基于造型CAS面的整車工程可行性初步校核研究

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一個(gè)完整的汽車設(shè)計(jì)需要造型、工程、結(jié)構(gòu)等多個(gè)部門共同完成，其中設(shè)計(jì)師和工程師是兩個(gè)最大的群體。汽車造型師的造型過程既是符合市場、結(jié)構(gòu)、工藝及工程等制約因素的協(xié)調(diào)過程，也是通過藝術(shù)手段將設(shè)計(jì)概念翻譯成汽車造型實(shí)體的獨(dú)立創(chuàng)造過程[1]。為更好地縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)費(fèi)用、提升用戶滿意度，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量有機(jī)集成，設(shè)計(jì)部門在造型階段及早地介入已成為行業(yè)趨勢，有效實(shí)現(xiàn)資源集成和信息共享。

分析階段的選擇

隨著市場競爭的加劇，國內(nèi)主流車企為了滿足日益加速的產(chǎn)品更新速率要求，不斷推出新車型以快速占領(lǐng)市場。研發(fā)部門也不得不加快研發(fā)節(jié)奏，為早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品投產(chǎn)，對產(chǎn)品研發(fā)周期往往一壓再壓。尤其在設(shè)計(jì)的前期階段，往往難以策劃充分，造型設(shè)計(jì)的諸多細(xì)節(jié)未進(jìn)行充分驗(yàn)證，從而導(dǎo)致諸多設(shè)計(jì)缺陷，為后期研發(fā)和產(chǎn)品的競爭力埋下隱患。

目前國內(nèi)多數(shù)車企的造型設(shè)計(jì)流程可以簡化為 “效果圖→CAS（Concept A Surface）→油泥模型→A面發(fā)布→造型凍結(jié)”。更有甚者，直接仿造暢銷車型逆向開發(fā)，然而基于標(biāo)桿車型銷售區(qū)域的法規(guī)要求不同，以及企業(yè)之間、供應(yīng)商之間加工制造能力的差異，導(dǎo)致諸多造型特征難以實(shí)現(xiàn)，造成設(shè)計(jì)資源的浪費(fèi)。更嚴(yán)重的，由于法規(guī)的限制導(dǎo)致新車型難以上市。

CAS，是依據(jù)效果圖設(shè)計(jì)方案，利用專業(yè)三維曲面軟件，建立數(shù)字造型表面，用于初步展示汽車內(nèi)、外部造型，主要是用于造型預(yù)研階段進(jìn)行法規(guī)要求、造型、工程、生產(chǎn)制造、售后維修和保險(xiǎn)服務(wù)的校核以及小比例油泥模型的制作。如果在造型階段，尤其是CAS面階段，能夠運(yùn)用軟件對車型在區(qū)域性法規(guī)要求、人機(jī)工程設(shè)計(jì)、運(yùn)動件和工藝可行性等方面及早介入分析，并對造型進(jìn)行修正，無論在降低成本和提升質(zhì)量方面都有諸多益處。以下為某車型的在CAS面階段進(jìn)行的相關(guān)校核，可以作為借鑒。

工程可行性校核

對于CAS面的校核，基于其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的不完整性，對其進(jìn)行的校核往往也是部分性的，如僅對某項(xiàng)校核的某個(gè)小項(xiàng)進(jìn)行校核。同時(shí)由于其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)某些產(chǎn)品細(xì)節(jié)的相對不完全性，校核往往只能給出方向性的設(shè)計(jì)導(dǎo)向，待相關(guān)數(shù)據(jù)完整時(shí)，需對相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證。

1.區(qū)域性法規(guī)校核

滿足法規(guī)要求是車輛設(shè)計(jì)的最低要求，其在CAS面階段能夠?qū)崿F(xiàn)初步校核的項(xiàng)目主要體現(xiàn)關(guān)聯(lián)車輛外部輪廓的相關(guān)項(xiàng)目上。這些校核項(xiàng)目的提早介入，有利于規(guī)范造型設(shè)計(jì)并及早對整車性能進(jìn)行摸底，為后期的設(shè)計(jì)和開發(fā)起到一定的方向指導(dǎo)作用。表1為某車型的此階段的相關(guān)法規(guī)校核項(xiàng)目。

2.人機(jī)工程校核

人機(jī)工程學(xué)的研究及應(yīng)用是提高車輛舒適性、安全性最直接的措施，特別是對駕駛和乘坐環(huán)境的改進(jìn)尤為顯著。良好的人機(jī)工程設(shè)計(jì)會充分考慮操作者的生理、心理等因素與人-車-環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)汽車人性化設(shè)計(jì)的重要方面[2]。在CAS面階段進(jìn)行該類校核，由于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不完整尤其是相關(guān)內(nèi)外飾及電器數(shù)據(jù)多為概念數(shù)據(jù)，零部件布置位置也非最終狀態(tài)，這就要求設(shè)計(jì)人員對相關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值具備較強(qiáng)的把握能力，同時(shí)也要校核涉及的周邊件數(shù)據(jù)有準(zhǔn)確的預(yù)測能力。

人機(jī)工程的及早介入，能為零部件開發(fā)明確設(shè)計(jì)性能提升方向，對提升人機(jī)性能有很大的意義。表2為某車型的此階段的相關(guān)人機(jī)工程校核項(xiàng)目。

3.工程校核

隨著平臺化開發(fā)和產(chǎn)品群理念的逐步發(fā)展，零部件的通用化水平不斷提高，這也為在CAS面階段進(jìn)行工程校核提供了可能。尤其是單一底盤平臺衍生車型的開發(fā)，零部件性能及系統(tǒng)性能往往具備可信的技術(shù)數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)在CAS面階段就可以對一些性能進(jìn)行優(yōu)化和提升，相應(yīng)的校核項(xiàng)目也可以提早介入。表3為某車型的此階段的工程校核項(xiàng)目。

表1 某車型CAS階段法規(guī)校核項(xiàng)目

表2 某車型CAS面階段人機(jī)工程校核項(xiàng)目

4.生產(chǎn)可行性分析

造型階段的工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)可行性分析是確保汽車造型能符合工程設(shè)計(jì)及后期生產(chǎn)階段順利進(jìn)行的必要事項(xiàng)，在造型階段主要是依據(jù)現(xiàn)有造型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行主斷面設(shè)計(jì)分析、外觀件沖壓工藝性分析和零部件工藝可行性的分析，來解決工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)可行性的問題。

表3 某車型CAS面階段的工程校核項(xiàng)目。

主斷面設(shè)計(jì)分析，是推進(jìn)各專業(yè)部門在造型階段的同步設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各公司搭建的斷面庫數(shù)據(jù)，能有效積累成熟的設(shè)計(jì)，對密封條、裝飾亮條、車門水切及鈑金搭接關(guān)系等方面的通用化設(shè)計(jì)有十分重要的意義，也是規(guī)避后期設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的重要手段，如圖1所示為某車型前保險(xiǎn)杠、前組合燈及機(jī)艙蓋的斷面圖。

外觀件沖壓可行性應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注發(fā)動機(jī)艙蓋、翼子板、前大燈造型和區(qū)域分塊的影響，由造型部門提供數(shù)據(jù)，由沖壓SE工程師對零部件成形難度、工序數(shù)量、模具成本及物料利用率等方面進(jìn)行分析，對零部件形狀、細(xì)節(jié)及零部件R角等提出要求。零部件工藝可行性的分析主要針對塑料成型件，造型設(shè)計(jì)人員對相關(guān)零件的拔模方向、分型線、脫模斜度等設(shè)計(jì)信息的把握，材質(zhì)及表面處理工藝的影響也應(yīng)進(jìn)行考慮。如圖2所示為某車型外后視鏡的出模可行性檢查。

結(jié)語

運(yùn)用CATIA軟件平臺，對某車型的CAS面進(jìn)行了校核分析。各主機(jī)廠的研發(fā)能力，尤其在設(shè)計(jì)研發(fā)中對設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累如企標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)指導(dǎo)書及相關(guān)檢查表等方面的建立，對該階段校核具有極強(qiáng)的參考和指導(dǎo)意義。這里的相關(guān)設(shè)計(jì)多源于筆者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，需要在后期的實(shí)踐中結(jié)合相關(guān)的失效形式和優(yōu)秀的設(shè)計(jì)案例，不斷對相關(guān)校核進(jìn)行驗(yàn)證和對校核內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)校核效果和提升整車綜合性能。