（机械设计及理论专业论文）轿车造型中工业设计与技术设计协调方法的研究.pdf

摘要 工业设计与技术设计是产品造型设计的两个重要过程 两者并行 协作 相辅相成 两者之间的衔接程度直接影响了产品造型的质量和 效率 轿车造型不仅决定于工业设计 还受到空气动力学的决定性影 响和轿车本身复杂的结构和制造工艺的严格限制 因此 工业设计与 空气动力学及其它工程技术的结合成为了目前轿车造型设计的主要 难题 研究两者的协作已成为当务之急 本文对轿车造型设计方法的 研究主要是为了协调轿车造型中工业设计和技术设计的关系 提高设 计构思的技术可行性 促进造型设计中形与量的结合 本文首先剖析了传统轿车造型设计的程序与方法中不利于设计 衔接的因素 并对工业设计与工程技术结合的相关理论进行了叙述 然后对汽车空气动力学及其数值模拟方法进行了重点研究 通过应用 f l u e n t 软件对轿车各主要造型参数的仿真模拟 建立了轿车造型设 计的一般规律 接下来 针对各个不利于设计衔接的因素 从设计思 想 设计模式和设计程序中的各个阶段 提出了相应的改进措施 并 总结了新的轿车造型设计方法 最后 将所建立的轿车造型设计规律 和轿车造型设计方法应用于轿车造型设计 取得了良好的效果 使理 论在实践中得到验证 通过上述研究 改善了轿车造型设计中工业设计与工程设计的关 系 加强了造型设计中形与量的结合 并建立了轿车造型设计规律和 新的轿车造型设计方法 研究成果具有重要的理论指导和实践应用意 义 关键词轿车 工业设计 技术设计 协调方法 a b s t ra c t i n d u s l r i a ld e s i g na n dt e c h n i c a ld e s i g na r et w om o s t i m p o r t a n t p r o c e s s e si np r o d u c ts t y l ed e s i g n w h i c hc o o p e r a t ea n ds u p p l ee a c ho t h e r t h ec o o p e r a t i o nb e t w e e nt h e md i r e c t l ya f f e c t st h eq u a l i t ya n dt h e e m c i e n c yo fp r o d u c ts t y l ed e s i g n b e c a u s et h es t y l eo fc a rw a sn o to n l y d e c i d e d b y i n d u s t r i a l d e s i g n b u t a l s o d e c i s i v e l y a f f e c t e d b y a e r o d y n a m i c s a n ds t r i c t l yl i m i t e db yi t sc o m p l e xs t r u c t u r ea n dc r a f t s o t h ec o o p e r a t i o nb e t w e e ni n d u s t r i a ld e s i g na n dt h er e l a t e dt e c h n o l o g i e s e s p e c i a l l ya e r o d y n a m i c s h a sb e c o m et h em a i np r o b l e mi nc a rs t y l e d e s i g n t h er e s e a r c ho ft h ec o o p e r a t i o nb e t w e e nt h e mh a sb e c o m ea l l u r g e n ts u b j e c t t h i sr e s e a r c hf o rm e t h o do f c a rs t y l ed e s i g ni sm a i n l yt o c o o p e r a t et h ei n d u s t r i a ld e s i g na n dt h et e c h n i c a ld e s i g n a n de n h a n c et h e t e c h n i c a lf e a s i b i l i t yo fd e s i g n a n du n i t et h ef i g u r ea n d 也eq u a n t i t yi nc a l s t y l ed e s i g n a tf i r s t t h ef a c t o r st h a td on o tf a v o ro fl i n k i n gu pi n d u s l r i a ld e s i g n a n dt e c h n i c a ld e s i g ni nt h ep r o c e d u r ea n dt h em e t h o do ft r a d i t i o n a lc a r d e s i g nw e r ea n a l y z e di nt h i sa r t i c l e a n dt h er e l a t e dt h e o r i e sa b o u tt h e c o o p e r a t i o nb e t w e e ni n d u s t r i a ld e s i g na n dt e c h n o l o g i e sw e r ei n t r o d u c e d s y n o p t i c a l l y t h c l l a u t o m o b i l ea e r o d y n a m i c sa n dt h em e t h o do fi t s s i m u l a t i o nw e r et h o r o u g h l yr e s e a r c h e da sa l le m p h a s i s a n dg e n e r a lr u l e s o fc a rs t y l ed e s i g nw e r ee s t a b l i s h e d w i t hl o t so fs i m u l a t i o n si nf l u e n t f o rm a i np a r a m e t e r so fc a rs t y l e a n dt h e n a i m i n ga tt h o s eb a df a c t o r s c o r r e s p o n d i n gm e a s u r e so fd e s i g nt h o u g h t d e s i g np a t t e r n a n dd e s i g n p r o c e d u r ew e r ep r o p o s e d a n dan e wm e t h o do fc a rs t y l ed e s i g nw a s e s t a b l i s h e d f i n a l l y t h er u l e sa n dt h em e t h o dw a sc o n f i r m e db vi t s e x c e l l e n ta p p l yt oac a rs t y l ed e s i g n 嘞a b o v er e s e a r c h e s t h ec o o p e r a t i o nb e t w e e ni n d u s t r i a ld e s i g n a n dt e c h n i c a ld e s i g ni nc a rs t y l ed e s i g nh a sb e e ni m p r o v e d t h eu n i o n b e t w e e nt h ef i g u r ea n dt h eq u a n t i t yi nc a rs t y l ed e s i g nh a sb e e n s t r e n g t h e n e 正t h er u l e so f c a rs t y l ed e s i g na n dt h en e wm e t h o do fc a rs t y l e d e s i g nh a sb e e ne s t a b l i s h e d t h e s er e s u l t sh a v ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ef o r t h e o r e t i c a l i n s l r u c t i o na n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e yw o r d sc a r i n d u s t r i a ld e s i g n t e c h n i c a ld e s i g n m e t h o df o r c o o p e r a t i o n 硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 造型设计及造型设计方法学简述 造型设计 l 啦 属于工业设计范畴 是设计师在工程技术与美学艺术的基础 上 对产品的功能 材料 构造 工艺 形态 色彩及表面处理等诸因素 从社 会 经济 人类生理与心理 技术与艺术的角度进行综合处理 以设计出符合人 们物质和精神全面需求并实用 经济 新颖美观的现代工业产品的一种设计创造 活动 造型设计 4 1 是工程技术和美学相结合的一种产品现代设计方法 它既不是艺 术设计 也不是单一的工程技术设计 而是一个多学科相交融的综合性学科 它 是以满足人的多种需求为目标的技术人性化的创造活动 决非单纯的表面装饰与 外观形态的塑造 它从系统论观点去观察人类的生活与行为 把握人们的需求和 价值观 将科技成果与人的需求巧妙地结合在一起 产品造型不只是产品外观的美化和装饰设计 更主要的是为实现产品功能而 采取的产品实体形态 产品造型活动 5 h 8 l 涉及产品内部构造 布局 整体结构形 态 色彩 表面肌理及装饰设计 贯穿于产品从规划 概念设计 详细设计 直 至结构设计的整个过程 综合各方面因素 形成产品总体形象 使功能和造型和 谐统一于产品中 但是 在我国 对造型设计的认识还停留在传统的美观设计上 认为造型只 是外形美观 把产品设计的过程阴 l o l 截然分成造型设计和工程设计两个阶段 先 是工业设计师设计外形 然后提交效果图给工程师 由工程师单独完成后面的工 作 但是工业设计作品最终是要作为产品面向顾客的 好的创意只有能与技术要 求相符 能体现在实实在在的产品中才算成功 为了保证造型设计的成功率和质 量 必须处理好工业设计和工程技术的关系 把握造型设计的形与量之间的关系 设计方法掣n 1 2 l 是研究产品设计规律 设计程序及设计中思维和工作方法 的一门综合性学科 其研究内容主要有以下几个方面 设计对象 设计思维 设 计理论 设计进程 设计评价 设计工具等 设计方法学以系统的观点分析设计的战略进程和设计方法及手段的战术问 题 在总结设计规律 启发创造性的基础上促进研究现代设计理论 科学方法 先进手段和工具在设计中的综合运用 对开发新产品 改造旧产品和提高产品的 市场竞争能力有积极的作用 研究设计方法学有两个主要任务 一是培养正确的 设计构思方法 要能设想出一套系统的设计程序 解决设计进程中的战略性问题 二是探求正确的设计工作方法 要能迅速 简单而又富有想象力地找出所有可能 的设计方案 并从中择优 解决设计工作中的战术性问题 设计方法学研究的最 硕士学位论文 第一章绪论 终日的 是以正确的构思方法和工作方法进行设计 以耗费尽可能少的劳动量而 取得最令人满意的设计效果 随着设计内容和设计过程变得越来越复杂 设计方法研究在造型设计中的重 要性也逐步提高 一个有效的设计方法在满足功能要求的前提下可以将整个的产 品设计周期减少5 0 在成本方面 研究结果 1 3 1 表明 尽管产品设计费用只占 产品总成本的5 却决定了产品成本的6 0 7 0 设计不合理所引起的产品技 术和经济性方面的先天不足是生产过程中质量和成本控制措施所无法挽回的 所 以 研究设计方法对提高设计质量和节约成本都具有重要意义 1 2 轿车造型设计方法的研究背景 1 2 1 造型设计方法学的研究现状 设计方法学的研究 1 4 1 是从十九世纪中后期开始的 工业革命的发展使人们 开始注意总结工程设计的规律和方法 德国 美国 苏联和日本等国的专家在 2 0 世纪3 0 年代就相继出现了以工程设计经验的直接总结或抽象概括为背景的创 造 发明方法和设计方法的理论或观点 在此基础上逐步形成了各具特色的设计 方法学流派 奠定了现代设计方法学的基础 二十世纪六十年代以来 由于各国 普遍重视设计环节 推动了设计方法学的研究 德国等欧洲国家重点抓系统化设 计并注意总结设计规律和方法 并用技术文件方式进行推广 美国 日本等国则 更重视创造性设计和设计中的计算机应用 7 0 年代后期欧洲成立了设计研究组 织w d k o v o r k s h o pd e s i g n k o n s m f l c f i o n 及相应的许多专业研究小组 研究出大量 的设计方法学 其中最具代表性的是德国学者于2 0 世纪7 0 年代提出的产品设计 方法掣 他们将设计过程分为四个阶段 任务明确阶段 产品概念设计阶段 具体化设计阶段和详细设计阶段 这个理论到现在仍被广泛应用 我国的设计方法学研究工作起步较晚 但发展却较快 设计方法学的理论一 般从翻译 出国进修 专家出国交流 邀请专家来华讲学等几个方面传入我国 经过近几十年的发展 已经形成了一套适合我国国情的设计方法学理论体系和一 支具有高技术水平的设计队伍 现代设计方法学的研究开始于2 0 世纪8 0 年代后期 目前每隔一年召开一次 国际工程设计会议i c e d 0 m e m a t i o n a lc o n f e r e n c eo ne n g i n e e r i n gd e s i g n 设计方 法学的研究更引向深入 设计理论及方法的研究已成为工程设计研究的主要领域 之一 现代设计方法 1 5 l 1 6 有很多种 信息论 系统论 控制论 优化论 对应论 智能论 寿命论 离散论 模糊论 突变论 艺术论等 遗憾的是 这些设计方 法大多是针对于工程设计的 专门的造型设计方法研究很少 概括起来说 现代产品设计方法 1 7 10 8 1 可以归纳为以下3 类 面向型产品设 2 硕士学位论文 第一章绪论 计方法 拟实型产品设计方法 艺术论方法 1 面向型产品设计方法 面向型产品设计 即d f x 1 9 1 d e s i g nf o r 是指面向产品生命周期的产品 设计 其方法为在产品设计初期 全面 有效和清晰地表达产品生命周期内各阶 段 各领域对产品设计的需求 在设计过程中 除了满足产品对功能的最基本要 求 还在其他各需求中取得折中 求得产品在其生命周期内最优化的设计方案 从而使产品在设计阶段就具有良好的可制造性 可装配性 可维护性和可回收再 利用性等方面的能力 d f x 方法可以看作是在并行考虑产品生命周期内多种需 求情况下实施产品设计的主要方法之一 其中x 代表产品设计中除功能要求外 的其他需求 如制造性 装配性 维护性和可回收性等等 d f x 涉及产品生命 周期内的多个领域 因此各领域对设计提出的需求 即领域知识的表达 和对设 计知识的决策是实现d f x 的核心 除了目前研究较为深入的d f m 2 0 i t 2 1 1 d e s i g n f o r n m a u f a c t u d n g 和d f a1 2 2 1 d e s i g nf o ra s s e m b l y 之外 还有d f d 2 3 11 2 4 1 d e s i g nf o r d i s a s s e m b l y d f r t 2 s l 2 0 1 d e s i g nf o rr e c y c l e a b i l i t y d f m c 2 7 1 d e s i g nf o rm a s s c u s t o m i z a t i o n d f s 伫3 1 d e s i g nf o rs e r v i c e a b i l i t y d f e 2 9 1 1 3 0 l d e s i g nf o re n v i r o n m e n t 等等 2 拟实型产品设计方法 拟实型产品设计方法 是基于物理模型的快速成形法 一般指在虚拟环境 中 建立软件集成环境 模拟和仿真产品设计 制造 装配 乃至其他后续阶段 的功能 使设计的零部件或产品在计算机上拟实地进行制造和装配 提供对设计 的评估和修改意见 在产品设计时 需要随时根据设计的阶段性或部分产品信息 从拟实模型各自所处领域的角度出发评价设计的合理性 并立即将评价结果反馈 给设计者 辅助设计人员做出决策 通过这种设计 评价一再设计的不断循环 获得产品设计与过程的优化 典型的有虚拟样机方法 3 艺术论方法 艺术论方法主要考虑产品的外形美观 对产品的技术因素却相对忽略 它的 整个设计过程 从市场调查一定位一构思一设计 评价 模型 都是主要围绕着 艺术美感而进行的 在上述的三类方法中 前两类是偏重工程设计领域的 后者艺术论方法则主 要是针对美观设计的 这种偏向代表着目前我国造型设计过程的两个阶段 工业 设计阶段和工程设计阶段 工业设计的工作就是设计造型 得到效果图 余下的 工作就交给工程设计师 典型的产品造型设计程序如图1 1 所示 这是目前我国大多数设计师采用的 一种程序 在该程序中 从接受设计任务开始 设计师首先要通过大量的调查分 析对所设计的产品及相关产品有一定的认识 对设计意图有很好的理解 然后进 入概念设计阶段 对产品造型进行构思 并通过草图 平面图 草模等进行表现 然后评定较优方案进行详细设计 根据设计师的意图确定造型的细节和尺寸 并 3 硕士学位论文 第一章绪论 通过效果图和外观模型表现出来 并进一步评价整个设计 确定最优方案 程序 进行到这里都是以设计师为主的 而接下来就全部交给工程师来完成 工程师根 据工程实际确定尺寸 制作样机并进行测试 最后绘制工程图纸 设计模具 进 行批量生产 图i i 产品造型设计的典型程序 在这种设计模式中 工业设计与工程设计是完全分开的 中间就凭效果图进 行单向交流 由于工业设计师对工程技术和加工制造要求的不了解 很多设计出 来的作品虽然很美观 但无法应用到实际 结果是完全放弃 或是修改造型 或 是以在技术和加工上付出昂贵的代价来实现 同时由于工程师对造型创意的理解 不深入 也会使实际生产的产品跟效果图有很大的出入 这些都会产生所谓的效 果图的 欺骗性 所谓效果图的 欺骗性 是指最后生产出的产品与设计师所 提供的预想效果图有较大的出入 工业设计效果图的随意性和欺骗性与工程技术 的严格限制之间的矛盾导致了造型设计中形与量之间的冲突 工业设计与工程技术的结合问题 是一个一直困扰着设计师和工程师的难 题 国内外设计师致力于该问题作了许多的研究和实践工作 如通过教育制度改 革 对设计师进行工程技术教育 对工程师进行美学教育 提高沟通水平 采用 硕士学位论文 第一章绪论 d f x 设计方法 应用计算机技术 这些措施都在某些方面加强了工业设计与工 程技术的衔接 但并没有从引起这个问题的根源 设计方法的角度去根本性解 决 工业设计与工程技术之间的冲突 造型设计中形与量之间的冲突仍普遍存在 于造型设计之中 研究设计方法来解决这个问题己成为提高造型设计水平的当务 之急 1 2 2 轿车造型设计方法的研究现状 衣 食 住 行 是人们生活的基础 其中 行 已成为现代人生活中非 常重要的因素 交通工具已是人生活中不可或缺的东西 交通工具设计也因此成 为产品设计的主要分支之一 交通工具区别于其它的产品就在于其运动性 运动 的物体会受到了各种作用力 而使得其造型设计变得更复杂 因低速行驶的交通 工具的运动性特征不明显 因此本文选择高速运行的且目前使用最为普遍的轿车 作为重点研究对象 因为轿车受到复杂的空气作用力 且结构非常复杂 工业设计师难以理解工 程技术对其造型的要求 使得工业设计与工程设计的脱节问题更为严重 工业设 计注重的是创意思维 其构思在尺寸和细节上存在着随意性和不确定性 而轿车 造型又受到空气动力性能要求 结构以及可加工性的严格限制 因此 形与量的 协调结合问题是轿车造型中的主要难题 也是目前我国轿车造型设计存在的主要 问题 轿车造型受审美观念 人机工程学 工程技术 空气动力学技术等多个学科 的影响 但目前 机械工程学 人机工程学要素已达到相当成熟的发展阶段 对 造型要求与约束已形成了较为固定的规范 现代轿车造型设计水平主要受空气动 力学与工业设计学两大因素及其相互配合程度的影响 因此轿车造型设计研究也 主要是围绕着这两者及两者间的关系进行 我国目前轿车造型设计的典型程序如图1 2 先由工业设计师进行创意设计 提交效果图 再由空气动力学设计师制作油泥模型 进行风洞实验 并依据结果 进行修改 再反复实验 跟一般产品的造型设计过程一样 也是将工业设计与工 程技术截然分开的 在工业设计阶段就单纯考虑美观 而在技术设计阶段就以技 术要求为主 缺少衔接环节 由于高速运动的轿车受空气作用力非常复杂 内部 结构对外部造型的限制比较严格 且复杂曲面加工的高难度也对造型有很高的要 求 这样将造型的任务交给工业设计师单独完成 其效果往往是不理想的 总是 会存在如气动性能不好 无法加工生产等各类问题 国际上的轿车造型设计比我国的考虑要周全一些 在设计造型的同时就结合 方案进行内部结构设计 使设计出的造型能满足内部结构的技术要求 图l 3 为 国际轿车造型设计程序 5 硕士学位论文 第一章绪论 图1 2 我国轿车造型设计典型程序 由于轿车的空气动力性能 结构及加工技术都与造型有紧密的联系 对造型 设计产生了很多限制 甚至在很多时候还与造型风格之间存在冲突 但这些限制 又是非常复杂且不是固定的 工业设计师很难掌握 只有通过设计方法的改进 加强工业设计与工程技术之间的结合 才能从根本上解决轿车造型设计中的难点 形与量的统一问题 6 硕士学位论文 第一章绪论 l c o n c e p t l l 可行性探讨i i 一一s i 外部造型设计内部设计色彩设计 概念草图 is5 油泥模型 在车型被设计出来的针对目标市场研究产品的 设计师们用各种方法来表达同时 也进行车厢内部颜色和式样 为新车选择 自己的设计理念 如草图和格局的布置设计 作为即将流行的外部和内部颜 模型制作模型的基础色 l 旦 上 l 1 油泥模型内饰模型试制车身和内饰的颜色从所有 在方案中筛选出少数几个制与实车一样的内饰模可能的颜色中选择 金属 作成l l 油泥模型并进行型被制作出来 以确定的车身和简单的三维表面 评估 和评估设计的理念 功 喷涂后再进行评估 不同 最终油泥模型能和各种可行性材料的座椅和其他部件由 最终内饰模型设计师和技师联合设计 d r a w i n g d a t a 三维坐标测量 工程设计 原型测试 产品工程 产品试制 设计完成 对原形车进行全面的最终评估 设计被确定下来 图卜3 国际轿车造型设计程序 1 2 3 轿车造型设计中存在的问题及原因解析 现代轿车造型主要受工业设计与空气动力学及两者之间配合程度的影响 同 时 结构 加工工艺等工程技术虽已成为较固定的约束 但对工业设计师来说也 不容易把握 因此 工业设计与空气动力学设计及其它工程设计之间的脱节是制 约我国轿车造型设计水平的主要问题 如果不能处理好轿车造型中工业设计与工程技术之间的衔接问题 解决造型 7 硕士学位论文第一章绪论 设计中形与量的结合问题 就会产生以下严重的后果 第一 造型设计与工程设计脱节 会产生效果图的 欺骗性 严重影响轿 车造型设计的质量 产生效果图的 欺骗性 的原因主要是工业设计本身的随意性和工业设计向 工程技术衔接过渡不够 由于工业设计师构思创造的随意性和对空气动力学等工 程技术的不了解 设计出的轿车不能满足工程技术的要求 工程师必须修改原方 案 从而使最终轿车跟效果图不一致 同时 由于工程师对设计效果图的理解和 设计师有一定的差别 而且两者所考虑的角度不尽相同 所以工程师很难根据效 果图来准确地在工程图纸上反映设计师的造型构想 最后生产出的轿车外观与设 计师构思相差甚远 另外 造型设计与工程设计脱节 还可能给工程技术设计带 来不必要的麻烦 以致影响轿车的内部结构和功能 最终影响所开发出的轿车的 质量 第二 造型设计与工程设计脱节 会使造型设计周期延长 增加轿车开发成 本 影响产品的竞争力 造型设计与工程设计脱节 两者之间不能协调 势必会增加中间的沟通环节 使设计周期延长 而且更严重的情况是由于两者之间的矛盾 而造成设计过程的 反复 如图1 2 模型中 如果造型不符合风洞实验的要求 则需要重新开始设计 这样会延误市场机会 而实际上市场机会对于一个产品来说是非常重要的 现在 市场竞争十分激烈 轿车市场更是如此 延误了商机就会给企业带来损失 图 l 4 是产品开发的实际成本估算图 从中可以看出在产品开发程序中任何一个环 节延误开发周期所带来的损失都是很严重的 图卜4 产品开发问题所需付出的成本 造成轿车造型设计中工业设计和工程设计脱节问题的原因有很多 概括起 来主要有如下几点 第一 设计观念老化 对造型设计概念理解不全面 目前我国从事轿车造型设计的队伍主要由两类人组成 工业设计师和工程 师 专业的轿车造型设计师很少 而且工业设计在我国发展还处于起步阶段 还 3 硕士学位论文第一章绪论 没有发挥出其应有的作用 我国轿车造型基本上还处于对国外造型的模仿阶段 以至国人对造型设计没有引起重视 对造型的概念存在着误解 都认为造型只是 单纯的外形美观设计 认为工业设计师的任务仅仅是提供一张造型的效果图 后 面的工作就全部由工程师去完成 结果造成最终生产出来的轿车和造型设计预想 方案相差甚远 第二 设计程序不完善 没能从设计方法本身解决好工业设计和工程技术的 结合问题 在设计准备阶段没有为轿车的后续设计和加工制造作好充分的准备 接到设 计任务后 收集信息基本上由工业设计师完成 由于知识理解和考虑角度的限制 导致信息收集不全面 而且对工程技术方面的信息理解不准确 一般来说 对造 型风格方面的资料较多 而空气动力性能 加工技术要求等工程技术方面的资料 较少 基于这样不全面的资料所进行的构思很有可能会不能满足技术要求 同时 设计定位的不准确也是在设计准备阶段常有的问题 常见的定位词汇如 高档 舒适 漂亮等 都是感性类的词 很难具体量化 而且因每个人对这些词汇的认 识不一致 在设计时很难达到共识 在设计创意构思阶段一味强调标新立异 极少考虑空气动力学等工程技术因 素 设计出的造型方案多数不符合工程技术的要求 很不利于后期跟工程技术结 合 概念设计阶段由工业设计师单独完成 不进行空气动力性能评估 存在的问 题要到后期的风洞实验阶段才能被发现 在详细设计阶段 造型设计师往往执着于自己的创意而不注意对空气动力性 能的影响及结构和对加工技术的要求 效果图表现也往往倾向于自由设计表现的 三维软件 且为了追求造型方案的效果 进行大量的美化处理 造成严重的效果 图的欺骗性 给评审团很大的误导 被评选出的漂亮的效果图背后往往隐藏着工 程技术的巨大漏洞 不利于设计衔接过渡 效果图之后的设计任务全部交给工程 师 工业设计师不参与空气动力学设计和结构设计 工程师对效果图的误解和必 要的参数修改也造成了效果图的欺骗性 设计方案的评审阶段 传统的评审过程不太科学 往往是由领导阶层主观评 定并拍板决定 评价和决策方法都不完善 第三 在汽车空气动力学等工程技术的研究上 重理论轻实践 致使研究成 果应用不到实际设计中去 汽车空气动力学对轿车造型有十分重要的影响 是决定造型好坏的重要因 素 我国汽车空气动力学研究主要是在高校和研究机构进行 存在的最根本问题 就是空气动力学研究与实际应用相脱离 没有真正建立汽车空气动力学应用学 科 谈理论的多 谈应用的少 研究内容大多探讨理论模型 数值计算方法和网 格技术 而由研究结果形成气动造型设计规律性认识方面的工作很少 这些问题 严重阻碍了轿车设计水平的提高 使设计人员都认为重要的空气动力研究始终应 用不到轿车设计实际中去 设计人员感到空气动力学设计可望而不可及 9 硕士学位论文第一章绪论 第四 过程的串行不利于设计衔接过渡 在设计模式上 采用落后的串行方式 开发工作是按顺序一步一步完成的 整个轿车开发过程只是一个静态的 顺序的和互相分离的流程 这种串行开发模 式的主要问题在于 除了在设计后期和制造阶段发现问题时提出修改外 设计生 产的各阶段不存在经常性的信息交流 开发人员按要求完成本职工作后将成果抛 向下游 出现问题时则抛向上游 方案设计中缺乏其他部门的支持与合作 因此 许多本来可以提前解决的问题都必须等到整个设计方案进入下一环节后才能被 发现 然后设计部门再根据后续部门反馈的结果进行设计的修改与更正 造成设 计的反复修改 严重影响轿车的上市时间 且由于开发中各个部门总是独立地运 作 特别是在设计中很少考虑到其他环节的要求等 比如工业设计师仅仅从造型 设计的角度出发进行设计 提供给工程技术部门的设计方案很多都是不符合技术 要求的 而工程师仅仅从技术的角度去理解造型设计师的设计方案 往往以牺牲 造型为代价而求得技术上的简单实现 严重影响了设计的质量 第五 利用计算机技术还处于设计表现阶段 在解决设计结合问题方面还有 待加强 计算机技术在工业设计的各个方面都发挥着较大的作用 而莸们目前的情况 是造型设计师利用计算机技术还处于一个很不成熟 不完善的阶段 多数的设计 师利用计算机还仅仅是为了出一张造型效果图 停留在设计表现阶段 并没有达 到真正的计算机辅助设计的水平 第六 教育制度不完善 造成工业设计师和工程师的知识面狭窄 阻碍了工 业设计与工程设计的结合 目前我国的教育基本上是专业化的 在中学就开始分科 分成文科 理科和 艺术类学生 学生的知识面很窄 进入高校以后 专业划分得更细 每个学生都 只进行本专业的学习 这样培养出来的人才都只会自己的专业知识 对其它的知 识几乎一窍不通 工业设计往往被认为是艺术类学科 被看成是跟工程技术毫不 相干的 课程设置也基本上不涉及工程技术课程 工程技术类学生也没有接受任 何人文修养类的教育 在这样的教育制度下 工业设计师被培养成为只会绘画的 美术家 对工程技术知识一窍不通 而工程师也只懂技术 缺少美学修养 致使 两者之间交流困难 在国外很多知名大学 都采用的是通识教育模式 进入高校后 先进行两年 的基础综合教育 文科类的选修理科课程 理科类的选修文科课程 到大三开始 才接触专业知识 这种教育制度有助于培养全面发展的人才 有利于工业设计与 工程设计的结合 值得我国学习和借鉴 通过上述分析 可以看出工业设计与工程技术的结合 特别是与空气动力学 的结合是目前提高我国轿车造型设计水平的关键 因此 进行轿车造型设计方法 研究 加强工业设计与工程技术的衔接 提高造型设计中形与量的结合 对提高 我国轿车造型水平是非常必要的 1 0 硕士学位论文 第一章绪论 1 3 研究的目的 内容和意义 1 3 1 目的 本文研究的目的是为了解决我国轿车造型设计中普遍存在的工业设计与工 程技术设计之问不衔接的问题 即造型设计中形与量之间不统一的问题 通过提 倡正确的设计思想 应用先进的设计模式和工具 改进设计程序 以减少工业设 计的随意性和效果图的欺骗性 加强工业设计与技术设计的衔接 达到造型设计 中形与量的统一 1 3 2 研究内容 本文对以下几个问题进行了研究 1 通过查阅资料文献 了解轿车造型设计方法的研究现状 找出我国轿车 造型设计中存在的工业设计和工程技术脱节 形与量不统一的问题 并分析了传 统的设计方法中不利于形与量结合的因素 2 叙述了轿车造型设计过程中影响工业设计与工程技术衔接的相关因素的 理论 为后续研究建立理论基础 3 研究了轿车空气动力学三维外流场数值模拟方法 并验证了该方法的可 靠性和准确性 然后应用数值模拟的方法对与轿车空气动力学性能影响较大的参 数进行变形研究 总结了轿车造型设计的一般规律 4 从设计思想 设计模式和设计的各个环节提出改进措施 并在此基础上 总结出改进的轿车造型设计方法 5 以女性轿车设计为对象 应用所建立的设计方法指导整个设计过程 并 以前面建立的轿车造型设计规律为参考依据进行设计 以验证所建立的轿车设计 方法和轿车造型设计规律的合理性和实用性 1 3 3 意义 传统的观念认为 造型设计的工作就是提供一张产品外观设计的效果图 接 下来的任务就全部交给工程师 在工业设计阶段几乎不考虑技术上的要求 工程 设计阶段则主要以技术要求为主 工业设计与工程设计严重脱节 轿车由于其造 型受空气动力学 结构及加工工艺的严格限制 以至工业设计与工程设计脱节的 现象尤为严重 影响了轿车造型设计的质量和效率 给企业造成重大损失 工业设计和工程设计是轿车造型设计的两个重要环节 处理好两者之间的协 作 解决造型中形与量的冲突 对提高轿车造型设计的质量和效率都具有十分重 要的现实意义 硕士学位论文第二章轿车造型设计方法的相关理论 第二章轿车造型设计方法的相关理论 2 1 工业设计与工程技术设计之间的互动关系 轿车造型除了需要技术有效性和经济实用性外 还需要满足消费者的感性需 要 因此在其开发过程中 除了必要的工程设计外 还需要工业设计 工业设计 和工程设计作为轿车造型开发过程中两个重要过程 两者有着对立统一的辨证关 系 第一 工业设计的重点在外形 而工程设计的重点在结构和功能 外形是指轿车的外观形态 是与人直接接触或看得见的部分 包括形态 表 面肌理 质地 颜色及表面装饰等 工业设计的重点就是使这些外形因素能满足 消费者的使用习惯和审美要求 工程设计主要是通过结构原理设计来实现轿车的各种物质功能 包括空气动 力学性能设计 内部结构布置 各种制动机构设计等 轿车设计是一个系统工程 造型与空气动力学及内部结构有紧密的联系 虽 然工程技术设计的主要工作在于空气动力学和内部结构 但是并不代表就完全可 以和外形割裂开来 同样 在设计外形之前也必须了解工程技术 这样才能做到 造型与技术协调 第二 工业设计相对工程设计来说是一个感性大于理性的过程 而工程设计 几乎是一个纯理性的设计过程 工业设计研究产品与人以及环境的关系 它的最终目的是人 是人的感性需 求 强调的是创造性和发散思维 因此 其构思往往带有很大的不确定性和随意 性 比如在设计时 时常用曲线 弧线 直线等大致说法来描述一条线的特征 并不会精确到弧度几度 满足几级曲线要求等 而工程设计研究方式几乎都是理 性的科学 逻辑关系 通过精确的尺寸和标准来描绘 设计以人为中心的 应该倾注设计师的感情 关注人类的情感交流 所以 造型设计必须是一个充满感性的过程 但是造型设计最终还是要通过实实在在的 产品来满足人类的需求 所以理性也是产品造型设计所不可或缺的 第三 工业设计与工程设计统一于产品中 产品是外形与结构同在 物质与精神并重的 工业设计和工程设计的最终结 果都是通过产品体现出来 在现代产品造型设计过程中 工业设计与工程设计己 成为两个不能分割 相互影响的过程 工业设计以工程设计为基础和实现手段 工程设计通过造型设计更好地满足人类需求 工程技术和工业设计是同一天平上 的两个砝码 只有相辅相成才能保持平衡 造型设计不是艺术活动与工程技术工 作的简单相加 不是纯粹的艺术设计 也不等同于工程技术设计 而是工业化过 程中 工程技术与艺术相结合的创新设计 因此任何分割两个过程的产品开发都 硕士学位论文 第二章轿车造型设计方法的相关理论 是不现实或者无意义的 加强两个过程的联系与交流有助于产品的设计和开发 2 2 工业设计的相关理论 工业设计是指以工业产品为对象的造型设计p 2 有别于工艺品或美术作品 的设计 是面向产品 面向工业化生产的设计 但又不同于工程技术设计 它包 含着美的因素 有着人性化的特性 总的来说 它是基于技术可行性的 艺术与 技术结合的创造活动 2 2 1 工业设计的典型程序 在产品设计中 工业设计的任务就是根据市场的需要 利用已有的物质技术 条件和科技成果 从人的需求出发 将多种要素统一起来决定产品形态的一种造 型活动 在轿车设计中 目前工业设计参与造型设计的过程如图2 1 项目提出 通过观察与研究人们在轿车使用中遇到的各种问题及未能得到满足的需求与愿望 挖掘人 们在轿车方面的潜在需求 提出明确的解决目标 市场调查 1 确定市场上确实有上述需求 2 考察同类轿车的市场竞争情况 3 考察替换轿车产品的市场情况 分析目标轿车的潜在竞争环境 4 考察政府政策及其它宏观环境 5 确定该项目与人们的交通习惯有无冲突 并与现有的交通工具相比有无优越性 市场定位 1 轿车的广义市场状况和目前的市场划分情况 依据购买力 地理 性别 年龄 消费习 惯 文化层次等 找到合适的市场空隙 2 选择细分目标市场及其理由 3 分析目标消费群的对轿车的消费特征 4 确定满足目标消费群的轿车的性能和技术指标 项目确定 确定该轿车的主导方向 进行功能 性能指标 造型风格 价格等定位 概念设计 1 了解厂家的设计要求 2 对现有轿车造型进行比较分析 针对各个功能需求进行创造性构思 3 绘制不同形式 款式的草图 4 草图进行比较综合 得到较为完整的草案 5 方案评估 主要是方案的形态 色彩 创造性等感性因素 详细设计 1 根据造型风格确定细节与尺寸 2 性能评估与修改 3 效果图和三维电子模型 4 一定比例的油泥模型 图2 1 工业设计的典型过程 硕士学位论文 第二章轿车造型设计方法的相关理论 从这个程序中 可以发现一些明显不利于工业设计向工程技术过渡的环节 首先 在市场调查阶段 所收集的信息都是一些感性的市场情况 造型风格 人 文特征等信息 而空气动力学性能和技术可行性等方面的信息几乎是空白 这样 的市场调查不能给设计提供准确的信息 不利于工业设计向工程技术过渡 其次 在市场定位与项目确定阶段 都是采用感性的定位词 对轿车的具体性能和技术 指标不能量化 造成工业设计的不确定性 然后 在概念设计阶段 注重的是创 新 构思没有建立在技术可行的基础上 最后在详细设计阶段 造型设计师不注 意对空气动力学性能的影响及结构和对加工技术的要求 性能的评估主要以精神 功能为主 效果图表现也往往倾向于自由设计表现的三维软件 且为了追求造型 方案的效果 进行大量的美化处理 造成严重的效果图的欺骗性 给评审团很大 的误导 不利于设计衔接过渡 因此 在轿车造型设计中 非常有必要改进工业设计的程序 加强工业设计 与工程技术的衔接 减少工业设计的随意性 达到造型的形与量的统一 2 2 2 轿车造型设计的形式美原则 形式美法则是以人的心理和生理需要为基础 经过长期探索而归纳总结出来 的基本规律 在轿车造型设计中应该遵循这些规律 但也不能生搬硬套 要根据 不同的要求和条件灵活应用 形式美法则主要包括以下几个方面的内容 1 比例与尺度 比侧和尺度相辅相成 良好的比例本身常常是根据人或人所使用的空间大小 所形成的 正确的尺度感和美感也往往是以各部分的比例关系显示出来 单纯考 虑造型比例而忽视造型尺度 会造成尺度失真 甚至影响使用 反之 如果只重 视尺度而不推敲比例关系 同样不能形成美感 贝伦斯和格罗皮乌斯都认为 形 状美感的关键是 比例性 p 3 l 好的造型都具有好的比例关系 在轿车造型设 计中用的最多的是黄金分割比例 此外还有均方根比例和整数比例等 2 对称与均衡 对称在视觉上产生一种平衡美感 具有一定的统一形式美 能给人以庄严 稳重的感觉 但过分追求对称 会给人以呆板 单调之感 而均衡是对称的发展 是一种不对称形式的心理平衡 均衡法造型给人以一种内在的有秩序的动态美 均衡比对称更富有趣味和变化 所以轿车的前视图是对称的 给人以稳定感 侧 视图属于均衡形态 给人以动感 这刚好符合人们所追求的动态美 3 稳定与轻巧 稳定和轻巧指的是造型物上下之间的轻重关系 稳定给人以安全 轻松的感 觉 不稳定则给人以危险和紧张的感觉 在造型设计中稳定表现有 实际稳定 和 视觉稳定 两种 实际稳定是按产品实际质量的重心符合稳定条件所达到的 稳定 视觉稳定是以造型物形体的外部体量关系来衡量它是否满足视觉上的稳定 感 轻巧是指在满足实际稳定的前提下 用艺术创造的方法使造型物给人以轻盈 1 4 硕士学位论文第二章轿车造型设计方法的相关理论 灵巧与活泼的美感 稳定与轻巧是一个问题的两个方面 设计者应综合权衡 恰 当处理 对于高速运动的轿车 要求其造型在具有实际和视觉的稳定的同时 还 具有速度感 4 节奏与韵律 节奏是自然和现实生活中某种有规律 周期性变化的运动形式 在造型设计 中 节奏美感主要是通过线条的流动 色彩的深浅间断 形体的高低 光影的明 暗变化等作有规律的反复和重叠 引起欣赏者心理情感的共鸣来达到的 韵律是 一种周期性的律动做有组织的变化或有规律的重复 它以节奏为骨干 也是节奏 的深化 在轿车形体构成中常采用的韵律形式有 连续韵律 循环韵律 渐变韵 律 交错韵律 5 统一与变化 统一的作用是避免乱 杂 散 使形体有条理 趋于一致 产生宁静和安定 感 变化的作用是克服呆滞 沉闷感 使形体具有生动活泼的吸引力 产生减轻 心理压力 平衡心理状态的作用 在轿车造型设计中 无论是形体 线型 色彩 装饰都要考虑到统一这个因素 切忌不同形体 不同线型 不同色彩的等量配置 必须有一个为主 其余为辅 为主者体现统一性 为辅者起配合作用 做到统一 中求变化 变化中求统一 6 过渡与呼应 过渡指在造型物的两个不同形状或色彩之间 采用某种既联系两者又逐渐演 变的形式 使它们相互协调达到和谐的造型效果 呼应指造型物在某个方位上 形 色 质的相互关联和位置的相互照应 在视觉上产生相互关联的和谐统一感 在轿车造型设计中 过渡和呼应关系是不能忽略的 深入了解设计的形式美法则 对提高设计师与工程师的设计水平和评价水平 都有重要帮助 而且有助于他们在审美观念上达成共识 提高沟通效率 2 2 3 人机工程学 轿车设计不仅要考虑轿车本身的性能 还要考虑轿车与人及环境之间的关 系 人机工程学弹l 在对人的特性进行详细研究的基础上设定了一系列的设计准 则 在轿车设计中 主要是人和轿车之间的界面设计 主要有以下几个方面唧p 5 1 基于人体感官的界面设计 例如 人的视觉有视角 视野 可视光波 长范围 颜色分辨力 视觉灵敏度 定位错觉 运动错觉 视觉疲劳