汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)流程

汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)流程概述隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車制造商們?cè)絹碓街匾暺囓囆偷拈_發(fā)，其中汽車內(nèi)飾的開發(fā)是僅次于車身的一項(xiàng)重要的開發(fā)內(nèi)容，它除了是反映汽車內(nèi)部空間的功能之外，還要讓乘客感到舒適，視覺的美觀，操縱的方便等等要求。汽車內(nèi)飾包括儀表板、車門內(nèi)飾、車頂內(nèi)飾、柱內(nèi)飾、側(cè)圍內(nèi)飾等內(nèi)部覆蓋件，廣義的還包括方向盤、汽車座椅、地板墊等內(nèi)部功能件。汽車內(nèi)飾通過多 種材料和多種生產(chǎn)工藝而達(dá)到不同的效果，一般內(nèi)飾的材料多用塑料 ABS 和改性 PP 等，還有其他的如皮革，植絨布，泡沫、玻璃鋼等多種復(fù)合材料。生產(chǎn)工藝更 是多樣化，除了一般的注塑以外，還有如吸塑、吹塑、擠出、PU 發(fā)泡、熱壓、蒙皮、噴涂、電鍍、焊接等幾乎所有的塑料加工工藝，還有如儀表板先進(jìn)的搪塑工藝 等。一個(gè)整車的內(nèi)飾設(shè)計(jì)項(xiàng)目，首要的是設(shè)計(jì)效果圖。效果圖除了要美觀，風(fēng)格要和車身相襯，還必須滿足各種功能要求，選配的附件盡量采用現(xiàn)有的或盡量 不要改變尺寸，各種功能件的位置要符合整車布置和人機(jī)工程的要求。一般要設(shè)計(jì)三到五個(gè)效果圖提供選擇，從中間選擇一個(gè)或綜合幾個(gè)效果圖重新制作一個(gè)。接下來根據(jù)平面效果圖制作油泥模型和數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型是運(yùn)用逆向技術(shù)在油泥模型的基礎(chǔ)上建立的。有時(shí)也可以直接在三維設(shè)計(jì)軟件中構(gòu)建數(shù)據(jù)模 型，以減少設(shè)計(jì)成本。在制作模型過程中必須進(jìn)行人機(jī)工程校核，滿足各項(xiàng)法規(guī)要求和其他功能的要求，滿足各個(gè)選配附件的大小和位置要求，除此之外，還要進(jìn)行 結(jié)構(gòu)分塊，考慮各部件制造工藝和材料。滿足這些條件后，還得考察模型的表面光順性，一般外表面都必須達(dá)到 A 級(jí)曲面。完成數(shù)據(jù)模型后，可以渲染多個(gè)角度的效 果圖與平面效果圖對(duì)比，并進(jìn)行修改，達(dá)到最佳的視覺效果。以上只是一個(gè)沒有結(jié)構(gòu)的外表面模型，接下來的任務(wù)就是各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而為了更為直觀的檢驗(yàn)安裝效果，我們通常需要在完成簡(jiǎn)易安裝結(jié)構(gòu)后制作手板樣件。手板樣件制作和試安裝除了檢驗(yàn)安裝效果和誤差外，還能優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)部件的制造工藝。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較繁雜的工作，需要的周期也是最長(zhǎng)的。一般需要注意的問題有：部件的制造工藝性，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，安裝工藝性，部件之間的裝配間 隙、干涉檢查，運(yùn)動(dòng)校核和裝配順序等。這項(xiàng)工作是持續(xù)改進(jìn)，逐步優(yōu)化的過程。為了進(jìn)行各項(xiàng)工藝檢查，我們除了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)模型，也對(duì)一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的部件做 第二次手板樣件，確保安裝效果和制造工藝。在模具制造過程中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，只有到試制樣件裝車，狀態(tài)達(dá)到預(yù)期的效果后，并做項(xiàng)目總結(jié)，這樣一個(gè)成功的內(nèi)飾項(xiàng)目才告結(jié)束。在整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，一般通過各個(gè)過程的同步協(xié)作縮短開發(fā)周期，比如模具前期加工可以在最終數(shù)模確定前進(jìn)行，并保留足夠的加工余量。采用多種檢驗(yàn)手段，不同的檢驗(yàn)內(nèi)容分類檢查，發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)前考慮，設(shè)計(jì)后再檢查的方式來保證數(shù)模工藝質(zhì)量。采用不同設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢(shì)，在不同的設(shè)計(jì)階段提高設(shè)計(jì)效率和數(shù)模質(zhì)量，并制定設(shè)計(jì)數(shù)模標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)。汽車內(nèi)飾的正向數(shù)字化設(shè)計(jì)與管理1 什么是正向數(shù)字化設(shè)計(jì) 在介紹正向數(shù)字化設(shè)計(jì)之前，有必要先提及“逆向工程”，這是在幾年前國內(nèi)開發(fā)汽車零部件的比較時(shí)髦和先進(jìn)的開發(fā)方式。將零件定位后，用光學(xué)或激光掃描設(shè)備對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行點(diǎn)云采集，然后將經(jīng)過處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸人專業(yè)的 CAD 三維設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)，并力求設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)盡可能貼合掃描的點(diǎn)云。這種“拷貝不走樣”的“逆向工程”往往是在沒有產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)或圖紙的情況下，參照實(shí)樣進(jìn)行的一種還原性的設(shè)計(jì)活動(dòng)，并不是真正意義上的自主開發(fā)。再進(jìn)一步的“逆向工程”是在點(diǎn)云的基礎(chǔ)上，或在經(jīng)過還原設(shè)計(jì)得到的三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)局部的外表面或結(jié)構(gòu)進(jìn)行差異化或優(yōu)化設(shè)計(jì)，生成有別于原始產(chǎn)品的新的三維數(shù)據(jù)。這是一種改良性的設(shè)計(jì)，對(duì)于原始產(chǎn)品的依賴性依舊很大。這兩種方法參照原始產(chǎn)品的外觀造型和結(jié)構(gòu)，具有見效快、驗(yàn)證過程短、制造風(fēng)險(xiǎn)低的優(yōu)點(diǎn)，但是致命的缺點(diǎn)是缺乏自主創(chuàng)新、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力低、容易引起知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛。正向數(shù)字化設(shè)計(jì)是從概念設(shè)計(jì)開始，到完成產(chǎn)品全新的外觀造型和結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)的過程，通過借助先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)手段（CAD/CAM/CAE 等），達(dá)到自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)開發(fā)的目的。正向數(shù)字化設(shè)計(jì)的過程凝聚著設(shè)計(jì)師和工程師方方面面的智慧，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的控制和管理起至關(guān)重要的作用。2 如何開展正向數(shù)字化設(shè)計(jì)及管理汽車內(nèi)飾的正向數(shù)字化設(shè)計(jì)過程主要包括：概念設(shè)計(jì)階段、創(chuàng)建初始外表面數(shù)模階段、油泥模型數(shù)控加工、外表面設(shè)計(jì)以及后期的三維零件設(shè)計(jì)工程檢查/CAE階段（見圖 1）。對(duì)正向數(shù)字化設(shè)計(jì)的管理就是協(xié)調(diào)控制好各階段工作，確保設(shè)計(jì)過程有序高效，滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求。2.1 概念設(shè)計(jì)階段這個(gè)階段主要由創(chuàng)意設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)，通過構(gòu)思草圖來表現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)、意圖。經(jīng)過一輪對(duì)整體造型的評(píng)審和篩選后，會(huì)產(chǎn)生 2-4 組造型方案。然后將這幾組方案根據(jù)評(píng)審提出的要求進(jìn)行調(diào)整和細(xì)化，繪制成二維效果圖。經(jīng)過效果圖的評(píng)審后，最終確定造型設(shè)計(jì)方案。目前越來越多的年輕設(shè)計(jì)師喜歡在電腦上繪制效果圖。在計(jì)算機(jī)繪圖軟件高度發(fā)展的今天，借助 Wacom 筆和數(shù)位板，在電腦屏幕上制作的二維設(shè)計(jì)效果圖不但能夠同樣表現(xiàn)手繪的筆觸等效果，而且可以做到手工表現(xiàn)難以達(dá)到的藝術(shù)效果，并且在噴繪、剪貼、修改、復(fù)制、縮放、保存等方面更加方便。目前在汽車設(shè)計(jì)中常用的效果圖繪制軟件有：Alias Sketch Book，Painter 和 Photoshop。從概念設(shè)計(jì)到完成計(jì)算機(jī)繪制的設(shè)計(jì)效果圖是正向數(shù)字化設(shè)計(jì)開發(fā)的第一步。這一步是整個(gè)正向數(shù)字化設(shè)計(jì)開發(fā)過程的靈魂。2.2 創(chuàng)建初始外表面數(shù)模確定了設(shè)計(jì)方案后，接著就要將二維效果圖轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字化模型。這個(gè)階段是承上啟下的關(guān)鍵一步，它要求數(shù)字化設(shè)計(jì)師理解設(shè)計(jì)方案，把握好產(chǎn)品形態(tài)和相互間的配合關(guān)系。由于二維效果圖是平面的，沒有量化的尺寸要求，所以在這個(gè)階段負(fù)責(zé)數(shù)字化建模的設(shè)計(jì)師與提供方案的創(chuàng)意設(shè)計(jì)師之間必須密切配合、互相溝通，確保三維數(shù)據(jù)的整體風(fēng)格特征符合創(chuàng)意設(shè)計(jì)師的要求。在可能影響局部外觀的地方，如遇到斷面的形狀、產(chǎn)品的輪廓、特征線的走勢(shì)、零件間的斷差和間隙等造型方面的問題時(shí)，需要征求創(chuàng)意設(shè)計(jì)師的意見。從概念設(shè)計(jì)到創(chuàng)建初始外表面數(shù)模的過程是一個(gè)塑造產(chǎn)品空間的造型過程，是從“無形到有型”的過程。它需要設(shè)計(jì)師具備創(chuàng)意和對(duì)美感的把握，又能夠通過工程化的高級(jí)曲面建模完成對(duì)產(chǎn)品形體虛擬空間的塑造來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖。創(chuàng)意設(shè)計(jì)師被鼓勵(lì)掌握 Alias 等 CAS 計(jì) 算機(jī)輔助造型）軟件，將自己的設(shè)計(jì)方案用三維設(shè)計(jì)軟件表現(xiàn)，使其更貼近設(shè)計(jì)方案所要表達(dá)的設(shè)計(jì)意圖。但是在現(xiàn)實(shí)工作中，尤其在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域能將這兩方面的技能掌握集于一身的人才極少。所以，通常設(shè)置創(chuàng)意設(shè)計(jì)師和數(shù)字化設(shè)計(jì)師兩個(gè)不同的設(shè)計(jì)職能崗位，創(chuàng)意設(shè)計(jì)師的主要職能是不斷提供好的創(chuàng)意，構(gòu)思新的功能和外觀造型，并能夠通過效果圖表現(xiàn)自己的構(gòu)思；而數(shù)字化設(shè)計(jì)師的主要職能是將二維設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換到三維數(shù)字化模型。當(dāng)今世界汽車設(shè)計(jì)開發(fā)已將專業(yè)分工日益細(xì)化，無論從成本、時(shí)間效率方面來看，已不能將兩個(gè)設(shè)計(jì)崗位合而為一。    創(chuàng)建初始三維外表面數(shù)模也有不同的階段：第一階段是構(gòu)建主要的型面，反映造型的總體特征，主要目的是提供給結(jié)構(gòu)工程師、CAE 工程師做初步的空間總布置分析和人機(jī)工程校核，如駕控舒適性、駕駛員視野及盲區(qū)、反光等；第二階段要反映具體的產(chǎn)品分塊、面的過渡和連接、零件相互之間的落差和間隙，并形成初步的設(shè)計(jì)公差規(guī)定（DTS，Design Tolerance Specification） 文件，提供給結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行產(chǎn)品制造的可行性分析，比如拔模斜度、產(chǎn)品分塊的位置是否合理、零件之間的裝配關(guān)系、運(yùn)動(dòng)干涉、安全間隙等校核，并且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師將據(jù)此開始產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)；第三階段是要將上面工程分析和校核中發(fā)現(xiàn)的問題在外表面數(shù)模上得以解決，并完成所有零件外表面的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，包括零件的倒角。在創(chuàng)建初始外表面數(shù)模的過程中，以上每個(gè)階段都需經(jīng)客戶評(píng)審，以確保初始數(shù)模的三維造型滿足客戶的要求。初始外表面數(shù)模還能夠生成三維渲染的效果圖。在汽車設(shè)計(jì)中將 Alias 和Maya 結(jié)合使用，體現(xiàn)產(chǎn)品的色彩、材質(zhì)，在虛擬狀態(tài)下直觀地體現(xiàn)產(chǎn)品達(dá)的內(nèi)容。經(jīng)過評(píng)審確認(rèn)后的初始三維外表面就可以用于數(shù)控加工油泥模型了。整體風(fēng)格和造型特征，并與原先的二維效果圖對(duì)比，確定是否符合設(shè)計(jì)方案所要表    考慮到在后面油泥模型凍結(jié)前會(huì)對(duì)數(shù)控加工的油泥模型外表面和局部細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，從縮短項(xiàng)目的開發(fā)時(shí)間考慮，對(duì)初始外表面數(shù)模不要求很高的曲面質(zhì)量，除主要型面之外，倒角一般達(dá)到一階（相切）連續(xù)就可以了。2.3 油泥模型數(shù)控加工以往制作油泥模型主要依靠手工，借助膠帶圖、劃線機(jī)和卡板等，通過油泥模型局部的斷面來逐漸完成整個(gè)油泥模型的制作，制作周期長(zhǎng)、精度差。自 90 年代中期起，隨著 CAM 軟件的發(fā)展，以數(shù)控加工油泥模型代表的油泥制作先進(jìn)方式在汽車造型設(shè)計(jì)中被廣泛運(yùn)用。利用初始外表面數(shù)模，經(jīng)過專業(yè)的 CAM 軟件編程，生成三軸或五軸的刀具加工軌跡（Cutter Path）后，可以直接加工出油泥模型，既快速又精確。一輛汽車座艙內(nèi)飾造型的油泥模型可在一周內(nèi)加工完成，極大地縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)的時(shí)間和油泥模型的制作成本。此時(shí)的油泥模型反映的是數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的狀態(tài)，將初始外表面數(shù)模轉(zhuǎn)變成實(shí)體外觀模型。參與評(píng)審的人員對(duì)直觀的油泥模型提出一些調(diào)整建議。經(jīng)過一輪或幾輪的調(diào)整后，油泥模型的造型和外表面才能正式凍結(jié)。2.4 外表面設(shè)計(jì)油泥模型一經(jīng)凍結(jié)，就要對(duì)油泥模型掃描、采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于最終的外表面A 級(jí)曲面設(shè)計(jì)。在開展最終的外表面設(shè)計(jì)之前，需要將掃描的點(diǎn)云和初始三維外表面數(shù)模在相同車身坐標(biāo)下進(jìn)行對(duì)比，對(duì)沒有改動(dòng)的主要型面繼續(xù)沿用。2.4.1 外表面設(shè)計(jì)的原則汽車內(nèi)飾產(chǎn)品的外表面通常要求按 A 級(jí)曲面的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中總體上遵循下面兩條原則：在可見外表面上，半徑大于 3 的倒角都需要達(dá)到二階（曲率）連續(xù)；滿足 DTS 要求。DTS 是對(duì)設(shè)計(jì)公差的規(guī)定，在汽車內(nèi)飾中主要針對(duì)產(chǎn)品的外觀特征、零件之間的段差、間隙等匹配關(guān)系進(jìn)行定義。產(chǎn)品的外表面設(shè)計(jì)和最終產(chǎn)品裝配后的狀態(tài)都要符合 DTS 規(guī)定。因此它是體現(xiàn)產(chǎn)品外觀效果和精湛工藝的重要因素，并作為產(chǎn)品生命周期內(nèi)尺寸管理的依據(jù)。DTS 應(yīng)當(dāng)在創(chuàng)建初始三維外表面數(shù)模過程中初步形成，在油泥模型上得到實(shí)際體現(xiàn)，在開始外表面設(shè)計(jì)之前獲得最終確定和頒布。因此 DTS 須經(jīng)過造型的認(rèn)可和工程的檢驗(yàn)，它是由造型和工程共同確定的。換言之，DTS 雖在產(chǎn)品外表面上得以反映，卻是內(nèi)外兼容的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。2.4.2 外表面的曲面質(zhì)量檢驗(yàn)對(duì)外表面的曲面質(zhì)量檢驗(yàn)貫穿于外表面的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中。檢驗(yàn)主要包括以下幾個(gè)方面：    （1）工程性能檢查。主要檢查是否滿足模具制造的要求，如脫模方向與拔模角。（2）面的光順性檢查。主要檢查過渡曲面的路徑走向、曲面或局部的協(xié)調(diào)性、局部特征分界面等，目前常用的兩種檢查方法是高光線法和反射線法。（3）曲面間連續(xù)性檢查。檢查不同曲面之間的連接過渡是否達(dá)到內(nèi)飾設(shè)計(jì)中對(duì) A 級(jí)曲面的規(guī)范要求。不同的汽車 OEM 對(duì)內(nèi)外飾產(chǎn)品 A 級(jí)曲面的標(biāo)準(zhǔn)有所不同，因此作為內(nèi)飾開發(fā)供應(yīng)商應(yīng)該針對(duì)不同客戶在具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)中對(duì)曲面質(zhì)量要求適當(dāng)區(qū)分，并可選用不同的設(shè)計(jì)軟件以達(dá)到對(duì) A 級(jí)曲面的精度要求，滿足最佳的適用效果。2.5 正向數(shù)字化設(shè)計(jì)過程中的后期階段外表面數(shù)模設(shè)計(jì)完成并認(rèn)可后，整個(gè)正向數(shù)字化設(shè)計(jì)過程就完成了 80%。因?yàn)榇罅康目尚行苑治龊徒Y(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)已在外表面設(shè)計(jì)過程中同步進(jìn)行，確保后面的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)降至最低。后期階段的主要工作是零件設(shè)計(jì)、工程檢查和設(shè)計(jì)驗(yàn)證。（1）零件設(shè)計(jì)。根據(jù)外表面數(shù)據(jù)進(jìn)行三維零件建模，直到完成所有的零件設(shè)計(jì)。（2）工程檢查。由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)零件設(shè)計(jì)中的工程檢查，檢查的主要范圍有：零部件空間布置：如有效儲(chǔ)物空間，煙缸、杯托大小，內(nèi)部零部件之間的安全間隙等；匹配狀態(tài)控制檢查：如零件公差、公差累積、定位方式、可見分型線等；零部件強(qiáng)度、振動(dòng)及噪聲控制檢查：如零件結(jié)構(gòu)的合理性、緊固點(diǎn)布置和緊固方式等；裝配可行性：如裝配順序、裝配干涉、空間要求、輔助工裝信息等；制造工藝可行性：如基本壁厚、最小壁厚、表面縮痕、最小拔模角、可見分型線等。（3）設(shè)計(jì)驗(yàn)證：包括 CAE 模擬分析和樣件驗(yàn)證。汽車內(nèi)飾的 CAE 模擬分析主要包括：人機(jī)工程分析：專門用于汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)的人機(jī)工程分析軟件 GENPAD，它充分考慮了諸如可觸及區(qū)域、駕駛情況下的視野及反射區(qū)域、汽車儀表被方向盤遮擋范圍、出風(fēng)口位置、膝蓋安全區(qū)域及頭部沖擊等各項(xiàng)因素，它可以迅速、準(zhǔn)確地得到人們?cè)隈{駛狀態(tài)下五十多項(xiàng)的人機(jī)工程分析結(jié)果；    模態(tài)分析：用于迅速找到產(chǎn)品的薄弱之處；靜力分析：提供包括對(duì)線性、非線性、屈曲等問題在內(nèi)的各種分析；頻率響應(yīng)分析：模擬產(chǎn)品在汽車顛簸過程中剛度和強(qiáng)度的表現(xiàn)；熱載荷分析：模擬產(chǎn)品在光照等熱載荷作用下的產(chǎn)品變形和受力情況；空調(diào)及風(fēng)道的流動(dòng)分析：通過對(duì)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的流場(chǎng)分析模擬氣流在不同管道中的分配、熱傳導(dǎo)和流動(dòng)阻力；除冰分析：模擬前除霜風(fēng)管對(duì)擋風(fēng)玻璃的除冰效果，從而判斷其是否達(dá)到相應(yīng)的法規(guī)要求；