車上市時間和回收投入成本，對于汽車技術(shù)的提升起到了重要的作用。

3.CAS與汽車造型設(shè)計的關(guān)系

在上一章節(jié)的設(shè)計開發(fā)流程中可以看出CAS是用數(shù)字模型對設(shè)計的創(chuàng)意表達(dá)。在項目立項以后，市場部依據(jù)此車型的目標(biāo)客戶群會給出市場定位。設(shè)計師依據(jù)市場定位如高雅、運動、時尚等以及市場主要競爭車型確定設(shè)計方向，進(jìn)行初期草圖繪制，以及進(jìn)一步效果圖的制作。

數(shù)字設(shè)計師依據(jù)效果圖進(jìn)行數(shù)字模型的制作，設(shè)計師參加數(shù)據(jù)制作的過程，在數(shù)字設(shè)計師和設(shè)計師的合作下制作出能夠精確、完整的表達(dá)設(shè)計意圖的高品質(zhì)曲面數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)制作結(jié)束后用渲染軟件形成高品質(zhì)圖像，實時影像，并可以結(jié)合動畫，音樂等，采用投影的方式在大屏幕上展示，快速、方便、直觀、生動的展示汽車造型的整體和環(huán)節(jié)，比較篩選不同方案的優(yōu)缺點，提取最優(yōu)方案。

這一過程不僅僅存在于前期CAS階段，在后期A面階段也是用這種快捷、方便、直觀的方式進(jìn)行設(shè)計評審的。

4.CAS與工程制造的關(guān)系

采納計算機幫助造型設(shè)計后，模型數(shù)據(jù)實現(xiàn)了跟其他設(shè)計研發(fā)工序的無縫溝通。設(shè)計模型數(shù)據(jù)采納特定格式發(fā)布至共享數(shù)據(jù)庫PDM上，產(chǎn)生項目里唯一的零件號和版本號，工程部門依據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)制作工程數(shù)據(jù)，同時也上傳至PDM上，其他相應(yīng)功能部門如質(zhì)保、試驗、安全、電子電器、發(fā)動機等可以在項目里各取所需數(shù)據(jù)，用分析軟件進(jìn)行工程可行性分析、試驗驗證、安全法規(guī)驗證、流體力學(xué)分析、人機工程分析等等。

5.CAS與市場推廣的關(guān)系

傳統(tǒng)的新車市場推廣過程是待樣車完成后，運輸?shù)教氐氐呐臄z地點，由專業(yè)人員進(jìn)行實景拍攝。這是一個繁復(fù)、耗費巨大運輸費、拍攝費的過程。整個過程不僅時間周期相當(dāng)漫長，而且還要受季節(jié)和天氣等自然因素限制。CAS介入新車推廣以后，使得宣揚與推廣變得特別簡單。計算機幫助造型過程可以隨時出圖，輕易渲染，無需傳統(tǒng)過程中的運輸和實景拍攝。這樣便可以大大節(jié)省廣告拍攝費用，剛氐由設(shè)計、試做到制造的.總成本。并且減削了這個過程時間周期，不再受季節(jié)天氣等因素限制。

CAS介入新車推廣以后，既縮短了市場推廣的時間周期，又可以節(jié)約了總的成本費用。在新車上市前就可以對新車進(jìn)行充分的宣揚，對新車的銷售大有好處。

6.CAS的將來進(jìn)展趨勢

從汽車概念設(shè)計的角度看，隨著CAD、人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的進(jìn)一步進(jìn)展，對概念設(shè)計過程必定有更深的認(rèn)識，對概念設(shè)計思維的模擬必將達(dá)到新的境界。CAD將朝著更加自然的人機交互方式、更加有效的設(shè)計手段的方向進(jìn)展。概念設(shè)計的方案也更富有創(chuàng)新性。計算機幫助設(shè)計系統(tǒng)是一個人機—體化的智能集成設(shè)計系統(tǒng)。

從整個汽車設(shè)計與制造的進(jìn)展趨勢看，概念設(shè)計作為汽車開發(fā)過程中的重要組成部