CAS在現(xiàn)代汽車設(shè)計流程中的應(yīng)用

崔士斌

（天津一汽夏利汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)中心）

CAS（Computer Aided Styling）即計算機輔助造型，是利用計算機軟件技術(shù)根據(jù)相關(guān)輸入條件（包括二維效果圖及總布置等）快速構(gòu)建三維造型曲面數(shù)據(jù)，作為后續(xù)造型推敲及工程結(jié)構(gòu)的重要參考，是新的汽車設(shè)計流程中的重要一環(huán)。傳統(tǒng)開發(fā)流程一般是由效果圖直接進入油泥模型制作，缺少充分與有效的工程分析，給后期開發(fā)帶來較大風(fēng)險。文章以CAS 作為研究新型開發(fā)流程的切入點，從CAS 如何介入開發(fā)流程，有效開展數(shù)據(jù)構(gòu)建進行剖析，形成一套新型開發(fā)流程。

1 汽車開發(fā)流程

與傳統(tǒng)開發(fā)流程相比較，新的開發(fā)流程在效果圖完成后進入CAS 階段，制作CAS數(shù)據(jù)，使工程與造型能夠更加緊密地融入開發(fā)流程中，極大地提高流程開發(fā)效率，減少開發(fā)過程中的失誤，如圖1 所示。

2 CAS在新型開發(fā)流程中的應(yīng)用

2.1 CAS構(gòu)建平臺的選擇

CAS 構(gòu)建平臺即構(gòu)建CAS數(shù)據(jù)的軟件操作環(huán)境，快速與高效的數(shù)據(jù)構(gòu)建工具和工作方式是一個成熟的構(gòu)建平臺必不可少的。此外，該構(gòu)建平臺還需要具備足夠的分析和驗證工具以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，能夠虛擬呈現(xiàn)汽車產(chǎn)品的真實效果以及與工程構(gòu)建平臺良好的轉(zhuǎn)化接口。文章采用的汽車造型CAS數(shù)據(jù)構(gòu)建軟件Alias Automotive 以NURBS 為數(shù)據(jù)核心，同時支持BEZIER 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的軟件操作環(huán)境。軟件界面綜合了曲線建模、直接建模以及兩者相結(jié)合的混合建模工作思路，使操作者可以根據(jù)不同的使用習(xí)慣定制適合自己的個性化操作方式。精確的公差預(yù)定義以及與CATIA，PROE，ICEM 等工程數(shù)據(jù)平臺的無損轉(zhuǎn)換接口，保證了數(shù)據(jù)構(gòu)建的準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)傳導(dǎo)的穩(wěn)定性。同時，強大的渲染功能結(jié)合虛擬設(shè)備能夠?qū)崟r呈現(xiàn)產(chǎn)品在不同場景下的真實效果，在開發(fā)初期為設(shè)計師及決策者準(zhǔn)確把握產(chǎn)品發(fā)展方向及定位提供有效參考。

2.2 前期輸入條件的收集

前期輸入條件主要包括車型的一些設(shè)計硬點、人機布置、體現(xiàn)結(jié)構(gòu)及工藝的典型斷面、二維效果圖。

2.2.1 總布置圖

總布置圖體現(xiàn)了整車的布置方案及整車姿態(tài)，是汽車開發(fā)中的重要輸入條件。轎車車身的總布置以駕駛員為中心，首先根據(jù)車的形式及踵點位置確定駕駛員座椅的位置及尺寸，畫出其各調(diào)節(jié)功能下的各個可能位置；再確定眼橢圓和R 點，進而確定儀表板的位置，以及上下左右各方向視野；然后用人體模型確定方向盤安裝角度，定出方向盤下邊緣至座墊表面、靠背的距離，進而畫出操縱手柄、按鈕、旋鈕及拉鈕的位置；最后確定前風(fēng)窗玻璃的安裝角度及其上下左右支柱、地板及頂蓋的位置[1]。

2.2.2 創(chuàng)意效果圖

二維效果圖是造型設(shè)計師根據(jù)總布置圖以及在對消費者需求調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，汲取各種靈感和發(fā)散思維，運用各種流行元素繪制出的滿足審美及車型定義要求的平面圖，是進行CAS數(shù)據(jù)構(gòu)建的重要輸入條件，如圖2 所示。

2.2.3 主斷面設(shè)計

主斷面是造型可行性分析的重要依據(jù)，包含著車身結(jié)構(gòu)、部件之間的安裝關(guān)系、關(guān)鍵的配合間隙和面差。典型主斷面在CAS 制作的初期作為造型初期的重要輸入條件，要求CAS數(shù)據(jù)對其嚴格遵守，這樣才能充分保證后期工程的可行性，避免不必要的失誤或者反復(fù)。

2.2.4 其他輸入條件

一些工程及工藝要求（比如拔模方向、拔模角度、成型工藝、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)等）也是必不可少的輸入條件。前期輸入條件的充分性及準(zhǔn)確性是后期CAS數(shù)據(jù)制作效率及下游工程結(jié)構(gòu)制作的重要前提和保障。

2.3 CAS數(shù)據(jù)的構(gòu)建

CAS數(shù)據(jù)的構(gòu)建要求快速和準(zhǔn)確，能夠完整體現(xiàn)二維效果圖的重要造型特征；同時，CAS數(shù)據(jù)的構(gòu)建應(yīng)該控制在輸入條件所限定的范圍內(nèi)。構(gòu)建CAS數(shù)據(jù)的過程中，需要與設(shè)計師和工程技術(shù)人員積極交流，及時進行檢查和驗證，使其同時滿足審美與工程條件。

2.3.1 構(gòu)建空間曲線

搭建三維空間曲線，體現(xiàn)造型特征，如圖3 所示，將三維空間曲線與二維效果圖對比，互相修正，達到完美的視覺效果。適度對特征曲線進行曲率分析，以保證造型特征的光順流暢性。嚴格控制特征曲線的質(zhì)量，在為修改曲線提供方便的同時也保證了造型曲面的構(gòu)建。

在搭建三維空間曲線的過程中，可以通過巧妙搭配與合理運用CURVES，CURVE，EDIT，TRANSFORM，OBJECT EDIT 等工具來提升工作效率，優(yōu)化造型特征。

2.3.2 構(gòu)建造型曲面

三維曲線框架搭建完成后進入構(gòu)建造型曲面階段，曲面構(gòu)建是對空間曲線特征的延伸和豐富。空間曲線特征控制的范圍內(nèi)包含著無數(shù)可能的造型曲面，每一個細微調(diào)整都會產(chǎn)生一種造型曲面，每種造型曲面又都存在一定程度的視覺差異。運用美學(xué)的觀點分析二維效果圖，觀察造型光影效果，并且查找各個特征的相對位置關(guān)系，通過調(diào)整控制點等曲面基本元素，找到最能體現(xiàn)創(chuàng)意效果的造型曲面。在滿足造型效果的同時，還需要不斷結(jié)合前期輸入條件進行造型曲面的校核，使CAS數(shù)據(jù)同時滿足造型與工程的要求，如圖4 所示。

構(gòu)建造型曲面可使用Draft，Square，Rail，Trim，Extend，Align 等工具，與創(chuàng)建特征曲線相同，構(gòu)建造型曲面時也需要合理并有效地發(fā)揮每個工具以及工具組合的重要作用，快速且高效地完成造型曲面的創(chuàng)建。

2.4 CAS數(shù)據(jù)的檢查和反饋

CAS數(shù)據(jù)的檢查和反饋貫穿于CAS 的整個階段，是減少后期油泥模型及工程結(jié)構(gòu)制作出現(xiàn)失誤與反復(fù)的重要手段，是流程快速推進的必要保證。一般情況下，需要先后完成3 版CAS數(shù)據(jù)，每一個版本完成后都會發(fā)放到各相關(guān)部門進行詳細檢查。數(shù)據(jù)檢查完成和集中反饋后進行CAS數(shù)據(jù)的修改，解決之前出現(xiàn)的問題。數(shù)據(jù)完成后，造型設(shè)計師和工程師要對CAS數(shù)據(jù)進行確認，對包括人機布置、工程工藝、邊界硬點及曲面特征光順性等各方面進行嚴格細致的檢查，如圖5所示。

2.5 與下游流程的銜接

CAS數(shù)據(jù)是制作三維實體模型的主要輸入條件，既可以使用快速成型設(shè)備或者銑床進行CAS數(shù)據(jù)的實體化，也可以在CAS數(shù)據(jù)上提取一些重要特征線的坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為參考，提供給油泥模型師進行手工制作。

汽車三維實體模型，作為汽車造型的交付物，在汽車設(shè)計的不同階段有著不同的意義，但共同點是采用實體模型的方式，將造型的比例關(guān)系、體量感和造型創(chuàng)意展現(xiàn)在用戶面前，給人真實的視覺沖擊，以供造型決策[2]。

此時，工程結(jié)構(gòu)部門的工作可以同步進行。在CAS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，工程師進行初步的結(jié)構(gòu)制作。相關(guān)的SE（同步工程）活動，如生技、制造、品保、采購及供應(yīng)商等也可以利用CAS數(shù)據(jù)進行各種模擬檢查，積極與主機廠進行溝通，做到問題點的及早發(fā)現(xiàn)與預(yù)防。

3 結(jié)論

現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)越來越強調(diào)平臺化與集成化，車型的更新?lián)Q代更多地體現(xiàn)在基于成熟平臺的車身造型的推陳出新。傳統(tǒng)汽車流程已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)前高效與快速的研發(fā)速度，新的汽車設(shè)計流程尤其是CAS 設(shè)計的引進，極大地提高了車型研發(fā)效率，減少了失誤和反復(fù)。整車企業(yè)需要順應(yīng)時代趨勢，適應(yīng)市場發(fā)展要求，及時調(diào)整發(fā)展方向，采用先進技術(shù)才能夠在競爭中得以生存并最終走向強大。