設計師如何在虛擬世界裡造車 或許到福特汽車南京實驗室看一看

眾所周知， 在汽車設計與製造領域， 電腦、機器人與3D列印技術的應用越來越普及， 那麼未來的汽車設計師該怎麼造車？

近日， 福特汽車公司對外宣佈， 其公司已經在華建立了浸入式虛擬實境實驗室， 讓設計師們戴上耳機， 對未來汽車的內飾與外觀進行視覺化設計。

先進技術固然為汽車製造帶來諸多創新， 但傳統的手工操作與測量方法依舊十分重要。 在福特汽車南京工程研發中心， 白車身精度匹配（PCF）實驗室的工程師把電腦輔助設計（CAD）的虛擬模型變成現實——根據設計圖紙開模衝壓而成的鈑金部件被送到這裡一一進行精確的測量和比對，

然後他們像搭積木一樣把這些鈑金部件小心翼翼地組裝起來， 拼成一個完整的車身， 以驗證零件的偏差對整個車身尺寸精度的影響。

“製造汽車就像玩3D拼圖， 每一個零部件都十分重要， 無論它的尺寸大小。

在虛擬世界中， 存在絕對的完美， 而在現實中， 我們的工作就是讓實物盡可能地還原虛擬世界的模型， ”福特汽車亞太區白車身品質（PCF）主管Eric Childers說， “手工搭建白車身需要花費相當長的時間， 但這項工作是工業化流水線裝配的基礎。 ”

平均每輛汽車上有大約700個鈑金零件， 它們可能來自不同的供應商。 工程師要對這些零件進行一一測量， 並手工搭建白車身以驗證每一個零件不但尺寸精准， 同時零件與零件之間的匹配也能近乎完美， 從而精確地實現虛擬設計的模型。 這是一項非常耗費時間與人力的過程， 但對於確保產品的品質有著極其重要意義。 PCF工程師通過實際測量並與設計圖紙進行比對， 找到誤差產生的原因，

由供應商對零件的模具進行相應修改。 然後， 工程師會再次重複這個過程以驗證整個白車身的精度達到要求， 從而避免生產線上量產車身可能出現的尺寸精度問題。

紅寶石探針機器人

雖然PCF實驗室中的絕大部分工作由工程師手工完成， 但也離不開自動化儀器的説明，

其中就包括這個被他們叫做Ruby的高精度機器人。 它實際上是一台三座標測量儀， Ruby這個名字來自測量儀“手臂”頂端上的紅寶石探針。 工程師在CAD模型上選取近千個測點， 編輯測量的程式輸入電腦， Ruby會根據程式在實際車身上自動找到這些測點， 通過探針與白車身表面以“輕點”的方式接觸以記錄下該點的實際座標值， 並與CAD模型中的理論資料進行比對， 記錄下誤差值。

三座標測量儀的測量精度可達0.03毫米。 探針上帶有一顆經過精細打磨的紅寶石， 不會隨氣溫與濕度等環境條件的變化而膨脹或收縮， 從而確保測量的精確性。

作為一名資深的白車身製造工程師Childers表示：“我們通過製造、測量、再製造、再測量， 直至偏差幾近為零。 Ruby的‘智慧’能夠為工廠帶來巨大的益處， 它確保流水線上所使用的零件與設計模型高度地吻合， 能夠製造出高品質的車身。 ”

追求高精度

福特汽車南京工程研發中心PCF實驗室內還配備了若干台3D藍光掃描器， 能夠對汽車的每一個零件甚至整個白車身進行3D拍照， 這些照片輸入電腦後和虛擬模型進行對比，每一個誤差都能通過不同的顏色表現出來，這樣可以非常直觀地找到誤差的來源以及大小。

過大的誤差會影響車身的美觀、車門封條等部件的使用效果，也會帶來更多雜訊與振動。為了給消費者帶來更加舒適的駕乘體驗，每一處細節均不可小覷。

“我們會對每一個零件進行單獨測量評估，然後把它們組裝成車後再進行整體測量評估，”Childers表示。“就像在玩一副精密的3D拼圖，我們按照正確的次序，將它們一件件組裝起來，從而為客戶打造出品質卓越而又美觀的車輛。”

這些照片輸入電腦後和虛擬模型進行對比，每一個誤差都能通過不同的顏色表現出來，這樣可以非常直觀地找到誤差的來源以及大小。

過大的誤差會影響車身的美觀、車門封條等部件的使用效果，也會帶來更多雜訊與振動。為了給消費者帶來更加舒適的駕乘體驗，每一處細節均不可小覷。

“我們會對每一個零件進行單獨測量評估，然後把它們組裝成車後再進行整體測量評估，”Childers表示。“就像在玩一副精密的3D拼圖，我們按照正確的次序，將它們一件件組裝起來，從而為客戶打造出品質卓越而又美觀的車輛。”