计算机辅助造型设计在汽车设计中的作用

赵晓字

摘要：随着汽车产业的飞速发展和技术的进步，汽车设计和设计流程也在不断完善，计算机应用技术也逐渐参与到汽车设计中来，计算机辅助造型设计（CAS）在汽车设计的作用也越来越大，具体包括CAD，CAID等等。本文主要介绍分析计算机辅助汽车造型设计在汽车设计中的应用及其未来发展趋势。

关键词：计算机；设计；汽车

1.CAS及A面简介

CAD（ComputerAided Design）是与设计相关的领域中大家都熟知的一个概念，泛指计算机辅助设计，它包括在建筑、工程、工业设计等多个领域中计算机辅助设计的工作。

CAID（Computer Aided Industrial Design）是一个比较新颖的概念，主要是指工业设计领域的计算机辅助设计，着重指造型设计领域。由于CAID的介入，使得设计领域在设计方法、设计流程、设计质量、设计效率等方面得到大幅度的进步和改善。

CAS（Computer Aided Styling），计算机辅助汽车造型设计，是特指汽车造型计算机辅助设计，具有汽车设计数字化的特点和汽车行业的特殊标准。汽车设计有美学上的要求，希望是新颖的、有创意的、让人眼前一亮的，但同时材料的属性、工程设计、法律法规、加工制造的需求又会对汽车造型有很强的限定，还要考虑到汽车是个高速行驶的产品，要以空气动力学的各项参数作为基础，能够在行驶速度、平稳性、耗油量等找到最好的平衡点。以上的这些需求都要以高品质的曲面为基础去解决，CAS是兼顾了工程、制造、法律法规后对汽车设计创意的在计算机中的表达，具有的高品质曲面是和其他普通CAD产品的区别。

A面——是在汽车造型设计领域中更为专业的概念，它特指在CAS后，确定了设计方案，根据全比例油泥模型逆向建模而成的数字模型。在数字模型的后期阶段，着重解决遗留的工程细节问题（如配合、分缝线位置、质保问题、制造问题等）以及优化曲面质量，使汽车造型曲面达到甚至超过制造要求。

2.CAS在现代汽车设计流程中发挥的作用

汽车开发流程是一个复杂的过程，这里仅从汽车造型设计的角度来阐述。

汽车传统开发流程：车型定位——市场调查定位目标客户群喜好——初期草图绘制——效果图绘制——效果图筛选——胶带图——小比例模型制作——反复调整——全比例模型以及反复调整制作——特征截面图——总布置详图等等。

由于当时计算机的应用尚未普及，所以设计人员要通过几轮的实物模型进行形态的创造、分析、推敲和判断，而实物模型的制造周期比较长，耗费的人力物力财力比较大，汽车开发过程长，费用高，在市场对于开发新车型的速度需求提高以后，传统的开发流程无异已经不能满足要求了，计算机辅助造型设计便成为时代所需。

在计算机应用加入以后，目前国内的汽车造型设计的流程是：

车型定位——市场调查定位目标客户群喜好——初期草图绘制——效果图绘制——效果图筛选——数字化建模筛选出的方案及小比例油泥模型制作——数字化模型渲染，展示，评审，确定目标方案——方案进一步细化，数字模型更新，制作1：1的油泥模型——逆向冻结的全比例模型，进入后期A面数字模型阶段，进行工程、制造配合，建造满足生产和市场质保要求的高质量曲面。

在传统汽车开发流程中，结构设计的验证也需要通过实物模型，包括法律法规的验证，结构刚度的验证，所以除了外饰件以外，内饰各个零件，发动机舱和地板等诸多零件也都需要制作实物模型。在现代的汽车开发流程中，有CAS的加入，省去了大量实物模型所要花费的时间和精力，很多结构设计的验证在有了数字模型以后可以通过CAE在计算机中先行分析，再进行试验，节省了成本。

由于数字模型的加入，降低了实物模型的重要性（但實物模型仍是汽车开发中不可缺少的部分），用数字模型和实物模型互相印证的方式进行开发，提高了设计研发的质量，增加研发的灵活性，减少研发成本支出，降低劳动强度和减少人工数量，缩短研发时间，提早了新车上市时间和回收投入成本，对于汽车技术的提升起到了重要的作用。

3.CAS与汽车造型设计的关系

在上一章节的设计开发流程中可以看出CAS是用数字模型对设计的创意表达。在项目立项以后，市场部根据此车型的目标客户群会给出市场定位。设计师根据市场定位如高雅、运动、时尚等以及市场主要竞争车型确定设计方向，进行初期草图绘制，以及进一步效果图的制作。

数字设计师根据效果图进行数字模型的制作，设计师参与数据制作的过程，在数字设计师和设计师的合作下制作出能够准确、完整的表达设计意图的高品质曲面数据。数据制作结束后用渲染软件形成高品质图像，实时影像，并可以结合动画，音乐等，采取投影的方式在大屏幕上展示，迅速、方便、直观、生动的展示汽车造型的整体和细节，比较筛选不同方案的优缺点，提取最优方案。

这一过程不仅仅存在于前期CAS阶段，在后期A面阶段也是用这种快捷、方便、直观的方式进行设计评审的。

4.CAS与工程制造的关系

采用计算机辅助造型设计后，模型数据实现了跟其他设计研发工序的无缝交流。设计模型数据采用特定格式发布至共享数据库PDM上，产生项目里唯一的零件号和版本号，工程部门根据设计数据制作工程数据，同时也上传至PDM上，其他相应功能部门如质保、试验、安全、电子电器、发动机等可以在项目里各取所需数据，用分析软件进行工程可行性分析、试验验证、安全法规验证、流体力学分析、人机工程分析等等。

5.CAS与市场推广的关系

传统的新车市场推广过程是待样车完成后，运输到专门的拍摄地点，由专业人员进行实景拍摄。这是一个复杂、耗费巨大运输费、拍摄费的过程。整个过程不仅时间周期相当漫长，而且还要受季节和天气等自然因素限制。CAS介入新车推广以后，使得宣传与推广变得非常容易。计算机辅助造型过程可以随时出图，轻易渲染，无需传统过程中的运输和实景拍摄。这样便可以大大节约广告拍摄费用，刚氐由设计、试做到制造的总成本。并且减少了这个过程时间周期，不再受季节天气等因素限制。

CAS介入新车推广以后，既缩短了市场推广的时间周期，又可以节省了总的成本费用。在新车上市前就可以对新车进行充分的宣传，对新车的销售大有益处。

6.CAS的未来发展趋势

从汽车概念设计的角度看，随着CAD、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展，对概念设计过程必然有更深的认识，对概念设计思维的模拟必将达到新的境界。CAD将朝着更加自然的人机交互方式、更加有效的设计手段的方向发展。概念设计的方案也更富有创新性。计算机辅助设计系统是一个人机—体化的智能集成设计系统。

从整个汽车设计与制造的发展趋势看，概念设计作为汽车开发过程中的重要组成部分，必然与其发展趋势相一致。因此，概念设计与其他设计过程最终必将建立统一的产品设计支撑模型。在这一模型的支持下，产品设计过程是一种并行的、协同的、面向全生命周期的设计模式。概念设计的结果能够直接进行详细设计，概念设计师能简捷有效地对详细设计过程中的方案进行概念层次上的修改。