論計算機輔助設計汽車造型技術

官福玉 武寶 尹伯睿 肇恒順

摘要：隨著社會經濟的發展，人均收入日漸增長。人們在經濟和生活質量的雙重刺激向逐漸開始追求生活的品質。汽車，是人們出行的交通工具，目前隨著人們生活水平的提升而開始得到廣泛的普及?；疽呀泴崿F了多部分家庭的常規配備。汽車造型設計最初是進行手動進行的，隨著計算機技術的廣泛應用和功能逐漸強大而得以在汽車造型設計中的使用。本篇文章首先介紹了汽車造型設計中應用的幾種計算機輔助技術，并闡述其在汽車設計流程中的作用，最后分析計算機輔助汽車造型設計的技術發展前景。

關鍵詞：汽車造型;計算機輔助設計;應用

引言

汽車產業近年來在強大的市場體制和用戶需求的刺激下得以快速的發展，我國的汽車制造業在技術上也逐漸發展成熟，越來越多的國產汽車產品得到了人們的青睞。而汽車造型設計主要是依據時代的流行趨勢和人民大眾對汽車造型的審美習慣以及藝術標準結合汽車某些方面節能降耗要求而進行汽車造型設計的過程。汽車造型設計目前主要依靠的是計算機軟件輔助下得以實現的。在汽車制造成產的早期大多數設計多為手繪圖紙，而隨著計算機技術的發展和應用因其精準的數據參數設定和細致的線性繪圖功能的逐漸得到汽車造型設計的應用。事實上，現階段很多設計行業都在使用計算機輔助軟件進行產品的設計，例如建筑工程結構設計、服裝設計、工業設計、產品的外觀設計等等方面都在應用計算機輔助技術。

一、汽車造型設計的重要性及我國設計開發現狀

隨著經濟全球化進程的加快，世界汽車工業競爭日益加劇，汽車巨頭們都在加緊新車型的設計開發。由于發動機、底盤設計制造技術基本成熟，新車競爭便主要體現在車身造型和電子設備的更新上。目前，在一款新車型的開發項目中，40%的設計師和工程師是在從事與車身相關的開發工作。車身與汽車電子已經成為目前汽車整車產品中最活躍的因素。造型能體現汽車外觀特點，是汽車評價中最直觀、最富有感染力的部分。好的造型對提高產品競爭力，反映企業文化有著重要意義。對于我國目前的情況來說，在車身造型設計方面，與國外有名的汽車制造公司和汽車設計公司存在較大的差距。在很長一段時間里，我們所謂的設計很大程度上是在摹仿人家成熟的車型，然后做一些適當的修改，真正意義上的自主開發是鳳毛麟角。雖然國內的獨立設計開發公司有幾十家，但是真正完全具備了包括高級轎車在內的汽車整車設計開發能力，并達到國際水平的大公司卻屈指可數。對于本土設計開發，合資技術中心做的比較好，原因在于國際汽車公司為其提供了全球技術資源共享和富有經驗的技術專家，使其能夠在較短的時間內提高研發能力，并形成了核心競爭力。

二、計算機軟件在造型設計中的運用以及存在的問題

筆者比較贊同大量使用效果圖來評價設計方案的好壞?！肮び破涫?，必先利其器”，因此合理的選擇軟件，能有效而迅速地制作出大量效果圖。隨著計算機技術的發展，高效率的計算機輔助設計軟件得到廣泛應用，不僅大大提高了產品表現速度，還可以逼真地表現出產品的材料和色澤，通過變換不同的視角和不同的環境可以獲得多種表現方案。市場上現有的三維軟件很多，三維軟件分為 2大類：藝術類和工程類，在建筑設計和工業設計領域，已經開始大量使用效果圖來評價設計方案。也就是說在工程方案尚未確定前，通過制作三維模型的渲染效果圖來表現設計方案。在效果圖的制作中，3dsmax以其簡潔的制作流程和強大的渲染能力成為主導軟件，占據了大部分市場。在汽車設計中，設計者往往可以提出很多設計方案，如果把這些方案用平面手繪圖和色彩效果圖來表示，就不夠真實，缺乏立體感;全部制成油泥模型，又會花費大量的時間和財力;如果用工程軟件去做，由于工程軟件的嚴謹性，需要大量的制作時間和精力，因此筆者建議使用藝術類軟件，比如3dsmax具有快捷性和隨意性，可以較快的生成三維數字模型并進行照片級的渲染，甚至可以導出STL文件在三維打印機上直接生成實物模型。因此，在汽車的概念設計中，選擇藝術類軟件相比工程類軟件更為合適。藝術類軟件和工程類軟件都發展得比較成熟，但是兩類軟件之間缺乏溝通，因而在產品設計中存在著概念設計和工程設計2個階段，這種情況對于提高產品的開發效率是極為不利的。之所以2類軟件交流困難是因為藝術類軟件普遍采用多邊形網格算法，而工程軟件使用的是 NURBS算法，2類算法截然不同。

三、關于幾種汽車造型設計相關的計算機輔助設計軟件

目前在設計領域當中較為流行和常用的軟件包含了CAD設計軟件、CAID計算機輔助設計以及CAS計算機輔助汽車造型設計軟件。CAD是較為寬泛的設計制圖軟件，其應用的領域較廣，包含了建筑工程項目設計、工業零部件設計、機械制造設計等等方面，能夠滿足多領域的設計需求。也是使用時間較長的計算機輔助軟件。CAID計算機輔助設計軟件就具有了一定的專業適用領域，其主要是應用在工業設計領域，算是較為新穎的計算機設計輔助，比較著重與對工業產品的造型設計，其設計流程、設計方法、設計精度和設計效率較之CAD有了很大程度上的提升和改良，算是CAD的升級版本。而CAS計算機輔助軟件是專門用于汽車造型設計領域的計算機輔助設計，其具有極高的汽車設計數字化特點和能夠滿足多數汽車行業的特殊要求。汽車造型設計不但需要具備極高的穩定性考慮，還要結合一定的藝術美感和空間美學的融入。因此需要能夠滿足大眾的眼光和審美觀，還要能夠起到獨特性魅力的作用。此外還需要考慮汽車的材料屬性和工程結構設計以及相關法律法規的規定等條件，還要包括車輛駕駛體驗、視覺影像效果、嘉時速度等多方面的考慮。尤其是在行駛速度、行車平溫度和是否增加油耗等方面更加需要重點考量。而目前在汽車造型領域當中較為流行的專業概念的計算機輔助工具要數-A面。其是在汽車設計采用CAS設計周后確定設計方案并根據方案數據全比例油泥模型進行逆向建模而成的數字模型構建輔助設計軟件。而且能夠針對一些工程的細節問題例如分縫線、制造細節問題進行優化和改善曲面質量，使汽車造型的曲面達到或超出制造要求。

四、現代汽車造型設計過程中對于計算機輔助設計軟件的應用

任何一款新型汽車的開發和設計都極為復雜，需要考慮的因素眾多，影響因素也十分復雜。通常設計一款新型汽車首先需要進行市場的車型定位，即定位消費人群，人群消費傾向、年齡特點、喜好傾向等方面的調查，然后是進行初期的市場調查定位分析，分析目前流行或人們大眾偏好的風格或車型、功能等條件。其次是進行初期的車型草圖繪制，初步建立模型效果圖繪制，并進行多款車型的草圖繪制以便提供篩選，在初步選定汽車造型后進行小比例的模型制作，再根據分析和要求進行反復的調整，在經過初期和反復的調整之后再進行全比例的汽車模型構建，然后根據實際的要求和修改意見進行再次的反復調整和修改，并建立多方位的特征截面圖，最后設計出總的布置詳圖等。在計算機輔助技術未研發和普及的時代，汽車設計工作需要大量的設計人員和通過幾輪的事物模型進行整體形態和細節部分的分析、推敲和慎重的判斷，這些汽車設計的事物模型制造周期極為漫長，期間還要進行細節部分的隨時調整，所涉及的人力和物力極為龐大。尤其是在新的市場需求建立之后傳統的汽車設計開發流程根本無法滿足市場要求，所有設計過程都需要重新建立，計算機輔助技術的應用極大的縮減了設計成本和時間成本，其也是時代發展所帶來的益處。應用了計算機輔助設計之后的汽車造型設計流程簡化了很多，首先是車型定位，然后是市場汽車元素和目標客戶群體定位和偏好調查，其次是進行草圖的繪制和效果圖制作，其三是在經過效果圖篩選后進行數字化建模方案和小比例油泥模型制作，然后經過數字化渲染、展示、細節研究、評審和全比例模型模型的制作。在進入后期的A面模型階段之后再進行工程、制造的數據配合和市場滿足和質保等要求的高質量曲面設計效果調查。這一整套流程當中最大的時間成本是模型的建造。與傳統的設計驗證過程相比其實物模型的建設都是在設計確定之后，傳統的設計過程中還包含了法律法規的相關規定和實際驗證、結構剛度試驗，除去一些外飾件和內飾件以及發動機、地板等諸多零部件以外都要進行實物模型的制作。而有了CAS計算機輔助的加入后節省了大部分的實物建模時間，通過數字建模就能夠實現多項實物模型的模擬試驗，極大的節省了成本投入。而且也提高了設計研發汽車造型的精度和靈活性，也降低了設計時間和所涉及的人力資源消耗。

五、計算機輔助設計下的汽車產銷之間的關系分析

CAS主要的應用優勢是數字建模以及對設計的進準表達以及實物模型的精準構建。其在設計過程中能夠根據大部分的市場定位和客戶群體性傾向進行設計的準確風格定位，同時也能夠在功能上加以強化和改善。并將設計時的設計理念和設計意圖的高品質曲面數據進行完整的表達。在數據制作結束之后也能夠通過渲染軟件將模型制作成為具有實際效果的實時影像，再結合動畫采取投影的形式將其直觀的展現在人們的面前，最大程度上將汽車造型的所有優缺點展現給人們，以便于決策層和消費者們進行篩選和意見的提取。在工程制造方面。CAS的功能和模型數據也能夠實現與其他設計研發工序的無縫對接。其所設計的模型數據都是采用的特定格式進行數據共享和發布的。并在PDM上產生位移的零件號和版本號，汽車制造工程部門會依據這些設計的準確數據進行信息提取，并結合其它的功能要求進行性能上的試驗，例如安全、質保水平、電子電器功能、發動機性能配備等多方項的考量與分析之后再根據分析結果進行可行性分析、安全法規程度驗證、流體力學研究和人際工程學分析等方面的考量。同樣，計算機輔助軟件在市場推廣方面也獨具優勢，其能夠直接將新車展現在消費者面前，并全方位、立體的展示，不會受到天氣、場地因素的限制，其宣傳推廣成本也得到了大幅度的節省。

六、計算機輔助軟件的未來發展趨勢

從汽車造型設計角度來講，未來設計輔助將會逐漸向智能化、更具真實感的虛擬現實化的方向發展，對汽車設計的概念也會逐漸更加深入的認知，對汽車造型設計的模擬也必將會達到更高的高度。屆時，計算機輔助設計技術會實現更加自然的人機互動交流，設計方案也將更加具備創新性質。甚至實現高度的智能集成設計。汽車行業也必將在這一助力下實現產品設計的整體生命周期性的設計模式，將概念設計的結果集成為更具時代特征和功能特點的新概念方案。

七、結束語

隨著專業性要求和設計標準的不斷提升，很多計算機軟件開始逐漸向專業化應用方向發展，汽車造型軟件也不例外，其設計功能逐漸強大，而且所呈現的視覺效果也更加立體和直觀。設計也更為精密和復雜。未來計算機輔助軟件在汽車造型設計中必然會更加快捷和高質量的運用，且在功能上也會更加全面和強大。

參考文獻：

[1] 趙曉宇：計算機輔助造型設計在汽車設計中的作用.時代汽車，2017年第10期.

[2] 宋為真：關于計算機輔助汽車造型技術的分析.通訊世界，2017年第11期.