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- 主题:车身开发新技术及现代车身开发(zz)
- 车身开发新技术及现代车身开发
哈飞汽车制造有限公司 付玉发
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[摘要]：车身开发是汽车开发中非常重要的一部分，车身开发技术也在发生着巨大的变化，本文对车身开发中的一些新技术、新经验，结合哈飞公司的实际，并以福特公司、大众公司及意大利平宁法利那公司的开发经验为例，分析了车身开发的各阶段特点及车身开发技术发展趋势。
[关键词]：车身 开发 平台战略 并行工程 国外经验
1 前 言
自1886年第一辆汽车诞生以来，汽车工业已经经历了一百多年的发展历程。汽车已经发展成为一种普及的交通运输及代步工具，它以其具有动感的造型特点和色彩装饰，给人以美的享受和强烈的精神感染，而体现这种美的重要载体就是车身，车身是指汽车上除底盘和电气系统之外的相对独立的系统，包括车身钣金件及其附件，它能够直接体现设计师的设计思想，而且车身结构对整车的安全性能有重要影响，车身开发的成功与否，将直接影响到整车性能及市场前景，正因如此，世界上各大汽车商都在车身开发上投入了大量的人力、物力和财力，车身开发技术也在发生着巨大的变化。
2 车身设计方法
2．1 传统设计方法
20世纪70年代以前，车身设计开发基本上一直停留在手工阶段，其方法也没有实质的改变，开发过程可由图1表示：
初步设计阶段的主要任务，是通过缩小比例油泥模型来检验外部造型，而技术设计阶段则进一步检验造型效果，准确反映车身各曲面的形状，并以此为依据绘制主图板，主图板是用来表达各部位零件位置关系的图样，在主图板中可以分离出各零件的边界位置；车身主模型则应用于汽车的整个投产过程，它是车身尺寸传递、曲面配合和模具制造的标准，因此要求十分准确，对制造和贮存要求高；根据主图板和主模型，绘制产品图纸。在这种传统的设计方法中，主图板、主模型和产品图纸是必不可少的，显然，这种设计方法周期长，费用高，加工精度低，劳动强度大，我国早期开发的汽车采用的是这种设计方法，松花江HFJ6350系列微型车就是这个时期的产物，随着计算机技术的迅速发展和在制造业中的广泛应用，传统的设计方法已经逐渐被人们放弃。
2．2 计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)
从70年代计算机辅助技术逐渐应用于工业设计领域以来，工程技术人员不仅抛开了沉重的绘图笔与绘图板，还实现了对零件空间信息的描述(3D)，随着BEZIER、B样条、NURBS等描述自由曲线面的数学方法的引入，使复杂曲面的计算机数学模型的建立成为现实。
2．2．1 计算机辅助设计(CAD)
2．2．1．1 三维工程设计软件
目前，在世界汽车领域中比较常用的软件有美国UGS公司的UG2软件，美国CV公司的CADDS5，美国PTC公司的PRO／ENGINEER软件，美国SDRC公司的I-DEAS软件，法国MATRA公司的EUCLID及STRIM软件，美国IBM公司的CATIA软件等，这些三维工程软件的应用为各公司提高设计制造质量，缩短开发周期，提高市场竞争力发挥了关键作用。基于CAD／CAM的车身开发流程如图2所示：
我公司新近推出的松花江中意微型客车就是应用美国IBM公司的CATIA软件，基于CAD/CAM来开发的新车型，事实证明，我们应用计算机所完成的第一个车型取得了巨大的成功。目前，汽车行业已基本上放弃传统设计手段，CAD／CAM已经成为汽车设计制造业的主导。
2．2．1．2 车身三维数学模型与CAE
车身三维数学模型可以在CAE系统中转换，用于包括车身刚度的有限元分析、碰撞模拟、运动分析、空气动力学性能分析、车身表面光顺性分析等。目前，哈飞公司应用的ALIAS、CATIA、PAM—CRASH、NASTRAN等软件能够完成上述除空气动力学性能分析外的所有工作，工作效率及准确性都大大提高。
2．2．1．3 车身三维数学模型与总体布置
车身三维数学模型提供了包括电气和底盘在内的元气件的安装点，这些安装点及其所在面(FACE)对于总体布置具有非常重要的意义，底盘和电气元件也同样可以作成三维数学模型用于总体协调，从而使总体布置完全在计算机中实现，抛开了主图板及总布置图的束缚，使设计更加直观高效。
2．2．1．4 车身三维数学模型与1：1样车模型加工
由于小比例车身油泥模型在外形比例细节上存在着一定的偏差，不能准确表达各形面的形状，还由于视觉习惯等方面的限制，需进一步检验外形效果，因此需加工1：1样车模型。
2．2．1．5 车身三维数学模型与车身结构设计
车身三维数学模型为车身工程师的设计工作带来了极大方便，他们以三维数学模型作为协调的依据，更准确、更直观、更快捷地进行各部位的设计与协调，哈飞公司的松花江中意微型客车的车身结构设计就是利用CATIA作为主要的设计手段来完成的，实践证明这很成功。
2．2．2 计算机辅助制造(CAM)
将三维数学模型数据(主要应用ALIAS软件)传递给数控加工系统，经过工艺人员的处理生成加工程序。
目前1：1车身模型的加工方法有两种：数控加工NC(NUMERICAL CONTROL)和快速成型法RP(RAPIDPROTOTYPING)，这两种方法都以车身三维数学模型为基础。
2．2．2．1 数控加工
数控加工的基本原理是在CAM模块或系统中处理三维数学模型，通过数控程编人员选择刀具、确定走刀轨迹等前期处理工作，CAM模块或系统将自动生成加工程序，此加工程序被传输至数控机床后，就可以直接加工三维实体模型，这种加工方法比较成熟，加工精度高，是目前广泛应用的加工方法。
2．2．2．2快速成型法
快速成型法是80年代中期发展起来的一种原形制造技术，其基本原理是将三维CAD实体模型或曲面模型的数据进行处理，将模型切出一定厚度的一系列片层，即进行平面分层离散化，然后将每一层的数据传递到快速成型机中，用材料添加法依次将每一层制作出来同时连接各层，直到整个模型完成。快速成型比数控加工速度快，但快速成型由于精度低目前应用受到一定限制，相信随着快速成型技术的不断完善，其在汽车领域的应用将日趋广泛。
将经过相关处理的三维数学模型数据传给多轴联动数控机床或快速成型机就可直接加工1：1样车。通过对样车的认证，对样车局部或数学模型作局部修改，测量对修改后的模型或局部修改数学模型，进行后续的工作。
随着汽车工业的不断进步，对设计周期的要求也越来越短，设计手段及方法要不断提高才能适应市场的要求，而小比例车身油泥模型的制作要花费大量的时间，现代车身开发已基本上摒弃了这一过程，而是按照车体的主要尺寸(长、宽、高、轴距、轮距等)，完成彩色效果图，再将此效果图在计算机中体现出来，建立数学模型。在计算机中进行局部修改
而后经数控加工制出1：1模型，检查1：1模型是否符合视觉效果，对不符合视觉效果处进行手工修改，直到满意为止。这一过程也被称为CAS(COM—PUTERAIDEDSTYLING)。
2．3 平台战略
在市场竞争日益激烈的环境下，谁能尽快推出新产品，抢先占领市场，谁就能在竞争中占得优势。纵观全球各大汽车公司的发展战略，其中最为关键的一项工作就是平台战略。所谓平台战略，是指在一个成熟底盘基础上，来开发全新的车身的一种战略思想。底盘系统的开发需要大量的时间、人力、物力和财力，会大大延误整车的开发进程，从而失去竞争的优势。利用成熟的底盘开发车身，可以省去底盘开发的时间和费用，缩短开发周期，减少开发成本。在这方面，大众公司做出了表率。目前，大众公司共有六个平台，他们就是在这六个平台的基础上不断地推陈出新，赢得市场的。目前，国内的一些汽车公司也认识到了它的重要性，并在坚定不移地付诸实施，相信在不久的将来，他们会收到很好的经济回报。
2．4 并行工程
在设计手段不断进步的同时，设计制造过程理念也发生了变化。以上所描述的设计制造流程是串行模式，即每一个流程都依赖于上一流程的完成，并制约后一流程的进行，整个车身开发的周期为上述各流程的时间总和。此外，由于各流程的工作分别由不同的专业人员完成，各流程间缺乏必要的技术衔接，造成设计与制造脱节，设计反复修改情况严重，制约了CAD／CAM优势的发挥。针对这种情况，并行工程的概念逐步运用到车身乃至整车的开发过程中来。
并行工程CE(CONCURRENT ENGINEER—ING)是一种对产品及其相关过程进行平行、一体化设计的系统化工作模式。这种模式力图使开发人员从开始就考虑到产品开发的全周期中的一切因素，包括品质、成本、材料、加工、装配、进度计划、维护和拥护需求等，它通过各类人员的良好协作及信息的及时交流，使问题解决在萌芽之中，达到工作量更少、品质更高。就车身而言，实施并行工程就是以车身全开发周期的三维数学模型为基础，各部门以共同、共时、协作的工程开发节奏进行工作，从而提高车身品质、降低开发成本、大幅度缩短开发周期和最大限度的满足产品对市场的反应能力。图3为车身并行工程框图。
以福特公司为例，1993年福特汽车公司制定了著名的面向21世纪的“福特2000"年长远发展规划，其目标是一个新车型的开发周期从当时的36个月缩短到18个月甚至12个月，新车开发的后期：设计修改减少50％，原型车制造和测试成本减少50％，投资利益提高30％。福特公司在应用I—DEAS软件的基础上，还用产品数据管理系统PDM(PRODUCT DATA MANAGEMENT)把CAD、CAM、CAE集成起来，实现车型的并行开发，即C3P(CAD、CAE、CAM、PDM)。从福特实施C3P项目的力度和效果看，此乃大势所趋。
图4为车身开发串行并行模式比较。
2．5 国外先进经验
意大利著名设计公司平宁法利那公司有着极为丰富的车身开发经验，哈飞汽车和平宁法利那成功开发完成松花江中意微型客车，双方就车身开发的一些问题也作过较为深入的探讨。下面就其开发程序作以简单讨论。图5是平宁法利那的车身开发程序。
由图中可以看出开发过程中已经没有了小比例车身油泥模型，而且开发的全过程都有工艺人员的参与1：1样车模型的修改完全用手工完成，而后用测量设备将修改后的模型表面传递回计算机，建立外部车身模型，用于车身设计。
3 结束语
在车身开发中，车身实物模型(即主模型、主图板)，将被淘汰，取而代之的是准确性更高、更快捷的CAD/CAM系统，这是汽车设计领域的一大进步，相信随着科技水平的进一步提高，国际合作的进一步加强，车身设计开发手段也将日新月异。作为新兴的汽车企业，我们更要跟上科技进步的步伐，只有站在科技大潮的浪尖上，才能在残酷的市场竞争中立于不败之地。
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