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国内外汽车市场竞争激烈，产品更新换代的速度越来越快，各厂商都首选更改车身总成作为汽车产品更新换代的体现，但全新车身开发周期较长，因此缩短车身总成开发时间成为各大公司追求的目标。
全新车身产品开发主要包括产品策划定义、产品设计（概念设计和工程设计）、产品验证及生产准备四个阶段（见图1）。整个产品开发必须按照企业设计标准、流程、经验参考已有车型数据及目标样车结构进行产品设计，由于每次开发应用相同结构，相同的断面及零部件，相同的设计方法、设计规则及设计标准，造成车身整个产品开发存在大量的重复性工作。例如，对于每一个车型来说，都必须进行人机工程分析和布置，而且全新开发系列驾驶室人机工程布置工作从产品策划定义到产品设计完成大约需要10次以上的设计修改。每一次方案修改都是重复性劳动，耗费大量的设计时间。因此，如何避免重复性劳动，缩短产品开发周期成为首要问题。
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图1 车身产品开发流程
另外，在车身产品开发中，人才对产品开发的周期和质量同样具有至关重要的作用，然而汽车设计专家人才流动现象比较严重，如何稳定这些人才也是目前各个企业需要考虑的问题。
CATIA软件是车身产品开发常用的软件，随着CATIA的使用和发展，国外出现了很多新的与CATIA软件相结合产品独特的产品开发手段，例如DMU技术、模板技术、相关性设计方法等。其中，模板技术不仅能够避免设计重复性工作，缩短产品的开发周期，同时也可实现企业的知识积累，国外主要汽车企业和设计公司在产品设计开发中都使用此项技术进行产品开发与设计。
模板技术简介
模板技术是指以设计软件为载体，将产品开发设计中频繁应用的几何特征、典型结构、典型断面、典型零件、总成、设计方法、设计规则及设计标准IT化，形成单独可以重复调用的使用库或模块文件。基于CATIA V5软件的模板技术通常使用CATIA V5软件中知识工程模块提供的KBE（Knowledge based Engineering）技术。KBE即基于知识的工程系统，通过对设计方案和设计过程中的知识进行捕捉，从而定义产品设计方法和设计过程，采用知识的驱动形成交互界面，对设计者提供合理设计解决方案的计算机集成处理技术。因此，通过KBE技术，知识被捕捉及正式化，设计者在产品设计时充分使用专家和企业已有的知识、企业标准以及国际法规，从而达到最佳设计效果。
模板根据IT化内容的不同分为特征模板、零件模板、总成模板及流程模板。总成模板及流程模板对企业的开发能力要求较高，企业本身必须具备独立自主开发的能力，产品开发流程化、规模化、标准化及规范化。一汽技术中心车身部目前定义部分特征模板见图2。
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图2 一汽技术中心车身部目前定义部分特征模板
国外各大汽车厂商早已开发自己的模板，各种模板的数量从100多个到上千个不等，并且应用到产品开发设计中，取得了良好的效果。从2005起，一汽技术中心与达索公司及迅利公司合作，借鉴国外经验，结合本部门车身产品的开发特点，开始定义和开发车身设计模板的工作，目前已经完成特征模板、零件模板及流程模板的定制，并应用到商用车车身产品开发中。
流程模板的开发与使用
技术中心车身部基于CATIA V5 R15版本开发了人机工程设计流程模板和雨刮系统校核流程模板。这两个流程模板将SAE标准和企业标准及专家知识IT化，为人机工程设计和校核提供了有利帮助。人机工程设计流程模板及输出报告见图3。
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图3 人机工程设计流程模板输出报告
下面笔者以雨刮系统校核流程模板为例介绍一下流程模板的开发与使用。
雨刮系统校核是指在车身前期方案布置开发阶段或产品其他开发阶段根据已知的人机工程参数、几何元素及法规，求出理论风窗A、B、C区和实际风窗A、B、C区，然后确定刮净率（刮净率为实际的A、B、C刮扫区面积与相对应的理论A、B、C刮扫区面积之比）并校核的过程。目前技术中心车身部主要使用的法规是SAE J198《WINDSHIELD WIPER SYSTEMS — TRUCKS, BUSES, AND MULTIPURPOSE VEHICLES》。雨刮系统校核流程模板将上述过程IT化，形成专有设计模块。
雨刮系统校核流程模板开发过程是首先使用CATIA V5 R15软件中Part Design和Generative Shape Design模块建立雨刮系统几何建模，A、B、C三个理论刮扫区是按照SAE J198法规中给定的角度值（见图4），分别作95百分位的SAE眼椭圆上下切平面（在侧视图上为直线）和左右切平面（在俯视图上为直线），这4个切平面与前风窗相交得到4条交线，交线所围成的玻璃上的那部分曲面，即为理论刮扫区。如果交线超出玻璃边界线，或者与玻璃的交线距玻璃边界（DLO）不足25mm，以距玻璃边界（DLO）向内25mm处的区域为准；实际刮扫区是根据已知刮扫器的尺寸、刮臂中心位置、前风窗、刮扫轴的方向等参数，确定风窗实际刮扫区域。
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图4 SAE J198规定分类车型
以上建立的几何模型必须使用知识工程模块（参数、公式、VBscript等），模型必须具备相关性和参数化特性。
根据已经建立的几何模型使用POWERCOPY或UDF技术建立小模板，模板数量由模型的几何复杂程度和具体设计过程决定，雨刮系统校核流程模板共建立5个小模板。
根据已经创建的小模板，设计者在BKT模块中提供的环境下，构建知识的驱动形成交互界面，最终完成流程模板创建工作。
雨刮器系统流程模板的使用流程分7个步骤，主要包括导入建模所需几何条件，建立空的设计零件文档，创建理论风窗A、B、C区，创建实际风窗A、B、C区，校核分析、优化参数及输出结果报告。雨刮系统校核流程模板优化分析及校核流程模板程序提示见图5、6。
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图5 雨刮系统校核流程模板优化分析
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图6 雨刮系统校核流程模板程序提示
其中雨刮系统校核流程模板创建理论A、B、C区时，输入条件有风窗玻璃面、眼椭圆中心点、车身绝对坐标平面、按用途分类的车型（SAE J198）等。雨刮器系统流程模板包含所有SAE规定分类车型；创建实际A、B、C区时输入条件雨刮器固定点、风窗玻璃面、雨刮器刮片初始位置、雨刮器刮片的长度及雨刮器刮臂旋转方式，本模型可以校核雨刮系统顺摆和对摆两种方式。
雨刮系统校核流程模板分析结果如果不能满足要求，模板将提供两种方式优化分析，一种是更改刮臂长度优化实际刮扫区域；一种是更改雨刮布置点位置优化实际刮扫区域。通过这两种方式为设计师提供解决方案。因此，该模板不仅可以用于后期产品的校核，也可以用于前期的方案设计。
在优化结束之后，如果A、B、C区刮扫面积符合SAE标准，则程序提示设计者可以进行校核报告的生成。生成报告结果见图7。
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图7 雨刮系统校核流程模板输出报告
结束语
一汽技术中心通过与达索公司及迅利公司合作，定制2个流程模板，设计人员此后在人机工程设计分析方面不必再进行重复性工作，提高了产品开发的效率，缩短了产品开发周期。流程模板使用也促进和深化了本企业车身设计开发的流程化、标准化及规范化工作，同时也实现了企业的知识积累。
