由于车身的开发过程需要大量资金、技术及人才的积累,目前许多汽车生产厂家还没有形成很高的研发能力。如果完全依靠正向开发,则设计过程进展慢,设计能力在短时间内也不会有明显提高,并且产品品质跟国外现有的汽车品质相比会有较大差别,没有市场竞争力。但是,如果完全靠国外技术,就永远不可能形成自己的研发能力。所以,现在各汽车企业提升自主开发能力,赶上世界先进水平的唯一办法是站在巨人的肩膀上,对国际上的新技术进行消化、吸收及改进,进而实现创新。
1 逆向工程简介
逆向工程(Reverse Engineering)也称反求工程,是针对现有工件(样品或模型,尤其是复杂不规则的自由曲面),利用3D数字化测量仪器准确、快速地测量出工件轮廓坐标值,通过数据处理、重构曲线曲面、编辑及修改后,将图档转至一般的CAD/CAM系统,再由加工机制做所需模型,或者用快速成型机将样品模型制作出来,这一流程称为逆向工程。它运用系统工程学、产品设计方法学及计算机辅助技术的理论和方法,探索支持产品全生命周期设计、制造及管理关键技术。逆向工程是对已有产品原型消化吸收,并挖掘蕴含在产品中的涉及产品设计、制造和管理等技术,它是分析方法与技术的综合,是对已有设计的再设计。但逆向工程不是简单的产品复制,它特别强调再设计是逆向工程的灵魂。
2 逆向工程的发展状况
目前,我国汽车设计制造水平与发达国家还有一定的差距,如何在借鉴国外先进成熟产品的基础上进行适当和必要的改进,以便快速、高效的得到有自主知识产权的产品投放市场,对于节省费用,缩短研发周期,提高竞争力和减少风险有着非常重要的意义。利用逆向工程的现代车身设计方法可以充分吸收国外先进的设计制造成果,使我国的产品设计立足于更高的起点,同时加速某些产品的国产化速度。目前,逆向工程在汽车设计过程中的应用,主要体现在以下几个方面:
1)汽车车身及相关零部件(车身饰板、仪表台等)形状独特而复杂的自由曲面的建立。
2)由于工艺、美观及使用效果等方面的原因,人们经常要对已有的车身构造做局部修改。以已有产品为基准点(bench marking)进行设计已经成为当今车身设计的一条设计理念。在原始设计没有三维CAD模型的情况下,若能将实物构件通过数据测量与处理产生与实际相符的CAD模型,对CAD模型进行修改以后再进行加工,将显著提高生产效率。逆向的车身设计方法在改形设计方面可以发挥不可替代的作用。
3)利用逆向工程手段,可以方便地产生基于模型的计算机视觉,可以在车身设计的前期对车身造型进行反复的评审,获得最佳造型效果,减少后期不必要的浪费。
4)通过实物模型产生CAD模型,可以使产品设计充分利用CAD技术的优势,并适应智能化、集成化的产品设计制造过程中的信息交换。
3 逆向工程前景
当今世界,在经济全球化、贸易自由化及社会信息化的新形势下,全球制造企业之间的竞争日趋激烈,制造业对市场的快速响应(交货期)在工业发达国家已经成为竞争的焦点。随着汽车制造业保护年限的日益迫近,国内轿车生产企业要想赢得竞争,就要以市场为中心,以满足顾客需求为主线,以技术创新为驱动力,最快速的响应市场变化,并迅速赢得市场和用户。换句话说,就是企业必须以最短的产品开发时间、最优的产品质量、最低廉的制造成本和销售价格、最好的技术支持和全过程服务、最佳的环保效果以及最快速的市场适应性来生产适销对路的产品,使其进入市场、占领市场,进而领导市场。
4 逆向工程流程
4.1 概念草图和效果图
经过大量的市场调查和分析,接下来是创意阶段,是设计师天马行空发挥想象力,思维发散的阶段。此时的主要任务是设计者将自己的构思和灵感用手绘的形式快速地表现出来,是记录过程形成的结果,被称作构思草图,这些草图只是对汽车整体造型的感觉和方向的概括,无需向他人展示传达。因为构思草图不必描绘过多的细节,所以要求的数量很大,一般情况下1个设计者1天之内要画60张草图。草图画得越多,设计师的思路越开阔,对设计任务理解的程度越深刻。当构思草图达到一定数量时,需要对一些可行性概念进行整理和深化发展,进入创意的第2个阶段,即概念效果图阶段。此阶段的方案用于内部交流,必须画出较为清晰和完整的概念效果图,它要求描绘出汽车的整体形态、尺寸比例、材质及色彩。概念效果图是构思草图的完善与深入,但不是最终效果,须求质又求量,并要求一定的绘制速度,但一些细节可以忽略。概念效果图适用于深入分析、评价推敲方案及与他人沟通交流,同时也是绘制精细效果图的前期准备。渲染效果图是对确定了的方案在形态、色彩及材质肌理上进行正确和精密的描述,使任何人看了都能一目了然。逼真的渲染效果图可吸引更多评审者的眼球,也可使决策者下决心肯定设计方案。
4.2 比例模型
渲染效果图通过评审,选择优秀的设计方案进行比例模型制作。比例模型是设计师将二维图形转化成三维实体造型的过程,是再设计的过程,在比例模型上设计师可以反复的推敲汽车造型的型面和一些细节,更真实的表达自己的设计意图。1)按尺寸分,缩小比例模型有3种,即:1:5,1:4和l:2。对于轿车,1:5和1:4是比较合适的尺寸比例,一般轿车长度为4 m左右,比例模型的尺寸为800~l000 mm,制作工作量不大,便于修改,曲线和曲面不用花费很大的力气就能达到光滑顺畅的效果。而1:2的尺寸比例就相对大一些,线面的表现更直观,但尺寸较大,手工制作起来费时、费力,是非主流的比例。2)按材料分,可分为油泥模型、石膏模型和仿真模型3种。油泥是油脂、填料、改性添加剂及颜料等的混合物,便于反复修改,不易风化干燥和变形龟裂,因而模型尺寸较稳定,是目前汽车造型最广泛应用的材料。石膏较便宜,但强度低且不易于反复修改。仿真模型具有逼真的材质和效果,不能用于推敲造型,常作为车型档案保存之用。评审需要的模型完成后,要进行仿真处理,表面进行喷涂油漆或敷上具有真车表面效果的薄膜,车窗、散热器罩及前后灯等真车上具有的细节一样都不能少,可谓麻雀虽小五脏俱全。
胶带图是设计师根据汽车总布置图,在带有坐标网格线的薄膜上利用专用的不干胶带贴出设计方案的造型线图,它由多个视图组成(侧视图、俯视图、前视图、后视图)。各个视图的线条都能够一一对应且误差要求很小,这个环节要求设计师要具备良好的三维空间想象能力及扎实的机械制图功底。胶带图是将效果图转化成模型的桥梁纽带,比例模型也是依据比例胶带图展开加工制作的。胶带图的另一个重要作用是,它可以作为造型可行性分析的依据,1:1胶带图能够真实地反映出实车的尺寸比例和造型特点。因此,在贴制的过程中,需要有其他的工程技术人员进行配合,检验胶带图所表达的线面是否与内部结构干涉,如果发现问题,设计师要和工程技术人员进行协商,确定是修改内部结构还是修改胶带图。

