計算機輔助造型設計在汽車設計中的作用

趙曉字

摘要：隨著汽車產業的飛速發展和技術的進步，汽車設計和設計流程也在不斷完善，計算機應用技術也逐漸參與到汽車設計中來，計算機輔助造型設計（CAS）在汽車設計的作用也越來越大，具體包括CAD，CAID等等。本文主要介紹分析計算機輔助汽車造型設計在汽車設計中的應用及其未來發展趨勢。

關鍵詞：計算機；設計；汽車

1.CAS及A面簡介

CAD（ComputerAided Design）是與設計相關的領域中大家都熟知的一個概念，泛指計算機輔助設計，它包括在建筑、工程、工業設計等多個領域中計算機輔助設計的工作。

CAID（Computer Aided Industrial Design）是一個比較新穎的概念，主要是指工業設計領域的計算機輔助設計，著重指造型設計領域。由于CAID的介入，使得設計領域在設計方法、設計流程、設計質量、設計效率等方面得到大幅度的進步和改善。

CAS（Computer Aided Styling），計算機輔助汽車造型設計，是特指汽車造型計算機輔助設計，具有汽車設計數字化的特點和汽車行業的特殊標準。汽車設計有美學上的要求，希望是新穎的、有創意的、讓人眼前一亮的，但同時材料的屬性、工程設計、法律法規、加工制造的需求又會對汽車造型有很強的限定，還要考慮到汽車是個高速行駛的產品，要以空氣動力學的各項參數作為基礎，能夠在行駛速度、平穩性、耗油量等找到最好的平衡點。以上的這些需求都要以高品質的曲面為基礎去解決，CAS是兼顧了工程、制造、法律法規后對汽車設計創意的在計算機中的表達，具有的高品質曲面是和其他普通CAD產品的區別。

A面——是在汽車造型設計領域中更為專業的概念，它特指在CAS后，確定了設計方案，根據全比例油泥模型逆向建模而成的數字模型。在數字模型的后期階段，著重解決遺留的工程細節問題（如配合、分縫線位置、質保問題、制造問題等）以及優化曲面質量，使汽車造型曲面達到甚至超過制造要求。

2.CAS在現代汽車設計流程中發揮的作用

汽車開發流程是一個復雜的過程，這里僅從汽車造型設計的角度來闡述。

汽車傳統開發流程：車型定位——市場調查定位目標客戶群喜好——初期草圖繪制——效果圖繪制——效果圖篩選——膠帶圖——小比例模型制作——反復調整——全比例模型以及反復調整制作——特征截面圖——總布置詳圖等等。

由于當時計算機的應用尚未普及，所以設計人員要通過幾輪的實物模型進行形態的創造、分析、推敲和判斷，而實物模型的制造周期比較長，耗費的人力物力財力比較大，汽車開發過程長，費用高，在市場對于開發新車型的速度需求提高以后，傳統的開發流程無異已經不能滿足要求了，計算機輔助造型設計便成為時代所需。

在計算機應用加入以后，目前國內的汽車造型設計的流程是：

車型定位——市場調查定位目標客戶群喜好——初期草圖繪制——效果圖繪制——效果圖篩選——數字化建模篩選出的方案及小比例油泥模型制作——數字化模型渲染，展示，評審，確定目標方案——方案進一步細化，數字模型更新，制作1：1的油泥模型——逆向凍結的全比例模型，進入后期A面數字模型階段，進行工程、制造配合，建造滿足生產和市場質保要求的高質量曲面。

在傳統汽車開發流程中，結構設計的驗證也需要通過實物模型，包括法律法規的驗證，結構剛度的驗證，所以除了外飾件以外，內飾各個零件，發動機艙和地板等諸多零件也都需要制作實物模型。在現代的汽車開發流程中，有CAS的加入，省去了大量實物模型所要花費的時間和精力，很多結構設計的驗證在有了數字模型以后可以通過CAE在計算機中先行分析，再進行試驗，節省了成本。

由于數字模型的加入，降低了實物模型的重要性（但實物模型仍是汽車開發中不可缺少的部分），用數字模型和實物模型互相印證的方式進行開發，提高了設計研發的質量，增加研發的靈活性，減少研發成本支出，降低勞動強度和減少人工數量，縮短研發時間，提早了新車上市時間和回收投入成本，對于汽車技術的提升起到了重要的作用。

3.CAS與汽車造型設計的關系

在上一章節的設計開發流程中可以看出CAS是用數字模型對設計的創意表達。在項目立項以后，市場部根據此車型的目標客戶群會給出市場定位。設計師根據市場定位如高雅、運動、時尚等以及市場主要競爭車型確定設計方向，進行初期草圖繪制，以及進一步效果圖的制作。

數字設計師根據效果圖進行數字模型的制作，設計師參與數據制作的過程，在數字設計師和設計師的合作下制作出能夠準確、完整的表達設計意圖的高品質曲面數據。數據制作結束后用渲染軟件形成高品質圖像，實時影像，并可以結合動畫，音樂等，采取投影的方式在大屏幕上展示，迅速、方便、直觀、生動的展示汽車造型的整體和細節，比較篩選不同方案的優缺點，提取最優方案。

這一過程不僅僅存在于前期CAS階段，在后期A面階段也是用這種快捷、方便、直觀的方式進行設計評審的。

4.CAS與工程制造的關系

采用計算機輔助造型設計后，模型數據實現了跟其他設計研發工序的無縫交流。設計模型數據采用特定格式發布至共享數據庫PDM上，產生項目里唯一的零件號和版本號，工程部門根據設計數據制作工程數據，同時也上傳至PDM上，其他相應功能部門如質保、試驗、安全、電子電器、發動機等可以在項目里各取所需數據，用分析軟件進行工程可行性分析、試驗驗證、安全法規驗證、流體力學分析、人機工程分析等等。

5.CAS與市場推廣的關系

傳統的新車市場推廣過程是待樣車完成后，運輸到專門的拍攝地點，由專業人員進行實景拍攝。這是一個復雜、耗費巨大運輸費、拍攝費的過程。整個過程不僅時間周期相當漫長，而且還要受季節和天氣等自然因素限制。CAS介入新車推廣以后，使得宣傳與推廣變得非常容易。計算機輔助造型過程可以隨時出圖，輕易渲染，無需傳統過程中的運輸和實景拍攝。這樣便可以大大節約廣告拍攝費用，剛氐由設計、試做到制造的總成本。并且減少了這個過程時間周期，不再受季節天氣等因素限制。

CAS介入新車推廣以后，既縮短了市場推廣的時間周期，又可以節省了總的成本費用。在新車上市前就可以對新車進行充分的宣傳，對新車的銷售大有益處。

6.CAS的未來發展趨勢

從汽車概念設計的角度看，隨著CAD、人工智能、多媒體、虛擬現實等技術的進一步發展，對概念設計過程必然有更深的認識，對概念設計思維的模擬必將達到新的境界。CAD將朝著更加自然的人機交互方式、更加有效的設計手段的方向發展。概念設計的方案也更富有創新性。計算機輔助設計系統是一個人機—體化的智能集成設計系統。

從整個汽車設計與制造的發展趨勢看，概念設計作為汽車開發過程中的重要組成部分，必然與其發展趨勢相一致。因此，概念設計與其他設計過程最終必將建立統一的產品設計支撐模型。在這一模型的支持下，產品設計過程是一種并行的、協同的、面向全生命周期的設計模式。概念設計的結果能夠直接進行詳細設計，概念設計師能簡捷有效地對詳細設計過程中的方案進行概念層次上的修改。