造型設計與工程設計協同開發模式

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

汽車造型開發是空氣動力學、人機工程學、結構力學、材料力學、美學、色彩學等互相約束的一門設計學科。所以必須將造型設計與工程設計協同開發，才能將美學與科學完美結合，設計出性能優越、造型新穎的汽車外觀，才能在激烈的汽車行業競爭中立于不敗之地。然而在汽車造型開發過程中，由于涉及到項目開發策略、成本控制、企業制造水平、結構要求、強制性法規等等，很大程度的限制了造型創意設計的發揮，兩者間不可避免出現沖突問題，造成循環反復，延誤整個項目的開發節點。為此，我們需要將造型設計與工程設計協同開發，及時、準確的為造型設計師準備相應的工程區域限制模型，使造型創意開發在有效的工程模型框架中進行，使兩者達到平衡統一。

圖1 總布置縱向控制圖

2 造型設計與工程設計協同開發模式

2.1 工程設計對造型設計的影響因素

2.1.1 造型設計效果圖階段影響因素

（1）市場前期輸入對造型設計的約束性

市場輸入需體現市場定位、產品策略、競爭優勢、成本定位及產品配置等，對造型的設計風格有很大的影響。

（2）總布置參數、控制線及項目開發策略對造型設計的約束性

效果圖設計階段，總布置參數定義、關鍵截面、項目平臺共用及借用策略等對整車造型姿態有很大約束性。參數需要體現整車長、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意設計師。同時項目需要給出平臺共用及借用策略。

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

2.1.2 整車性能對造型設計的影響

（1）整車風阻

整車風阻大小對整車油耗的高低起到很重要的決定性作用。項目開發前期，整車性能要對影響油耗的各項指標分配比例，制定出整車風阻系數的目標值[1]。要根據造型數據進行CFD（計算流體動力學）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阻系數的理論依據，供造型創意師進行造型設計優化時借鑒。在造型設計階段，還必須進行比例模型或是整車模型的風洞試驗，以便更準確、真實的測出整車風阻系數，更有效的了解汽車在實際路況環境氣流中的情況，提供更準確、更真實的造型設計優化方向。同時汽車風阻系數帶來的更改，對工程區域整車參數設定，整車布置、結構等等也是一項挑戰，工程區域內部在風阻改進策略上也要進行多輪的討論，解決工程內部間的沖突，制定更改方案，保證給造型輸入準確的設計優化方向。

（2） 安全策略

項目初期需定義整車過星級目標，列舉出強制性法規，CAE需制定相應的安全策略。如行人保護、前后部低速碰撞、正面碰撞對IP要求、側面碰撞對側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值，對格柵開口率進行計算，或是采用導流板等形式。項目前期選定借用散熱器規格，總布置布置散熱器位置、前防撞梁位置，輸入到造型。造型前保密封區域盡量多的布置在前防撞梁區域，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域外觀造型及格柵細節的造型處理上有很大影響。

2.1.3 工程結構設計對造型設計的影響

（1）平臺共用件及借用策略

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

圖2 總布置橫向控制圖

圖3 CFD模擬分析圖

（2）工程截面

工程截面設計分為典型截面和設計執行截面，兩者是工程結構開發的基礎。典型截面反饋工程結構形式、結構性能優劣、結構設計尺寸鏈等。設計執行截面反饋分塊區域零件的搭接匹配形式、間隙段差、翻邊圓角等信息，主要用于后期進行造型分縫、調整DTS時使用。工程截面設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設計及相關評審，一直到造型開發完成。可以說，截面是至始至終貫穿于整個造型開發的始終，通過截面設計推算精確的尺寸鏈，無數次精推細推結構尺寸鏈，分析布置可行性，在解決造型與工程開發沖突問題中是功不可沒的。工程結構形式的定義從強度、剛度、成本、配合可靠性、工藝實現性上考慮，會對造型創意的發揮影響很大。

2.1.4 工藝制造對造型設計的影響

工藝能力反應了公司整體的制造水平，由于平臺柔性共線生產問題，生產設備投放成本及生產線布置問題，都會成為對制造能力的約束，對一些新型創意外觀、新型結構形式的可實現性都具有一定的制約性。

如沖壓問題，受到沖壓車間機床設備的最大沖壓深度、機床最大尺寸、工序排布問題等等，在開發設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影響非常大，要經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計達到一致，實現創意意圖。如車身焊接問題是否可以有成本或場地進行激光拼焊，造型分縫位置是否影響到包邊時零件的放置、是否對生產節拍有影響等等，都會對造型意圖的實現有很大的影響。

2.1.5 國家強制性法規及企業設計標準對造型設計的影響

行人保護等安全性法規、視野法規、燈具布置法規、牌照燈布置法規、護輪板法規、內部凸出物法規、外部凸出物法規、A柱障礙角、上下車便利性、進出性 、內空要求、碰撞要求等等對造型姿態、面特征的設計都具有很大的約束性。

2.1.6 項目開發成本對造型設計影響

項目開發初期，項目規劃部會進行車型定位、售價，從而給出開發成本預算。成本上控制會影響到新穎創意設計的實現，如新結構、套色方案、色彩、皮紋、面料的選擇、燈具設計等等，在整車的外觀、品質上對造型設計開發會有很大影響。

2.2 造型設計與工程設計協同開發實現方法

2.2.1 創建工程區域限制模型開發流程

創建“工程區域限制模型”流程，根據造型發布數據點，分階段制定“工程區域限制模型”內容，并按照造型區域項目開發計劃及時輸入工程區域限制模型。

每個階段工程區域限制模型不斷進行填補，是從粗到細，不斷細化的過程。從一個數據發布點結束到另一個數據發布點前，造型區域都要向工程區域搜集工程準則，將各區域工程準則組合起來完成各區域對造型約束的工程區域限制模型。輸入造型創意設計、數據設計前的工程區域限制模型必須是內部無沖突的、準確的。工程區域限制模型的輸入與創意的修改、數據的修改同步進行。但在數據發布點前停止工程準則的搜集，留給造型區域足夠時間去消化工程輸入對造型創意方案帶來的影響。

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

2.2.2 完成工程區域限制模型制作

工程區域限制模型”是將工程區域如VI、BE、EI、HAVC、CAE等區域輸入的工程準則集成起來，發現、解決工程區域內部彼此間沖突的準則，形成全面的、準確的、無沖突的工程區域限制模型輸入到造型區域，支持造型區域完成更滿足工程可實現性的造型面，也是造型數據檢查的依據。通常可根據整車內飾、外飾區域進行分塊制定工程區域限制模型清單，每一條工程區域限制模型列出相關區域需要反饋的工程準則，然后組合完成限制模型制作。

工程準則包括典型截面、借用件數模、安全包絡限制、總布置人機限制模型、安全策略、相關法規等等。

好處：保證工程區域限制模型輸入的準確性、全面性，避免造型設計反復。

2.2.3 輸入工程區域限制模型并支持完成造型設計

工程區域限制模型輸入造型設計師、數據設計師。并由造型工程師（造型與工程之間溝通協調，具有工程背景崗位）解釋工程區域限制模型中工程設計硬點，從而加深設計師、數據師對工程限制的認知，幫助造型設計師及數據師制定、優化更改方案，為造型與工程找到平衡點，保證造型設計可以在工程約束的框架中實現創意意圖。

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

好處：保證造型設計方案體現更多的真實性、可實現性。

3 結語

造型設計與工程設計協同開發是造型設計開發過程中必不可少且非常有效的開發模式，對避免造型設計反復、提高造型設計質量、保證項目開發進度起到重要而積極的作用。