启飞汽车

　　随着科学技术的快速发展,高科技、高技术已大量应用于汽车设计，使得开发设计方面有很大的进展与提高。本文就现在流行的设计方法如逆向工程、虚拟设计等进行阐述，通过分析对汽车车身设计方法的发展进行了展望。

　　关键词：并行工程、逆向工程、仿真模拟设计、虚拟设计、快速成型、样车制作技术

　　1.引言

　　随着汽车市场竞争加剧，品牌间、企业间、车型间的竞争更加残酷，再加上消费者的要求越来越高，不仅要求汽车的性能满足需要，而且对汽车的外形款式也日益注重，这就要求汽车的更新周期越来越短，开发难度也越来越大。 在整车的开发制造过程中，车身造型的设计是其重要组成部分，它的开发和制造成本占整车成本40%——60%，而且对于大多数顾客而言，首先看重的也正是汽车漂亮的外形，因此提高车身的开发制造技术就成为提高汽车企业竞争力的关键所在。现今，计算机辅助开发设计的工具与应用水平发展相当快，CAID/CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术在开发设计中的应用有很大的发展与提高。产品更新周期不断缩短,汽车车身设计理念与方法发生根本性的改变。这就要求我们汽车的设计技术更加成熟，设计方法更加先进。

　　2.汽车车身设计方法

　　汽车车身开发一般步骤是：

　　(l)概念设计，即进行消费者调查，进行市场定位，提出设计目标(车身的基本技术数据及车内结构，决定总布置设计方案、成本及目标市场) ，制定总体方案。

　　(2)工业造型设计。

　　(3)空气动力学设计及噪声、振动、碰撞分析。

　　(4)汽车主模型制造、风洞试验(等比例或者1:2.5、1:5)、设计评估及可行性评估。

　　(5)200辆样车模具制造。

　　(6)样车制造、试车及评估。

　　(7)样车评估与设计改进。

　　(8)确定最终设计及模具制造数据。

　　目前现代的汽车车身设计方法主要体现在汽车车身的开发中融入许多新的技术。最主要的设计技术主要包括以下几个方面： 2.1概念设计 概念设计是汽车设计者对产品设计构成一种前期的设计方案，尽管是尚未形成具体化设计纲要，但却是对这个未来要投产的汽车进行了总体的描述。随着汽车产品设计内涵的扩展，设计理念也随之发展,汽车产业的创新活动不断增进,汽车设计者必需更好满足顾客多样化、个性化的要求,产品造型上应具有时尚性，要有鲜明的特点，把握市场导向，产品的使用价值和成本上也要有所突破,这就要求产品设计和市场功效能更紧密的结合在一起。在工业设计方面，概念设计都是一闪而过的灵感之后,应用快速创意、效果图、计算机三维效果图、模型等手段形象表现概念设计构想,为以后的产品设计提供形态模型与产品直观形象,便于初步评价以及可行性决策的分析。

　　并行工程是一种工程方法论，它是将设计产品及相关过程并行化和集成化的系统化方法，它要求产品开发人员从设计一开始即考虑产品生命周期中的各种因素。这种并行汽车车身设计的手段与技术可大大缩短产品的开发时间,增强竞争力,增加经济效益。应用此方法，对车身进行了改型设计，并利用有限元、优化、可靠性等方法，对设计的可行性进行了分析。它在整车开发过程中，起了非常重要的作用。

　　2.3 逆向工程

　　逆向工程是根据测量实物模型的三维数据, 建立数字模型或修改原有的车型设计,然后将这些模型数据进行处理与曲面重建,再应用于新产品的分析、设计和加工过程中。目前主要是应用多维坐标测量机进行接触与非接触数据采集的方法。逆向工程系统主要由3部分组成:产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。组成系统的硬、软件主要有测量机与测量探头、数据处理、模型重建软件(CAD /CAM)、CAE软件、CNC加工设备、快速成型机、产品制造设备等. 目前最先进的技术是运用激光-机器视觉测量系统进行数据采集和曲面的自动重建。我们现在主要采用的是激光三坐标扫描仪,运用激光扫描仪扫描物体后，所得到的原始数据并不能够立即使用，因为还有噪音信号、非被测物体的背景表面信号、被测物体表面一些不合理的部分数据等等。这一切都要通过能够处理点云拼接的软件进行编辑和进一步优化处理。可使用的软件有：RAPIDFORM 或 POLYWORKS 。

　　RAPIDFORM 软件虽然其功能强大，自动化程度高，编辑的辅助功能强大，但是当RAPIDFORM 软件在处理大数据量时速度会变慢。而POLYWORKS 软件的特点除了其功能强大，自动化程度高，编辑的辅助功能强大外，处理大数据量时则比RAPIDFORM 软件的速度快.如图2所示为软件处理后已经生成面的IGES 格式输出, 生成的斑马线分布均匀、纹路清晰，且无不良波动情况产生。可见所检测的曲面是光顺的，并且曲面之间是光滑过渡的。

　　虚拟设计是通过虚拟技术的虚拟性、仿真性和交互性,让消费者参与到设计中来,与设计人员一起探讨和研究汽车造型,并对设计结果进行分析、评价和体验.这种先进技术对汽车车身造型技术的提高产生巨大的影响,能够更加有效的接近客户,完成产品的研发. 2.4.1虚拟设计代表了一种全新的制造体系和模式 在虚拟设计中,产品开发是基于一种数字化的虚拟产品开发方式(Virtual Product Development),以用户的需求作为第一驱动,将用户的需求化为最终的产品模型,其在制造业的应用极大地推动了其行业的自动化。

　　汽车虚拟设计技术的优势集中体现在：

　　1)使汽车外形设计师更好的以客户需求为导向进行产品开发和创新;

　　2)有助于减少整个汽车开发过程中的实物模型数量;

　　3)提高生产效率,缩短新车型的上市时间;

　　4)汽车虚拟技术系统具有精确强大的建模能力以及修正能力,避免了从方案图到实物模型的过程中出现设计意图走样;

　　5)能够方便、快捷地对作品进行修改,如形体设计局部和细节变化,车身油漆色彩和内饰件材质纹理设计的系列变化等。

　　2.4.2 虚拟技术在汽车车身设计方面的应用

　　(1)虚拟技术在汽车车身零部件设计及分析方面的应用 应用虚拟设计技术(VDT)可以在计算机中实现整车概念设计、造型设计、总布置设计、结构设计以及零部件的设计等。建立的3维汽车模型，可清晰地显示出汽车的发动机、底盘、内饰甚至每一个焊接点，设计者可分析每个部件的状况，了解各个部件的运行性能。这种三维模型准确性和精确度很高，制造商可按照得到的计算机数据直接进行批量生产。虚拟设计技术的基础是三维CAD/CAE技术,通过建立可视化程度很高的三维数字化模型,当需要各种绘图数据时,可以快速并方便地从三维模型中提取,而不需重新输入数据。因此，对于车身零部件等模型的更改和重建是非常方便的。

　　(2)虚拟技术在汽车实验方面的应用 汽车在开发研究中,常常要对其动力学进行分析,包括稳定性和安全性等实验。以前通常是提取多辆实车进行各类实验以得到汽车的相关性能参数，但由于花费巨大和具有危险性(碰撞、高速稳定性实验等)，这种方法需要逐步进行改进。采用虚拟试验方法，则只需先用木材、黏土或陶土做一辆汽车模型，在风洞中测定其空气动力学数据，再把模型扫描进虚拟环境系统，把它放大成与真车一样的大小。通过虚拟环境系统模拟撞车，可以精确地把木偶的手或脚的受力情况反映出来，采用这个系统，可以减少约一半的设计费用及时间。

　　(3)虚拟技术在汽车车身制造过程中的应用 虚拟制造(Virtual Manufacturing,简称VM) 由虚拟信息系统(Virtual information system)和虚拟物理系统(Virtual physical system)组成，是由多学科知识形成的综合系统，是利用计算机支持技术对必须生产和制造的汽车进行全面建模和仿真，它能够仿真非实际生产的材料和产品，同时产生有关它们的信息。它是一种新的制造技术，可以对产品设计、工艺规划及加工制造等生产过程进行统一建模。在产品设计阶段, 实时地且并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，能够预测产品性能及产品的可制造性,并通过创造视觉、听觉、触觉和嗅觉等临场感知来体验产品的最终效果等,这样可以最大限度的满足客户需求，得到最优化的产品，以达到产品的开发周期和成本的最小化、产品设计质量的最优化及生产效率的最高化。

　　2.5仿真模拟设计

　　仿真模拟设计是利用计算机软件,在计算机上进行实车动画模拟、人机关系的空间适应性模拟、动作模拟、空气动力学模拟等.这种方法可以检验设计的正确性以及造型结构的是否相互干涉和影响,是十分经济、快速、实用的方法.而汽车虚拟制造就是以计算机支持的仿真技术为前提,对设计制造过程进行统一建模,在产品概念设计、创意设计以及上下游工程设计阶段,实时地并行地模拟出产品未来设计制造全过程及其对产品设计的影响,预测产品性能、产品制造技术及产品的可制造性,从而更有效、更经济及更灵活地组织生产,使工厂和车间的设计布局更合理、更有效,以达到产品的开发周期和成本与产品的批量和品种无关、产品设计制造质量好及生产效率高的目的。

　　2.6 快速成型

　　快速成型技术采用材料累加的新成型原理，直接由CAD数据制成三维实体模型。这一技术不需要传统的刀具、机床、夹具，便可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件模型。它是以产品形态的计算机参数化模型为基础,将其转换为STL文件格式,再用软件从STL文件“切”出设定厚度的一系列片层,然后将每一片层的图形资料传到快速自动成型机中去,用不同的材料和不同的添加方式,依次将每一层做出来并同时连接各层,直到完成整个零件的加工.这是当前实现复杂产品(零件)形态的快速、精确的制作方法。快速成型机的主要成型方法有光敏液相法、选区挤塑法、选区激光烧结法、片层添加法、选区粘结法和固基光敏液相法等。这种技术对车身设计起着很重要的作用,大大简化了车身设计过程.

　　3. 结语

　　随着科学技术的飞速发展,设计的手段与技术由手工绘制发展到数字化技术与信息化技术联合开发的阶段，使得汽车的车身设计更加高效率，大大推进了汽车产业的发展。实际应用表明，将这些新技术引人车身快速开发流程中，能够降低开发成本和风险，提高车身开发的质量和速度，加速了汽车的更新换代。如果我国汽车企业能够把握好机遇，利用好这些新技术，提高自主开发能力，这样才能进一步缩小与发达国家的差距。

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