汽車車身造型模塊化設(shè)計(jì)

施宇飛

摘 要：模塊化作為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法之一，已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了巨大作用，其潛在價值有著極大發(fā)掘空間。本文對車身造型的設(shè)計(jì)流程展開了分析。闡述了造型模塊化設(shè)計(jì)的原則。之后提出了造型模塊的劃分方法。然后談到了模塊的組合、評價體系的建立，其中結(jié)合了廣義模塊學(xué)理論與現(xiàn)代綜合評價方法。最

后簡要闡述了模塊庫的構(gòu)建要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：車身；造型；模塊化設(shè)計(jì)

造型設(shè)計(jì)包含于“工業(yè)設(shè)計(jì)”的概念中。造型可分為實(shí)用型、精神型和綜合型。隨著消費(fèi)者在選擇產(chǎn)品時個性化的提升與審美觀念的不斷變化，產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)正在成為產(chǎn)品日益重要的一部分。產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)包含著設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念的形象表達(dá)，是藝術(shù)的語言，同時也有眾多學(xué)科的綜合應(yīng)用。下文將集中分析車身造型流程及模塊化在其中的用途。

1 傳統(tǒng)車身造型設(shè)計(jì)流程

車身造型設(shè)計(jì)是在完成總布置草圖后使車身內(nèi)外擁有美觀合理形貌的過程。車身造型包含外形及內(nèi)飾設(shè)計(jì)。這兩者都建立在總布置草圖的基礎(chǔ)之上。車身是科學(xué)與藝術(shù)的完美結(jié)合，其不是天馬行空的想象作品，而是需要結(jié)合結(jié)構(gòu)性能工藝等的綜合考量。一款優(yōu)秀的造型設(shè)計(jì)應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：

（1）具有完美藝術(shù)形象；

（2）具有良好的空氣動力性能；

（3）具有良好的工藝性；

（4）具有良好的適用性；

（5）合理的材料應(yīng)用與裝飾效果。

車身的造型設(shè)計(jì)首先應(yīng)進(jìn)行草圖的繪制。在這一階段，設(shè)計(jì)師需要對前期的資料與調(diào)研結(jié)果有深刻的認(rèn)識分析，同時需要拓寬自己的思路與靈感。設(shè)計(jì)師還需要結(jié)合汽車品牌、車型的設(shè)計(jì)特色，將一些特征元素運(yùn)用到設(shè)計(jì)中。通過紙筆或電腦軟件，若干設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出大量理想的造型方案。一位優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師需要大量經(jīng)驗(yàn)與知識的積累，能熟練表達(dá)設(shè)計(jì)思想，有扎實(shí)美術(shù)功底。這時，最初的草圖往往是較粗糙的，某些細(xì)節(jié)之處還需要推敲。經(jīng)過設(shè)計(jì)師自己的反復(fù)篩選與加工，最終得出若干表達(dá)準(zhǔn)確、簡明干凈的設(shè)計(jì)草圖。下一步，對設(shè)計(jì)草圖進(jìn)行評審，得出初步結(jié)果。選取具有代表性的優(yōu)秀設(shè)計(jì)繪制效果圖，包括外形圖、室內(nèi)圖和局部圖。在效果圖中，通過對色彩、光影、材質(zhì)等的加工，表現(xiàn)出形象生動的設(shè)計(jì)方案。效果圖是創(chuàng)意較完整的體現(xiàn)，但對細(xì)節(jié)的表現(xiàn)有限 [1]。

經(jīng)過評審的效果圖，需要制作小比例模型。模型通常比例為 1：5，材料為油泥，一般為手工制作。模型真實(shí)立體，細(xì)節(jié)豐富，能較好體現(xiàn)設(shè)計(jì)思路。其要求線面流暢光順，比例控制精確。模型制作完畢，對照效果圖與模型，進(jìn)行評審。評審小組一般由設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)工程師和工藝工程師等共同組成。通過評審，確定一個設(shè)計(jì)方案。

確定設(shè)計(jì)方案后，繪制膠帶圖。膠帶圖是用膠帶在墻面上貼出的 1：1整車二維圖。其可準(zhǔn)確地表現(xiàn)車身外輪廓曲線，需要反復(fù)精細(xì)的調(diào)整。膠帶圖確定后，利用其在造型軟件（如 Alias等）中繪制三維數(shù)模。數(shù)模完成后，利用數(shù)控切削或手工加工制作 1：1油泥模型，再經(jīng)評審，可確定最終造型方案。

2 車身造型的模塊化原則

車身造型的模塊化，是特殊的模塊化。模塊化的核心是功能。傳統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，圍繞著功能對機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)，其操作對象都是客觀實(shí)在的事物。而造型的模塊化，其操作對象不具有直接的客觀實(shí)在性，只是最終設(shè)計(jì)的結(jié)果反映在車身的造型上。另一點(diǎn)不同，是與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模塊化能夠客觀地評論其功能結(jié)構(gòu)的合理性不同，車身的造型無法完全按照客觀的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。車身的形式美、結(jié)構(gòu)美與功能美都在不同程度上依賴于主觀評價。本文結(jié)合造型模塊化的特點(diǎn)，在造型模塊化體系構(gòu)建之初首先提出如下原則，作為造型模塊化的指導(dǎo) [2]。

（1）藝術(shù)審美原則。造型的屬性既包含結(jié)構(gòu)功能又包含審美功能。造型對于用戶最直觀的就是其審美功能。所以造型在具有合理結(jié)構(gòu)的同時，必須兼顧要能傳遞給用戶美感，展現(xiàn)其風(fēng)格。

（2）整體協(xié)調(diào)原則。造型的整體協(xié)調(diào)是造型體現(xiàn)其美感的前提。無序失衡的拼接無法構(gòu)成和諧的整體，更無法具有良好的審美價值。造型的整體協(xié)調(diào)依賴于造型元素的合理運(yùn)用。

（3）靈活適配原則。模塊化造型需要實(shí)現(xiàn)模塊的靈活配置。通過模塊的靈活配置，能夠產(chǎn)生豐富的組合結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，這樣才能實(shí)現(xiàn)模塊化的價值。同時不斷設(shè)計(jì)出新的模塊，淘汰舊的模塊，保持造型設(shè)計(jì)成果的先進(jìn)性。

（4）面向用戶原則。契合用戶需求，是造型的模塊化設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。隨著用戶對產(chǎn)品造型的要求提高與分化，造型的模塊化設(shè)計(jì)需要滿足其特殊需求。造型模塊化的高級形式，是用戶能參與到其中來。模塊化體系具有專門的面向用戶端，能夠且易于被用戶接受和使用。

（5）綠色經(jīng)濟(jì)原則。造型的模塊化設(shè)計(jì)必須遵循材料利用率高、回收方便。同時能控制生產(chǎn)成本。產(chǎn)品必須擁有合格的質(zhì)量和壽命。

3 車身造型的模塊劃分

3.1 造型的功能分析

車身造型的模塊化過程中，需要區(qū)分造型的模塊化與模塊的造型這兩個概念。模塊的造型，雖然也從產(chǎn)品整體的造型進(jìn)行考查，但其落腳點(diǎn)還是在單個模塊具體的造型上。這種設(shè)計(jì)的思路，是把完整的造型割裂成若干部分，使完整有機(jī)的整體分散開來。這樣的造型模塊化，過度依賴于結(jié)構(gòu)的模塊化。本文作者認(rèn)為，這樣的造型模塊化未從本質(zhì)上把握模塊與功能的關(guān)系，未能拋開結(jié)構(gòu)模塊化的局限性。

功能的分析與分解是模塊化的關(guān)鍵。通俗來講，從用戶對造型設(shè)計(jì)的認(rèn)識來說，其需要滿足如下條件：

（1）符合使用者的審美需求。造型應(yīng)給人以美的感受，使人身心愉悅，同時又具有一定的風(fēng)格特點(diǎn)，給人留下獨(dú)特的印象。

（2）需要符合產(chǎn)品的定位與定義。首先，同一類型的產(chǎn)品，往往具有相似比例尺寸的造型，而在局部和細(xì)節(jié)之處不盡相同。不同類型的產(chǎn)品，則造型差別較大。這一概念的另一層含義，是產(chǎn)品的造型應(yīng)符合人們對于其基本的理解和認(rèn)知，具有某一特定的形態(tài)，能使人產(chǎn)生心理契合感。產(chǎn)品的特定形態(tài)，通常也有著其空氣動力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等的合理性。過于奇特怪異的造型設(shè)計(jì)，往往存在某些不合理性，受認(rèn)同度也不高。

（3）需要具備特定的功能。這里所說的功能，是特指使用功能。為滿足某些功能需求，造型應(yīng)做出相應(yīng)的改變以適應(yīng)。

綜上所述，可將造型的功能分為：審美功能、定位與定義功能和具有特定使用功能的功能。

3.2 造型的模塊劃分

經(jīng)過上述造型功能的分解，可將產(chǎn)品的造型分為如下模塊： 1.特征模塊。 2.原型模塊。

3.功能模塊。以下將結(jié)合車身造型進(jìn)行分析。

（1）特征模塊

特征是某物質(zhì)區(qū)別于他者的特性和標(biāo)志。車身造型的特征是車身獨(dú)特的造型元素的應(yīng)用和其攜帶的品牌與風(fēng)格特點(diǎn)構(gòu)成的造型信息的集合。車身結(jié)構(gòu)可概括為“三圍一頂”。造型特征主要體現(xiàn)在前后側(cè)圍和頂面。造型特征又有主次從屬之分 [3]。

如圖所示，主特征是指造型的主要構(gòu)成部分，不依賴于其他特征生成。例如車側(cè)輪廓、車頂輪廓和前臉輪廓等，都屬于主特征。過渡特征是指主特征間過渡部分的造型的特征。例如 A柱、翼子板等，都屬于過渡特征。附加特征是額外添加的局部造型特征。例如柵格、后視鏡等，都屬于過渡特征。這種造型特征分類方法能基本概括車身所有的造型特征。

特征模塊，是將造型上所有的特征劃分成一個模塊?？偟奶卣髂K以下，又可根據(jù)特征的分類和特征所處的部位進(jìn)行細(xì)分，形成一系列子模塊。通過子模塊的選配，形成完整的整車造型特征模塊。

（2）原型模塊

汽車可分為乘用車和商用車。根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，乘用車又?？煞譃?ABCD級或大中小微等車型。無論采用何種劃分標(biāo)準(zhǔn)，每種車型的車身都有其特殊的比例、尺寸、結(jié)構(gòu)。這是汽車長期發(fā)展分化的結(jié)果，也是適應(yīng)各類型汽車專門用途的變化。如下圖，是典型的乘用車類型劃分。

各大汽車廠商的同類車型產(chǎn)品的造型不盡相同，且不光體現(xiàn)在其特征上。某一汽車品牌往往擁有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格與傳統(tǒng)，這使得其某類車型具有獨(dú)特的、有別于其他品牌的車身比例、尺寸和結(jié)構(gòu)。其車身設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處，需要大量試驗(yàn)、分析和經(jīng)驗(yàn)的積累。

造型的原型模塊概念的提出，正是基于造型風(fēng)格理念在車身整體尺度上的體現(xiàn)。本文提出的造型原型，是指某類產(chǎn)品的造型去除其造型特征的核心原始造型。其整體及各部分尺寸比例固定或在可控范圍內(nèi)變動。對某類產(chǎn)品造型原型的獲得，可采取聚類分析方法。將造型的原型劃分成模塊，即原型模塊。原型模塊可對車身的造型和車輛的總布置產(chǎn)生極大的幫助。原型模塊可成為特征模塊與功能模塊的載體，通過與兩者的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)具體的造型設(shè)計(jì)。

（3）功能模塊

車身往往需要擁有某些特定的功能設(shè)計(jì)。例如行李艙的開啟與尺寸設(shè)計(jì)、車門的開啟、后視鏡的設(shè)計(jì)、車燈的光學(xué)設(shè)計(jì)、車身的加長加寬等都包括在此范疇。這些功能設(shè)計(jì)，都會在原型模塊的基礎(chǔ)上，給車身帶來形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。因此將這些功能設(shè)計(jì)劃分為功能模塊。

如圖 4是利用造型模塊劃分原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)實(shí)例。在該實(shí)例中，本文作者對某款電動概念車進(jìn)行了逆向建模。然后保持車身造型的原型模塊不變，設(shè)計(jì)出保險杠部位一系列形狀改進(jìn)的特征模塊與整車配色的特征模塊。完成了對該車的造型改進(jìn)并制作了樣件。

4 造型模塊的組合方式

上述模塊劃分方式形成的模塊，實(shí)際上屬于廣義模塊中的虛擬柔性模塊。其特點(diǎn)之一是在結(jié)構(gòu)上不能進(jìn)行劃分，僅具有 CAD中劃分的意義。另一特點(diǎn)是其具有參數(shù)化的柔性結(jié)構(gòu) [4]。柔性模塊必須采用柔性接口。造型模塊在組合時，需要對模塊的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，需要考慮接口的幾何特征和連接特征，例如對曲面的光順處理等。

5 模塊化造型的評價體系

5.1 產(chǎn)品族的概念

平臺是產(chǎn)品族的基礎(chǔ)。將不同的模塊添加入平臺中得到的滿足用戶需求的系列相關(guān)產(chǎn)品，構(gòu)成了產(chǎn)品族。面向用戶是造型模塊化的原則之一。產(chǎn)品族的批量定制設(shè)計(jì)是其發(fā)展趨勢之一 [5]。其中需要解決的問題之一，就是評價及選取模塊化設(shè)計(jì)成果。對造型進(jìn)行模塊化劃分之后，對不同的模塊設(shè)計(jì)出一系列模塊。從中選取若干模塊進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)出各種產(chǎn)品造型。需要針對這些不同的產(chǎn)品造型建立一個評價體系。

5.2 評價體系的建立

產(chǎn)品的評價體系，一般由四部分構(gòu)成：目標(biāo)、原則、指標(biāo)和方法。對評價目的的表述稱為評價目標(biāo)。模塊化造型結(jié)果的評價目標(biāo)，是設(shè)計(jì)成果能滿足市場需求和用戶需求，具有一定的可行性。

評判目標(biāo)實(shí)現(xiàn)可能性的原則稱為評價原則。評價原則一般有多種。如科學(xué)性原則、綜合性原則等。評價指標(biāo)則是具體化的評價原則。評價指標(biāo)以明確的指標(biāo)約束產(chǎn)品的各項(xiàng)性能。如圖 6，是典型的產(chǎn)品評價指標(biāo)體系。

產(chǎn)品的評價體系十分復(fù)雜，涉及面十分廣泛，下文僅對其中的美學(xué)屬性進(jìn)行分析。藝術(shù)美學(xué)屬性在造型模塊化產(chǎn)品族中占有極其重要的地位，又具有其特殊性。美學(xué)屬性的評價指標(biāo)具有一定主觀性，人的情感心理在評價過程中起著重要作用。本文認(rèn)為，造型產(chǎn)品族的美學(xué)屬性評價指標(biāo)可分為純美學(xué)因素與用戶因素。

純美學(xué)因素是指單純從美學(xué)原理進(jìn)行考察。考察的內(nèi)容包括各種美學(xué)元素應(yīng)用的合理性，其具有一定理論基礎(chǔ)。用戶因素是指從用戶審美角度考察各種造型特征的接受度。具體的分類如下。指標(biāo)確定以后，則要將評價方法展開分析。

5.3 評價方法

現(xiàn)代綜合評價方法主要分為如下幾類：

（1）專家評價方法。

（2）層次分析法。

（3）模糊綜合評判法。

（4）數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法。

（5）人工伸進(jìn)網(wǎng)絡(luò)評價法。

（6）灰色綜合評價法 [6]。

對各分析方法特點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行分析，選用方法（ 2）為各項(xiàng)指標(biāo)劃分權(quán)重。層次分析法（ AHP）是將決策分解，對構(gòu)成元素采用定性定量分析以得到最優(yōu)方案。結(jié)合美學(xué)屬性的評價分析其具體步驟。

（1）構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。結(jié)合 5.2，實(shí)際的層次結(jié)構(gòu)模型如下。

（2）構(gòu)造判斷矩陣。首先，需要對各元素的隸屬元素的重要性分別進(jìn)行兩者橫向?qū)Ρ?。選擇 1、3、5、7、9為尺度，依次對應(yīng)隸屬元素 1相對隸屬元素 2不斷上升的重要性。

4、6、8為中間值。收集若干評價成員打分的綜合結(jié)果。將結(jié)果填入判斷矩陣 A中。

得到若干判斷矩陣。然后對它們分別進(jìn)行層次單排序。層次單排序，利用特征根法、和法等方法計(jì)算權(quán)向量，得到各隸屬元對于所隸屬元素的相對權(quán)重。另外，對判斷矩陣需要校核其一致性。

然后可以進(jìn)行層次總排序。總排序?yàn)槊總€判斷矩陣中的元素對于目標(biāo)層的相對權(quán)重。 w（k-1）是第 k-1層 m個元素相對目標(biāo)的權(quán)重。

pj（k）是 k層 n個元素對于其上層元素 j的單排權(quán)重。j=1，2，…，m。

是第 k層 n個元素相對目標(biāo)的權(quán)重。

經(jīng)過逐層計(jì)算，即可得到底層對于目標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)權(quán)重的大小，很容易挑選出最為合適的方案。至此形成了完整的造型模塊化評價體系。

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6 總結(jié)

準(zhǔn)則層C安案層D本文首先闡明了造型設(shè)計(jì)流程。提出了造型模塊化的原則，結(jié)合美學(xué)原理對造型模塊進(jìn)行了劃分。將造型模塊分為特征、原型與功能模塊。還分析了造型模塊的評價體系的建立，對實(shí)際的車身造型模塊化設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)作用。

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