如果虚拟技术可以看做是CAD和PLM的延续

图片 1最近,两家看起来和汽车行业没什么关联的公司,正在琢磨如何用“游戏技术”来造车。它们是大名鼎鼎的西门子和微软。基于微软的Kinect技术,西门子开发出了一套体感虚拟实景系统,运用到汽车设计当中。

当“虚拟实景”遇上“汽车设计”,二者会擦出怎样的火花?

丢掉鼠标、丢掉键盘

一款新车型从开始研发到投入批量生产,一般需要3年至4年。在十年之前,这个过程通常需要5年时间。而现在,软件业继CAD(计算机辅助设计)和PLM(产品生命周期管理软件)之后,虚拟实景技术希望再次全面介入并极力简化汽车设计流程。

如果虚拟技术可以看做是CAD和PLM的延续,一种软件与硬件结合的新阶段,那么这些技术进入汽车业的原因是共同的—降低成本和全球化协作。这也是汽车业从航空业借鉴经验的根本原因。在汽车生产设计环节,汽车数据交换最频密的阶段,解决数据方面的难题,显然是软件企业更具有优势。

最新的虚拟实景技术的基础是Kinect,是微软两年前为其游戏设备XBOX360专门设计的体感外设。西门子和微软开发的技术基础也是虚拟仿真,并加入了体感技术。利用Kinect的即时动态捕捉、影像辨识等功能,用3D摄像头实时追踪并捕捉人体动作,输入到高速计算机内进行分析处理,继而在专门开发的汽车设计软件的配合下进行人机交互操作。

在接受采访时,西门子工业软件Teamcenter产品市场经理赵继政介绍说,汽车设计师在Kinect前面做出手势动作就能够隔空移动、旋转屏幕中出现的3D数字化模型,并可以从多个角度对其进行检视。

这种方法让汽车设计师摆脱了传统的鼠标、键盘,带来了全新的工作体验。相比传统的2D设计,这样的3D设计方案更逼真、精准,能大幅提高效率,是一种更先进的辅助工具。在以生产速度和规模取胜的汽车行业,制造商们最迫切的诉求就是尽量缩短新车型的开发时间,以尽可能低的成本生产更多的汽车。

“按需生产”成为可能

我们来总结一下关键词:计算机、虚拟、数据,它们都使得汽车研发效率大大提升,高效的秘诀则在于背后的数据管理系统。汽车研发是一个非常复杂的过程,它需要设计、工程、生产等多个职能部门的相互协作,这些部门在负责各自的环节时都会产生大量的数据,为了确保整个生产流程的顺畅运行,所有的数据都需要及时得到协调、处理。

“虚拟化”所带来的挑战,下一步会集中在怎样处理那些越来越海量的数据上。在沃尔沃的虚拟工厂中,一个厂大概需要生成800亿个点云数据—一个“点云”就是一个位置的三维坐标,而沃尔沃是将全球范围内的8至10个制造工厂都部署虚拟工厂。在一个工厂区域内,查看一 个区域内的数据有时需要下载5至6GB的数据量,沃尔沃目前还没有完全成熟的解决办法。它正在与西门子和达索等公司合作,开发更好的智能运算系统和数据管理系统。

现在我们可以想象一下,如果对于海量虚拟数据的处理已经不是问题,那么类似的体系是不是会进一步引入到汽车的零部件供应商中?到那时,供应商与制造商就可以同时同步参与到汽车的生产环节中,加快零部件的库存流转速度,甚至汽车也可能做到真正的“按需生产”。

“虚拟”带来无穷想象

在设计环节,如果虚拟和软件技术进一步发展,我们同样还可以看到更多东西。Kinect等工具被引入至少可以表明,设计师们会获得更精确和高效的设计手段,逐步减少对于实物模型的依赖程度。

在福特汽车位于德国科隆的3D CAVE虚拟设计工作室里,工程师已经可以通过3D虚拟系统对新车内上千项设计细节进行评估、优化,而不必需要在面前摆放一辆真实的汽车。在这里,工程师 身处一个由三面白色的墙壁和屋顶构成的空间内,位于中间的是一个汽车内饰模型。3台投影设备将车辆的3D影像投射到墙壁和屋顶上,当工程师坐上座椅,借助 偏光眼镜和移动感应红外线系统,就如同坐进了一辆汽车之中并可以感受车内各项设施,可以验证车身内外饰的外观是否与设计意图吻合,快速评估各种设计方案。

按照福特汽车欧洲虚拟实景技术负责人Michael Wolf的说法,传统方式中,如果要制造3个不同的前柱设计模型,并将其装配到测试车中,通常需要耗费10天的时间。而通过虚拟实景技术,仅需要一两天就能完成。

雷诺汽车公司用3D虚拟实景系统投射7000万像素的高清虚拟图像,为设计师带来更好的感观体验。它是由19台高清放映机组成的,可以在每块分辨率达到4096×4096的5块高清面板上形成立体影像。

这套虚拟系统还采用了动态捕捉技术,实时记录使用者的头部位置。在这种条件下,即便设计师不佩戴头盔等装置,当头部处于不同的位置时视角也会改变,虚拟实景的图像也跟着移动了。为了提升模拟环境的真实度,雷诺还研究将各种车载传感器加入到这个3D虚拟实景系统中。未来,测试者在“虚拟汽车”内能感受到发动机噪声,轮胎在路面滚动的声音,以及通过座椅的振动感受到路面的起伏不平。

新技术最终“殊途同归”

最终,汽车行业涌现的各类新技术可能都殊途同归—用数据协同、优化生产过程来提高效率,通过减少实物制作来降低成本。新的3D打印技术甚至还能够将二者推进得更快。它能够通过粉末或者液态树脂,快速打印出各种形状复杂的零部件样品。在过去,设计人员通常要花上大量的时间和材料,通过传统铸造工艺才能得到这些样品。

通用汽车在更新雪佛兰迈锐宝的设计时就曾借助3D打印技术,打印出了迈锐宝正副驾驶座之间的控制台。新增了两个可以连接智能手机的插槽,还将一个全新的前脸设计打印出来,用于进行空气 动力学以及风洞测试;福特汽车也利用3D打印技术,将3种不同的树脂用于同一零部件,从而让打印出来的零部件内部具备不同的软硬度。

一家美国公司甚至打印了一辆汽车。今年2月,美国KorEcologic公司打印出了一辆汽车Urbee 2。这辆汽车有3个轮子,全车只有金属的底盘和发动机用传统工艺生产,其余部件都是塑料材料打印而成。设计师JimKor称,从设计、打印到组装、调试, 整个过程大概花了2500小时,共耗资约5万美元。

当然Urbee 2还只是一个试验项目,受打印技术限制,它看起来像是安装着自行车轮的玩具车,而且现阶段3D打印技术过于昂贵,不太可能用于大规模生产。跨国零部件公司 法雷奥全球CEO雅克·阿申布瓦对《第一财经周刊》说,生产汽车部件要采用一些铸造件或注塑模具,法雷奥每年要生产600万件汽车零部件,这用3D打印来 做是不太现实的。他只是表示未来会考虑采用3D打印技术来降低生产样品的成本。

小结:

成本的确会是未来一些新技术被大规模部署时需要考虑的问题。无论是微软与西门子合作的虚拟设计系统,还是福特和雷诺公司的类似产品,它们的部署成本都要比现有的设计和生产工具高得多,而它们的效益、特别是在节 约成本方面的效益,也必须经过一段时间之后才能显现出来。不过对于大部分汽车公司的决策者们来说,这个决心似乎应该不太难下。

一百多年前,创新者用丰富的想象力让汽车业成为创新最多的领域。但经过一个多世纪的不断发展完善,汽车产品本身已经被推向了极致,很难再出现颠覆性的创新。不过, 新技术的涌现正在激发起人们对未来造车方式的想象力,迟早有一天,“颠覆性”这样的描述一定会再次出现在汽车制造领域。

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