CAS在現代汽車設計流程中的應用

崔士斌

（天津一汽夏利汽車股份有限公司產品開發中心）

CAS（Computer Aided Styling）即計算機輔助造型，是利用計算機軟件技術根據相關輸入條件（包括二維效果圖及總布置等）快速構建三維造型曲面數據，作為后續造型推敲及工程結構的重要參考，是新的汽車設計流程中的重要一環。傳統開發流程一般是由效果圖直接進入油泥模型制作，缺少充分與有效的工程分析，給后期開發帶來較大風險。文章以CAS 作為研究新型開發流程的切入點，從CAS 如何介入開發流程，有效開展數據構建進行剖析，形成一套新型開發流程。

1 汽車開發流程

與傳統開發流程相比較，新的開發流程在效果圖完成后進入CAS 階段，制作CAS數據，使工程與造型能夠更加緊密地融入開發流程中，極大地提高流程開發效率，減少開發過程中的失誤，如圖1 所示。

2 CAS在新型開發流程中的應用

2.1 CAS構建平臺的選擇

CAS 構建平臺即構建CAS數據的軟件操作環境，快速與高效的數據構建工具和工作方式是一個成熟的構建平臺必不可少的。此外，該構建平臺還需要具備足夠的分析和驗證工具以保證數據的準確性，能夠虛擬呈現汽車產品的真實效果以及與工程構建平臺良好的轉化接口。文章采用的汽車造型CAS數據構建軟件Alias Automotive 以NURBS 為數據核心，同時支持BEZIER 數據結構的軟件操作環境。軟件界面綜合了曲線建模、直接建模以及兩者相結合的混合建模工作思路，使操作者可以根據不同的使用習慣定制適合自己的個性化操作方式。精確的公差預定義以及與CATIA，PROE，ICEM 等工程數據平臺的無損轉換接口，保證了數據構建的準確性及數據傳導的穩定性。同時，強大的渲染功能結合虛擬設備能夠實時呈現產品在不同場景下的真實效果，在開發初期為設計師及決策者準確把握產品發展方向及定位提供有效參考。

2.2 前期輸入條件的收集

前期輸入條件主要包括車型的一些設計硬點、人機布置、體現結構及工藝的典型斷面、二維效果圖。

2.2.1 總布置圖

總布置圖體現了整車的布置方案及整車姿態，是汽車開發中的重要輸入條件。轎車車身的總布置以駕駛員為中心，首先根據車的形式及踵點位置確定駕駛員座椅的位置及尺寸，畫出其各調節功能下的各個可能位置；再確定眼橢圓和R 點，進而確定儀表板的位置，以及上下左右各方向視野；然后用人體模型確定方向盤安裝角度，定出方向盤下邊緣至座墊表面、靠背的距離，進而畫出操縱手柄、按鈕、旋鈕及拉鈕的位置；最后確定前風窗玻璃的安裝角度及其上下左右支柱、地板及頂蓋的位置[1]。

2.2.2 創意效果圖

二維效果圖是造型設計師根據總布置圖以及在對消費者需求調查分析的基礎上，汲取各種靈感和發散思維，運用各種流行元素繪制出的滿足審美及車型定義要求的平面圖，是進行CAS數據構建的重要輸入條件，如圖2 所示。

2.2.3 主斷面設計

主斷面是造型可行性分析的重要依據，包含著車身結構、部件之間的安裝關系、關鍵的配合間隙和面差。典型主斷面在CAS 制作的初期作為造型初期的重要輸入條件，要求CAS數據對其嚴格遵守，這樣才能充分保證后期工程的可行性，避免不必要的失誤或者反復。

2.2.4 其他輸入條件

一些工程及工藝要求（比如拔模方向、拔模角度、成型工藝、行業標準和法規等）也是必不可少的輸入條件。前期輸入條件的充分性及準確性是后期CAS數據制作效率及下游工程結構制作的重要前提和保障。

2.3 CAS數據的構建

CAS數據的構建要求快速和準確，能夠完整體現二維效果圖的重要造型特征；同時，CAS數據的構建應該控制在輸入條件所限定的范圍內。構建CAS數據的過程中，需要與設計師和工程技術人員積極交流，及時進行檢查和驗證，使其同時滿足審美與工程條件。

2.3.1 構建空間曲線

搭建三維空間曲線，體現造型特征，如圖3 所示，將三維空間曲線與二維效果圖對比，互相修正，達到完美的視覺效果。適度對特征曲線進行曲率分析，以保證造型特征的光順流暢性。嚴格控制特征曲線的質量，在為修改曲線提供方便的同時也保證了造型曲面的構建。

在搭建三維空間曲線的過程中，可以通過巧妙搭配與合理運用CURVES，CURVE，EDIT，TRANSFORM，OBJECT EDIT 等工具來提升工作效率，優化造型特征。

2.3.2 構建造型曲面

三維曲線框架搭建完成后進入構建造型曲面階段，曲面構建是對空間曲線特征的延伸和豐富。空間曲線特征控制的范圍內包含著無數可能的造型曲面，每一個細微調整都會產生一種造型曲面，每種造型曲面又都存在一定程度的視覺差異。運用美學的觀點分析二維效果圖，觀察造型光影效果，并且查找各個特征的相對位置關系，通過調整控制點等曲面基本元素，找到最能體現創意效果的造型曲面。在滿足造型效果的同時，還需要不斷結合前期輸入條件進行造型曲面的校核，使CAS數據同時滿足造型與工程的要求，如圖4 所示。

構建造型曲面可使用Draft，Square，Rail，Trim，Extend，Align 等工具，與創建特征曲線相同，構建造型曲面時也需要合理并有效地發揮每個工具以及工具組合的重要作用，快速且高效地完成造型曲面的創建。

2.4 CAS數據的檢查和反饋

CAS數據的檢查和反饋貫穿于CAS 的整個階段，是減少后期油泥模型及工程結構制作出現失誤與反復的重要手段，是流程快速推進的必要保證。一般情況下，需要先后完成3 版CAS數據，每一個版本完成后都會發放到各相關部門進行詳細檢查。數據檢查完成和集中反饋后進行CAS數據的修改，解決之前出現的問題。數據完成后，造型設計師和工程師要對CAS數據進行確認，對包括人機布置、工程工藝、邊界硬點及曲面特征光順性等各方面進行嚴格細致的檢查，如圖5所示。

2.5 與下游流程的銜接

CAS數據是制作三維實體模型的主要輸入條件，既可以使用快速成型設備或者銑床進行CAS數據的實體化，也可以在CAS數據上提取一些重要特征線的坐標數據作為參考，提供給油泥模型師進行手工制作。

汽車三維實體模型，作為汽車造型的交付物，在汽車設計的不同階段有著不同的意義，但共同點是采用實體模型的方式，將造型的比例關系、體量感和造型創意展現在用戶面前，給人真實的視覺沖擊，以供造型決策[2]。

此時，工程結構部門的工作可以同步進行。在CAS數據的基礎上，工程師進行初步的結構制作。相關的SE（同步工程）活動，如生技、制造、品保、采購及供應商等也可以利用CAS數據進行各種模擬檢查，積極與主機廠進行溝通，做到問題點的及早發現與預防。

3 結論

現代汽車產業越來越強調平臺化與集成化，車型的更新換代更多地體現在基于成熟平臺的車身造型的推陳出新。傳統汽車流程已經很難適應當前高效與快速的研發速度，新的汽車設計流程尤其是CAS 設計的引進，極大地提高了車型研發效率，減少了失誤和反復。整車企業需要順應時代趨勢，適應市場發展要求，及時調整發展方向，采用先進技術才能夠在競爭中得以生存并最終走向強大。