汽车开发流程及计算机应用
笔者对汽车市场本来就很陌生，对汽车设计更是一窍不通。所以当笔者希望了解CAD在北京吉普汽车有限公司的应用情况时，该公司产品部车型开发科科长曾朝晖先生首先向我介绍了汽车的开发流程，这其中贯穿着计算机技术的应用。
北京吉普的新车设计开发流程及相应的CAD/CAE工具如图1。
图1新车设计开发流程及相应CDA/CAE工具
一款新车的设计开发周期通常是36～48个月，有些发达国家的汽车公司快的时候可以做到两年左右。在现代汽车设计流程中，从新车概念设计一直到样车试验，都需要用到计算机技术，只是在不同的阶段，需要采用不同的软硬件产品，采用的程度也各不相同。
北京吉普汽车有限公司成立于1984年，与当时的美国汽车公司（AMC，后被克莱斯勒汽车公司并购）合资生产吉普切诺基汽车，是我国最早的汽车合资公司，目前年生产能力10万辆。
该公司有产品工程部、制造部、采购供应部等部室以及若干生产车间等，其中产品工程部包括车型开发科、车身科、发动机底盘科、试验科、产品计划科，产品技术人员140多人。CAD主要应用领域是前三个科。早在1993年，北京吉普汽车有限公司为了转换克莱斯勒提供的汽车图纸，引入了一些计算机设备及相关软件；到1995年，产品部个别部门具有一定计算机技能的年轻人开始采用AutoCAD等软件，进行二维图纸设计，但当时使用层次比较浅，仅仅起到代替在图板上画图的作用。CAD真正用于汽车开发始于1996年，经过1997年的"预热"和培训，到1998年CAD已基本上覆盖了北京吉普汽车有限公司汽车开发的全过程。结合上述汽车开发流程，其应用情况可以概括如下：
* 车型开发科负责从新车概念设计到制作油泥模型这一阶段的工作，在造型工作中采用计算机辅助造型工具软件Alias和传统油泥造型相结合的工作方式；
* 车型开发科还负责总布置设计，在这一阶段主要采用的CAD软件有CATIA，并辅助以美国PTC（Parametric Technology Corporation)的参数化建模工具Pro-E；
* 车身科主要负责白车身、内饰及电器的设计，白车身的设计现已全部采用CATIA，目前共有十余套CATIA运行在IBM RS6000工作站上；
* 发动机底盘科主要负责发动机和底盘设计，现已全部采用Genius进行2D制图，目前共有15套Genius运行在大屏幕586微机上。该软件是德国德美科公司在AutoCAD基础上进行二次开发而成的二维CAD设计工具，适用于汽车中低端设备和零件的开发，投资也比较小。
* 此外，CAE采用的工具是PATRAN/NASTRAN（1套），运动学分析工具采用ADAMS（1套）等。
可见，除汽车造型设计阶段还需采用传统的油泥模型与CAD相结合之外，汽车设计的其他大部分环节都已经100％地实现了计算机化，同时也培养、锻炼了一批CAD工程师。北京吉普汽车有限公司CAD/CAE系统总投资约2000万元（未包括网络投资）。
白车身设计
一部汽车由几千个零部件组成,在新车型的开发中设计工作量最大的是车身部分。在传统的车身设计过程中，绝大部份时间是从事烦琐的绘图工作，效率较低且周期较长。如果采用CAD设计白车身的话，可以大大缩短设计周期并相应提高设计精度。北京吉普汽车有限公司白车身的设计主要采用CATIA来进行。
CATIA是法国Dassault Systems公司设计开发的CAD/CAE/CAM软件，广泛应用于航空、汽车、船舶、机床等领域，在全球由IBM负责销售及技术支持。在中国，目前CATIA应用最广泛的领域是航空工业，上海、西安、沈阳等全国八大飞机制造厂及研究所都广泛采用该产品。基于这样一个环境，北京吉普汽车有限公司采取了"拿来主义"的捷径--在1996至1997年间，从上海飞机制造研究所聘请经验丰富的专家，对北京吉普汽车有限公司的工程师们进行培训，结合具体项目，手把手地教会他们使用该软件。同时，IBM及其合作伙伴--北京北卡计算机集成制造有限公司也投入了大量的力量，加强培训和技术支持，使这一CAD领域内的高端产品得以真正应用起来。
在传统的汽车车身设计过程中，曲面设计需要采用特殊的车身表面方法进行绘制，即用位于曲面上的一系列截面和素线的投影所组成的网状图形来描述车身表面，绘制过程烦琐、复杂。即使如此，仍然需要以主模型作为主要空间设计依据。而采用CATIA软件的曲面设计功能能够建立白车身精确的3D曲面模型。百分之百地反映出造型师的意图。使造型师设计的复杂、优美、流线型的汽车曲面得以实现。工程师可以快速、直观、便捷地实施零件装配、形面检查和零部件间尺寸、位置和关系校验。另外，可以用设计的3D模型加工模具，避免了由设计向制造转换过程中数据丢失及变更的问题，使得模具制造更方便快捷。采用CATIA后，北京吉普汽车有限公司彻底抛弃了传统的白车身设计方法。实际上，在1996年以前，北京吉普汽车有限公司生产的汽车大多是在原有汽车基础上进行小范围的改进；现在采用CAD技术后，在某种意义上，北京吉普汽车有限公司拥有了自行设计全新汽车的能力。
造型：艺术和经验的结晶
从绘制概念车效果图到制作汽车油泥模型，是新车设计的开始阶段，也是后续过程的基础，而这一阶段中造型师的经验起了很大作用。因此，在这一阶段使用计算机技术百分之百地代替人工工作似乎不太可能，但工业造型工具Alias的采用仍大大提高了设计精度和效率。Alias是原加拿大Alias公司（后与美国SGI公司合并）出品的工业造型工具软件，广泛用于电影动画设计等方面，是世界上装机量最大的工业造型软件。Alias具有强大的综合功能，如二维效果图、三维建模、材质生成以及动画制作等。
尽管油泥模型的作用还不能完全用Alias取代，但采用Alias后，北京吉普汽车有限公司直接在计算机上进行1∶1模型的造型工作，大大缩短了开发周期。另外，Alias与CATIA之间的专用几何接口，解决了数据交换问题。在没有采用Alias之前，必须对油泥模型进行打点，再将油泥模型的数据输入到CATIA系统中生成曲面并光顺；采用Alias之后，Alias与CATIA的专用几何接口，可以将造型生成的汽车外表面数据转换成CATIA数据，然后在此基础上进行其他后续设计，加快设计步伐。
未来方向
本文所介绍的北京吉普汽车有限公司CAD系统应用实际上只是该公司整个计算机及网络系统的一部分，规模并不算大，但其计算机使用程度很高，基本进入了汽车设计的所有环节。对于这一系统，产品部车型开发科科长曾朝晖先生表示，下一步将在产品数据管理等方面进行升级和改进。
汽车设计过程中会产生大量的数据，如产品明细表、CAD（图纸）数模、标准、工程更改等。目前CAD图纸（数模）的管理和共享不够完善，只是通过简单的文件共享来实现，十分简陋。所以，数据管理系统的建设是当务之急。北京吉普汽车有限公司已经初步确定采用IBM的PDM产品PMⅡ（Product Manager）来实现这一功能。当然，CAD图纸（数模）的管理仅是PM的很小一部分功能。PM最重要的功能是以明细表为基础，将所有的产品数据管理起来。
另外该公司下一步准备将发动机底盘科的设计由2维设计转换到3维设计，目前正在进行软件的选型工作。将CAE应用到设计工作中以减少试验的周期和费用，也是他们今后努力的方向。