計算機輔助設計的應用在客車設計的實例

繼2003年浩漢設計NOVA DESIGN在上海成立發展據點后,2005年又與廈門金龍聯合汽車工業有限公司(King Long United Automobile Industry Co.,Ltd)合資成立廈門浩漢設計公司,其初期主要的業務為配合金龍客車公司共同參與客車新產品的設計與研發工作。這篇文章便是概述新項目計劃”全新金龍客車設計實案k01″的整個設計過程。

近年來中國大陸經濟的成長,改變了一般大眾對休閑生活與渡假模式的價值觀,因而促使旅游業的崛起和發展,帶動了旅游客運與公路客運的市場,也為客車銷售注入了新的活力,旅游用車成為客車市場新需求。同時相關政策對旅游市場秩序的整頓和規范也促進了旅游用車標準及檔次的提升,經濟實用、環保、舒適豪華逐步成為中國大陸客車市場的主流。

因此造就了中國大陸成為全球最大客車的內需市場,其中金龍公司以”品種齊全,性價比高,領先換代快”的產品策略躋身客車領先行列;如果您有機會到中國大陸旅游,大概會發現”金龍客車”在大陸是優質客車產品的代名詞,更是旅游市場的第一選擇。隨著旅游市場的蓬勃發展與競爭的變化,各家客車公司都持續開發貼近市場、適合消費需求的新產品。同樣地金龍客車為了鞏固其優勢與影響力,把開發新一代的產品、優化競爭力,作為整體發展策略的重點之一。

金龍客車2006年新產品的計劃目標為如何保持現有產品的認知,延續風格特征進而作到提升質量與形象,并配合2006年3月底在上海舉辦的國際客車博覽會作發布與展示。因為要在有限的時空內,完成從產品企劃、造型設計、方向定案、工程設計樣車打造到生產完成的所有工作,所以金龍客車的研發部門與浩漢設計積極展開規劃,應用新的設計技術與流程,將執行主軸訂在三大方向即:設計數字元化、流程專業化與開發生產合理化;整個過程應用了計算機輔助設計的技術(CAID、CAD、CAM、CAE),作到高效益高質量的同步工程設計。

項目的背景與展開

浩漢設計(NOVA DESIGN)以”設計數字化”作為該公司的發展策略,透過項目管理(PM)與ISO 質量認證確保設計服務質量。從1988年成立以來推動計算機化(C化)、網絡化(e化)到知識管理化(K化),逐步建構全球工業設計網絡。浩漢設計特別在交通工具產品(汽車、機車、電動自行車、助步車)擁有專業的成果,這些年來所設計開發過的新產品超過一百個機種以上,有超過五百萬臺的量產品在臺灣、中國大陸、東南亞、歐洲、南美..等國家的道路上奔馳!

而金龍客車是中國國內最大的客車制造者之一。其下的產品奔騰系列2001年上市以來,就一直在市場中保持領先地位;2003年推出延續產品”歐洲之星”同樣主導了大陸客車市場,成為唯一可以與進口車型相抗衡的國產車。因此這個車系的新產品k01便具有其重要性,要持續成為金龍的主導機種。

金龍客車與浩漢設計在雙方發揮各自的優勢的基礎上,透過緊密的交流,明確新產品設計開發的背景和期望,全力合作完成整車的設計開發。K01的設計開發流程可分為三個階段”問題概念化,概念可視化,設計商品化”。

Concept Definition 問題概念化:

首先針對將要客車這個產品作全盤性的了解,透過信息收集與市場調查的方法,去探詢市場上同類產品的競爭態勢,銷售狀況(成功與不成功的背景與原因)及市場使用的情形(包括消費文化與習慣,使用的情形與與發展的需求),還有國際上客車發展的趨勢及市面上其它相關的流行事物,當然最重要的是要以公司發展的策略為考慮重點,然后企劃出新產品的整體”概念”!

概念的形成的過程是需要信息,經驗與轉換的能力,亦就是如何將信息情報轉換產生市場上有意義的創意方向! 糾結了美學、工學、商學一堆夠復雜的信息與需求,將市場的消費流行的情報與公司的策略轉換成有共識的概念。這樣的概念通常是以文字格式來作敘述,會將”市場定位” 、”目標客層” 、”商品的訴求” 、”性能的特色”與”售價定位”作定義式的條列描述!

如圖所示便是我們在造型的發展趨勢上解讀到的信息. 設計在線.中國



我們最終的概念是以”創新流線”、”大氣動感”、”風格識別” 作為造型設計的主要企劃方針。

創新流線-打破原有客車以平面分割為主的方式,設計流線立體化的造型,形成由線到面到體的塑感與流暢連續。

大氣動感-塑造高級客車的新形象,具有簡潔、速度感與不凡的氣勢,除著重前后圍的造型量感與燈組的質感外,更加強整體的流暢性,特別是側面揚起運動感的流線處理,動靜都展現速度動感。

風格識別-延續金龍車型的造型特征與線條的走勢風格到新設計理念中,比例兼具平衡與節奏,塑造其造型的識別強度與特征性。

Idea Visualization 概念可視化:



綜問題概念化階段所歸納的設計方向為
(一)掌握原有的產品識別,作新的詮釋。
(二)透過新產品帶動金龍領導品牌的創新形象。
(三)穩定耐看的比例與造型,并兼顧創新的強度。

并以此開概念可視化這個階段的工作,便是將市場的語言(即商品企劃)轉換成可可視化的具體形態,通常是透過模擬圖面(2D Drawing或虛擬仿真效果圖simulation)或模型(3D Mock-up),將概念表達與設計出來;設計的想法是否能符合目標客層的需求,捉住消費流行的趨勢,用”眼見為憑”的圖面或模型是作為進行溝通與評選最方便的方法,還可以透過市場調研的方法,將這些具象的結果直接詢問市場目標客層以收集消費者的喜愛反應,再將這些所進行的調查,評選結果加以統計分析,作為最終決策的依據!.

產品設計師在企劃研究所歸納的設計方向和主題上,開始進行概念草圖(Sketch)的繪制。主要是在二維的圖面上,快速的捕捉設計思路,展現出來,再不斷的探討與細化。為了讓創意多元而相互激蕩,K01的項目浩漢設計(NOVA DESIGN)啟動了知識平臺讓NOVA全球設計網絡的相關設計師都參與了提案。

設計發展的階段要讓質與量的構想發揮,然后進行設計收斂。同步以計算機輔助工業設計系統CAID將遴選出較符合企劃方向的方案進行三維造型探討,在這個階段金龍研發部門也展開同步數據檢討,以確保設計提案與車架底盤之間的可行性。

設計效果圖(Rendering)方案的評價更加入了市場營銷的參與,不只是共識更有知識的加值與辯證以強化造型的評審。為了掌握立體造型依實際按照比例把設計方案轉換成三維油土造型。先加工出1:5比例油土模型 然后檢討修正體量比例與走勢以及特征細節。被涂裝的比例模型經過正式評審,確定了最終方案,整個造型設計告一個段落也算是”設計方向凍結”,接下來的工作便以數字的軟硬件來進行。


Mass-production 設計商品化:

被確認的的設計提案,最重要地便是要其轉換成具有競爭潛力的商品,大量生產出來并加以銷售!量產工作的完成需要經過機構設計,原型樣品(Prototype)的檢討確認與模具的設計開發之間的相互配合,才可將設計付諸實現.由于有上下工程的關連性,因此設計師所設計的成果,能否具有生產可行性,并且能順利地被后工程的人員直接加以應用,便是一項非常重要的Know How! 整個后段的設計開發工作金龍與浩漢大量應用數字設計(CAID/CAD/CAM)的技術。

逆向工程從點云數據(Cloud data)開始

利用逆向掃描,從油土模型上獲取實體造型的特征面與特性線的點數值,在計算機中轉換成可應用的數據,形成可以展現實體造型的點云。

三維模型建模與結構工程

根據點云資料,逐漸簡化并光順每個點數據之間的連接關系,由點聯系成線,進而定義出點所在的面的造型,逐步完成整體的三維數模。有經驗的操作與判斷作出光順的建構到A級曲面之標準要求,確保曲面的精度與順暢度。工程部門也將造型進行車架的三維模型同步調整與建構,并進行結構設計(Mechanical Design)。



造型細部調整定案,三維數模基本完成

CAM加工與制作基準模型
將整車面數據轉成CAM的加工刀距路徑,直接在五軸機床上進行1/1基準主模型(Master Model)的CNC加工,完成組裝(Cubing)后再進行一次實際尺寸模型的評價,并作細部的調整與確認,整個工程在確保計算機數據的準確性與呈現不失真的造型特色與精神。


造型曲面數模工程處理及數控加工編程


主模型主基架與分件基架設計


主模型組立,完成


外部細部再調整及最終數模 最終主模完成

整車數模完成及渲染

所有的數模建構工作最終完成,可以給相應的面所代表的部件并賦予材質特性,應用CAID渲染出可虛擬 (Simulaion) 真實場景中的實車照片,同時預見色彩的提案。整個車體數模還以計算機動畫(Aimation)作出整個設計提案的詮釋。

樣車階段與生產

將基準主模型與完整的數模,交付模具廠與零部件開發協力與金龍客車生產部門,從樣車(Prototype)確認到開始準備相應的模具等開發工作。

目前中國大陸一般傳統的客車設計,造型方向大多是借鏡國內外暢銷產品(如MAN、IRZAR、..)有很多相似地類似性,而造型發展流程多以二維平面的效果圖來作構想的展開與發展,經過評價決選方向后,便交由FRP模具廠依效果圖,以發泡材或木模直接用手工制作1/1的模型,再經確認、翻制、修改而成為量產的產品。這樣的方式其優點是成本低時效快,但擔心的是以沒有嚴謹尺寸與比例的二維透視圖作為基礎,去轉換成1/1這么大的模型時,會因為有太多不確定的因素而產出妥協的結果。

一般屬于大型交通工具的設計,其專業流程是工業設計師必需要對尺寸與造型的明確負責,并反應工程的可行性,透過計算機輔助設計貫穿二維圖面發展與三維立體模型制作,反復修正檢討特別重要的是如何掌握實際比例的關系與評價模式的確認,去完成最終的設計提案。

這次K01的項目便是以設計數字化、流程專業化與開發生產合理化的方式,去堅持對設計開發的執行并應用數字化的軟硬件來產生新的效益。整個過程利用專業技術、資源整合與知識加成,期望達到理念與設計、設計與技術的無縫傳接。

在整個過程中,金龍的研發部與浩漢設計(NOVA DESIGN)一直跟蹤全程,以確保設計效率與質量。通過比例模型、全尺寸模型、到數據的逆向掃描和正向的樣件加工,使設計方案在很短的時間內完成了實物到數模的四次轉換,高效并保持設計原創精神的完成,也是當今國際汽車設計過程中的專業方式。開發一款主力的客車車型,并已經確定將于2006年3月的國際客車博覽會上,以量產新車的面貌出現,除了設計開發的時間壓力與成效外,又導入全新的設計流程,對于整個團隊來說,無疑是一項具有挑戰性的工作。因為采用并行工程,并加強計算機在設計中的角色,才能夠達到這樣的效果。

小結

今天整個國際發展的趨勢,除了要尊重知識產權外,面對市場激烈競爭,成本與時效是重點更要強調產品的差異化自我創新品牌的認同與質量確保,因此一個產品的成功是需要如何應用資源整合與數字科技,因此在整個設計項目進行中,繼承與創新是最能夠用來做概括的詞匯。浩漢設計(NOVA DESIGN)考慮的是如果繼承原型車的風格,同時又以完全不同的全新面貌來塑造這新一代車型。

在設計方法和執行中,也大膽的把最新的設計方式帶入到過程中,用實際的效果去說明整個團隊。設計在線.中國

此項目計劃”全新金龍客車設計實案k01″的整個設計過程:由金龍客車研發部門與浩漢設計(NOVA DESIGN)緊密合作,導入新的設計技術與流程,執行的主軸可以說有三個大的原則即:設計數字化、流程專業化與開發生產合理化;從初期以客戶實際背景市場競爭的態勢分析為企劃導向,探討產品的風格及定義設計策略,到效果圖提案,結構工程研討、模型建造與修整定案;整個過程都是應用數字三維的技術(CAID、CAD、CAM、CAE),作到高效益高質量的同步工程設計。金龍及浩漢設計(NOVA DESIGN)的整個團隊也非常有信心在這一新車的基礎上,不斷的繼承與創新,把金龍的更多產品引入未來。

后記:

K01-1外觀設計結合了國際流行趨勢和國內審美特點,突破客車平直造型局限,整體印象簡潔流暢、剛毅威猛。K01-1大量采用夸張的轉折面,前后圍的”V字”造型遙相呼應。前圍飽滿富有力度,自然向下過渡,與前擋玻璃渾然一體,既體現美感又有效降低風阻;前燈造型設計獨特,美觀大方,穩重中不失活潑;側圍兩條銀色裝飾線猶如兩把飛劍,脫鞘而出,向上無限延伸,在展示陽剛和力度的同時,增添極強的速度感;超大車窗,視野開闊,時尚霸氣的外形,整車美學與實用性完美結合,給人賞心悅目之感。

K01-1整車設計開發全程采用專業計算機輔助設計軟件,使整車造型的合理化設計達到新的高度。經過有限元分析計算的車身結構也更趨合理,兼顧了車輛的安全性和經濟性。車身底盤源自成熟金龍車型XMQ6115,繼承了其優良的可靠性和操控性能。經過優化后的底盤,在剛度得到加強的同時降低了整車質量,提高車輛的燃油經濟性。K01-1系列車型采用了國際上最為先進的CAN總線技術,減少線束,提高數據共享程度,車輛控制系統的錯誤診斷能力和自動恢復能力得到顯著增強。

作者:陳文龍 (浩漢設計NOVA DESIGN)