汽車外飾正向CAS設計要點與步驟

汽車外飾正向CAS設計要點與步驟江淮汽車股份有限公司員工成長路徑專業(yè)論文題目正向CAS設計的要點及相關步驟單 位 技術中心 姓 名 黃健昆 工 號 20060777 晉升職級 技術師 指導教師 徐志海 日期2010年"月"日0/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄 1中文摘要 2英文摘要 3\o"CurrentDocument"1引言 4正向CAS設計的必要性和可行性 4\o"CurrentDocument"2正向CAS設計的流程及原則 5\o"CurrentDocument"2。1正向CAS設計的流程 52。1正向CAS設計的流程 52.2正向CAS設計的原則 63正向CAS設計的應用 結論 謝辭 參考文獻 指導教師評語 附錄 1/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟摘要：在汽車造型設計中數(shù)字化技術已經(jīng)獲得了廣泛應用，相關學術文章也有不少，但是絕大多數(shù)是論述汽車逆向CAS設計的工作。本文有針對性地論述汽車正向CAS設計在造型設計階段的應用，闡述了汽車正向?45設計的必要性和可行性，并試圖歸納汽車正向?45設計的要點和相關步驟.關鍵詞：正向?45設計效果圖特征線AliasStudio虛擬仿真樣機2/19

Abstract：汽車外飾正向CASAbstract：Thispaperfirstlypresentstheimportanceofoptimaldesigninthecarindustry,describesthefunction,compositionandclassificationofthesuspensionsandanalyzestheformof KeyW0rds： CAScar_styleALIASstyling3/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟1引言正向CAS設計的必要性和可行性早期的汽車造型設計基本上是按照一種線性的設計流程來進行的。從創(chuàng)意到物理模型、工程設計、產(chǎn)品設計基本都是通過手工來完成。沒有仿真設備和軟件一直等到物理模型才能看到造型。近年來，低碳經(jīng)濟要求在制造出物理模型之前進行虛擬仿真樣機展現(xiàn)、評審、分析；隨著三維軟件的廣泛使用，汽車設計人員已經(jīng)完全可以在制造出物理模型之前，通過三維數(shù)模對整車及零部件的造型、功能結構進行評審和模擬分析，從而使汽車的研發(fā)周期大大縮短，成本也大大降低,資源消耗也大幅降低.伴隨著這一趨勢，曲面建模也在經(jīng)歷著一場顛覆性的革命。及以往基于油泥模型的點云逆向的曲面建模不同，數(shù)字化環(huán)境下正向造型設計完全不依賴于實物的點云,所有的操作都將在計算機中依據(jù)二維效果圖完成。目前它已經(jīng)成為造型設計流程的一個重要階段，大有將油泥模型階段取而代之的趨勢.這一階段稱作CAS階段（CAS是ComputerAidStyle的縮寫），三維設計師通過對效果圖的理解以及和二維設計師的充分溝通，運用三維軟件進行曲面建模，在電腦的顯示器上把平面的效果圖變成有三維立體空間感的數(shù)字模型（下文統(tǒng)稱“虛擬仿真樣機”），給評審者提供近乎真實的視覺效果，給相關的決策提供依據(jù).及油泥模型相比，CAS數(shù)字模型的制作及評審成本更低，周期更短，精度更高，效果也更好.目前三維軟件的集成功能越來越強大，可以渲染，可以繪制效果圖，甚至可以插入圖片。比如AutoDesk公司開發(fā)的AliasStudio.這就為汽車正向造型設計提供了軟件支持.那么我們怎么利用“插入圖片”這一技術來變革傳統(tǒng)的曲面建模？這種變革稱“正向CAS設計”。4/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟2正向CAS設計的流程及原則正向CAS設計的流程。1研發(fā)中心造型設計流程經(jīng)過這幾年賓悅、同悅、和悅、悅悅等車型的研發(fā)，造型設計流程基本完善。圖1為研發(fā)中心正向造型設計流程.圖1從圖中我們可以看出CAS模型階段處于物理模型階段之前。也就是說，先有虛擬仿真樣機才有物理模型。.2正向CAS設計流程經(jīng)過M209、重卡、N721等車型的研發(fā)，正向CAS設計流程基本完善。圖2試圖歸納技術中心正向CAS設計流程。5/19

汽車外飾正向CAS設計要點與步驟圖22。2正向CAS設計的原則逆向CAS模型的面要求無限擬合點云；同樣，正向CAS模型的造型要求無限擬合效果圖。這是總原則，實現(xiàn)這個總原則有以下三個分原則：2。2.1CAS模型的神韻及效果圖的神韻一樣因為效果圖是設計師把想象的造型及其陰影關系繪制在平面中，或多或少跟實物有一些偏差。所以，當遇到這種情況時，要保證CAS模型的神韻及效果圖的神韻一樣。2.2.2CAS模型的比例無限擬合效果圖的比例在設計造型特征線、分縫線和零部件的時候，比例一致性及其重要，只有比例一致的時候才能保證CAS模型的神韻及效果圖的神韻一樣。6/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟3數(shù)字化環(huán)境下汽車正向造型設計的應用3。1正向CAS設計的概述正向CAS設計是沒有點云的情況下，根據(jù)效果圖和設計師的要求在計算機中運用三維設計軟件建立數(shù)字化虛擬仿真樣機的模型.如果說汽車制造是一個很多部件組合起來的很復雜很繁瑣的過程，那么CAS設計也是由很多曲面（部件）組合起來的很復雜很繁瑣的過程下文中以我公司的一款在研產(chǎn)品的外飾前臉造型改型設計實踐為例，采用目前國內(nèi)外汽車造型設計業(yè)界應用最為廣泛的AliasStudio作為平臺軟件，詳細論述汽車正向CAS設計的要點和步驟。3。2汽車正向造型設計的要點及其步驟3.2.1設計輸入1、設計任務輸入根據(jù)項目管理部的計劃要求,開展**車型正向CAS設計。2、效果圖輸入根據(jù)多輪次公司領導的評審,最終確定一款造型效果圖，有兩幅圖,分別為前45度視圖、前視圖。圖片如下：圖3 圖43、總布置輸入必須有以下幾個關鍵參數(shù)：1）、前懸長度輸入:如果是新車型開發(fā)，需要提供總長總寬、白車身總高；坐標原點位置以及姿態(tài)角。2）、發(fā)動機艙需要的最小空間輸入：提供一個“黑匣子”，該“黑匣子〃包括車身所需要的尺寸。3）、關鍵斷面輸入。4）、燈具需要的最小空間輸入、脫模角以及安裝方向等。以上輸入既需要數(shù)據(jù)輸入也需要提供紙質(zhì)簽字報告.這樣才能保證這些輸入是嚴謹?shù)?避免后期不必要地重復設計CAS模型。7/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟重點注意事項：1）、總布置必須牽頭，把所有數(shù)據(jù)要求統(tǒng)一匯總后輸入造型部。2）、數(shù)據(jù)之間不能有矛盾；否則題目無解。比如:發(fā)動機艙需要的最小空間不能及前懸長度相矛盾.3）、造型部收到輸入，必須第一時間驗證，確保題目有解；如果題目無解，立刻反饋，讓結構工程師作出解釋和更正輸入。人員配備：結構工程師5-6名、造型總監(jiān)1名圖5丫=418mm截面線 圖6丫=705mm截面線2確定主輔視圖縱觀效果圖中的45度視圖及前視圖，發(fā)現(xiàn)45度視圖更全面地表達造型特征的相互關系；所以應該以45度視圖為主，前視圖為輔。重點注意事項：不要弄錯了主輔視圖，否則本末倒置.人員配備：效果圖工程師1名、CAS工程師1名、造型總監(jiān)1名。3識別造型特征及其關系需要及效果圖設計師溝通，充分識別效果圖造型特征及其關系有以下幾點：1、識別效果圖的神韻：比例很協(xié)調(diào)、穩(wěn)重中有輕盈、粗放中有纖細.2、關鍵造型特征線：從A柱兩邊的線條分別延伸到引擎蓋以及翼子板上，形成凸形弧線及凹形弧線相呼應.3、呼應關系：1）格柵側邊界及引擎蓋特征線幾乎平行呼應；2）格柵上傾斜造型特征線及格柵側邊界平行呼應；3）保險杠傾斜特征線及引擎蓋特征線幾乎平行呼應；4）前大燈主體部分的邊界近似平行四邊形；5）霧燈側面及前大燈側面幾乎平行呼應；6）保險杠的肩膀及側面防擦條肩膀呼應；8/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟7）中網(wǎng)側邊界及保險杠特征幾乎平行呼應。重點注意事項：1、引擎蓋特征線是決定全局的關鍵；2、保險杠肩膀及傾斜特征形成三面交匯；3、看似平行的邊界幾乎有微弱的勺〃型夾角。人員配備:效果圖工程師1名、CAS工程師2—3名、造型總監(jiān)1名。3.2.4分工安排以及介入時間根據(jù)造型特征合理分工和確定介入的時間點，是提高效率的推手。分工安排如下：1、該CAS模型主工程師介入：因為引擎蓋特征線是決定全局的，而且發(fā)動機艙的結構硬點已經(jīng)布置好了，不可改變，所以引擎蓋的大面和特征線必須首先建立。并且只能一個CAS工程師承擔。2、CAS模型輔工程師介入：主工程師完成引擎蓋的大面、特征線、及保險杠之間分縫線的設計后，輔工程師（1名）可以依此開展保險杠CAS模型建立。3、待主工程師確定燈具以及格柵的邊界后，輔工程師（2名）可以介入，分別進行格柵以及燈具內(nèi)部的CAS模型建立。4、待中網(wǎng)邊界、霧燈邊界確定后，可以再介入1名輔工程師設計中網(wǎng)以及霧燈格柵的內(nèi)部細節(jié).重點注意事項：1、引擎蓋及保險杠之間的分縫線需要盡快確定。2、引擎蓋特征線是決定全局的關鍵，而前大燈的造型好壞對整個CAS造型起重要作用。人員配備：效果圖工程師1名、CAS工程師3-4名、造型總監(jiān)1名。3.2.5大面設計及造型特征構建大面設計的合理性會直接影響造型和后面設計的工作量。造型特征構建的好不好會直接影響該虛擬仿真樣機造型的神韻。次序如下：1、把透視的效果圖導入軟件AliasStudio2009的camera視圖中。效果圖中的有效部分盡量大，這樣既保證有效部分都看見，并且造型特征最清晰。2、根據(jù)總布置的坐標原點的位置和總長總寬總高輸入設計一個長方體。該長方體的就確定了該車的總體大小，原則上該車的部位不能超出該長方體的面如圖7、圖8所示。3、設置zoom,使該長方體的廣角和景深及效果圖一致。4、設置BookMarks，記錄該zoom廣角和景深。記錄及前45度視圖對齊的視角為zoom1，如圖9所示;記錄及前視圖對齊的視角為zoom2。5、構造關鍵Nurbs曲線和關鍵Nurbs曲面。CAS的關鍵Nurbs曲線和關鍵Nurbs曲面及汽車制造過程的關鍵生產(chǎn)線和關鍵模塊相似。CAS設計過程中，構建漂亮的關鍵Nurbs曲線和關鍵Nurbs曲面會使整個過程事半功倍，反之，會使整個過程事倍功半。見圖的Nurbs曲線的曲率。此正向CAS設計中，引擎蓋上表面和翼子板上表面是關鍵Nurbs曲面。它們的型面9/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟以及關系如圖10所示。6、確定關鍵造型特征線。在本案例中，引擎蓋的造型特征線是關鍵.它不僅決定前格柵和前大燈的位置，而且決定保險杠造型特征線的位置,保險杠造型特征線又決定了前霧燈和中網(wǎng)的位置。此外，它的上端是順著A柱內(nèi)邊線過來的，另一端根據(jù)它所在前視圖的比例確定:約從側面往中間走到1/4處的位置，這過程中隨時用BookMarks回到zoom1或者zoom2,驗證它是否都對齊，如果不能都對齊則需要權衡一下他們之間哪個位置的造型更優(yōu)這是無限擬合及權衡的過程。如圖11、圖12所示.這條關鍵造型特征線后，前格柵側邊界、前大燈內(nèi)邊界、保險杠造型特征線都可以根據(jù)它的位置以及比例關系確定。7、確定高光區(qū)域和斑馬紋走勢.保證高光區(qū)域和斑馬紋走勢合理。如圖13、圖14所示.8、合理處理面的搭接.造型特征決定大面的搭接，比如：保險杠三面交匯特征必須先接好傾斜面，后接肩膀面;前圍紅線倒角必須扎入傾斜面里，逐漸消失。如圖15、圖16所示.至此，大面及關鍵造型特征線設計完畢。如圖17所示。重點注意事項：1、根據(jù)側圍以及不變動部分作為參考來調(diào)整zoom的廣角和景深.2、一定要運用BookMarks，記錄該zoom廣角和景深。3、看似平行的線，一定要以不平行來制作；4、中間的線條最好往下走一些，略呈“『型。5、逐漸展開或者逐漸收縮的線條，要用“復制--找恰當?shù)男D(zhuǎn)點一-旋轉(zhuǎn)”的方法制作，才能一步到位。人員配備：CAS工程師2名、效果圖工程師1名、造型總監(jiān)1名圖7設置長寬高范圍 圖8 圖9圖10關鍵曲線構建圖11擬合造型特征線 圖12zoom1視角10/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟圖13合理的斑馬紋走勢 圖13不合理的斑馬紋走勢 圖143.2.6分縫線確定大面及關鍵造型特征確定后，有難度的工作基本完成，剩下的就是零部件邊界的確定，也即分縫線的確定。根據(jù)前面的造型特征分析，結合比例關系，可以很快確定零部件的邊界，再結合zoom1視角和zoom2視角微小調(diào)整,即可擬合效果圖的分縫線。重點主要事項：1、最受關注的零部件首先確定，此案例中，前大燈大燈最受關注，格柵次之，霧燈再次之。2、相鄰的分縫線即使是平行的，也不要設計完全平行，也是有一定小夾角，以此彌補視角的誤差，使看起來更舒服。因為完全平行的線比較死板，看起來會“彎〃.人員配備：CAS工程師2名、效果圖工程師1名、結構工程師1名、造型總監(jiān)1名。3.2。7零部件設計各零部件分縫線確定后，零部件的外形就確定，此時可以開展零部件可見的內(nèi)部設計。此時會涉及更多的工藝工程問題,必須有工程師的參及。重點注意事項：1、首先把握造型及比例關系。2、其次需要體現(xiàn)及大面的參數(shù)關系。3、設計前必須弄清楚三個因素：脫模方向、脫模角度以及安裝方向、安裝方式等。人員配備:CAS工程師2名、效果圖工程師1名、結構工程師2—3名、造型總監(jiān)1名。3。2.8細節(jié)調(diào)整此時，大功基本告成，后頭重點檢查：1、面的CV走勢、高光以及斑馬紋以及面及面的搭接需要無限優(yōu)化。必要時重建Nurbs曲面。2、三線交匯的轉(zhuǎn)角邊界優(yōu)化、影響造型的倒角等需要經(jīng)過多輪調(diào)整才能無限接近效果圖。重點注意事項:1、引擎蓋及翼子板交匯處的斑馬紋；2、保險杠肩膀及傾斜特征形成三面交匯的斑馬紋走勢；人員配備:效果圖工程師1名、渲染工程師1名、造型總監(jiān)1名.3。2.9渲染11/19

汽車外飾正向CAS設計要點與步驟（^$模型已經(jīng)完成，可以輸出給結構部門做分析了.但是要展示、評價，還需要渲染，但到虛擬仿真樣機的效果。渲染有以下步驟：1、恰當分層，便于后期更新替換。2、運用好場景,才能出好效果.如果現(xiàn)有的場景不適合，則需要編輯場景。3、如果需要更加逼真的效果，可以配合AutoDesk公司開發(fā)的軟件OpticoreRealier渲染（OpticoreRealier可以直接導入AliasStudio的。Wire格式）。重點注意事項：最好用室內(nèi)的場景，光線單一，造型特征線能看得很清楚；而室外場景的光線走得很亂，而且容易造成局部曝光過度，導致很多造型特征線看不見。人員配備：效果圖工程師1名、渲染工程師1名、造型總監(jiān)1名。圖16圖15渲染圖17渲染圖_45度視圖圖18渲染圖_前視圖圖19渲染圖一室外場景人員配備：效果圖工程師1名、渲染工程師1名、造型總監(jiān)1名。圖16圖15渲染圖17渲染圖_45度視圖圖18渲染圖_前視圖圖19渲染圖一室外場景12/19汽車外飾正向CAS設計要點與步驟3。2.10評審及其修改渲染完畢，經(jīng)過造型總監(jiān)的審核可以通知公司領導來評審。投影到比車身長高尺寸都要大的屏幕上，可以體驗到任何視角的1:1立體虛擬仿真樣機。如果虛擬仿真樣機沒有得到領導們確認，那么根據(jù)領導們的評審意見，調(diào)整數(shù)據(jù)；直至領導確認。如果虛擬仿真樣機得到領導們確認，那么進入下一個環(huán)節(jié)。3.2。11設計輸出設計輸出給兩個對象：1、總布置部。設計輸入是該部門給出的，設計輸出理所當然是他們接受。也就是布置作業(yè)者需要改作業(yè)的原理。其實在大面設計及造型特征構建完成后就應該分階段輸出給總布置校核了，這樣能及時發(fā)現(xiàn)問題及時更改,節(jié)約修改的時間。到虛擬仿真樣機評審階段就已經(jīng)解決所有工藝工程問題了。2、物理模型制作業(yè)務組。虛擬仿真樣機數(shù)據(jù)輸出時應該轉(zhuǎn)換為數(shù)控加工和地盤車身軟件可以接受的數(shù)據(jù)格式（一般用公認格式。Iges或者。stp）。圖20數(shù)控加工物理模型 圖21物理模型1這樣一個汽車前臉正向CAS設計流程就結束了，整車外飾或者內(nèi)飾的正向CAS設計流程也是這樣的。以下表1試圖歸納正向CAS設計整車車身造型工藝流程及逆向CAS（傳統(tǒng)）整車車身造型工藝流程的各個階段所需時間以及消耗材料：13/19

汽車外飾正向CAS設計要點與步驟正向設計時間消優(yōu)的村率1逆印溫訊計時間消優(yōu)的村甜1設計輸入——一L設計輸入一Lj-.T訴.二三靖知臼丁丑不造里葉仃民具共系1天亍、設用」士型葉征反乂美系L天亍、-J分工荊F以及介入「間分工安排以及介入時|H王大面設計及造型恃怔構建9天無 .1-5油泥模型15天綁萬■■分援線確定1天無T評審及其修改0.5天或4天（修改）口到汗7零部件談計￡天無| 1：2油泥模型25天約L5萬■細節(jié)調(diào)整E天無)評審及其修改0-￡天或10天（修改）Q到5千:渲染評審及其修改1天0.5天或4天C修改）無無 .L1股帝圖及L1油泥模型評審及其修改35天0.5天或L5天C修改）約驗不口那萬11設計輸出無?——《掃描點云2天約汗數(shù)控加工3L油呢模型明天約萬逆向CAS設計15天無評審及其修改0.5天或15天（修改）口則萬麗設計15天無掃描點云2天約1千JB面設計”天無奏中斜橫線表示不計時間或者可以與其它步驟并行.另:表中尚未統(tǒng)計設備折舊。表1從表中可以看出正向CAS設計可以代替逆向