劉麗佳

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

汽車造型開發(fā)是空氣動力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、美學(xué)、色彩學(xué)等互相約束的一門設(shè)計學(xué)科。所以必須將造型設(shè)計與工程設(shè)計協(xié)同開發(fā)，才能將美學(xué)與科學(xué)完美結(jié)合，設(shè)計出性能優(yōu)越、造型新穎的汽車外觀，才能在激烈的汽車行業(yè)競爭中立于不敗之地。然而在汽車造型開發(fā)過程中，由于涉及到項目開發(fā)策略、成本控制、企業(yè)制造水平、結(jié)構(gòu)要求、強(qiáng)制性法規(guī)等等，很大程度的限制了造型創(chuàng)意設(shè)計的發(fā)揮，兩者間不可避免出現(xiàn)沖突問題，造成循環(huán)反復(fù)，延誤整個項目的開發(fā)節(jié)點。為此，我們需要將造型設(shè)計與工程設(shè)計協(xié)同開發(fā)，及時、準(zhǔn)確的為造型設(shè)計師準(zhǔn)備相應(yīng)的工程區(qū)域限制模型，使造型創(chuàng)意開發(fā)在有效的工程模型框架中進(jìn)行，使兩者達(dá)到平衡統(tǒng)一。

圖1 總布置縱向控制圖

2 造型設(shè)計與工程設(shè)計協(xié)同開發(fā)模式

2.1 工程設(shè)計對造型設(shè)計的影響因素

2.1.1 造型設(shè)計效果圖階段影響因素

（1）市場前期輸入對造型設(shè)計的約束性

市場輸入需體現(xiàn)市場定位、產(chǎn)品策略、競爭優(yōu)勢、成本定位及產(chǎn)品配置等，對造型的設(shè)計風(fēng)格有很大的影響。

（2）總布置參數(shù)、控制線及項目開發(fā)策略對造型設(shè)計的約束性

效果圖設(shè)計階段，總布置參數(shù)定義、關(guān)鍵截面、項目平臺共用及借用策略等對整車造型姿態(tài)有很大約束性。參數(shù)需要體現(xiàn)整車長、寬、高、假人坐姿、C 點位置、接近角、離去角、離地高度、前后上下視野、頭部空間、肩部空間、臀部空間、窗臺線高度等等，總布置需要縱向（如圖1）、橫向控制線（如圖2）的形式輸入給造型創(chuàng)意設(shè)計師。同時項目需要給出平臺共用及借用策略。

上述工程輸入對設(shè)計師在效果圖設(shè)計階段對整車外觀姿態(tài)的把握起到至關(guān)重要的作用。

2.1.2 整車性能對造型設(shè)計的影響

（1）整車風(fēng)阻

整車風(fēng)阻大小對整車油耗的高低起到很重要的決定性作用。項目開發(fā)前期，整車性能要對影響油耗的各項指標(biāo)分配比例，制定出整車風(fēng)阻系數(shù)的目標(biāo)值[1]。要根據(jù)造型數(shù)據(jù)進(jìn)行CFD（計算流體動力學(xué)）模擬分析（如圖3），CFD模擬分析可以清晰、直觀了解汽車周圍空氣的流動狀況，作為可以降低汽車風(fēng)阻系數(shù)的理論依據(jù)，供造型創(chuàng)意師進(jìn)行造型設(shè)計優(yōu)化時借鑒。在造型設(shè)計階段，還必須進(jìn)行比例模型或是整車模型的風(fēng)洞試驗，以便更準(zhǔn)確、真實的測出整車風(fēng)阻系數(shù)，更有效的了解汽車在實際路況環(huán)境氣流中的情況，提供更準(zhǔn)確、更真實的造型設(shè)計優(yōu)化方向。同時汽車風(fēng)阻系數(shù)帶來的更改，對工程區(qū)域整車參數(shù)設(shè)定，整車布置、結(jié)構(gòu)等等也是一項挑戰(zhàn)，工程區(qū)域內(nèi)部在風(fēng)阻改進(jìn)策略上也要進(jìn)行多輪的討論，解決工程內(nèi)部間的沖突，制定更改方案，保證給造型輸入準(zhǔn)確的設(shè)計優(yōu)化方向。

（2） 安全策略

項目初期需定義整車過星級目標(biāo)，列舉出強(qiáng)制性法規(guī)，CAE需制定相應(yīng)的安全策略。如行人保護(hù)、前后部低速碰撞、正面碰撞對IP要求、側(cè)面碰撞對側(cè)門及門飾板的要求等等，量化的安全距離要求對造型大面有很大影響。

（3）散熱性能

性能前期需確定整車散熱率目標(biāo)值，對格柵開口率進(jìn)行計算，或是采用導(dǎo)流板等形式。項目前期選定借用散熱器規(guī)格，總布置布置散熱器位置、前防撞梁位置，輸入到造型。造型前保密封區(qū)域盡量多的布置在前防撞梁區(qū)域，格柵開口盡量增大，以保證散熱性能。

整車散熱性能對前保區(qū)域外觀造型及格柵細(xì)節(jié)的造型處理上有很大影響。

2.1.3 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計對造型設(shè)計的影響

（1）平臺共用件及借用策略

如果借用原平臺開發(fā)新車型，平臺借用件策略需要提前輸入給造型區(qū)域。前艙布置、車架前后防撞梁、縱梁等平臺共用件會對造型創(chuàng)意發(fā)揮有很大的約束性。

圖2 總布置橫向控制圖

圖3 CFD模擬分析圖

（2）工程截面

工程截面設(shè)計分為典型截面和設(shè)計執(zhí)行截面，兩者是工程結(jié)構(gòu)開發(fā)的基礎(chǔ)。典型截面反饋工程結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)劣、結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸鏈等。設(shè)計執(zhí)行截面反饋分塊區(qū)域零件的搭接匹配形式、間隙段差、翻邊圓角等信息，主要用于后期進(jìn)行造型分縫、調(diào)整DTS時使用。工程截面設(shè)計從最初選定本項目參考截面開始，到選定單一主題后開始截面開發(fā)設(shè)計及相關(guān)評審，一直到造型開發(fā)完成?？梢哉f，截面是至始至終貫穿于整個造型開發(fā)的始終，通過截面設(shè)計推算精確的尺寸鏈，無數(shù)次精推細(xì)推結(jié)構(gòu)尺寸鏈，分析布置可行性，在解決造型與工程開發(fā)沖突問題中是功不可沒的。工程結(jié)構(gòu)形式的定義從強(qiáng)度、剛度、成本、配合可靠性、工藝實現(xiàn)性上考慮，會對造型創(chuàng)意的發(fā)揮影響很大。

2.1.4 工藝制造對造型設(shè)計的影響

工藝能力反應(yīng)了公司整體的制造水平，由于平臺柔性共線生產(chǎn)問題，生產(chǎn)設(shè)備投放成本及生產(chǎn)線布置問題，都會成為對制造能力的約束，對一些新型創(chuàng)意外觀、新型結(jié)構(gòu)形式的可實現(xiàn)性都具有一定的制約性。

如沖壓問題，受到?jīng)_壓車間機(jī)床設(shè)備的最大沖壓深度、機(jī)床最大尺寸、工序排布問題等等，在開發(fā)設(shè)計過程中對造型大面特征深度、零件分塊形式、造型特征線尤其是造型淺特征線的實現(xiàn)影響非常大，要經(jīng)過很多輪工藝成形性分析、實物驗證、評估才能保證最終實物零件與造型設(shè)計達(dá)到一致，實現(xiàn)創(chuàng)意意圖。如車身焊接問題是否可以有成本或場地進(jìn)行激光拼焊，造型分縫位置是否影響到包邊時零件的放置、是否對生產(chǎn)節(jié)拍有影響等等，都會對造型意圖的實現(xiàn)有很大的影響。

2.1.5 國家強(qiáng)制性法規(guī)及企業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對造型設(shè)計的影響

行人保護(hù)等安全性法規(guī)、視野法規(guī)、燈具布置法規(guī)、牌照燈布置法規(guī)、護(hù)輪板法規(guī)、內(nèi)部凸出物法規(guī)、外部凸出物法規(guī)、A柱障礙角、上下車便利性、進(jìn)出性 、內(nèi)空要求、碰撞要求等等對造型姿態(tài)、面特征的設(shè)計都具有很大的約束性。

2.1.6 項目開發(fā)成本對造型設(shè)計影響

項目開發(fā)初期，項目規(guī)劃部會進(jìn)行車型定位、售價，從而給出開發(fā)成本預(yù)算。成本上控制會影響到新穎創(chuàng)意設(shè)計的實現(xiàn)，如新結(jié)構(gòu)、套色方案、色彩、皮紋、面料的選擇、燈具設(shè)計等等，在整車的外觀、品質(zhì)上對造型設(shè)計開發(fā)會有很大影響。

2.2 造型設(shè)計與工程設(shè)計協(xié)同開發(fā)實現(xiàn)方法

2.2.1 創(chuàng)建工程區(qū)域限制模型開發(fā)流程

創(chuàng)建“工程區(qū)域限制模型”流程，根據(jù)造型發(fā)布數(shù)據(jù)點，分階段制定“工程區(qū)域限制模型”內(nèi)容，并按照造型區(qū)域項目開發(fā)計劃及時輸入工程區(qū)域限制模型。

每個階段工程區(qū)域限制模型不斷進(jìn)行填補(bǔ)，是從粗到細(xì)，不斷細(xì)化的過程。從一個數(shù)據(jù)發(fā)布點結(jié)束到另一個數(shù)據(jù)發(fā)布點前，造型區(qū)域都要向工程區(qū)域搜集工程準(zhǔn)則，將各區(qū)域工程準(zhǔn)則組合起來完成各區(qū)域?qū)υ煨图s束的工程區(qū)域限制模型。輸入造型創(chuàng)意設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計前的工程區(qū)域限制模型必須是內(nèi)部無沖突的、準(zhǔn)確的。工程區(qū)域限制模型的輸入與創(chuàng)意的修改、數(shù)據(jù)的修改同步進(jìn)行。但在數(shù)據(jù)發(fā)布點前停止工程準(zhǔn)則的搜集，留給造型區(qū)域足夠時間去消化工程輸入對造型創(chuàng)意方案帶來的影響。

好處：按照項目開發(fā)計劃，有計劃的搜集工程準(zhǔn)則輸入，有計劃的輸出工程區(qū)域限制模型，保證工程區(qū)域限制模型輸入輸出的及時性，對造型開發(fā)計劃節(jié)點的控制起到重要作用。

2.2.2 完成工程區(qū)域限制模型制作

工程區(qū)域限制模型”是將工程區(qū)域如VI、BE、EI、HAVC、CAE等區(qū)域輸入的工程準(zhǔn)則集成起來，發(fā)現(xiàn)、解決工程區(qū)域內(nèi)部彼此間沖突的準(zhǔn)則，形成全面的、準(zhǔn)確的、無沖突的工程區(qū)域限制模型輸入到造型區(qū)域，支持造型區(qū)域完成更滿足工程可實現(xiàn)性的造型面，也是造型數(shù)據(jù)檢查的依據(jù)。通常可根據(jù)整車內(nèi)飾、外飾區(qū)域進(jìn)行分塊制定工程區(qū)域限制模型清單，每一條工程區(qū)域限制模型列出相關(guān)區(qū)域需要反饋的工程準(zhǔn)則，然后組合完成限制模型制作。

工程準(zhǔn)則包括典型截面、借用件數(shù)模、安全包絡(luò)限制、總布置人機(jī)限制模型、安全策略、相關(guān)法規(guī)等等。

好處：保證工程區(qū)域限制模型輸入的準(zhǔn)確性、全面性，避免造型設(shè)計反復(fù)。

2.2.3 輸入工程區(qū)域限制模型并支持完成造型設(shè)計

工程區(qū)域限制模型輸入造型設(shè)計師、數(shù)據(jù)設(shè)計師。并由造型工程師（造型與工程之間溝通協(xié)調(diào)，具有工程背景崗位）解釋工程區(qū)域限制模型中工程設(shè)計硬點，從而加深設(shè)計師、數(shù)據(jù)師對工程限制的認(rèn)知，幫助造型設(shè)計師及數(shù)據(jù)師制定、優(yōu)化更改方案，為造型與工程找到平衡點，保證造型設(shè)計可以在工程約束的框架中實現(xiàn)創(chuàng)意意圖。

對工程區(qū)域限制模型輸入的討論必須由造型設(shè)計師、數(shù)據(jù)設(shè)計師、油泥模型師三者同時在場。設(shè)計師從全局及細(xì)節(jié)上把握工程輸入對原有造型創(chuàng)意的影響，數(shù)據(jù)師是從數(shù)據(jù)質(zhì)量的角度評估對造型數(shù)據(jù)大面的影響，模型師則是根據(jù)創(chuàng)意師和數(shù)據(jù)師的共同評估，將最終的方案體現(xiàn)到模型上。如工程輸入可接受，造型區(qū)域可選擇性的進(jìn)行正向或是逆向設(shè)計，正向即由創(chuàng)意師提供更改效果圖，由數(shù)據(jù)師在造型數(shù)據(jù)上進(jìn)行調(diào)整，完成數(shù)據(jù)后由模型師編程進(jìn)行模型加工，這種方法對工程的約束把控更加精準(zhǔn)。當(dāng)然也可以逆向，逆向即由創(chuàng)意師、模型師在1：1整車油泥模型旁，模型師按照設(shè)計師的意圖進(jìn)行手工刮改模型，這種方法更加直觀的幫助造型設(shè)計師把握、控制整車造型，當(dāng)然由于是手工刮改，刮改量不易控制，對工程約束的把控上會有偏差。

好處：保證造型設(shè)計方案體現(xiàn)更多的真實性、可實現(xiàn)性。

3 結(jié)語

造型設(shè)計與工程設(shè)計協(xié)同開發(fā)是造型設(shè)計開發(fā)過程中必不可少且非常有效的開發(fā)模式，對避免造型設(shè)計反復(fù)、提高造型設(shè)計質(zhì)量、保證項目開發(fā)進(jìn)度起到重要而積極的作用。