........................,.....................................,.......!............................I Abstract...................................................................................-.............................IV 致谢第一章绪论 时值二十一世纪的今天,汽车早已不仅仅是人们载货!代步的工具,而更 多的融入了人们的个性化和审美观,很大程度上成为时尚的载体 作为拥有世界115人口的大国,我国汽车工业正以前所未有的速度发展, 各汽车公司为迅速占领汽车市场,扩大市场份额,不断推出性能良好!价格适 中!安全舒适的汽车产品个性造型,舒适内饰无疑是吸引消费者的第一要素 1.,问题的提出 对于汽车造型,个性化和力求突破是当今设计师及消费者追求的主要目 标但是,不可否认,造型必须依托技术来实现所谓造型可行性,指的就是 造型本身是否合理,在现有的技术水平和工程条件下能否实现造型可行性研 究主要是从满足法规标准!人机工程和生产工艺性几个方面进行 一般来讲,一辆新车的开发过程包括:产品规划与定性!概念设计!总布 置!技术设计!样车试制和实验!制造工艺及模具设计!试生产直至投入生产 等阶段在上世纪6()年代以前,只能依靠人工进行设计和计算分析,用传统 的机床和设备制造模具和样车由于采用简化数学模型!落后的计算方法,因 此计算分析不精确,设计参数和性能并非最佳,设计质量差;开发阶段按串行 方式按顺序依次进行,任何一个阶段没完成或者出现问题,下一阶段只好等待 新产品要经过多次反复修改设计方案和试制才能定型,一次设计成功率低;一 辆新车的开发周期长达3至5年,不能适应市场竞争对加快产品更新的需求 川121 现代车身设计,尤其是外观零件的设计,己经完全摒弃了由二维转三维的 阶段,直接由三维到三维,只不过是从虚拟三维数字模型到实际三维零件I3] 另外现代汽车车身设计己形成以/人0为中心的理念,涉及到人机工程学的问 题众多,比如视野!安全!舒适性等等,这在SAE!EEC标准中阐述众多, 如何将这些标准融入到设计过程中去也是车身设计的难点14115]吉林大学硕1学位报告 图1一1是目前流行的一种并行开发模式在这种模型中,设计知识库包含 结构分析组件(CAE劫alysis)!工艺分析组件(Proeess劫alysis)!制造分析组件 (ManufacturingAnalysis)以及装配分析组件(AssemblyAnalysis)其中,结构分 析组件对产品的结构断面!接头形式!材料选择!料厚确定!加强方式等方面 进行静态!模态!安全!疲劳等诸多因素的综合分析和评价,为设计方案提供 技术支持工艺分析组件用来为设计者提供冲压!焊装!涂装!夹具!检具等 方面的工艺可行性技术支持制造分析组件可以辅助设计人员在方案阶段就能 考虑到制造工序的繁简!设备的投入以及成本的预估装配分析组件可以帮助 设计人员在装配可行性!装配成本和零部件优化设计中做出平衡决策因此, 概念设计!详细设计和方案评价都是在面向装配!制造的设计知识库的支持下 进行的,实现了全局优化,克服了传统设计中对设计以外的其它过程因素考虑 较少而造成反复设计的缺点le1 产产晶定义义 厂厂厂厂厂厂厂龚龚龚龚龚龚龚龚龚龚龚龚00身j/0lllll向向向向共共共共共共共共共王王王王手手了了了了了 没没没没没没没没没没没丫丫:::案!*#lllll计计计计丸丸丸丸丸丸丸丸丸lllllll补补理理理理理黯黯黯 图卜1车身产品开发并行流程模型 但是,在此模式中,造型设计师关注的是车身造型设计,结构工程师则关 注方案设计和详细设计的内容,而造型可研往往被汽车设计者忽视,这也正是第一章绪论 迄今为止尚不能找到关于造型可行性研究的学术文献的原因本文力求通过对 造型可行性问题进行研究,归纳出具体的造型可行性研究内容,总结出一套行 之有效的工作流程,希望可以将造型可行性研究工作规范化,填补国内关于汽 车造型可行性研究的空白 传统的造型可行性研究开始于油泥模型制作结束后车身造型设计以造型 方案加实物模型为设计主体,仍以手工绘制效果图!粘贴胶带图!制作油泥模 型为主要设计手段,制作出的实物模型只能依靠各种测量设备测量离散点输入 到计算机中,利用CAD软件完成三维表面的设计,供造型可行性研究!结构 设计及有限元分析,整体设计过程为串联形式,这种串行式的设计既延长了设 计周期,又不利于修改后的造型方案尽快反馈给后序的设计流程然而,由于 汽车设计的数字化程度日益提高,为造型可行性研究在汽车并行开发中的应用 提供了重要条件 汽车造型设计是一种将工程设计与艺术创作相结合的边缘科学,这就决定 了计算机技术在这一领域应用的特殊性和复杂性就目前来讲,计算机辅助造 型的方法就是利用造型软件,在计算机的二围环境内根据车型开发总布置的要 求,绘出设计构思一效果图,再在三维环境内建立该构思的数学模型,形成一 整套完整的关于汽车外形及内饰的三维数据171Aliasl从lavefrontstudinTools是 领导工业设计的3D软件,如造型定义,早期的创意草图,一直到可供工程及 加工采用之最终通过模型等各个阶段l8]图1一2对比了造型开发的两种工作流 程,可以很清楚的看出CAS造型的优势,在CAS造型的基础上,造型可行性 研究才有可能被大大提前,实现与造型并行的目的传统造型可研的对象只能 是二维的胶带图,而导入数字技术的新的造型方法从整体上改变了设计流程, 造型设计流程的变化,使原来的串联设计模式向并联设计模式转变,造型可行 性研究工作可以在三维模型制作的同时开展,既有利于信息的反馈,又有助于 减少重复性的工作,节省了时间,避免了人力资源的浪费由于各专业间可以 在造型的初期就相互配合,使造型的对象更接近实际结果,真正实现了同步工 程吉林大学硕士学位报告 传统造型设计流程CAS造型设计流程 设计愉入 代/!!!娇0瓤效果草图 :评审马克纸!笔12周 详细效果翻:效果草图 . stud沁Paint3D 胶带用 . 1:5模型 ! 1:1模凡哆 ____~_里___. 详细效果图 评审 评审 油泥摸型24周 审审审严评评评 评审 6周 Stud沁 ,O周 溅最 :淤#朋 一, 设计输出设计输出一) 图1一2两种造型设计流程的对比 1.2本课题国内外的研究现状 并行设计是在汽车设计数字化的前提下进行的目前国际主流汽车生产厂 商的数字化应用程度极高,相应的在造型数字化设计的研究方面就开展的更广 泛1999年UGS公司推出总体参数化设计技术从叭yE,实现了参数化造型技 术和系统工程设计的有机结合l0J 目前美国通用公司!法国雷诺公司和德国BMW公司都具有自己的车身自 动设计系统,将造型可行性研究是作为整车总布置工作的一部分进行的,贯穿 于整个车身开发流程 国内的造型数字化设计近年也得到了长足发展,自19%年国家的95汽车 车身重点攻关项目的启动,造型数字化设计相关技术得到了研究!应用,目前 在第一汽车集团技术中心造型室,造型数字化设计己经纳入设计开发流程,并第一章绪论 在多款商用车和乘用车上得到了应用 但是,在不同的生产厂或设计公司,关于造型可行性研究的内容和进行的 程度不尽相同,将其运用在并行开发中更没有一套完整的工作流程和指导方 法由于没有认识到造型可行性研究的重要性,传统的串行工作模式中造型可 研会延长开发周期,所以国内的大部分汽车生产厂商和设计公司甚至还没有开 展造型可行性研究工作,即使进行这项工作,也是想到哪里做到哪里,没有具 体详细系统的工作内容指导,再加上造型自主开发刚刚起步,具备丰富的造型 经验的设计师极为有限,因此,由于造型缺陷带来的设计问题层出不穷,而这 些问题往往到结构设计时才被发现,导致开发周期反被延长我们经常见到的 造型设计师和结构工程师之间互相扯皮!抱怨的现象也就不难理解了 ,.3本课题的主要内容及意义 1.3.1本课题主要内容 本课题针对汽车驾驶室内饰仪表板设计为主要内容进行研究,其目的是通 过造型可行性研究在实际车型并行设计中的综合应用,与传统造型可行性研究 进行对比,分析造型可行性研究的开发流程,对造型可行性研究具有很好的前 瞻性,为造型可行性研究工作提供极有价值的流程与方法 (l)制订造型可行性研究在并行开发中运用的工作流程; (2)对产品造型开发各阶段进行评审,确保产品开发能满足用户的需求 和期望及有关法律!法规要求; (3)应用总布置及人机工程学知识校核CAS数据(驾驶员的手伸及范围 及操作钮件!杆件!开关等的位置布置校核SAEJ287); (4)校核间隙圆角!详细布置尺寸及主要断面,满足车身结构设计要求; (5)零部件布置方案设计 本文以仪表板为例,总结了仪表板造型后的法规分析!视野校核!操纵性 分析(手伸及界面)!空调流场分析等的具体工作内容和流程占林人学硕卜学位论义 1.3.2本课题的研究意义 传统的造型设计方法以造型方案加实物模型为设计主体,整体设计过程为 串联形式,设计周期在60周左右,而造型可研的对象只能是__二维的胶带图, 而导入数字技术的新的造型方法从整体.仁改变了设计流程,变串联设计为并联 设计,直接在三维模型_L进行造型可研,可研工作大大提前,真正实现了同步 工程 本文详细归纳了仪表板造型可行性研究工作的内容和流程,为新车开发中 仪表板的设计提供了很好的模版,也为其它内饰以及整车的造型可行性研究工 作提供了参考 本课题主要解决综合应用过程中的衔接!流程体系重新建立的问题,是指 导产品开发的重要组成部分将造型可行性研究运用在并行开发中,设计周期 将大大缩短:在三维数学模型上仿真模拟校核,提高效率的同时,可以减少误 差积累;问题和缺陷的暴露大大提前,为项目管理提供良好的条件 可以说本课题填补了国内汽车造型可行性研究领域的空白,是在没有相关