通过三维虚拟软件提高车辆的感知质量

随着人们对汽车制造商的要求越来越苛刻、期望越来越高，感知质量的问题也因此变得越来越重要。这里的感知质量是指客户初次看到一辆新车并在考虑其功能性之前对其质量的印象。因此，感知质量与设计、工艺技术和制造过程密不可分。

每件产品在制造和装配后都会发生一定程度的几何变化。这是生产制造过程的必然结果。因此，通过仔细分析现有的或所建议的生产制造过程的实际能力并准确计算累计公差，以及它们对零部件和装配件的形状、配合度和功能的影响来了解偏差，不仅是设计、工艺技术和生产制造过程中至关重要的一环，也是实现始终如一的高感知质量的一个重要保障。

尽管汽车行业近几年来在提高客车和货车的感知质量方面确实取得了长足的进步，但是通常在设计和开发过程的相对较晚阶段才开始对设计公差和制造偏差的叠加结果进行检查。这种做法有诸多缺点。

它可能会在开发和工程技术阶段与概念设计和外观造型阶段之间形成循环，造成时间上的延误并增加设计成本。或者，到了这个阶段之后，若要再对所设计的表面进行优化以满足尺寸偏差的要求，可能会为时已晚、成本太高或破坏性太大。因此，只能让感知质量受到影响。

沟通的桥梁

近几年来，一种通常称为“三维虚拟化”软件的新型软件应运而生，专门开发用于解决感知质量问题。它可以为新产品创建各种高质量的可视化效果图，这不是其设计时的三维 CAD模型的象征性外观效果图，而是产品在实际制造完成后，综合了所有间隙和高差偏差以及弯曲和扭曲对其外观效果影响的效果图。

这种方式使设计人员、工程技术人员、质量管理人员和生产制造人员早在产品的概念设计和外观造型阶段就能够针对既可实现高感知质量、又可为各方面接受的几何变化水平达成一致意见。这样一来，就可以通过减少后期设计更改、减少实物模型数量和增加一次定型的工具，达到缩短开发周期和降低成本的目的。

总部设在英国的软件开发商埃克纳解决方案有限公司（Icona Solutions Ltd）所开发的 aesthetica是第一款属于此类的三维虚拟化软件。该软件在传统的设计可视化软件与公差叠加和分析软件之间架起了一座桥梁，融合了它们在感知质量领域可以单独实现的各种功能。早在产品的生产制造过程开始之前，它就可以在高质量的三维可视化环境中对最终所制造的产品进行“虚拟化”显示。

实际案例

多家世界领先的汽车制造商已经将这一新的三维虚拟化软件应用到他们车辆的“从设计到生产”工作流程的各个阶段。

例如，总部设在伦敦的日产设计欧洲公司（Nissan Design Europe），在日产逍客（Qashqai）的设计过程中就使用了aesthetica三维虚拟化软件，使其开发团队能够在他们的设计评审会上发现他们之前所用的数字化流程几乎不可能发现的各种问题。事实上，他们能够实时互动地对各种公差状况和生产制造规范进行可视化，而这些内容以前很可能都必须要等到利用生产设备制造出首个实物模型之后才能看到。不用说，到了这个时候才发现问题肯定为时已晚！

获奖的欧宝Insignia车型的设计和开发工作是在通用汽车公司位于德国吕塞尔斯海姆市的国际技术开发中心进行的，该中心从最初的概念设计阶段就开始采用了aesthetica三维虚拟化软件。这样做的好处是，所涉及到的设计、工程和生产制造等领域的相关人员能够在整个过程中尽可能早地了解到生产制造上的各种限制和约束，并可以就间隙和高差条件及制造公差达成一致意见。

欧宝的尺寸管理部门经理Edgar Lossnitzer介绍说：“自从欧宝引进aesthetica软件之后，我们再也没有关于零点几毫米的问题进行冗长的讨论。针对必要的改动，相关人员可以更好地与管理层沟通，使管理层更快地作出决定，因而降低了研发成本。由于不再需要实物验证模型，也节省了相当多的资源。”

在菲亚特集团汽车股份公司，aesthetica三维虚拟化软件是该公司完整产品生命周期管理（PLM）软件环境的一个非常重要而且不可或缺的组成部分。

“通常情况下，偏差分析是在设计过程中相当晚的阶段进行的，因而往往由于为时已晚而无法更改设计，”菲亚特集团汽车股份公司的工程质量和工艺部经理Elena Bergadano博士解释说。“但是，”她指出，“通过使用aesthetica，我们能够真实地看到制造偏差对感知质量所造成的影响，就像客户将会看到的那样。这使我们能够在比以往任何时候都可能更早的阶段发现并解决各种美观性问题。我们可以直接与设计团队一起工作，以确保提升感知质量。”

通过利用该软件将有关公差和定位方案的信息直接应用到车辆的三维数字模型上，菲亚特的工程技术团队能够实时模拟和观察形状与位置偏差及组件变形等，以及这些方面对组件和装配件的影响情况。根本原因分析则使他们能够诊断问题的原因并快速验证设想的解决方案。

同时，中国的长城汽车公司于2011年初实施了新的“三高战略”，即高科技、高性能和高配置。而作为这一战略的一个组成部分，长城公司组建了新尺寸管理团队，并将aesthetica三维虚拟化软件作为核心工具，以帮助公司在其整个车辆系列中都实现高配置的目标。

长城公司装备这一软件的主要目的是，通过减少其所有高端豪华车辆的平均外部间隙尺寸，改进车辆的感知质量。

长城公司在其车辆设计和开发过程的所有阶段都使用了该软件：从概念设计阶段用于尺寸技术规范（如间隙和高差目标）的确定，到工程阶段早期和晚期的优化定位策略，再到详细工艺技术和生产制造阶段用于公差叠加的可视化分析和感知质量问题的根本原因分析。

符合逻辑的工艺流程

从这些例子可以看出，在整个车辆的从概念到生产过程的所有阶段都可以应用三维虚拟化软件进行偏差分析和感知质量研究。

三维数字化产品模型是其应用的起始点。利用符合行业标准或公认的三维数据传输方法可以将其从曲面建模系统或三维 CAD 系统中导入。

一旦处于三维虚拟化环境中，就可以使用该软件的材料库对模型各部分的外观和表面进行定义。材料库中包括准确的汽车烤漆材料（包括金属漆和珠光漆面饰）、带普通和高科技颗粒的凹凸贴图材料以及具有准确的反射和折射度的玻璃材料。用户只需选择某个零部件然后为其指定合适的材料表面处理方法即可。

该模型具体应该如何使用将取决于用户在车辆设计和开发过程中所处的位置：在感知质量方面需要实现哪些目标以及需要做什么来实现这些目标。

概念设计和外观造型

在概念设计和外观造型阶段，可以设定并评审感知质量目标，而且可以确定所有可见组件之间的最高可接受偏差水平。这是一个用户梦寐以求的功能。它可以对组件之间各种可选的替代偏差进行测试，并与竞争对手的数据相比较，以便确定保持设计的完整性所需的感知质量水平。这通常是一个迭代过程，用户在这一过程中可以将间隙和高差偏差的众多组合应用在早期的数字模型上。

在此过程中，该软件可允许用户重新创建偏差目标并非常快速地完成可视化，同时还可以对其进行修改以便即刻显示结果。这一点非常适合现场讨论和感知质量评审会。

设计开发

在确定车身和内外饰的要求阶段，可以给A级表面的组件确定概念位置和公差方案，以便创建简单的公差链。这是用来“测试”各种不同的设计或组装解决方案的能力，看其是否满足在先前的目标设定和评审过程中所制定的目标。

在车辆开发的设计阶段就及早地开始做这件事，可以对表面或外观造型进行优化或去敏感化，以便其能适应偏差的影响，从而避免了提高加工目标或缩减组件公差值等不受欢迎的改动。这样做还可以确定一系列与偏差有关的要求（定位、公差和车身结构偏差），并将它们纳入工艺过程中。

在设计参数已经明确而且其要求也已提前知道的情况下，这是解决尺寸偏差问题的一条积极主动的途径。

工艺技术

在工程开发的某些阶段，有必要对设计方案进行验证，以确保其满足A级表面位置、公差和车身结构装配偏差的初始要求。如果由于成本或设计分析约束相冲突的缘故而未能满足这些初始要求，则可以迅速在三维虚拟化模型上对可选的替代参数进行测试。随后可以对得到的偏差进行分析，以便及时了解各种工程技术决定所带来的结果。

生产制造

到了实际生产制造阶段时，可能会影响感知质量的各种问题应该已经得到解决。然而，万一在生产制造过程已经开始时才发现有感知质量问题，可以再次利用三维虚拟化模型来协助解决问题。

只要用车间实际测量的制造数据替换模型中的组件或装配件公差参数，就可以重现实际所发现的问题。然后可以对所提出的解决方案进行非常经济、快速的测试，确定最合适的解决方法，不再需要进行实物验证，从而避免了耗时、研发中断和费用昂贵等问题。

不过，即使在生产制造过程中没有出现任何问题，从车间实际测量得到的数据对下一车型的开发来说也是非常宝贵的。在更新设计或者在同一平台上制造的该系列下一款车型设计的目标设定和早期感知质量研究期间都可以使用这些数据。

实实在在的好处

尽管三维虚拟化软件刚刚进入市场不久，还相对较新，但毫无疑问的是，其研发成果已经帮助汽车OEM商提高了车辆的感知质量，而且没有对产品的制造成本产生任何不利影响。事实上，有充分的证据表明，使用该软件可以节省时间和成本。

例如，由于减少了工具重制、减少了实物模型数量并缩短了研发时间，一家较大的OEM厂商仅在一个车辆项目中就节省了超过87.5万美元。

另外，他们还在一个原有车辆项目上实现了每年超过10万美元的直接成本节省——而且发现了单纯的数值分析无法发现的问题：其超过20％的车辆可能会有令人无法接受的间隙状况。而发现了这一问题后，他们就可以对设计进行变更，以便使其未来的车辆具有更好的感知质量。（本文图中数据仅用于说明，并非OEM实际数据。）(end)