DS案例-乘用车车身曲面设计CATIA解决方案
[ 发布日期:2012-03-07 08:43:06 | 浏览:2476次 ]
 
进入21世纪,随着现代科技的不断进步,人们对新车型的要求不断提高,全球汽车制造业竞争日趋激烈。从近年世界各大汽车厂推出的概念车来看,其造型设计成功与否是吸引消费者眼球的重要因素。纵观整个乘用车研发过程,发动机可以一样,底盘可以相似,但车身造型绝对是千差万别的,由此可见车身造型曲面设计是新车型诞生的基石。一款好的设计软件,不仅仅是制图工具,且能够使汽车制造厂使用先进的设计思想,缩短设计周期,方便合作伙伴的数据交流,快速的响应市场变化,迅速占领市场。
达索旗下的旗舰设计软件-CATIA,它采用参数化设计、关联设计、骨架设计等先进设计方法,基于知识工程,是欧洲、北美和东亚等国际汽车制造巨头新车型的事实标准。CATIA 在造型风格、车身及电气设备等汽车结构设计的各个部分都具有独特的长处。现阶段中国汽车行业迅猛发展,汽车造型更是竞争的焦点。但是,若按传统方式,先由造型师画概念图,再制作数个一定比例的油泥模型,再修改,再制作比较,再定型……如此反复,整车在概念阶段就会落后1年以上,当新车型推向市场的时候,消费者会说,看,那是2年前最流行的车型。那么,汽车行业高速发展的今天,国际汽车制造巨头们是如何应用CATIA进行乘用车车身造型及车身曲面设计的呢?下面我们就从新车型的设计初期阶段详细阐述乘用车车身曲面设计CATIA解决方案:
 
一.草图创作与创意评审:
   经过了前期的市场调研,基本上造型设计师已经大体确定了设计方向。这时造型师需要创造大量的创意设计图,去探索,去研究。但现阶段我国的造型师一般都是通过2维图纸绘画,这样,其创作灵感其实是通过2维概念图来体现的,远远不如3维真实,将来转为3维未必能够和造型师原始的创作灵感相一致。但CATIA 想象及造型(IMA:Imagine & Shape)模块可以解决此问题。
该模块更多的面向工业造型设计人员及3D工程师。通过IMA,使造型师能够让2维与3维结合造型,摆脱了造型师以往只能在2维图纸上创作的束缚。IMA可将曲面细分,在2维效果图的引导下,创作时可发挥造型师的创造力,对曲面单元的增减任意调节,通过曲面单元控制点的拖拽,尽情、忘我的沉浸在创作的世界中。使用IMA进行造型设计速度很快,可以在短时间内做出数个方案,然后出用于评审用的整车总布置图,效果图等。同时IMA也整合了CATIA曲面设计、机械设计的部分功能,IMA制作的曲面,后续设计中仍可借用.可借助CATIA这个大平台,供车身设计部门借鉴等皆可,这样就使整车设计的延续性大大提高。
二.乘用车A级曲面制作
 
   在创意思维草图通过后,需要进行更为细致的效果图绘制,然后优选方案,进行细节设计。在此阶段,可通过CATIA 中的FSK+FSS两个模块完成。即草图的自由曲面设计(FSK:CATIA Freestyle Sketch Tracer)及自由曲面设计(FSS:CATIA Freestyle Shape)。如对车身曲面要求较为严格,例如达到G3连续,则需要汽车A级曲面(ACA:Automotive Class A)进行设计。
基于草图的自由曲面设计(FSK:CATIA Freestyle Sketch Tracer),此模块可以插入由造型师绘制的图片(JPG、BMP等格式均可)。图片包括整车主视图、俯视图等关键视图,通过调整比例,放置在CATIA中。在整个放置过程中CATIA采用最新2维转换技术,使图片分辨率不改变、不失真,将图片在CATIA中放大至整车大小,调整如下图所示。
 调整完毕后,使用CATIA自由曲面设计(FSS:CATIA Freestyle Shape)进行曲面造型设计,工程师可以通过CAITA提供的命令进行曲面的的制作,并通过拖拽控制点的方法生成由图片提供的特有风格的外形。该模块给工程师提供的修剪、光顺曲面命令使工程师快速的对曲面进行修改。同时,FSS的检测诊断工具可以保证工程师制作曲面的质量。最终制成的曲面完全可以达到G2连续。
    某些厂家对曲面要求较为苛刻,例如丰田汽车,有些曲面要求达到G3连续,这种条件下需要CATIA汽车A级曲面(ACA:Automotive Class A)来进行曲面设计,该模块完全非参,基于通过控制点拖拽、光顺、倒角等功能,实现多曲面或整个产品外形的同步曲面操作。其精确度的曲面控制,曲线、曲面编辑功能和无比强大的一键曲面光顺功能超越同级别的Alias, Rhino等曲面造型设计软件。
  
三.通过油泥模型逆向生成乘用车A级曲面
逆向设计是将完成的油泥模型用3维激光扫描设备进行扫描,获得模型点云,数字化处理。并利用逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的三维CAD模型,并进一步用CAD/CAE/CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。逆向设计通常是应用于产品外观表面的设计。
现阶段应用CATIA进行曲面的逆向设计,需要DSE+QSR+FSS等模块进行曲面设计。即数字化外形编辑器(DSE: Digitized Shape Editor);快速曲面重建(QSR: Quick Surface Reconstruction)及自由曲面设计(FSS:CATIA Freestyle Shape)。具体方案如下:
在CATIA 3D设计平台上,通过数字化成型编辑器(DSE),将点云数据载入,去除坏点及扫描过程中产生的无用点云,将点云均匀化后生成MESH(MESH即为从点云中选择最合适的三个相邻点生成一个小三角片),提取相关的特征线等。
下一步进入CATIA快速曲面重建(QSR),该模块可以根据DSE已经生成的MESH,识别平面、圆柱、球体、锥体等规则的机械外形,对于如乘用车表面的不规则曲面,则以曲面拟合命令构建线架,以MESH为参考,构建高质量的曲面,同时QSR自带的曲线分析工具可以分析重新生成的曲面与数字点云数据的误差。不过,对于质量要求较高的汽车A级曲面,部分曲面的生成要借助于自由曲面设计(FSS:CATIA Freestyle Shape)来完成。
 
结束语:
本文论述了通过CATIA的模块的组合,实现草图创作与创意评审阶段,A级曲面制作阶段,油泥模型逆向曲面阶段等乘用车造型风格、车身曲面的设计。并且通过以上方法的阐述,我们也可以看出,应用CATIA进行曲面造型设计的优势,不仅FSS等模块的曲面效果能够满足汽车A级曲面标准,而且本文中所涉及的各个模块,比如DSE、QSR、FSS、IMA、ACA等模块都是基于统一的CATIA数据平台,因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性。造型阶段所制作的数据可以为后续的设计工作,有限元分析、数控加工等所共享。从而缩短了产品数据交流过程,使新车型制造周期上大大缩短,同等难度的产品,设计周期缩短20%以上。可以说使用CATIA进行乘用车车身曲面设计,增强企业技术竞争力,提高市场应变速度,给汽车制造厂的技术创新带来无穷动力! 
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