汽車行業(yè)是目前世界上最重要的行業(yè)之一。根據(jù)歐盟去年12月發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該行業(yè)去年在研發(fā)方面的支出占全球研發(fā)投入的16.3%。國際勞工組織去年4月發(fā)布的行業(yè)簡報(bào)則顯示，截至2017年，汽車行業(yè)的全球直接就業(yè)人數(shù)近1400萬，其年?duì)I業(yè)額相當(dāng)于世界第六大經(jīng)濟(jì)體。
盡管取得了成功，但該行業(yè)仍面臨挑戰(zhàn)。消費(fèi)者對互聯(lián)、智能以及自動駕駛汽車的需求扳動了汽車制造業(yè)滾滾向前的軌道。從本質(zhì)上講，現(xiàn)代化汽車將成為一臺高科技機(jī)器，而汽車公司此刻正忙于重塑人們的駕駛體驗(yàn)。
敏捷設(shè)計(jì)在汽車行業(yè)的重要性
“隨著汽車行業(yè)向全自動駕駛方向邁進(jìn)，軟件的重要性將會持續(xù)增長?！狈▏佤斖吖こ碳夹g(shù)大學(xué)（UTT）獨(dú)立汽車分析師劉銳說：“ 事實(shí)上，這是汽車設(shè)計(jì)變得比以前復(fù)雜得多的一個關(guān)鍵原因?！?BR> 一方面，汽車設(shè)計(jì)的復(fù)雜性隨著上述趨勢有所提升，設(shè)計(jì)師需要處理以前從未遇到過的各類細(xì)節(jié)——例如，車身比例的改變和線纜的增多等——以配合車輛電動化、智能化的趨勢；另一方面，消費(fèi)者對新款車型的強(qiáng)烈訴求，令一輛新車的開發(fā)周期正不斷縮短。
目前，一輛汽車的設(shè)計(jì)開發(fā)周期已經(jīng)從以往的5-6年被縮短至2-3年左右。以現(xiàn)代汽車為代表的部分汽車制造商甚至提供了較為極端的案例。該公司此前表示，正謀求令產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期在現(xiàn)有基礎(chǔ)上縮短一半，至18個月。
在這種情況下，汽車制造商發(fā)現(xiàn)自己正以不斷加快的速度，競相開發(fā)更加智能的汽車。隨著越來越多的新一代汽車駛上道路，汽車公司必須以更敏捷、更高效的方式進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，從而簡化汽車開發(fā)流程并縮短開發(fā)周期。
在數(shù)字化領(lǐng)域的“軍備競賽”
這種敏捷性可通過為新車型創(chuàng)建數(shù)字化模型來實(shí)現(xiàn)。 這些模型使大部分開發(fā)和測試得以在虛擬世界中進(jìn)行，從而加快設(shè)計(jì)、測試和驗(yàn)證周期。
具體而言，基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)，設(shè)計(jì)人員所擔(dān)負(fù)的計(jì)算、信息存儲和制圖等工作將由計(jì)算機(jī)代勞。
在實(shí)際設(shè)計(jì)流程中，計(jì)算機(jī)將對不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案。同時，設(shè)計(jì)人員還能隨時對存放在存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速檢索。
從草圖到工作圖，原本繁重轉(zhuǎn)化工作被徹底交給計(jì)算機(jī)完成。在此后的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員還可以利用計(jì)算機(jī)，對原型車的圖形進(jìn)行編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)，從而輕松地進(jìn)行查看和修改。
今年7月，通用汽車在其新擴(kuò)建的通用汽車中國前瞻設(shè)計(jì)中心，向外界展示了基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的工作流程。
設(shè)計(jì)師將從草圖開始繪制原型車，繼而通過質(zhì)量掃描和數(shù)字繪制方式在計(jì)算機(jī)中形成3D模型。在經(jīng)過討論制定了修改方案之后，設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)中對圖形做出調(diào)整。
當(dāng)大致方案確定后，設(shè)計(jì)師將據(jù)此制作油泥模型。此后，設(shè)計(jì)人員將在油泥模型上進(jìn)行修改，并以3D掃描的方式將實(shí)體模型的參數(shù)錄入計(jì)算機(jī)，以便展開新一輪的修改。整個流程循環(huán)往復(fù)，直至最終設(shè)計(jì)方案被敲定。
“這種方法在精確性和便捷性方面都有很明顯的好處，”通用汽車中國前瞻設(shè)計(jì)中心工作人員告訴界面新聞，“更有用的是，數(shù)字化副本的出現(xiàn)將方便我們與全球設(shè)計(jì)部門以及工程部門互相發(fā)送設(shè)計(jì)方案，以進(jìn)行進(jìn)一步交流?！?BR> 與通用汽車一樣，福特汽車也開始在其汽車設(shè)計(jì)工作中使用類似的數(shù)字化工具，以加快車輛開發(fā)速度。通過與Gravity Sketch公司開展合作，福特創(chuàng)建了一種3D虛擬現(xiàn)實(shí)工具，后者令設(shè)計(jì)師可以隨時置身于自己設(shè)計(jì)的車輛中。
在虛擬環(huán)境中，設(shè)計(jì)師可以從任意角度放大或縮小眼前的這輛汽車，甚至可以進(jìn)入汽車內(nèi)部，判斷某一處的設(shè)計(jì)元素是否與整車的風(fēng)格一致。
福特方面稱，這一工具可幫助設(shè)計(jì)師跳過平面階段，直接進(jìn)行3D設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)時間從幾周縮短到幾小時。
大眾汽車的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)同樣在經(jīng)歷類似的數(shù)字化變革，其設(shè)計(jì)主管Klaus Bischoff曾表示，“高爾夫新車型的發(fā)動機(jī)艙蓋幾乎完全是使用計(jì)算機(jī)和編程設(shè)計(jì)的，而不是畫板?！?BR> “從草圖開始，所有工作幾乎完全是用平板電腦或數(shù)字繪圖板完成的，而不是老式的鉛筆和紙?！彼f，“數(shù)字素描的優(yōu)勢在于，你可以在一個工作流程中，利用擦除、著色、放大和縮小等多種工具來創(chuàng)建想要的內(nèi)容，幾年前需要幾個小時的事情現(xiàn)在可以在幾分鐘內(nèi)完成?！?BR> 軟件的加入令汽車設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度被提高，而另一方面，軟件本身可能也將提供解決方案。
目前，包括英特爾、英偉達(dá)、松下在內(nèi)的多家科技巨頭均爭相為汽車設(shè)計(jì)開發(fā)軟件。此類科技企業(yè)希望從設(shè)計(jì)階段開始與汽車制造商合作，基于各類性能指標(biāo)對汽車進(jìn)行建模。
數(shù)字化設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)
西門子數(shù)字化工業(yè)業(yè)務(wù)部技術(shù)與創(chuàng)新部高級副總裁柯克·古特曼（Kirk A. Gutmann）表示，為車輛創(chuàng)建數(shù)字化副本只是踏入數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境的第一步。
他認(rèn)為，汽車設(shè)計(jì)人員真正的挑戰(zhàn)將來自如何集成計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。
“ 通過原型車開發(fā)階段使用2D和3D數(shù)字模型，可以顯著節(jié)約時間，因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證以迭代方式進(jìn)行時，不可能對所有組件、設(shè)計(jì)和零部件進(jìn)行物理驗(yàn)證?！惫盘芈f，“同時我們也看到，在越來越多的情況下，汽車制造商需要將設(shè)計(jì)和工程分析活動與車輛測試和模擬相結(jié)合。通過整合虛擬和物理世界，汽車制造商可以在車輛投產(chǎn)之前充分了解組件性能?！?BR> 事實(shí)上，這也是汽車設(shè)計(jì)師長期以來所面對的問題，在數(shù)字化世界中的延伸：如何將設(shè)計(jì)師的靈感化作工程師手中的實(shí)體？當(dāng)巧妙的想法和工程學(xué)出現(xiàn)矛盾時，如何得到最佳方案？
“這是一個團(tuán)隊(duì)協(xié)作的過程。其間會產(chǎn)生大量的溝通和實(shí)踐，我們認(rèn)為設(shè)計(jì)不單單是設(shè)計(jì)部門的事情，”通用汽車中國及國際部設(shè)計(jì)副總裁潘凱斯（Ken Parkinson）在回答相關(guān)提問時表示，“首先，前瞻設(shè)計(jì)中心的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和工程團(tuán)隊(duì)有很多的溝通，同時前瞻設(shè)計(jì)中心和偏重量產(chǎn)車設(shè)計(jì)的泛亞設(shè)計(jì)中心也保持著緊密的聯(lián)系。”
數(shù)字化技術(shù)無疑為潘凱斯口中的協(xié)同與溝通提供了更為簡單的方式。
寶馬也嘗試通過數(shù)字化工具來解決設(shè)計(jì)與工程的集成問題。該集團(tuán)此前正在建設(shè)其駕駛模擬中心，后者擁有14個模擬器和占地1.14萬平方米的實(shí)驗(yàn)室，每天可進(jìn)行100人次模擬測試。其中，高仿真模擬器可以真實(shí)展現(xiàn)車輛的所有運(yùn)動狀態(tài)，縱向、橫向均可產(chǎn)生1倍重力加速度。寶馬集團(tuán)表示，此類模擬測試有助其提前了解客戶反饋，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
劉銳則進(jìn)一步建議稱，在數(shù)字化時代，車輛的設(shè)計(jì)、工程和制造之間應(yīng)當(dāng)形成協(xié)同，以確定不同的車輛設(shè)計(jì)和配置需要何種類型的工具和操作來處理。
他表示，目前各大汽車制造商所使用的數(shù)字項(xiàng)目管理平臺可以更輕松地將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)以及制造車間納入一個完整的系統(tǒng)中。 “通過將這些功能整合到一個界面中，車輛設(shè)計(jì)將因可見性及可控性的提高而降低制造復(fù)雜性，從而更快地將產(chǎn)品推向市場?！彼f。
數(shù)字化工具對空間限制的突破，無疑為越來越多的遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)工作創(chuàng)造了可能性。在依然持續(xù)的全球健康危機(jī)中，經(jīng)驗(yàn)豐富的汽車設(shè)計(jì)師被迫留在家中，無法繼續(xù)進(jìn)行數(shù)月以來一直從事的機(jī)密項(xiàng)目。
無論從那個角度來看，當(dāng)前正是普及汽車數(shù)字化設(shè)計(jì)的完美時機(jī)?！暗@當(dāng)中還牽涉到數(shù)據(jù)安全問題?！眲J表示。汽車設(shè)計(jì)依賴于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的安全性和機(jī)密性——而這一事實(shí)現(xiàn)在已成為進(jìn)步的巨大障礙。
解決這一問題的辦法往往落在數(shù)字化設(shè)計(jì)工具的供應(yīng)商身上，后者正致力于提升設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的安全性。通過在汽車制造商可控的服務(wù)器上建立虛擬中央數(shù)據(jù)中心，并對協(xié)作功能進(jìn)行訪問規(guī)則及授權(quán)模式方面的管理，同時禁止任何本地儲存行為，此類軟件供應(yīng)商將令汽車設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)安全問題得到改善。
油泥模型不會消失
“數(shù)據(jù)不是有形的，因此在一定程度上，對于產(chǎn)品的最后潤色，需要基于物理表現(xiàn)。油泥模型仍然是一種非常有價值的工具?！眮碜源蟊娖嘊ischoff在談?wù)摂?shù)字化設(shè)計(jì)流程時，對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具做出了這樣的評價。
盡管在不同程度上采用了各種尖端技術(shù)，但當(dāng)前的汽車設(shè)計(jì)工作依然高度依賴油泥模型。
這可能是一個令人驚訝的事實(shí)。考慮到以上羅列的各種先進(jìn)手段，使用油泥模型的做法可能讓人覺得過于老派。畢竟類似大眾、福特這樣的汽車公司已經(jīng)可以基于非常徹底的數(shù)字化手段創(chuàng)建車輛，并在計(jì)算機(jī)上虛擬數(shù)千次車輛碰撞，以消除安全隱患。
那么，堅(jiān)持使用油泥模型的汽車制造商是否落后、過時？這樣的假設(shè)或許過于武斷——即使是習(xí)慣于無情指出業(yè)內(nèi)各類過時做法的特斯拉汽車，在其汽車設(shè)計(jì)過程中也正使用油泥模型。
“從工具的角度來看，油泥模型與CAD等數(shù)字工具之間并沒有優(yōu)劣之分。”劉銳說，“這就像你不能說錘子優(yōu)于螺絲刀，油泥模型只是汽車設(shè)計(jì)師各類工具中的一種?！?BR> 通用汽車設(shè)計(jì)師表示，油泥模型向他們提供了一種更全局的視角?！霸谶M(jìn)行汽車設(shè)計(jì)的時候，你不能僅關(guān)注一個小方面，而要進(jìn)行更整體地觀察。顯而易見，沒有一個顯示器能夠1:1地顯示一臺整車?！痹谕ㄓ闷囍袊罢霸O(shè)計(jì)中心，一名設(shè)計(jì)師這樣向界面新聞表示。他們至今仍在堅(jiān)持使用油泥模型，作為數(shù)字化設(shè)計(jì)流程的一種輔助。
對油泥模型做出修改也并不比數(shù)字化方式更困難。設(shè)計(jì)師可以方便地削去多余的油泥材料，或在必要時補(bǔ)上一些。
實(shí)體模型的另一個優(yōu)勢在于，設(shè)計(jì)師可以從不同角度觀察型面起伏所帶來的光影變化?！半m然展示細(xì)節(jié)是數(shù)字工具的優(yōu)勢，但真實(shí)光影下的細(xì)節(jié)很難在顯示器上得到顯現(xiàn)?！蓖ㄓ闷囋O(shè)計(jì)師表示。
包括馬自達(dá)設(shè)計(jì)師Norio Terauchi在內(nèi)的大部分汽車設(shè)計(jì)專家都認(rèn)為，跳過油泥模型階段將為汽車設(shè)計(jì)帶來“不幸的結(jié)果”。
哈雷·厄爾（Harley Earl） 因推動油泥材料，作為汽車設(shè)計(jì)的介質(zhì)而受到業(yè)界普遍贊譽(yù)。從1920年代末到1950 年代末，厄爾在通用汽車公司工作。
如今，汽車制造商將大量資源投入到制作油泥模型中。例如，福特表示，新款猛禽車型的設(shè)計(jì)需要使用超過900公斤的油泥材料以及大約兩萬小時的工作時間。大型汽車制造商每年都會消耗相當(dāng)多的泥土。福特方面表示，該公司每年使用近9000公斤。為了幫助收回成本，該公司定制了一臺機(jī)器，可以回收其中1/10的油泥材料。
雖然在很多情況下，油泥材料會被稱作“黏土”，但實(shí)際上，這種材料中不含任何黏土成分。如果向汽車設(shè)計(jì)師詢問其中的成分，通常會得到一些“蠟、油、填料”這樣的模糊回答，這是因?yàn)槊考移囍圃焐潭加凶约旱膶Ｓ灭ね痢?BR> 黏土通常被裝在一個個圓柱狀的容器內(nèi)，當(dāng)設(shè)計(jì)師需要使用時，會對它們進(jìn)行加熱，使其變得柔軟。
與外界想象不同的是，設(shè)計(jì)師不會在一開始準(zhǔn)備足夠多的油泥材料，做出一個比車輛大很多的土塊，然后削除他們不想要的部分。一般來說，設(shè)計(jì)師會基于圖紙，用鋁制框架制作一個比例模型，后者甚至帶有輪子。
在上述框架模型上，設(shè)計(jì)師將采用切割過的泡沫材料進(jìn)行填充，形成汽車的粗略輪廓。然后他們再把油泥材料涂抹在泡沫材料上方，以便之后打磨細(xì)節(jié)。
（轉(zhuǎn)載）
