汽車內(nèi)飾設(shè)計流程

汽車內(nèi)飾設(shè)計流程概述隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車制造商們越來越重視汽車車型的開發(fā)，其中汽車內(nèi)飾的開發(fā)是僅次于車身的一項重要的開發(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，還有如儀表板先進的搪塑工藝 等。一個整車的內(nèi)飾設(shè)計項目，首要的是設(shè)計效果圖。效果圖除了要美觀，風格要和車身相襯，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工程的要求。一般要設(shè)計三到五個效果圖提供選擇，從中間選擇一個或綜合幾個效果圖重新制作一個。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)模型是運用逆向技術(shù)在油泥模型的基礎(chǔ)上建立的。有時也可以直接在三維設(shè)計軟件中構(gòu)建數(shù)據(jù)模 型，以減少設(shè)計成本。在制作模型過程中必須進行人機工程校核，滿足各項法規(guī)要求和其他功能的要求，滿足各個選配附件的大小和位置要求，除此之外，還要進行 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到 A 級曲面。完成數(shù)據(jù)模型后，可以渲染多個角度的效 果圖與平面效果圖對比，并進行修改，達到最佳的視覺效果。以上只是一個沒有結(jié)構(gòu)的外表面模型，接下來的任務就是各個部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。而為了更為直觀的檢驗安裝效果，我們通常需要在完成簡易安裝結(jié)構(gòu)后制作手板樣件。手板樣件制作和試安裝除了檢驗安裝效果和誤差外，還能優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和檢驗部件的制造工藝。結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個比較繁雜的工作，需要的周期也是最長的。一般需要注意的問題有：部件的制造工藝性，結(jié)構(gòu)的強度，安裝工藝性，部件之間的裝配間 隙、干涉檢查，運動校核和裝配順序等。這項工作是持續(xù)改進，逐步優(yōu)化的過程。為了進行各項工藝檢查，我們除了檢驗數(shù)據(jù)模型，也對一些結(jié)構(gòu)比較復雜的部件做 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)計人員還應該及時發(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)達到預期的效果后，并做項目總結(jié)，這樣一個成功的內(nèi)飾項目才告結(jié)束。在整個設(shè)計項目中，一般通過各個過程的同步協(xié)作縮短開發(fā)周期，比如模具前期加工可以在最終數(shù)模確定前進行，并保留足夠的加工余量。采用多種檢驗手段，不同的檢驗內(nèi)容分類檢查，發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計前考慮，設(shè)計后再檢查的方式來保證數(shù)模工藝質(zhì)量。采用不同設(shè)計軟件的優(yōu)勢，在不同的設(shè)計階段提高設(shè)計效率和數(shù)模質(zhì)量，并制定設(shè)計數(shù)模標準和等級。汽車內(nèi)飾的正向數(shù)字化設(shè)計與管理1 什么是正向數(shù)字化設(shè)計 在介紹正向數(shù)字化設(shè)計之前，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髦和先進的開發(fā)方式。將零件定位后，用光學或激光掃描設(shè)備對產(chǎn)品表面進行點云采集，然后將經(jīng)過處理后的點云數(shù)據(jù)輸人專業(yè)的 CAD 三維設(shè)計軟件，設(shè)計出產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)，并力求設(shè)計的數(shù)據(jù)盡可能貼合掃描的點云。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，參照實樣進行的一種還原性的設(shè)計活動，并不是真正意義上的自主開發(fā)。再進一步的“逆向工程”是在點云的基礎(chǔ)上，或在經(jīng)過還原設(shè)計得到的三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對局部的外表面或結(jié)構(gòu)進行差異化或優(yōu)化設(shè)計，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，對于原始產(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、驗證過程短、制造風險低的優(yōu)點，但是致命的缺點是缺乏自主創(chuàng)新、產(chǎn)品競爭力低、容易引起知識產(chǎn)權(quán)糾紛。正向數(shù)字化設(shè)計是從概念設(shè)計開始，到完成產(chǎn)品全新的外觀造型和結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計的過程，通過借助先進的數(shù)字化設(shè)計手段（CAD/CAM/CAE 等），達到自主創(chuàng)新設(shè)計開發(fā)的目的。正向數(shù)字化設(shè)計的過程凝聚著設(shè)計師和工程師方方面面的智慧，整個設(shè)計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)計及管理汽車內(nèi)飾的正向數(shù)字化設(shè)計過程主要包括：概念設(shè)計階段、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)計以及后期的三維零件設(shè)計工程檢查/CAE階段（見圖 1）。對正向數(shù)字化設(shè)計的管理就是協(xié)調(diào)控制好各階段工作，確保設(shè)計過程有序高效，滿足產(chǎn)品的設(shè)計和質(zhì)量要求。2.1 概念設(shè)計階段這個階段主要由創(chuàng)意設(shè)計師負責，通過構(gòu)思草圖來表現(xiàn)自己的設(shè)計、意圖。經(jīng)過一輪對整體造型的評審和篩選后，會產(chǎn)生 2-4 組造型方案。然后將這幾組方案根據(jù)評審提出的要求進行調(diào)整和細化，繪制成二維效果圖。經(jīng)過效果圖的評審后，最終確定造型設(shè)計方案。目前越來越多的年輕設(shè)計師喜歡在電腦上繪制效果圖。在計算機繪圖軟件高度發(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)難以達到的藝術(shù)效果，并且在噴繪、剪貼、修改、復制、縮放、保存等方面更加方便。目前在汽車設(shè)計中常用的效果圖繪制軟件有：Alias Sketch Book，Painter 和 Photoshop。從概念設(shè)計到完成計算機繪制的設(shè)計效果圖是正向數(shù)字化設(shè)計開發(fā)的第一步。這一步是整個正向數(shù)字化設(shè)計開發(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。這個階段是承上啟下的關(guān)鍵一步，它要求數(shù)字化設(shè)計師理解設(shè)計方案，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，所以在這個階段負責數(shù)字化建模的設(shè)計師與提供方案的創(chuàng)意設(shè)計師之間必須密切配合、互相溝通，確保三維數(shù)據(jù)的整體風格特征符合創(chuàng)意設(shè)計師的要求。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、零件間的斷差和間隙等造型方面的問題時，需要征求創(chuàng)意設(shè)計師的意見。從概念設(shè)計到創(chuàng)建初始外表面數(shù)模的過程是一個塑造產(chǎn)品空間的造型過程，是從“無形到有型”的過程。它需要設(shè)計師具備創(chuàng)意和對美感的把握，又能夠通過工程化的高級曲面建模完成對產(chǎn)品形體虛擬空間的塑造來表達自己的設(shè)計意圖。創(chuàng)意設(shè)計師被鼓勵掌握 Alias 等 CAS 計 算機輔助造型）軟件，將自己的設(shè)計方案用三維設(shè)計軟件表現(xiàn)，使其更貼近設(shè)計方案所要表達的設(shè)計意圖。但是在現(xiàn)實工作中，尤其在汽車設(shè)計領(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)計師和數(shù)字化設(shè)計師兩個不同的設(shè)計職能崗位，創(chuàng)意設(shè)計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)計師的主要職能是將二維設(shè)計方案轉(zhuǎn)換到三維數(shù)字化模型。當今世界汽車設(shè)計開發(fā)已將專業(yè)分工日益細化，無論從成本、時間效率方面來看，已不能將兩個設(shè)計崗位合而為一。    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)計公差規(guī)定（DTS，Design Tolerance Specification） 文件，提供給結(jié)構(gòu)工程師進行產(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、運動干涉、安全間隙等校核，并且結(jié)構(gòu)設(shè)計師將據(jù)此開始產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計；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節(jié)設(shè)計，包括零件的倒角。在創(chuàng)建初始外表面數(shù)模的過程中，以上每個階段都需經(jīng)客戶評審，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)品達的內(nèi)容。經(jīng)過評審確認后的初始三維外表面就可以用于數(shù)控加工油泥模型了。整體風格和造型特征，并與原先的二維效果圖對比，確定是否符合設(shè)計方案所要表    考慮到在后面油泥模型凍結(jié)前會對數(shù)控加工的油泥模型外表面和局部細節(jié)進行調(diào)整，從縮短項目的開發(fā)時間考慮，對初始外表面數(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、劃線機和卡板等，通過油泥模型局部的斷面來逐漸完成整個油泥模型的制作，制作周期長、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方式在汽車造型設(shè)計中被廣泛運用。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)計開發(fā)的時間和油泥模型的制作成本。此時的油泥模型反映的是數(shù)據(jù)設(shè)計的狀態(tài)，將初始外表面數(shù)模轉(zhuǎn)變成實體外觀模型。參與評審的人員對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)計油泥模型一經(jīng)凍結(jié)，就要對油泥模型掃描、采集點云數(shù)據(jù)，用于最終的外表面A 級曲面設(shè)計。在開展最終的外表面設(shè)計之前，需要將掃描的點云和初始三維外表面數(shù)模在相同車身坐標下進行對比，對沒有改動的主要型面繼續(xù)沿用。2.4.1 外表面設(shè)計的原則汽車內(nèi)飾產(chǎn)品的外表面通常要求按 A 級曲面的標準來設(shè)計，在設(shè)計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 的倒角都需要達到二階（曲率）連續(xù)；滿足 DTS 要求。DTS 是對設(shè)計公差的規(guī)定，在汽車內(nèi)飾中主要針對產(chǎn)品的外觀特征、零件之間的段差、間隙等匹配關(guān)系進行定義。產(chǎn)品的外表面設(shè)計和最終產(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 應當在創(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際體現(xiàn)，在開始外表面設(shè)計之前獲得最終確定和頒布。因此 DTS 須經(jīng)過造型的認可和工程的檢驗，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)外兼容的一項系統(tǒng)工程。2.4.2 外表面的曲面質(zhì)量檢驗對外表面的曲面質(zhì)量檢驗貫穿于外表面的整個設(shè)計過程中。檢驗主要包括以下幾個方面：    （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到內(nèi)飾設(shè)計中對 A 級曲面的規(guī)范要求。不同的汽車 OEM 對內(nèi)外飾產(chǎn)品 A 級曲面的標準有所不同，因此作為內(nèi)飾開發(fā)供應商應該針對不同客戶在具體項目設(shè)計中對曲面質(zhì)量要求適當區(qū)分，并可選用不同的設(shè)計軟件以達到對 A 級曲面的精度要求，滿足最佳的適用效果。2.5 正向數(shù)字化設(shè)計過程中的后期階段外表面數(shù)模設(shè)計完成并認可后，整個正向數(shù)字化設(shè)計過程就完成了 80%。因為大量的可行性分析和結(jié)構(gòu)概念設(shè)計已在外表面設(shè)計過程中同步進行，確保后面的開發(fā)風險降至最低。后期階段的主要工作是零件設(shè)計、工程檢查和設(shè)計驗證。（1）零件設(shè)計。根據(jù)外表面數(shù)據(jù)進行三維零件建模，直到完成所有的零件設(shè)計。（2）工程檢查。由結(jié)構(gòu)設(shè)計師負責零件設(shè)計中的工程檢查，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；零部件強度、振動及噪聲控制檢查：如零件結(jié)構(gòu)的合理性、緊固點布置和緊固方式等；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)計驗證：包括 CAE 模擬分析和樣件驗證。汽車內(nèi)飾的 CAE 模擬分析主要包括：人機工程分析：專門用于汽車內(nèi)飾設(shè)計的人機工程分析軟件 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、出風口位置、膝蓋安全區(qū)域及頭部沖擊等各項因素，它可以迅速、準確地得到人們在駕駛狀態(tài)下五十多項的人機工程分析結(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：提供包括對線性、非線性、屈曲等問題在內(nèi)的各種分析；頻率響應分析：模擬產(chǎn)品在汽車顛簸過程中剛度和強度的表現(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)及風道的流動分析：通過對空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的流場分析模擬氣流在不同管道中的分配、熱傳導和流動阻力；除冰分析：模擬前除霜風管對擋風玻璃的除冰效果，從而判斷其是否達到相應的法規(guī)要求；