计算机辅助设计的应用在客车设计的实例

继2003年浩汉设计NOVA DESIGN在上海成立发展据点后,2005年又与厦门金龙联合汽车工业有限公司(King Long United Automobile Industry Co.,Ltd)合资成立厦门浩汉设计公司,其初期主要的业务为配合金龙客车公司共同参与客车新产品的设计与研发工作。这篇文章便是概述新项目计划”全新金龙客车设计实案k01″的整个设计过程。

近年来中国大陆经济的成长,改变了一般大众对休闲生活与渡假模式的价值观,因而促使旅游业的崛起和发展,带动了旅游客运与公路客运的市场,也为客车销售注入了新的活力,旅游用车成为客车市场新需求。同时相关政策对旅游市场秩序的整顿和规范也促进了旅游用车标准及档次的提升,经济实用、环保、舒适豪华逐步成为中国大陆客车市场的主流。

因此造就了中国大陆成为全球最大客车的内需市场,其中金龙公司以”品种齐全,性价比高,领先换代快”的产品策略跻身客车领先行列;如果您有机会到中国大陆旅游,大概会发现”金龙客车”在大陆是优质客车产品的代名词,更是旅游市场的第一选择。随着旅游市场的蓬勃发展与竞争的变化,各家客车公司都持续开发贴近市场、适合消费需求的新产品。同样地金龙客车为了巩固其优势与影响力,把开发新一代的产品、优化竞争力,作为整体发展策略的重点之一。

金龙客车2006年新产品的计划目标为如何保持现有产品的认知,延续风格特征进而作到提升质量与形象,并配合2006年3月底在上海举办的国际客车博览会作发布与展示。因为要在有限的时空内,完成从产品企划、造型设计、方向定案、工程设计样车打造到生产完成的所有工作,所以金龙客车的研发部门与浩汉设计积极展开规划,应用新的设计技术与流程,将执行主轴订在三大方向即:设计数字元化、流程专业化与开发生产合理化;整个过程应用了计算机辅助设计的技术(CAID、CAD、CAM、CAE),作到高效益高质量的同步工程设计。

项目的背景与展开

浩汉设计(NOVA DESIGN)以”设计数字化”作为该公司的发展策略,透过项目管理(PM)与ISO 质量认证确保设计服务质量。从1988年成立以来推动计算机化(C化)、网络化(e化)到知识管理化(K化),逐步建构全球工业设计网络。浩汉设计特别在交通工具产品(汽车、机车、电动自行车、助步车)拥有专业的成果,这些年来所设计开发过的新产品超过一百个机种以上,有超过五百万台的量产品在台湾、中国大陆、东南亚、欧洲、南美..等国家的道路上奔驰!

而金龙客车是中国国内最大的客车制造者之一。其下的产品奔腾系列2001年上市以来,就一直在市场中保持领先地位;2003年推出延续产品”欧洲之星”同样主导了大陆客车市场,成为唯一可以与进口车型相抗衡的国产车。因此这个车系的新产品k01便具有其重要性,要持续成为金龙的主导机种。

金龙客车与浩汉设计在双方发挥各自的优势的基础上,透过紧密的交流,明确新产品设计开发的背景和期望,全力合作完成整车的设计开发。K01的设计开发流程可分为三个阶段”问题概念化,概念可视化,设计商品化”。

Concept Definition 问题概念化:

首先针对将要客车这个产品作全盘性的了解,透过信息收集与市场调查的方法,去探询市场上同类产品的竞争态势,销售状况(成功与不成功的背景与原因)及市场使用的情形(包括消费文化与习惯,使用的情形与与发展的需求),还有国际上客车发展的趋势及市面上其它相关的流行事物,当然最重要的是要以公司发展的策略为考虑重点,然后企划出新产品的整体”概念”!

概念的形成的过程是需要信息,经验与转换的能力,亦就是如何将信息情报转换产生市场上有意义的创意方向! 纠结了美学、工学、商学一堆够复杂的信息与需求,将市场的消费流行的情报与公司的策略转换成有共识的概念。这样的概念通常是以文字格式来作叙述,会将”市场定位” 、”目标客层” 、”商品的诉求” 、”性能的特色”与”售价定位”作定义式的条列描述!

如图所示便是我们在造型的发展趋势上解读到的信息. 设计在线.中国



我们最终的概念是以”创新流线”、”大气动感”、”风格识别” 作为造型设计的主要企划方针。

创新流线-打破原有客车以平面分割为主的方式,设计流线立体化的造型,形成由线到面到体的塑感与流畅连续。

大气动感-塑造高级客车的新形象,具有简洁、速度感与不凡的气势,除着重前后围的造型量感与灯组的质感外,更加强整体的流畅性,特别是侧面扬起运动感的流线处理,动静都展现速度动感。

风格识别-延续金龙车型的造型特征与线条的走势风格到新设计理念中,比例兼具平衡与节奏,塑造其造型的识别强度与特征性。

Idea Visualization 概念可视化:



综问题概念化阶段所归纳的设计方向为
(一)掌握原有的产品识别,作新的诠释。
(二)透过新产品带动金龙领导品牌的创新形象。
(三)稳定耐看的比例与造型,并兼顾创新的强度。

并以此开概念可视化这个阶段的工作,便是将市场的语言(即商品企划)转换成可可视化的具体形态,通常是透过模拟图面(2D Drawing或虚拟仿真效果图simulation)或模型(3D Mock-up),将概念表达与设计出来;设计的想法是否能符合目标客层的需求,捉住消费流行的趋势,用”眼见为凭”的图面或模型是作为进行沟通与评选最方便的方法,还可以透过市场调研的方法,将这些具象的结果直接询问市场目标客层以收集消费者的喜爱反应,再将这些所进行的调查,评选结果加以统计分析,作为最终决策的依据!.

产品设计师在企划研究所归纳的设计方向和主题上,开始进行概念草图(Sketch)的绘制。主要是在二维的图面上,快速的捕捉设计思路,展现出来,再不断的探讨与细化。为了让创意多元而相互激荡,K01的项目浩汉设计(NOVA DESIGN)启动了知识平台让NOVA全球设计网络的相关设计师都参与了提案。

设计发展的阶段要让质与量的构想发挥,然后进行设计收敛。同步以计算机辅助工业设计系统CAID将遴选出较符合企划方向的方案进行三维造型探讨,在这个阶段金龙研发部门也展开同步数据检讨,以确保设计提案与车架底盘之间的可行性。

设计效果图(Rendering)方案的评价更加入了市场营销的参与,不只是共识更有知识的加值与辩证以强化造型的评审。为了掌握立体造型依实际按照比例把设计方案转换成三维油土造型。先加工出1:5比例油土模型 然后检讨修正体量比例与走势以及特征细节。被涂装的比例模型经过正式评审,确定了最终方案,整个造型设计告一个段落也算是”设计方向冻结”,接下来的工作便以数字的软硬件来进行。


Mass-production 设计商品化:

被确认的的设计提案,最重要地便是要其转换成具有竞争潜力的商品,大量生产出来并加以销售!量产工作的完成需要经过机构设计,原型样品(Prototype)的检讨确认与模具的设计开发之间的相互配合,才可将设计付诸实现.由于有上下工程的关连性,因此设计师所设计的成果,能否具有生产可行性,并且能顺利地被后工程的人员直接加以应用,便是一项非常重要的Know How! 整个后段的设计开发工作金龙与浩汉大量应用数字设计(CAID/CAD/CAM)的技术。

逆向工程从点云数据(Cloud data)开始

利用逆向扫描,从油土模型上获取实体造型的特征面与特性线的点数值,在计算机中转换成可应用的数据,形成可以展现实体造型的点云。

三维模型建模与结构工程

根据点云资料,逐渐简化并光顺每个点数据之间的连接关系,由点联系成线,进而定义出点所在的面的造型,逐步完成整体的三维数模。有经验的操作与判断作出光顺的建构到A级曲面之标准要求,确保曲面的精度与顺畅度。工程部门也将造型进行车架的三维模型同步调整与建构,并进行结构设计(Mechanical Design)。



造型细部调整定案,三维数模基本完成

CAM加工与制作基准模型
将整车面数据转成CAM的加工刀距路径,直接在五轴机床上进行1/1基准主模型(Master Model)的CNC加工,完成组装(Cubing)后再进行一次实际尺寸模型的评价,并作细部的调整与确认,整个工程在确保计算机数据的准确性与呈现不失真的造型特色与精神。


造型曲面数模工程处理及数控加工编程


主模型主基架与分件基架设计


主模型组立,完成


外部细部再调整及最终数模 最终主模完成

整车数模完成及渲染

所有的数模建构工作最终完成,可以给相应的面所代表的部件并赋予材质特性,应用CAID渲染出可虚拟 (Simulaion) 真实场景中的实车照片,同时预见色彩的提案。整个车体数模还以计算机动画(Aimation)作出整个设计提案的诠释。

样车阶段与生产

将基准主模型与完整的数模,交付模具厂与零部件开发协力与金龙客车生产部门,从样车(Prototype)确认到开始准备相应的模具等开发工作。

目前中国大陆一般传统的客车设计,造型方向大多是借镜国内外畅销产品(如MAN、IRZAR、..)有很多相似地类似性,而造型发展流程多以二维平面的效果图来作构想的展开与发展,经过评价决选方向后,便交由FRP模具厂依效果图,以发泡材或木模直接用手工制作1/1的模型,再经确认、翻制、修改而成为量产的产品。这样的方式其优点是成本低时效快,但担心的是以没有严谨尺寸与比例的二维透视图作为基础,去转换成1/1这么大的模型时,会因为有太多不确定的因素而产出妥协的结果。

一般属于大型交通工具的设计,其专业流程是工业设计师必需要对尺寸与造型的明确负责,并反应工程的可行性,透过计算机辅助设计贯穿二维图面发展与三维立体模型制作,反复修正检讨特别重要的是如何掌握实际比例的关系与评价模式的确认,去完成最终的设计提案。

这次K01的项目便是以设计数字化、流程专业化与开发生产合理化的方式,去坚持对设计开发的执行并应用数字化的软硬件来产生新的效益。整个过程利用专业技术、资源整合与知识加成,期望达到理念与设计、设计与技术的无缝传接。

在整个过程中,金龙的研发部与浩汉设计(NOVA DESIGN)一直跟踪全程,以确保设计效率与质量。通过比例模型、全尺寸模型、到数据的逆向扫描和正向的样件加工,使设计方案在很短的时间内完成了实物到数模的四次转换,高效并保持设计原创精神的完成,也是当今国际汽车设计过程中的专业方式。开发一款主力的客车车型,并已经确定将于2006年3月的国际客车博览会上,以量产新车的面貌出现,除了设计开发的时间压力与成效外,又导入全新的设计流程,对于整个团队来说,无疑是一项具有挑战性的工作。因为采用并行工程,并加强计算机在设计中的角色,才能够达到这样的效果。

小结

今天整个国际发展的趋势,除了要尊重知识产权外,面对市场激烈竞争,成本与时效是重点更要强调产品的差异化自我创新品牌的认同与质量确保,因此一个产品的成功是需要如何应用资源整合与数字科技,因此在整个设计项目进行中,继承与创新是最能够用来做概括的词汇。浩汉设计(NOVA DESIGN)考虑的是如果继承原型车的风格,同时又以完全不同的全新面貌来塑造这新一代车型。

在设计方法和执行中,也大胆的把最新的设计方式带入到过程中,用实际的效果去说明整个团队。设计在线.中国

此项目计划”全新金龙客车设计实案k01″的整个设计过程:由金龙客车研发部门与浩汉设计(NOVA DESIGN)紧密合作,导入新的设计技术与流程,执行的主轴可以说有三个大的原则即:设计数字化、流程专业化与开发生产合理化;从初期以客户实际背景市场竞争的态势分析为企划导向,探讨产品的风格及定义设计策略,到效果图提案,结构工程研讨、模型建造与修整定案;整个过程都是应用数字三维的技术(CAID、CAD、CAM、CAE),作到高效益高质量的同步工程设计。金龙及浩汉设计(NOVA DESIGN)的整个团队也非常有信心在这一新车的基础上,不断的继承与创新,把金龙的更多产品引入未来。

后记:

K01-1外观设计结合了国际流行趋势和国内审美特点,突破客车平直造型局限,整体印象简洁流畅、刚毅威猛。K01-1大量采用夸张的转折面,前后围的”V字”造型遥相呼应。前围饱满富有力度,自然向下过渡,与前挡玻璃浑然一体,既体现美感又有效降低风阻;前灯造型设计独特,美观大方,稳重中不失活泼;侧围两条银色装饰线犹如两把飞剑,脱鞘而出,向上无限延伸,在展示阳刚和力度的同时,增添极强的速度感;超大车窗,视野开阔,时尚霸气的外形,整车美学与实用性完美结合,给人赏心悦目之感。

K01-1整车设计开发全程采用专业计算机辅助设计软件,使整车造型的合理化设计达到新的高度。经过有限元分析计算的车身结构也更趋合理,兼顾了车辆的安全性和经济性。车身底盘源自成熟金龙车型XMQ6115,继承了其优良的可靠性和操控性能。经过优化后的底盘,在刚度得到加强的同时降低了整车质量,提高车辆的燃油经济性。K01-1系列车型采用了国际上最为先进的CAN总线技术,减少线束,提高数据共享程度,车辆控制系统的错误诊断能力和自动恢复能力得到显著增强。

作者:陈文龙 (浩汉设计NOVA DESIGN)