汽車車身結(jié)構與設計課件02-1-車身設計特點及方法

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1、車身設計的特點、方法及流程 車身設計的特點 車身在用材、加工、裝配、結(jié)構、使用功能等各個方面都與汽車 的其他總成大相徑庭。 用材：車身上所采用的材料品種很多，除金屬和輕合金以外，還 大量使用各種非金屬材料（如：塑料、橡膠、復合材料、玻璃、 油漆、紡織品和木材等）。 加工：包括沖壓、裝焊、涂飾、內(nèi)外飾等。 結(jié)構：車身殼體（特別是轎車車身）由許多個具有空間曲面外形 的大型覆蓋件（如頂蓋、翼子板和發(fā)動機罩等）所組成。 整車外形：既要求整體協(xié)調(diào)富有美感，又必須保證必要的流線型。 裝配：裝合這些大型覆蓋件時，對互換性和裝配準確度有較嚴格 的要求。 使用功能：是載運乘客或貨物的活動建筑物，相當于臨時住所或

2、 流動倉庫，兼具實用性和觀賞性。 車身設計的特點 由于車身的這些特點，要求車身表面上的各點（空間坐標） 連成的曲線必須在縱向和橫向兩個截面上光順（傳統(tǒng)的設 計方法就不得不規(guī)定車身圖樣必須采用坐標網(wǎng)格來表示）。 單純用圖紙無法準確完整地表達車身，必須輔之以 1:1的模 型。 采取了一整套特殊的實物（如外形樣板和主模型等）模擬 和“移形” (模擬量傳遞）的辦法，來輔助表達車身這樣復 雜的空間曲面外形。 在產(chǎn)品設計、生產(chǎn)準備和投產(chǎn)等階段中，實物可彌補圖樣 的不足，保證成套工藝裝備（模具和裝焊夾具等）之間以 及零部件之間的協(xié)調(diào)驗證。 由于這些特點，與汽車上的其他總成不同，車身設計有一 整套自成系統(tǒng)的工

3、作方法。 傳統(tǒng)的車身設計方法 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -初步設計 *為了減輕繪制車身布置圖和制作模型過程中反復修改的工作 量，在初步設計中常采用縮小的比例（公制： 1:5或 1:10）。 1. 繪制 1:5車身布置圖 根據(jù)整車的初步控制尺寸（如汽車的總長、總寬、總高、軸 距、輪距等）和總布置方案（如發(fā)動機和傳動系的布置等）， 繪制 1:5車身布置的三視圖 。 在 1:5車身布置圖中，應初步確定車身的主要控制尺寸（如 前懸、后懸、前后風窗的位置及傾角，前圍板的位置，發(fā)動 機高度，地板高度、座椅布置、操縱機構布置以及內(nèi)部空間 的控制尺寸等）。 1:5車身布置圖 傳統(tǒng)的車身外

4、形設計過程 -初步設計 2. 繪制彩色效果圖 在車身布置圖的基礎上，繪制多方案的彩色效果圖。 彩色效果圖有多種表現(xiàn)形式，如表示整車的和表示局部效 果的。 整車彩色效果圖最好按照透視規(guī)律繪制并配以色彩，要求 逼真形象，以收到未來新車型躍然紙上的效果。 局部彩色效果圖要求細致刻畫和突出需要琢磨的部位，如 車頭、后尾、前臉以及內(nèi)飾等。 車身內(nèi)飾效果圖應具體反映出車身內(nèi)部裝飾（如儀表板、 座椅、側(cè)壁的覆飾和有關附件等）的效果。 可通過效果圖廣泛征求意見，初步選定令人滿意的方案。 手繪效果圖 -程正 手繪效果圖 -程正 手繪效果圖 -內(nèi)飾 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -初步設計 3. 雕塑 1:5模型 以

5、1:5車身布置圖的外形尺寸和彩色效果圖的外觀為依據(jù)， 進行 1:5油泥（或石膏）模型的雕塑。 1:5模型應定位安放在刻有坐標網(wǎng)格線（每格距離為 200mm的 1/5）的平臺上，模型上也劃分有相應的網(wǎng)格線。 模型的外表各部（如前臉、尾燈、門把手等）應力求細致， 以便于觀察其立體效果。 在雕塑 1:5模型的過程中，出于審美實感的要求，有可能還 要對 1:5車身布置圖和彩色效果圖作某些相應的非原則性的 補充和小的修改。 以上三步實際上是相輔相成、反復交叉進行的。 雕塑 1:5油泥模型 1:5油泥模型 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 1. 繪制 1:1線型圖 在初步設計的基礎上進行 1:1線型圖的

6、繪制。 從線型圖可以大致觀察汽車的外形輪廓。 該步驟的目的在于發(fā)現(xiàn)和修正初步設計中小模型上所存在 的問題。 可以通過從各個角度面對豎置的線型圖進行觀測，檢驗放 大后的效果，以便進行適當?shù)男薷?，從而避免后續(xù)各步少 走彎路，避免不必要的返工。 *目前均采用一定寬度的有色膠帶，粘在畫有網(wǎng)格線的聚酯 薄膜上形成線型圖，比之前的黑板圖更醒目且更簡便。 1:1線型圖 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 2. 雕塑 1:1油泥模型 1:1油泥模型實際上是修改后的 1:5油泥模型的放大模型。 1:1油泥模型反映了未來新車的立體造型效果，模型上和平 臺上也都刻畫有相應的坐標網(wǎng)格（每格距離為 200mm）。 1:

7、1油泥模型要求表面光整、曲線連續(xù)、能較準確地反映出 車身各部分曲面的外形，以便從此模型上直接取得樣板， 作為依據(jù)繪制主圖板。 雕塑 1:1油泥模型 1:1油泥模型 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 3. 制作 1:1內(nèi)部模型 1:1內(nèi)部模型一般均采用木制骨架，其內(nèi)部覆飾和裝備（如 儀表板、座椅和方向盤等）則盡量采用或借用實物。 該步驟的目的主要在于檢驗內(nèi)部布置尺寸（考慮操縱方便 性、乘坐舒適性以及上下車方便性和視野性等）及內(nèi)部裝 飾效果。 根據(jù) 1:1油泥模型和內(nèi)部模型，可以確定車身表面和車身的 結(jié)構、門窗位置以及鈑金零件的分塊等，這時就可著手轉(zhuǎn) 入繪制主圖板（ Master Layout）

8、的工作。 1:1車身內(nèi)部模型 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 4. 繪制車身主圖板 在車身主圖板上應反映： 1）車身上的主要輪廓線（包括一系列的截面曲線）。 2）車身上各零件的裝配關系。 3）車身上各零件的結(jié)構截面。 4）可動件（如車門、發(fā)動機罩和行李艙蓋等）運動軌跡的校 核。 車身主圖板 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 4. 繪制車身主圖板 車身主圖板是車身技術設計中最關鍵的一環(huán)。 由于車身具有大型復雜的空間曲面，必須用三維坐標來表 示，為了確保尺寸精度和穩(wěn)定性，過去往往按 1:1的比例繪 制在刻有坐標網(wǎng)格線的鋁板上（利用鋁板不變形的特性來 保證主圖板尺寸的穩(wěn)定性，而鋁板則固定于一木

9、質(zhì)平臺上。 因此“車身主圖板 ”一詞可以理解為車身主要輪廓和結(jié)構的 圖板。 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 4. 繪制車身主圖板 后來隨著新材料的不斷涌現(xiàn)，普遍改用厚度為 0.15- 0.18mm的聚酯薄（膜）片來繪制原“車身主圖板 ”的內(nèi)容， 此后“車身主圖板 ”這個專有名詞有時也被稱作“車身主圖 片 ”。 用聚酯薄膜取代鋁板制作車身主圖板，有一系列優(yōu)點：耐 用、不變形、可利用化學感光法進行復制、不占用很大空 間、便于使用和保存等。 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 4. 繪制車身主圖板 為了保證車身零件制造和裝配的精度，要求坐標網(wǎng)格線的 精度為 0.1mm， 800mm見方的網(wǎng)格中兩

10、條對角線的誤 差不超過 0.2mm，車身圖的精度應保證為 0.25mm 。 主圖片上網(wǎng)格的零線可根據(jù)下述原則來選?。?1）高度方向的零線 一般取汽車滿載時車架縱梁的上翼緣 面、地板平面或通過前輪中心的水平線作為零線。 2）寬度方向的零線 毫無例外地取汽車的縱向?qū)ΨQ中心線 作為零線。 3）長度方向的零線 通常均選取汽車前輪中心的垂線作為 零線。 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 4. 繪制車身主圖板 為了減小圖面面積，同時考慮便于投影，可將視圖適當重 疊，但應注意盡可能使線條疏密搭配，勿使其混淆不清， 以便于查找和修改。 考慮到投影的方便，前視圖和后視圖可采用第三象限的畫 法。 出于制造沖模的

11、需要，主圖片上的輪廓線均以零件的內(nèi)表 面為依據(jù)（即與實物差一料厚）。 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 5. 繪制車身零件圖 車身上各個零件的邊界條件可從主圖片上獲得，通過對零 件的具體結(jié)構設計所確定的截面形狀，又可用來充實主圖 片的內(nèi)容。 在車身零件圖上也必須繪出相應的坐標網(wǎng)格線，零件的尺 寸基準可按標注方便選取任一坐標線或另作輔助基準線， 標注曲線上各點的標距應按曲率變化的大小不同選用 5、 10、 15、 25、 50、 100等幾種，另一坐標則為諸點至基準 線的距離，其準確度為 0.25mm（即小數(shù)點以后尾數(shù)只允 許采用 0.25、 0.5、 0.75三種）。 傳統(tǒng)的車身外形設計過程

12、 -技術設計 5. 繪制車身零件圖 為了與主圖片取得一致，零件圖上的尺寸應按零件的內(nèi)表 面標注。 在零件圖上無法表達的復雜曲面，應在圖上標注“未注明 的零件表面尺寸按主模型量取 ”。 在傳統(tǒng)的車身設計工作中，絕大部分時間都在進行制圖這 種繁瑣重復性的工作（由于車身覆蓋件的裝配關系是一環(huán) 扣一環(huán)，而車身圖紙又都是按坐標進行尺寸標注，所以即 使對車身局部外形或尺寸進行改動，也會發(fā)生連鎖反應， 牽一發(fā)而動全身，導致制圖工作的大量返工。 典型的車身零件圖 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 6. 樣車試制與試驗 該步驟的目的主要在于通過實踐檢驗車身外形和結(jié)構設計 的合理性，考核其性能、強度和壽命，預先

13、了解制造上的 關鍵等。 試制樣品應盡可能與產(chǎn)品一致，但由于試制的數(shù)量少，在 制造方法上可以和定型產(chǎn)品有所不同。 (例如車身上的鈑金 件可利用簡單的模具和胎具手工敲制，而大量生產(chǎn)大多利 用正規(guī)模具經(jīng)沖壓加工而成）。 由于車身結(jié)構和受載工況的雙重復雜性，計算機輔助工程 分析扔存在一定的局限性，車身結(jié)構設計還不能完全依靠 仿真計算來進行預測，因此，樣車試制和試驗工作是產(chǎn)品 定型前很重要的一環(huán)。 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 7. 制造車身主模型 樣車試制試驗工作完成后，待產(chǎn)品正式定型后即可轉(zhuǎn)入制 造車身主模型（ Master model）。 主模型是根據(jù)主圖片、車身零件圖和樣板等制造的 1:1

14、實體 模型。 主模型是重要的設計資料之一，是制造沖模、胎具、裝焊 夾具、檢驗樣架的主要依據(jù)，是大批量生產(chǎn)汽車車身時不 可缺少的依據(jù)。 由于主模型的制造周期長、造價高，所以在定型前不宜急 于制造主模型。 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 7. 制造車身主模型 主模型應按車身覆蓋件分塊，其分塊原則上應當與車身零 件一致，并應考慮制造工藝的要求，如拉延深度、壓床臺 面尺寸和板材規(guī)格等。 為了便于制造沖模，主模型各塊的外表面均是車身覆蓋件 的內(nèi)表面。 主模型可以按車身覆蓋件在汽車車身中的位置分為外主模 型和內(nèi)主模型兩部分，分別表示車身外覆蓋件和內(nèi)部零件 的立體表面形狀。 外主模型的各塊按一定的基準面

15、拼裝在其框架上，可構成 一個外形和汽車一模一樣的外主模型。 前翼子板主模型 轎車外主模型的框架 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 7. 制造車身主模型 內(nèi)主模型的結(jié)構型式和外主模型大致形同。 內(nèi)主模型的特點是它大多與外主模型有配合關系或裝配關 系。 內(nèi)主模型應盡量考慮組裝，例如：轎車門框總成，可將前、 中、后立柱與上下邊梁組裝成一體；前、中、后地板與前 圍板、輪罩等也可設計組裝成一體，以便直接協(xié)調(diào)驗證。 轎車地板通道的主模型 發(fā)動機罩內(nèi)板模型 傳統(tǒng)的車身外形設計過程 -技術設計 7. 制造車身主模型 在汽車的整個投產(chǎn)過程中，主模型相當于“米原器 ”（保存 在法國巴黎的米尺標準模型）。 車身主

16、模型的尺寸要求十分準確，須采用優(yōu)質(zhì)木材（楠木、 柚木、紅松、核桃木等）來制造，制造前必須將木材進行 干燥處理（濕度應控制在 6%-8%）。 主模型應當存放在溫度（ 10-25 ）和相對濕度（ 25%- 40%）的室內(nèi)予以妥善保管。 傳統(tǒng)的車身設計方法 傳統(tǒng)的車身設計方法：設計工作量大，設計 周期長。 應盡量利用計算機代勞，把設計人員從繁瑣 的重復勞動中解放出來。 現(xiàn)代車身設計技術 *具體來說包括： 車身設計技術 造型設計技術 先進的設計理念等 工程設計技術 計算機輔助造型技術 虛擬現(xiàn)實技術 空氣動力學模擬 人機工程技術 數(shù)字樣機技術 CAE分析和驗證技術 模塊化設計技術 產(chǎn)品性能設計技術 并

17、行 工 程 等 計算機輔助造型技術 （ Computer Aided Styling-CAS ） 又稱為計算機輔助工業(yè)設計（ Computer Aided Industrial Design） ,簡稱 CAID。但是在汽車工業(yè)中，多稱計算機輔助造型設計（ CAS）。 計算機輔助造型是隨著掃描技術和矢量化技術的發(fā)展，在現(xiàn)代車身設計 中得到應用的一門新興的造型技術。 計算機輔助設計，工程分析和制造等技術早已在汽車開發(fā)，包括車身設 計中得到廣泛而普遍的應用。但在造型設計這一領域，九十年代初在汽 車工業(yè)中還有爭議。許多人仍然認為汽車造型設計是屬于藝術創(chuàng)作的范 疇，全靠造型師的靈感、藝術的想象力和創(chuàng)作意

18、識，計算機幾乎無能為 力。但在計算機技術，尤其是圖形圖象技術的迅速發(fā)展，計算機輔助工 業(yè)設計（或計算機輔助造型設計）得到了全面的應用。 計算機輔助造型技術 - 國外商用卡車駕駛室設計技術綜述 CAS設計區(qū)別于傳統(tǒng)的仿形法設計，是將表達完整的 造型膠帶圖由三維掃描儀直接輸入工作站中，經(jīng)過矢 量處理后得到原始的數(shù)據(jù)點，再運用 CAS系統(tǒng)進行實 體造型，最后得到三維可加工的數(shù)字模型。 某貨車造型膠帶圖 某轎車 CAS數(shù)字模型 計算機輔助造型技術 - 國外商用卡車駕駛室設計技術綜述 根據(jù)內(nèi)、外表面數(shù)據(jù)狀況的不同，可以采用不同的 CAS軟件進行制作。 一般情況下，當外形表面相對簡單時，可利用 ICEM-

19、 SURF軟件進行制作； 相反， ALIAS軟件更適合表達復雜表面的內(nèi)飾數(shù)據(jù)， 但精度較差，只適合進行模型加工。 計算機輔助造型技術 - 國外商用卡車駕駛室設計技術綜述 相對于傳統(tǒng)的仿形法造型設計而言， CAS技術具有如下特征和優(yōu)點： 可省略比例模型的制作環(huán)節(jié)，減小勞動強度，縮短造型周期； *對于一個完整的轎車車身，利用 CAS技術可以在 20-30個工作日的 時間內(nèi)完成所有內(nèi)、外飾表面和大部分細節(jié)的三維可加工數(shù)字模 型的制作任務。 擺脫了手工模型制作和三坐標測量造成的誤差鏈的影響，提高了 數(shù)據(jù)精度，為提高最終模型的制作精度奠定了良好的基礎。 CAS階段生成的內(nèi)、外表面三維數(shù)據(jù)，可以為后序工程

20、和工藝分 析提供共享的數(shù)字模型，為并行工程的開展和深入提供了前期技 術條件。 計算機輔助造型技術 - 哈飛汽車制造有限公司 采用 CAS有許多優(yōu)點，主要有以下幾點： （ 1）首先，由于在計算機上進行造型設計本身就比制作實體模型快捷，特別是 修改起來更加容易、方便，效率大大提高，使造型設計周期顯著縮短。 （ 2）其次，由于無需手工粘土模型，節(jié)省了費用。 （ 3）由于在計算機上建立起精確的三維模型，避免了從構思草圖到粘土模型雕 塑、模型測量到曲面擬合等各作業(yè)間的轉(zhuǎn)換誤差，提高質(zhì)量。 （ 4）由于上述建?？焖俣?jié)省的特點，我們可以在更短的時間內(nèi)嘗試更多的造 型方案；另外，因最大限度地發(fā)揮了計算機的功

21、能，使造型師得以更集中精 力于創(chuàng)造性的工作。 （ 5）結(jié)構設計師、模具設計師可投入工作，反饋修改意見。 （ 6）制作仿真效果、動畫等，用于審定及宣傳。 總而言之，采用計算機輔助造型設計，可以更好地滿足汽車產(chǎn)品開發(fā)的三大要 求，即縮短開發(fā)周期、提高開發(fā)質(zhì)量和降低開發(fā)費用。 計算機輔助造型技術 - 哈飛汽車制造有限公司 各公司在應用計算機輔助造型設計技術時，采用了不同的計算機硬件，其 中較多是迄今圖形功能較強的 SGI工作站，所采用的商用造型軟件主要是 ALIAS等，哈飛公司就是應用該軟件，它不但造型功能強大，而且與 CATIA 有無縫接口，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換毫無問題。 哈飛公司首例采用 CAS技術的是中

22、意系列車型，與意大利 PINNIFARANA公 司合作，首先由造型師畫出效果圖，提供許多風格的效果圖，供專家選擇， 效果圖選定后，進入下一步， CAS計算機模型制作， PINNIFARANA公司在 CAS完成后加工出 1： 1的模型，然后進行手工修改，最后定型后噴漆，安裝 玻璃、燈、輪胎、保險杠等附件，這時，該模型如真車一樣，再進行審定， 如滿意，接下測繪建模，此時造型模型再不能修改，這叫造型凍結(jié)。 計算機輔助造型設計技術，預期今后將沿著“虛擬現(xiàn)實”和“全息”技術這 一縱深方向發(fā)展，在三維空間造型系統(tǒng)中應用三維數(shù)碼筆在眼前假想實體上 一邊觸摸一邊修改模型。 逆向工程技術 - 哈飛汽車制造有限公

23、司 簡單地說，就是從實體模型上采集表面數(shù)據(jù)，輸入計算機后自動建立高質(zhì) 量的三維數(shù)學模型的技術， 它可理解為仿造產(chǎn)品時進行測繪的一種現(xiàn)代的先進技術，當然它的應用遠不 限于此， 多數(shù)汽車制造廠或汽車設計公司的車型開發(fā)，仍然靠雕制黏土模型來造型， 這自然離不開逆向工程技術。即使有些公司開始采用最先進的計算機輔助造 型設計技術后，不再用人工雕制黏土模型，最后仍然毫不例外地要用數(shù)控銑 床切出供校驗和審批用的實體模型，而這一模型不可避免地有打光工序，或 在審批過程中會要求局部的哪怕是細微的修改，都必須返回去修改數(shù)學模型， 這就是逆向工程的新應用。 哈飛公司在新車型的設計開發(fā)中采取第二種方法。 虛擬現(xiàn)實技術

24、 （ VR-Virtual Reality） 1989年，美國 VPL Research公司創(chuàng)始人 Jaron Lanier提出了 “Virtual Reality”（虛擬現(xiàn)實）的概念。在這里， “Reality”的含 義是現(xiàn)實的世界，或現(xiàn)實的環(huán)境。所以， “Virtual Reality”（虛 擬現(xiàn)實）的另一個名稱是 “Virtual Environment”（虛擬環(huán)境）。 “Virtual”說明，這個世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實的。 這個世界或環(huán)境是人工構造的，是存在于計算機內(nèi)部的。用戶 應該能夠 “進入 ”這個虛擬的環(huán)境中。所謂 “進入 ”這個虛擬的環(huán) 境中，是指用戶以自然的方式與這個環(huán)

25、境交互（包括感知環(huán)境 并干預環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感， 身臨其境的感覺。 虛擬現(xiàn)實技術 （ VR-Virtual Reality） “Virtual Reality”（虛擬現(xiàn)實）或 “Virtual Environment” （虛擬環(huán)境）是人工構造的，存在于計算機內(nèi)部的環(huán)境。 用戶應該能夠以自然的方式與這個環(huán)境交互（包括感知環(huán) 境并干預環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應的真實環(huán)境中的虛 幻感，沉浸感，身臨其境的感覺。 虛擬環(huán)境 (Virtual Environment， VE)系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實 (Virtual Reality， VR)系統(tǒng)包括人類操作者、人機接口和計 算機。 虛擬

26、現(xiàn)實技術 （ VR-Virtual Reality） 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有下列幾種情況： 第一種情況是模仿真實世界中的環(huán)境。例如，建筑物，武 器系統(tǒng)，或戰(zhàn)場環(huán)境。這種真實環(huán)境，可能是已經(jīng)存在的， 也可能是已經(jīng)設計好但還沒有建成的。為了逼真地模仿真 實世界中的環(huán)境，要求逼真地建立幾何模型和物理模型。 環(huán)境的動態(tài)應符合物理規(guī)律。這一類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的功能， 實際是系統(tǒng)仿真。 虛擬現(xiàn)實 -1.avi 第二種情況是人類主觀構造的環(huán)境。例如，用于影視制作 或電子游戲的三維動畫。環(huán)境是虛構的，幾何模型和物理 模型就可以完全虛構。這時，系統(tǒng)的動畫技術常用插值方 法。 虛擬現(xiàn)實 -2.avi 虛擬現(xiàn)

27、實技術 （ VR-Virtual Reality） 第三種情況是模仿真實世界中的人類不可見的環(huán)境。例如， 分子的結(jié)構，空氣中速度、溫度、壓力的分布等。這種真實 環(huán)境，是客觀存在的，但是人類的視覺和聽覺不能感覺到。 對于分子結(jié)構這類微觀環(huán)境，進行放大尺度的模仿，使人能 看到。對于空氣中速度這類不可見的物理量，可以用流線顯 示速度（流線方向表示速度方向，流線密度表示速度大?。?這一類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的功能，實際是科學可視化。 虛擬現(xiàn)實 -3.swf 由此可見，虛擬現(xiàn)實技術可以用于系統(tǒng)仿真、科學可視化、 三維動畫等領域。 虛擬現(xiàn)實技術 （ VR-Virtual Reality） 虛擬現(xiàn)實技術目前是國際

28、上各大汽車廠商及設計公司展示 自身實力及進行輔助造型設計的一種手段，同時為方案評 審提供了準確的依據(jù)（虛擬現(xiàn)實技術除應用在造型設計中， 還在汽車設計及其他領域中有廣泛應用）。 虛擬現(xiàn)實技術是一種先進的計算機用戶接口，它強調(diào)將用 戶和計算機視為一體，通過多媒體的方法將信息進行可視 化，展現(xiàn)在用戶面前。用戶通過專用的設備進入虛擬的環(huán) 境中，以各種習慣的方式與計算機進行人機交互。 虛擬現(xiàn)實技術 （ VR-Virtual Reality） 采用虛擬現(xiàn)實技術，設計師不再局限于固定的 油泥模型，突破了傳統(tǒng)的功能決定形式的束縛， 而能充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性，使得設計中滲入了 更多實用性、更多藝術性和更多綜合的因

29、素。 將車身的形式和功能在更高層次上實現(xiàn)有機結(jié) 合和統(tǒng)一。 虛擬現(xiàn)實環(huán)境示例 虛擬現(xiàn)實環(huán)境示例 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 汽車市場的競爭非常激烈，為了取得領導地位，各汽車制 造廠商都在采用新技術來提高設計和生產(chǎn)效率。虛擬現(xiàn)實 技術因其可以大量減少物理模型的制作，加快設計的流程， 提高設計質(zhì)量，降低設計成本，在汽車設計領域的應用越 來越廣泛。 虛擬現(xiàn)實（ VR）系統(tǒng)為操作者提供一個極具高臨場感的交 互式視景仿真和信息交流環(huán)境。它具有三個重要特征，即 臨場感、交互性和構想性。今天， VR技術的發(fā)展已經(jīng)遠遠 不局限于大家所熟悉的 3D甚至 4D電影所帶來的逼真和刺激 了。各個行業(yè)都在應用這種先進的技

30、術，加快自身的發(fā)展 甚至變革。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 而在汽車設計領域中， VR技術應用于新產(chǎn)品的設計開發(fā)階 段，特別是在汽車制造領域，已經(jīng)是國際著名汽車制造商普 遍采用的技術。在激烈的市場競爭中，如何縮短汽車產(chǎn)品的 設計開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，是每一個汽車制造商共同面 對的問題。運用 VR技術，可以建立 3D 數(shù)字模型、通過立體 投影及虛擬交互手段，使設計師在產(chǎn)品開發(fā)的早期，直觀地 觀測、分析、研究數(shù)字產(chǎn)品。 VR技術的應用為汽車制造帶來的巨大收益已經(jīng)被業(yè)內(nèi)廣泛 認可。所有的主流汽車制造廠商如 Audi、 Honda、 Toyota、 Benz、 Chrysler、 General Mo

31、tors、 Ford、 Porsche、 BMW、 Volvo、 Volkswagen，都大量地采用了 VR技術和方案，并 取得了極大的效益。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成 ： 在汽車造型設計中，最常見的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)采用平面系統(tǒng) Powerwall或稱 Cadwall系統(tǒng)。它通常采用巨型平面幕（長度 超過 6米）、雙通道或三通道背投影，以實現(xiàn)轎車的全尺寸 仿真顯示。當然，為了獲得更高的分辨率和更大的尺寸還可 以增加通道數(shù)量。 在計算機系統(tǒng)的配置上，早年多采用 SGI的大型圖形服務器， 隨著 x86 Base的 CPU 技術、 NVIDIA/ATI 等 GPU 圖卡技術 的發(fā)展，

32、以集群技術為基礎的解決方案迅速發(fā)展起來，并逐 漸成為新一代圖形系統(tǒng)的主流。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成 ：（續(xù)） 當今的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)多由數(shù)臺甚至數(shù)十臺 PC 圖形工作站集群而成，可以根據(jù)具體需要，靈活地配置和升 級每一臺計算機。 投影系統(tǒng)多采用背投，因為背投的光線不會被屏幕前的觀察 者遮擋，觀察者可以非常接近屏幕，這在造型評審中是非常 有利的。投影系統(tǒng)中的關鍵技術就是多通道之間的圖像無縫 融合。世界上幾大投影機供應商都有相應的技術來解決這一 難題。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成 ：（續(xù)） 目前也出現(xiàn)了一種高亮度高分辨率的投影機，使用這種采用 單通道

33、的解決方案的投影機，避免了多通道的融合問題，也 大大降低了投影系統(tǒng)的成本，但是受“太陽效應”亮度不均 和形狀畸變等先天不足，影響尚未大量普及。 立體顯示技術的應用。眾所周知，立體顯示分為主動和被動 兩種方式，傳統(tǒng)的這兩種方式都有其先天的弱點。主動立體， 需要同步信號，厚重的眼鏡，圖像閃爍。被動立體，需要特 制的屏幕，分離度不高有“鬼影”。如今最先進的立體顯示 技術為德國奔馳公司研發(fā)并享有專利的 Infitec譜分離立體成 像技術。該技術與傳統(tǒng)的偏振立體成像技術最大的區(qū)別在于 它采用光譜分離的方法，實現(xiàn)左右眼立體像的高度分離，從 而實現(xiàn)被動立體成像。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成

34、 ：（續(xù)） 交互系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)手套和三維鼠標等交互設備，就可以沉 浸在虛擬的環(huán)境中實現(xiàn)對虛擬模型進行可視化、可控化甚至 獲得相應的觸感。 軟件系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實的軟件有很多，但在汽車造型中主流軟 件有 3個： Optical、 RTT 和 Showcase。它們都是為汽車造 型設計而制作的軟件，有專為汽車設計的各種材質(zhì)和特殊功 能。 Global Illumination 全局光照、實時 Ray tracing、實時 陰影等技術是目前比較先進的光影算法，依靠強大的 PC Cluster硬件支持，它們得以實現(xiàn)，使虛擬展示的光影更加真 實，使得在虛擬條件下的造型評審變得可行可信。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王

35、冠宇 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成 ：（續(xù)） 如上這些總和起來就構成了一套完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。有了 這么強大的功能，很顯然它可以在相當程度上替代物理模型。 而這些還需要有一個保證，那就是快速的數(shù)字模型制作能力。 只有具備了快速的數(shù)字模型制作能力，使得虛擬仿真系統(tǒng)有 模型可以展示，它才可以發(fā)揮作用。所以，現(xiàn)在的汽車造型 設計中都有這樣一個團隊 CAS（ Computer Aid Styling 計算機輔助造型），他們的職能是數(shù)字模型的制作和渲染， 他們就是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在造型設計中的應用者。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 虛擬仿真的高超之處 ： 在造型設計的初期，在傳統(tǒng)設計流程中，需要制作大量的小比例 和 1

36、1的油泥模型，進行造型方案的評選和改進。這些油泥模型 將耗費大量的人力物力和時間。而有了虛擬現(xiàn)實技術，在方案設 計階段， CAS依照設計師的效果圖甚至是草圖，快速地將二維圖 轉(zhuǎn)變?yōu)槿S數(shù)據(jù)，然后將三維數(shù)據(jù)輸入虛擬仿真系統(tǒng)進行非常逼 真的模擬展示，從而替代了相當一部分前期 1 5和 1 1油泥模型 的制作。而在造型設計的后期，運用虛擬仿真系統(tǒng)評審通過后的 數(shù)字模型，采用 CAM技術運用五軸銑床加工出 1 1的硬質(zhì)模型 （樹脂材料），經(jīng)過簡單的手工加工就可以成為最終的造型凍結(jié) 模型，其花費時間和成本只是油泥模型制作的幾分之一甚至更少。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 虛擬仿真的高超之處 ：（續(xù)） 在汽車

37、的顏色和材料設計方面，通過虛擬現(xiàn)實軟件提供的材 質(zhì)編輯和創(chuàng)建功能，可以輕易地為模型變換材質(zhì)和顏色，為 設計師和決策者提供了豐富多彩的選擇，而不再需要大量樣 件和樣板的制作。 其實，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在造型設計中的應用遠不止這些。內(nèi)飾、 外飾每一個零件的造型更改，都可以通過數(shù)字模型的建立， 用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進行展示和評審，減少了大量樣件和快速成 型件的制作。 虛擬現(xiàn)實造汽車 -王冠宇 虛擬仿真的高超之處 ：（續(xù)） 在汽車的工程設計中，虛擬樣機是用來代替物理樣機的一種計算機數(shù)字 模型，在 CAD領域，虛擬樣機通常又被稱為數(shù)字化樣機（ DMU， Digital MockUp），即將數(shù)字化技術應用于產(chǎn)品的制造

38、過程，通過數(shù)字化建模 和信息處理來改進制造過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。 通過虛擬樣機制作，可以實現(xiàn)碰撞和干涉檢查、裝配工藝規(guī)劃、裝配可 視化和仿真校驗，確定產(chǎn)品裝配過程中最優(yōu)的裝配、拆卸和重組順序， 校驗和修改裝配流程，進行裝配可行性、可制造性、可維護性分析。創(chuàng) 建、校驗和仿真人體行為，分析工人和仿真環(huán)境中其它物體的關系，對 特定制造環(huán)境中的多種人體行為方案進行比較、選擇。在設計的前期就 保證了設計的可實施性和經(jīng)濟性。 虛擬樣機的制作需要大量的計算， PC Cluster使其海量的運算成為可能。 通過 Powerwall系統(tǒng)，使虛擬裝配可視化成為可能。各種交互式外設更 使得各種分析變得方

39、便和真實。如今的虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)完全滿足了虛 擬樣機制作的需求。 空氣動力學模擬 汽車空氣動力學主要是運用流體力學的知識，研究汽車行駛 時（即與空氣產(chǎn)生相對運動時），汽車周圍的空氣流動情況 和空氣對汽車的作用力（稱為空氣動力），以及汽車的各種 外部形狀對空氣流動和空氣動力的影響。 此外，空氣對汽車的作用還表現(xiàn)在對汽車發(fā)動機的冷卻，車 廂里的通風換氣，車身外表面的清潔，氣流噪聲，車身表面 覆蓋件的振動，甚至刮水器的性能等方面的影響。 因此，汽車的空氣動力學問題主要分內(nèi)流和外流兩種情況， 整車的空氣動力特性屬于外流，空調(diào)系統(tǒng)、車室內(nèi)流動等屬 于內(nèi)流。 空氣動力學模擬 在近期新型汽車開發(fā)中提出的有關

40、空氣動力學問題，包括新 車型氣動性能預測和現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品性能分析等。 如果采用傳統(tǒng)的研究方式，即風洞試驗，需要準備實車或模 型，費用高、周期長，各種狀態(tài)的三維流場的詳細情況在試 驗中也很難觀察到，使試驗研究受到很大的限制。 采用 CFD(Computational Fluid Dyanmics)模擬計算， 不需 要實車或模型 ，節(jié)省了大量試驗經(jīng)費，可在開發(fā)的前期進 行預測，隨時對設計方案進行修改，并可得到三維流場的詳 細信息，以供設計部門參考。 空氣動力學模擬 空氣動力學原理在車身造型設計中的應用，已經(jīng)成為造型構 思的重要依據(jù)。 為了減小空氣阻力系數(shù)，現(xiàn)代轎車的外形一般用圓滑流暢的 曲線去消隱車身

41、上的轉(zhuǎn)折線。 前圍與側(cè)圍，前圍、側(cè)圍與發(fā)動機罩，后圍與側(cè)圍等處均采 用圓滑過渡，發(fā)動機罩向前下方傾斜，車尾后箱蓋短而高翹， 后翼子板向后收縮，前風窗采用大曲面玻璃且與車頂圓滑過 渡，前風窗與水平面的夾角不宜超過 30o，側(cè)窗與車身相平， 前后燈具、門把手嵌入車體內(nèi)，去掉不必要的裝飾，車身表 面盡量光潔而平滑，車底用平整的蓋板蓋住，降低整車高度 等，這些措施都有助于減小空氣阻力系數(shù)。 某 MPV在 FLUENT軟件模擬下的三維流線圖 空氣動力學模擬 過去空氣動力學模擬在轎車造型中應用較多，強調(diào)轎車的流 線形和完美的空氣動力性，盡量減少空氣阻力和空氣升力， 從而提高整車的經(jīng)濟性和操縱穩(wěn)定性。 目前

42、，商用卡車的動力性得到了極大的提高， 373kw(500hp) 以上的超大噸位的重型牽引車在歐洲已經(jīng)相當普遍，在我們 國家也越來越多，如何改進駕駛室的流線型設計，降低車輛 的風阻和油耗，提高車輛運行的經(jīng)濟性，已經(jīng)列入到了駕駛 室的常規(guī)設計過程中。 在車頂前部加裝導流罩，在前保險杠上裝設導風板，在側(cè)圍 后部選裝側(cè)導流板，這些措施都能大大降低汽車的行駛阻力。 空氣動力學模擬 奔馳公司的 Actros駕駛室，其外形的每一個部件都單獨經(jīng)過 空氣動力學模擬，駕駛室整體裝配完成后，又經(jīng)過多次風洞 試驗和設計修改，以求得到最完美的空氣動力學外形。 SCANIA 的頂蓋導流罩的高度是可調(diào)的，調(diào)節(jié)高度也是經(jīng)過

43、空氣動力學計算的，調(diào)節(jié)高度（ H）與后部車廂或掛車集裝 廂的高度（ B）以及駕駛室與車廂或集裝廂的前后間隙（ A） 有關。 頂蓋導流罩的空氣動力學分析示意圖 人機工程技術 人機工程學是從 20 世紀 50 年代開始迅速發(fā)展起來的一門新興的邊 緣學科，從人的生理和心理特點出發(fā)，研究人、機、環(huán)境相互關系 和相互作用的規(guī)律，以優(yōu)化人 -機 -環(huán)境系統(tǒng)的一門學科。 人機工程技術在車身產(chǎn)品開發(fā)過程中的應用，主要體現(xiàn)在駕駛員和 乘員在駕駛和乘坐狀態(tài)下的舒適性、視野性、手伸及性、操縱方便 性等方面。 在美國，過去長途卡車司機一般都是人高馬大，但是近年來，由于 身材較矮小的婦女和拉美人當司機的越來越多，汽車制

44、造商必須讓 駕駛室能適應不同身材的司機。為此美國的卡車工程師將人體工程 技術應用到卡車設計與制造當中，他們利用逼真的虛擬 現(xiàn)實仿真 系統(tǒng)，研究出能夠讓不同身高的司機均能獲得操作方便，視野開闊 的設計。這些根據(jù)人體工程技術開發(fā)的創(chuàng)新設計（例如能夠適應身 材矮小、腿短或肚子大的司機的轉(zhuǎn)向盤，可調(diào)式剎車，離合器和油 門踏板等）最近已經(jīng)用于正在生產(chǎn)的牽引車上。 人機工程技術 目前三維人體模型在車身設計中的應用已經(jīng)日趨成熟，并有 一些商業(yè)應用軟件進行輔助設計。 *例如 EAI公司的 JACK 軟件，根據(jù) 1988 年美國軍方人體測量調(diào) 查結(jié)果（ ANSUR 88）創(chuàng)建了精確的三維人體模型。利用該 軟件能

45、進行姿勢預測、舒適評價（ Porter， Krist， Grandjean， Rebitte， Dreyfuss 2D/3D 等評判標準）、手伸及性、空間適 應性分析（ Test fit and accommodation）以及基于最新的人 體解剖學和生理學數(shù)據(jù)的生物力學（靜態(tài)受力和疲勞強度） 分析。 *福特公司已將 JACK軟件應用于其 C3P（ CAD/CAM/CAE/PDM） 項目中，進行人體工效分析，包括舒適性、可達范圍、疲勞 狀態(tài)、視野范圍，使其生產(chǎn)出的汽車更加符合人體的生理狀 況，更具競爭力。 人機工程技術 *RAMSIS 軟件是由德國汽車技術研究集團 FAT (Forschung

46、s gruppe Automobil Technik)及多家汽車公司 (AUDI、 BMW、 FORD、 MERCEDES-BENZ、 OPEL、 PORSCHE、 VW)以 及幾個座椅生產(chǎn)廠家 (KEIPER RECARO、 NAUE/JOHNSON CONTROLS)聯(lián)合研制的。 RAMSIS 除了提供詳盡的人體尺 寸外，還特別注重于應用環(huán)境的建立。它可以測量、分析人 體坐姿和運動情形，并能進行視野模擬、運動模擬等交互操 作。自 1995 年開始成為商業(yè)應用軟件后，目前有 50%多的汽 車公司都在使用 RAMSIS 進行設計和布置。 *此外，用于人機功效分析的虛擬人軟件還有： ANTHRO

47、POS、 BodyBuilder、 ERGO、 SAMMIE 等。 RAMSIS人體模型應用示例 數(shù)字樣機技術 （ DMU-Digital Mock-Up） 數(shù)字樣機技術 （ DMU-Digital Mock-Up）作為目前世界汽車行業(yè)產(chǎn)品開 發(fā)的主流技術，在提高汽車產(chǎn)品開發(fā)的速度與質(zhì)量方面起著越來越重要 的作用。 DMU 技術從宏觀上來說，是一套基于協(xié)同作業(yè)機制與理念的并行工程 開發(fā)技術。在產(chǎn)品的設計階段，就充分考慮產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)及其相關的 各種因素的影響，在滿足產(chǎn)品性能與功能的條件下，改變零部件裝配結(jié) 構來降低裝配時的復雜性。 從微觀上來說，它是一套結(jié)合一系列專用模塊，如瀏覽 (Navig

48、ator) 、 運動干涉分析 (Kinematics)、空間漫游 (Space Analysis) 及拆裝模擬 (Fitting Simulation)、結(jié)構優(yōu)化 (Structural Optimization) 等分析工具的 實用高新技術。 采用數(shù)字化預裝配技術（ DPA-Digital Pre-Assembly)技術后，能在設計 階段發(fā)現(xiàn)機構運動干涉等潛在的設計質(zhì)量問題，從而為機構運動路線優(yōu) 化，確保機構的可制造性、可裝配性和可維修性提供強有力的技術手段。 這樣就能大大地提高汽車產(chǎn)品的開發(fā)速度與質(zhì)量。 數(shù)字樣機技術 （ DMU-Digital Mock-Up） DMU 技術在車身產(chǎn)品開發(fā)

49、中的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1) 白車身焊接過程模擬。包括焊接順序、焊槍運動空間、焊點 分布等。 (2) 車門玻璃裝配模擬。車門玻璃和車門焊接總成都屬于空間曲 面，驗證玻璃的裝配可行性只靠幾個斷面進行分析是非常困 難的，此外可信度也不高，而 DMU技術提供的動態(tài)模擬功能 可以非常直觀地仿真整個裝配過程，避免了在設計階段制作 實物模型進行實體驗證的高成本，也消除了設計階段的隱患 在后期裝配過程中造成的反復設計。 (3) 運動干涉分析。包括轎車四門兩蓋及其附件的運動干涉分析、 商用車駕駛室的翻轉(zhuǎn)校核等。 數(shù)字樣機技術 （ DMU-Digital Mock-Up） 使用 DPA可提早發(fā)現(xiàn)干涉

50、現(xiàn)象，從而采取解決措施，使干涉 數(shù)量很快地下降。 下圖表示了應用 DPA檢查干涉的效果： CAE分析和 驗證技術 在產(chǎn)品設計階段的 CAE 分析和驗證技術已經(jīng)得到了全面深入 的應用，大至白車身的結(jié)構分析，小至密封條結(jié)構與材料的 優(yōu)化，主要涉及白車身和部件的靜態(tài)、動態(tài)、安全、疲勞分 析，空間和管路的 CFD 分析，鈑金件的沖壓成形可行性分析， 塑料件注塑過程的模擬分析和優(yōu)化設計等方面。 并且隨著設計的深入、數(shù)據(jù)的完善， CAE 分析和驗證工作按 多輪次層層展開，有力地支持了結(jié)構設計的可行性，保證了 設計方案的優(yōu)化。 全面的 CAE 驗證工作也充實了性能設計方面的評價標準和目 標值的積累 。 典型

51、的 CAE 驗證項目和商用支撐軟件 模塊化設計技術 模塊化設計技術是在系列化設計和平臺設計的技術概念背景 下提出的。 隨著零部件供應商的自主開發(fā)能力的不斷提高，總成開發(fā)的 技術革新和產(chǎn)品開發(fā)的職責向供應商轉(zhuǎn)移，模塊化的程度和 趨勢日益明顯。 模塊化設計的原則是力求以盡可能少的模塊組成盡可能多的 產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié) 構簡單、成本低廉，且模塊結(jié)構應盡量簡單、規(guī)范，模塊間 的聯(lián)系盡可能簡單。 模塊化設計技術 模塊化設計分為兩個不同層次，第一個層次為系列模塊化產(chǎn) 品研制過程，需要根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果對整個系列進行模塊化 設計，本質(zhì)上是系列產(chǎn)品研制過程。第二個層次為單個產(chǎn)品

52、 的模塊化設計，需要根據(jù)用戶的具體要求對模塊進行選擇和 組合，并加以必要的設計計算和校核計算，本質(zhì)上是選擇及 組合過程。 目前車身設計的模塊化程度已經(jīng)達到車門模塊化、儀表板 （加副儀表板）模塊化、頂后側(cè)內(nèi)飾（加地毯）模塊化、白 車身模塊化。 未來的發(fā)展趨勢將形成兩個主要的模塊，即白車身模塊 （ B.I.W）和座艙模塊（ COCKPIT），實現(xiàn)模塊的高度集成 和簡化。 我國汽車工業(yè)的車身設計水平 改革開放初期，我國汽車工業(yè)總體技術水平比國際水平落后大約 20 25 年。 20 世紀 90 年代開始在不斷加大 R&D 投資，提高自身研發(fā)能力和技術水 平的同時，我國汽車工業(yè)加快了引進國外先進技術的步

53、伐。 到目前為止，我國汽車工業(yè)己經(jīng)基本具備商用車和乘用車以及零部件的 自主開發(fā)能力。 但與國際水平相比，我國的汽車技術水平和開發(fā)能力仍然很低。 近年來，我國汽車工業(yè)的技術引進正在從單一全套產(chǎn)品引進，向以引進 開發(fā)技術為主的方向轉(zhuǎn)變。為實現(xiàn)完全自主開發(fā)，關鍵總成（包括車身） 開始同國外廠家實行聯(lián)合開發(fā)，從中學習技術、積累經(jīng)驗，盡快向自主 開發(fā)過渡。 我國汽車工業(yè)的車身設計水平 在我國汽車工業(yè)發(fā)展的大環(huán)境下，單就車身產(chǎn)品設計技術而 言，也走過了一條“技術引進 -自我開發(fā) -聯(lián)合設計”的道路， 并向自主開發(fā)的方向努力。 近年來，隨著轎車需求量的急劇增加，車身設計技術的應用 也得到了高度重視，設計手段

54、也變得更加豐富。 我國汽車工業(yè)的車身設計水平 國內(nèi)車身設計技術狀況具有如下幾個特征： (1) 目前國內(nèi)幾個主要設計單位的設計技術水平已經(jīng)達到全面三 維設計的程度，從三維造型、線圖設計、三維結(jié)構設計，到 最后出二維圖樣和文件，全面應用三維造型和設計軟件 （ ALIAS， ICEM-SURF， CATIA， UNI-GRAPHICS， PRO-ENGINEER），保證了在產(chǎn)品開發(fā)全過程中的數(shù)據(jù)的 一致性和共享性，極大地提高了產(chǎn)品的開發(fā)質(zhì)量、縮短了開 發(fā)周期，為快速反應市場需求提供了技術條件。 我國汽車工業(yè)的車身設計水平 國內(nèi)車身設計技術狀況具有如下幾個特征： (2) 部分設計單位初步具備了自主開發(fā)

55、能力。盡管目前國內(nèi)市場 主流產(chǎn)品大多是通過技術（技貿(mào)）引進的方式實現(xiàn)的國產(chǎn)化， 但在此基礎上的改型設計（如改前臉、改側(cè)圍、改內(nèi)飾等） 基本上都是自主開發(fā)。在這些改進項目中，初步具備和掌握 了當前先進的設計方法和設計手段，如計算機輔助造型技術、 CAE 分析和驗證技術等。 我國汽車工業(yè)的車身設計水平 國內(nèi)車身設計技術狀況具有如下幾個特征： (3) 產(chǎn)品開發(fā)流程和設計規(guī)范得到了提高和完善。隨著聯(lián)合設計 項目的增多，與國外先進設計公司的技術交流也日益頻繁， 在技術培訓和項目操作過程中，吸收了國外先進的開發(fā)流程 和設計規(guī)范，并充實和應用到具體的產(chǎn)品開發(fā)過程中，實現(xiàn) 了流程的再造?？茖W的流程對項目的管理

56、運作、產(chǎn)品的開發(fā) 和設計都起到了積極的指導性作用。 我國汽車工業(yè)的車身設計水平 因此，國內(nèi)設計技術的發(fā)展趨勢就是，技術水平和開發(fā)能力 不斷提高，正逐步縮短與世界先進水平的差距。 但是設計技術的綜合實力受創(chuàng)新技術和方法、設計經(jīng)驗和數(shù) 據(jù)的積累、軟硬件環(huán)境這三大因素制約和影響。其中，軟硬 件環(huán)境可通過出資購買引進而建立；創(chuàng)新技術和方法也可通 過與國外先進設計公司進行聯(lián)合設計，“走出去、請進來” 等方式部分獲取和掌握；唯有設計經(jīng)驗和數(shù)據(jù)的積累是一個 公司的核心技術和知識庫，只有通過項目的開發(fā)，不斷摸索 和積累，沉淀為企業(yè)自身的財富和資本。 我國汽車工業(yè)的車身設計水平 按照目前國內(nèi)車身設計現(xiàn)狀，軟硬件

57、環(huán)境方面基本上與國外 處于同一水平，創(chuàng)新技術和方法方面還處于淺層次的掌握， 在汽車工業(yè)全球性聯(lián)合重組的趨勢下，這方面的差距會快速 縮??；由于我國完全自主開發(fā)的車型不多，在設計經(jīng)驗和數(shù) 據(jù)的積累方面基礎還相當薄弱，這方面直接影響技術方案的 優(yōu)化、導致產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量的低下 。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 1. 產(chǎn)品策劃 2. 概念設計 3. 技術設計 4. 產(chǎn)品試制 5. 產(chǎn)品試驗 6. 生產(chǎn)準備 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 1. 產(chǎn)品策劃 產(chǎn)品策劃是車身產(chǎn)品開發(fā)的第一階段 主要目的：規(guī)劃和定義車身產(chǎn)品開發(fā)的指導原則、開發(fā)內(nèi)容、關鍵技術、 性能指標、實施

58、路線和風險分析等事項。 產(chǎn)品策劃需要經(jīng)過領導層評審，通過后形成后續(xù)開發(fā)活動的指導性文件， 作為造型、設計、試制和試驗階段的輸入條件。 產(chǎn)品策劃在項目開發(fā)中的作用越來越重要，不僅反映用戶需求、市場前 景，而且直接影響產(chǎn)品開發(fā)方式、產(chǎn)品資源利用以及產(chǎn)品性能指標等關 鍵要素。 產(chǎn)品策劃涉及面很廣，包括成本分析、投資預算、市場調(diào)研、技術方案、 材料應用、工藝分析以及供應商的二次開發(fā)等內(nèi)容，需要由產(chǎn)品策劃團 隊協(xié)作完成。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 1. 產(chǎn)品策劃 產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃（ Advanced Product Quality Planning-APQP）是 指導產(chǎn)品策劃的最好思想和工

59、具。 產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃是一種結(jié)構化的方法，用來確定和制定確保某產(chǎn)品使 顧客滿意所需的步驟。 產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃的目標是促進與所涉及的每一個人的聯(lián)系，以確保所 要求的步驟按時完成。 有效的產(chǎn)品質(zhì)量策劃體現(xiàn)了企業(yè)高層管理者對努力達到使顧客滿意這一 宗旨的承諾。 APQP的最大益處體現(xiàn)在：引導資源，使顧客滿意；促進對所需更改的 時期識別；避免晚期更改；以最低的成本及時提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 1. 產(chǎn)品策劃 產(chǎn)品策劃中要用到 QFD（ Quality Function Deployment ）思想，即質(zhì)量功能 展開，其核心是新產(chǎn)品開發(fā)設計過程中的所有工作都是由客戶需求來驅(qū)

60、動的。 QFD是一種把用戶或市場的要求轉(zhuǎn)化為設計要求、零部件特征、工藝要求和生 產(chǎn)要求等多層次演繹的分析方法。 QFD的深入應用是產(chǎn)品性能設計的基礎和前提。 QFD的目的是使產(chǎn)品以最快的速度、最低的成本和最優(yōu)的質(zhì)量占領市場。 一般來說， QFD是從質(zhì)量保證的角度出發(fā)，通過一定的市場調(diào)查方法獲取顧客 需求，并采用矩陣圖解法將對顧客的需求分解到產(chǎn)品開發(fā)的各個過程和各職能 部門中去，通過協(xié)調(diào)各部門的工作來保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量，使得設計和制造的 產(chǎn)品能真正滿足顧客的需求。 簡而言之， QFD是一種由顧客驅(qū)動的產(chǎn)品開發(fā)方法。 產(chǎn)品策劃階段的 QFD矩陣示意圖 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 1.

61、產(chǎn)品策劃 在產(chǎn)品策劃過程中，對產(chǎn)品本身的技術分析、風險分析和外部環(huán)境資源對產(chǎn)品開發(fā)的影響 等方面常利用 SWOT分析方法，對新產(chǎn)品的開發(fā)給予宏觀態(tài)勢概括。 SWOT分析原來用于企業(yè)內(nèi)外部條件在優(yōu)勢（ Strength）、劣勢（ Weakness）、機會 （ Opportunity）和威脅（ Threats）四方面的綜合分析。 其中，競爭優(yōu)勢（ S）指一個企業(yè)超越其競爭對手的能力，或者指企業(yè)所特有的能提高其 競爭力的因素； 競爭劣勢（ W）指企業(yè)缺少或做得不好的某種因素，或指某種會使企業(yè)處于劣勢的條件。 企業(yè)面臨的潛在機會（ O）指市場機會，是影響企業(yè)戰(zhàn)略的重大因素 *企業(yè)管理者應當確認每一個機

62、會，評價每一個機會的成長和利潤前景，選取那些可與企業(yè)財 務和組織資源匹配、使企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢的潛力最大的最佳機會。 危機企業(yè)的外部威脅（ T）指在企業(yè)的外部環(huán)境中，總是存在某些對企業(yè)的盈利能力和市 場地位構成威脅的因素。 *企業(yè)管理者應當及時確認危機企業(yè)未來利益的威脅，作出評價并采取相應的戰(zhàn)略行動來抵消 或減輕它們所產(chǎn)生的影響。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 1. 產(chǎn)品策劃 產(chǎn)品對標（ Benchmarking）是產(chǎn)品策劃中的一項主要的基 礎工作。 產(chǎn)品對標是根據(jù)用戶需求和市場調(diào)研情況，在新產(chǎn)品開發(fā)初 步定位的基礎之上，確定目標車型和競爭車型，對產(chǎn)品進行 產(chǎn)品形象 -用戶群體、技術含

63、量 -技術特征、開發(fā)目標 -開發(fā)成 本以及產(chǎn)品模塊 -路線規(guī)劃等方面的對比評估和定位。 在對標分析的基礎上，形成完整的開發(fā)建議書和產(chǎn)品描述報 告。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 1. 產(chǎn)品策劃 開發(fā)建議書和產(chǎn)品描述報告從宏觀上初步定義車身開發(fā)任務， 明確關鍵的性能指標、目標成本以及開發(fā)階段重要的試驗驗 證條款。 開發(fā)建議書和產(chǎn)品描述報告對各總成的性能指標、安裝固定 方式、材料和尺寸要求、初步的結(jié)構方案、基本工藝方式、 目標成本控制、借用件狀態(tài)、新零件引入（ New Part Introduced-NPI）的控制、配置模塊和供應商需求信息等， 進行詳細的描述。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車

64、身產(chǎn)品開發(fā)階段 1. 產(chǎn)品策劃 準確的對標定位、科學的 QFD分析、周詳?shù)?產(chǎn)品描述以及客觀的 SWOT分析是產(chǎn)品策劃 的關鍵所在。 它們?yōu)轫椖康暮笃陂_發(fā)提供參考藍本和指導 綱要，同時也是性能設計的前提條件和基準 依據(jù)。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 2. 概念設計 概念設計主要是確定方案和參數(shù)。 概念設計是創(chuàng)造性思維的體現(xiàn)，在設計活動歷程中占主導地 位，在產(chǎn)品開發(fā)周期中所占時間較長。 車身概念設計 車身總布置 結(jié)構可行性研究 車 身 造 型 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 2. 概念設計 車身概念設計 （具體） 車身硬點尺寸參數(shù)確定 人機工程布置 主要結(jié)構斷面和分塊確定 造型效果圖制作 CAS數(shù)據(jù)制作 造型模型制作 測量和線圖 前期 CAE分析 結(jié)構和工藝可行性分析等 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 2. 概念設計 車身概念設計以車身產(chǎn)品策劃為依據(jù)，將造型概念和工程結(jié) 構有機結(jié)合，將創(chuàng)意轉(zhuǎn)換為方案的實現(xiàn)過程。 概念設計的市場化是決策層和設計師共同追求的目標。 概念設計階段需要考慮的關鍵問題： 如何更好地接近產(chǎn)品的市場需求， 降低投放市場的風險， 判斷概念產(chǎn)品能否進一步開發(fā)生產(chǎn)。 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程 車身產(chǎn)品開發(fā)階段 2. 概念設計 為了更直觀和交互地感受產(chǎn)品所表達的概念， 三維人機工程和虛擬現(xiàn)實技術 是目前用于車身概念設計階段非常流行的手段和方 法。