记者 | 李亦萌
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汽车行业是目前世界上最重要的行业之一。根据欧盟去年12月发布的统计数据，该行业去年在研发方面的支出占全球研发投入的16.3%。国际劳工组织去年4月发布的行业简报则显示，截至2017年，汽车行业的全球直接就业人数近1400万，其年营业额相当于世界第六大经济体。
尽管取得了成功，但该行业仍面临挑战。消费者对互联、智能以及自动驾驶汽车的需求扳动了汽车制造业滚滚向前的轨道。从本质上讲，现代化汽车将成为一台高科技机器，而汽车公司此刻正忙于重塑人们的驾驶体验。
敏捷设计在汽车行业的重要性
“随着汽车行业向全自动驾驶方向迈进，软件的重要性将会持续增长。”法国特鲁瓦工程技术大学（UTT）独立汽车分析师刘锐说：“ 事实上，这是汽车设计变得比以前复杂得多的一个关键原因。”
一方面，汽车设计的复杂性随着上述趋势有所提升，设计师需要处理以前从未遇到过的各类细节——例如，车身比例的改变和线缆的增多等——以配合车辆电动化、智能化的趋势；另一方面，消费者对新款车型的强烈诉求，令一辆新车的开发周期正不断缩短。
目前，一辆汽车的设计开发周期已经从以往的5-6年被缩短至2-3年左右。以现代汽车为代表的部分汽车制造商甚至提供了较为极端的案例。该公司此前表示，正谋求令产品设计周期在现有基础上缩短一半，至18个月。
在这种情况下，汽车制造商发现自己正以不断加快的速度，竞相开发更加智能的汽车。随着越来越多的新一代汽车驶上道路，汽车公司必须以更敏捷、更高效的方式进行原型设计，从而简化汽车开发流程并缩短开发周期。
在数字化领域的“军备竞赛”
这种敏捷性可通过为新车型创建数字化模型来实现。 这些模型使大部分开发和测试得以在虚拟世界中进行，从而加快设计、测试和验证周期。
具体而言，基于计算机辅助设计（CAD）技术，设计人员所担负的计算、信息存储和制图等工作将由计算机代劳。
在实际设计流程中，计算机将对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案。同时，设计人员还能随时对存放在存放在计算机内的各类数据信息进行快速检索。
从草图到工作图，原本繁重转化工作被彻底交给计算机完成。在此后的设计过程中，设计人员还可以利用计算机，对原型车的图形进行编辑、放大、缩小、平移和旋转，从而轻松地进行查看和修改。
今年7月，通用汽车在其新扩建的通用汽车中国前瞻设计中心，向外界展示了基于计算机辅助设计技术的工作流程。
设计师将从草图开始绘制原型车，继而通过质量扫描和数字绘制方式在计算机中形成3D模型。在经过讨论制定了修改方案之后，设计人员在计算机中对图形做出调整。
当大致方案确定后，设计师将据此制作油泥模型。此后，设计人员将在油泥模型上进行修改，并以3D扫描的方式将实体模型的参数录入计算机，以便展开新一轮的修改。整个流程循环往复，直至最终设计方案被敲定。
“这种方法在精确性和便捷性方面都有很明显的好处，”通用汽车中国前瞻设计中心工作人员告诉界面新闻，“更有用的是，数字化副本的出现将方便我们与全球设计部门以及工程部门互相发送设计方案，以进行进一步交流。”
与通用汽车一样，福特汽车也开始在其汽车设计工作中使用类似的数字化工具，以加快车辆开发速度。通过与Gravity Sketch公司开展合作，福特创建了一种3D虚拟现实工具，后者令设计师可以随时置身于自己设计的车辆中。
在虚拟环境中，设计师可以从任意角度放大或缩小眼前的这辆汽车，甚至可以进入汽车内部，判断某一处的设计元素是否与整车的风格一致。
福特方面称，这一工具可帮助设计师跳过平面阶段，直接进行3D设计，并将设计时间从几周缩短到几小时。
大众汽车的设计团队同样在经历类似的数字化变革，其设计主管Klaus Bischoff曾表示，“高尔夫新车型的发动机舱盖几乎完全是使用计算机和编程设计的，而不是画板。”
“从草图开始，所有工作几乎完全是用平板电脑或数字绘图板完成的，而不是老式的铅笔和纸。”他说，“数字素描的优势在于，你可以在一个工作流程中，利用擦除、着色、放大和缩小等多种工具来创建想要的内容，几年前需要几个小时的事情现在可以在几分钟内完成。”
软件的加入令汽车设计的复杂程度被提高，而另一方面，软件本身可能也将提供解决方案。
目前，包括英特尔、英伟达、松下在内的多家科技巨头均争相为汽车设计开发软件。此类科技企业希望从设计阶段开始与汽车制造商合作，基于各类性能指标对汽车进行建模。
数字化设计的挑战
西门子数字化工业业务部技术与创新部高级副总裁柯克·古特曼（Kirk A. Gutmann）表示，为车辆创建数字化副本只是踏入数字化设计环境的第一步。
他认为，汽车设计人员真正的挑战将来自如何集成计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助设计技术。
“ 通过原型车开发阶段使用2D和3D数字模型，可以显著节约时间，因为当设计验证以迭代方式进行时，不可能对所有组件、设计和零部件进行物理验证。”古特曼说，“同时我们也看到，在越来越多的情况下，汽车制造商需要将设计和工程分析活动与车辆测试和模拟相结合。通过整合虚拟和物理世界，汽车制造商可以在车辆投产之前充分了解组件性能。”
事实上，这也是汽车设计师长期以来所面对的问题，在数字化世界中的延伸：如何将设计师的灵感化作工程师手中的实体？当巧妙的想法和工程学出现矛盾时，如何得到最佳方案？
“这是一个团队协作的过程。其间会产生大量的沟通和实践，我们认为设计不单单是设计部门的事情，”通用汽车中国及国际部设计副总裁潘凯斯（Ken Parkinson）在回答相关提问时表示，“首先，前瞻设计中心的设计团队和工程团队有很多的沟通，同时前瞻设计中心和偏重量产车设计的泛亚设计中心也保持着紧密的联系。”
数字化技术无疑为潘凯斯口中的协同与沟通提供了更为简单的方式。
宝马也尝试通过数字化工具来解决设计与工程的集成问题。该集团此前正在建设其驾驶模拟中心，后者拥有14个模拟器和占地1.14万平方米的实验室，每天可进行100人次模拟测试。其中，高仿真模拟器可以真实展现车辆的所有运动状态，纵向、横向均可产生1倍重力加速度。宝马集团表示，此类模拟测试有助其提前了解客户反馈，优化产品设计。
刘锐则进一步建议称，在数字化时代，车辆的设计、工程和制造之间应当形成协同，以确定不同的车辆设计和配置需要何种类型的工具和操作来处理。
他表示，目前各大汽车制造商所使用的数字项目管理平台可以更轻松地将产品设计、工程设计以及制造车间纳入一个完整的系统中。 “通过将这些功能整合到一个界面中，车辆设计将因可见性及可控性的提高而降低制造复杂性，从而更快地将产品推向市场。”他说。
数字化工具对空间限制的突破，无疑为越来越多的远程设计工作创造了可能性。在依然持续的全球健康危机中，经验丰富的汽车设计师被迫留在家中，无法继续进行数月以来一直从事的机密项目。
无论从那个角度来看，当前正是普及汽车数字化设计的完美时机。“但这当中还牵涉到数据安全问题。”刘锐表示。汽车设计依赖于设计数据的安全性和机密性——而这一事实现在已成为进步的巨大障碍。
解决这一问题的办法往往落在数字化设计工具的供应商身上，后者正致力于提升设计数据的安全性。通过在汽车制造商可控的服务器上建立虚拟中央数据中心，并对协作功能进行访问规则及授权模式方面的管理，同时禁止任何本地储存行为，此类软件供应商将令汽车设计的数据安全问题得到改善。
油泥模型不会消失
“数据不是有形的，因此在一定程度上，对于产品的最后润色，需要基于物理表现。油泥模型仍然是一种非常有价值的工具。”来自大众汽车Bischoff在谈论数字化设计流程时，对传统设计工具做出了这样的评价。
尽管在不同程度上采用了各种尖端技术，但当前的汽车设计工作依然高度依赖油泥模型。
这可能是一个令人惊讶的事实。考虑到以上罗列的各种先进手段，使用油泥模型的做法可能让人觉得过于老派。毕竟类似大众、福特这样的汽车公司已经可以基于非常彻底的数字化手段创建车辆，并在计算机上虚拟数千次车辆碰撞，以消除安全隐患。
那么，坚持使用油泥模型的汽车制造商是否落后、过时？这样的假设或许过于武断——即使是习惯于无情指出业内各类过时做法的特斯拉汽车，在其汽车设计过程中也正使用油泥模型。
“从工具的角度来看，油泥模型与CAD等数字工具之间并没有优劣之分。”刘锐说，“这就像你不能说锤子优于螺丝刀，油泥模型只是汽车设计师各类工具中的一种。”
通用汽车设计师表示，油泥模型向他们提供了一种更全局的视角。“在进行汽车设计的时候，你不能仅关注一个小方面，而要进行更整体地观察。显而易见，没有一个显示器能够1:1地显示一台整车。”在通用汽车中国前瞻设计中心，一名设计师这样向界面新闻表示。他们至今仍在坚持使用油泥模型，作为数字化设计流程的一种辅助。
对油泥模型做出修改也并不比数字化方式更困难。设计师可以方便地削去多余的油泥材料，或在必要时补上一些。
实体模型的另一个优势在于，设计师可以从不同角度观察型面起伏所带来的光影变化。“虽然展示细节是数字工具的优势，但真实光影下的细节很难在显示器上得到显现。”通用汽车设计师表示。
包括马自达设计师Norio Terauchi在内的大部分汽车设计专家都认为，跳过油泥模型阶段将为汽车设计带来“不幸的结果”。
哈雷·厄尔（Harley Earl） 因推动油泥材料，作为汽车设计的介质而受到业界普遍赞誉。从1920年代末到1950 年代末，厄尔在通用汽车公司工作。
如今，汽车制造商将大量资源投入到制作油泥模型中。例如，福特表示，新款猛禽车型的设计需要使用超过900公斤的油泥材料以及大约两万小时的工作时间。大型汽车制造商每年都会消耗相当多的泥土。福特方面表示，该公司每年使用近9000公斤。为了帮助收回成本，该公司定制了一台机器，可以回收其中1/10的油泥材料。
虽然在很多情况下，油泥材料会被称作“黏土”，但实际上，这种材料中不含任何黏土成分。如果向汽车设计师询问其中的成分，通常会得到一些“蜡、油、填料”这样的模糊回答，这是因为每家汽车制造商都有自己的专用黏土。
黏土通常被装在一个个圆柱状的容器内，当设计师需要使用时，会对它们进行加热，使其变得柔软。
与外界想象不同的是，设计师不会在一开始准备足够多的油泥材料，做出一个比车辆大很多的土块，然后削除他们不想要的部分。一般来说，设计师会基于图纸，用铝制框架制作一个比例模型，后者甚至带有轮子。
在上述框架模型上，设计师将采用切割过的泡沫材料进行填充，形成汽车的粗略轮廓。然后他们再把油泥材料涂抹在泡沫材料上方，以便之后打磨细节。
