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摘要：汽车工业的发展很大程度上反应了一个国家的经济状况，随着汽车行业的竞争加剧，汽车企业将创新重点放在了汽车设计技术上。计算机辅助设计（CAD）技术是汽车设计方面必定广泛采用的技术，此技术能够缩短汽车开发周期、提升产品质量并降低生产成本。选择奥迪R8车身造型为研究对象分析汽车车身建模的过程，介绍了UG软件以及CAD技术的概念与优势，应用UG软件具有的自由曲线曲面造型功能，将奥迪R8汽车车身主要轮廓线勾画出来，经UG软件的使用，最终得到汽车车身模型。此方法也适用于其他品牌汽车车身建模。
Abstract： The development of automobile industry reflects the economic situation of a country to a great extent. With the increasing competin of automobile industry， automobile enterprises focus on automobile design technology. Computer aided design （CAD） technology is widely used in automobile design， which can shorten the automobile development cycle， improve product quality and reduce production costs. This paper selects Audi R8 body modeling as the research object， analyzes the process of car body modeling， introduces the concept and advantages of UG software and CAD technology， and uses the free-form curve and surface modeling function of UG software to sketch out the main contour line of Audi R8 body， and finally obtains the car body model through the use of UG software. This method can also be applied to other brands of car body modeling.
关键词：UG软件;汽车外观;CAD;车身建模
Key words： UG software;car appearance;CAD;body modeling
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）19-0206-02
0 引言
汽车设计是一门较为复杂、难度大、很实用的综合性课程，它综合了材质、力学、机械、电气、计算机等技术，对专业课程的要求较高、领域较广。CAD技术是以计算机技术为辅助的新型信息技术，CAD技术的开发与应用给社会各行各业带来了生产模式的改变，尤其是机械制造行业。目前，CAD技术已经广泛应用于汽车、航空、航天、建筑、船舶已经轻工业等众多领域，从此技术的开发与应用水平就可以看出一个国家工业现代化程度。汽车车身CAD建模已经是汽车制造产业的基础性应用技术，计算机辅助技术软件的应用也是现代汽车开发工程师需要熟练掌握的技能[1]。
1 UG软件与CAD建模概述
1.1 UG软件与CAD建模简介 UG（Unigraphics）软件是EDS公司拥有的著名软件，经美国众多公司的广泛引用，UG软件积累了汽车、航空航天、輕工业等行业的专业技术与经验。在此基础上与其他软件一同发展成为全球一流的CAD软件。EDS公司曾与汽车公司进行多年的合并，因此UG软件在汽车设计方面的功能性较强，其是一个占内存较大的软件包，其中包含多模块的特定功能，用户可根据实际需求选择必要的模块进行安装使用。计算机辅助技术（CAD）是指以计算机为辅助工具帮助工程师和计算机组成的系统去实现特定产品的分析、设计、绘图、生产等过程。根据侧重的主要使用技术不同，计算机辅助设计软件包中具有主攻产品绘图的CAD（Computer AidedDrafting）软件，例如Unigraphics（UG）、AUTOCAD。
1.2 UG优势 UG软件兼具产品设计与分析的功能，具有对产品信息的综合管理作用，同时其对于零件的造型功能非常强大，可完成对零件表面以及实体造型的设计建模过程，对复杂零件的适用性也较强;具有对产品的安装匹配能力，可进行全面的设计;可生成高质量的工程图纸，能打到国家级工程图纸的标准;不仅可进行零件曲面以及实体的设计，还能依此完成实际的数控加工过程;软件的兼容性较强，可引进产品CAD系统资源，也可依照用户需求进行二次开发，丰富多样化的使用功能，集分析、设计、加工与管理为一体，实现系统的高度集成性。
UG软件的实体建模是特征建模和几何建模的结合，这种复合式的建模方式是较为实用的建模技术，具有将实体模型进行其曲面、形状等特征的灵活编辑与修改能力，表1介绍了不同CAD系统的功能比较[2]。 1.3 UG基本功能 与一般其他软件相同，有基础的FILE菜单，菜单下有打开、新建、保存、关闭等关于文档的基础操作指令，可通过鼠标进行对象的选择;选中图像进行右击则会出现UG视窗可供设计，可将图形进行缩放、旋转、移动等操作;为确定图像位置，UG的坐标系统有两种，一种是统一的固定坐标系统，另一种则是用户可以更新的工作坐标系;UG软件通过对层的选择进行PART文件的组织，LAYER菜单下有多种功能，单击LAYER之后选择SETTINGS可设置某一层的工作状态，也可以为其命名，选择MOVE则是将被选对象在不同层之间移动，选择COPY功能则可将图像复制到另一层中;打开TOOLBOX选择CURVE功能，为用户提供了多种点和曲线的生成、修改、命名等三维作图功能，例如圆形、椭圆、样条曲线等[3]。
2 模型规划
汽车的构成是非常复杂的，每一部分的组成都有其精致的做工，在汽车车身的整体外观上拥有众多的曲面设计，这些大小不等的曲面都有其特定的效果与用途。因此在汽车车身建模过程，首先要根据其具备的曲面特征用合适的建模软件将曲面划分为不同的模块，之后将曲面进行彼此之间的连接与混合等步骤组合成整体曲面。在对汽车车身建模前，需要分析车身的结构，分析将车身整体可分解为哪些曲面，曲面拥有的特征和分别对应的建模工具为哪些，确定车身建模的原点位置，模型建立的方法和步骤，根据车身的每部分组成结构，提前判断建模的基本工具以及每部分建模的难点等。汽车车身建模步骤大致分为以下几步：①完整识别图片，之后将汽车车身分解为不同的曲面组或者单独曲面。②分别判定每个曲面的花纹图形和生成所需工具，常见的曲面类型有直纹面、扫略面或者拔模面等。③确定每组曲面甚至每个曲面之间的联接方式和顺序等。
首先简单分析奥迪R8汽车车身的曲面形状，依据其不同的曲面设计原理与作用将其分为几个曲面组合，分为小组的形式有助于之后分析曲面之间的联系，便于建模。初步划分车身的曲面结构由前到后分别为汽车引擎盖、前挡风玻璃、翼子板、两侧车窗以及车门和后尾车身等。
3 UG软件在汽车车身CAD建模中的使用
3.1 追踪曲线
经以上曲面分析以后开始对汽车车身进行CAD建模，运行UG软件，在FILE菜单栏新建一个文件，选择建立模型，点击“确定”选项，就新建好一个空白的文件夹了，首先确定页面图像的坐标，以便于图像整齐呈现，在菜单栏里寻找并点击“视图”“可视化”“光栅图像”点击正确的指令以后，将有关于汽车车身模型的三张TIF格式的图像，分别导入UG软件相应的视窗中，根据之前选定的图片坐标，在视窗功能下将图像调整好大小和位置。三维空间图像的建立首先需要通过侧视图进行车身侧边基础曲线和特征曲面的标记，之后进行俯视图获得车身上方的曲线信息，对比侧视图与俯视图的曲线，应用相交曲线、曲线桥接等相关建模功能指令得到汽车车身空间曲线构成。
3.2 创建车身曲面
①创建汽车引擎盖曲面。在曲线网格显示下建立引擎盖曲面模型，由于汽车车身外观是对称的结构，因此可以先建立一半的模型，进行镜像的方式得到另外一半的模型，引擎盖镜像之后需要将两边连接的地方进行修整，使得引擎盖模型平整光滑。引擎盖和车顶连接，因此桥接一条引擎盖的边线和一条车顶的边线，就可以得到两条曲线。点击“通过曲线网格”功能得到所需曲面，和拉伸曲面相切连接。
②创建车顶曲面。后备箱的盖子和车顶是G1连接形式，先创建后备箱盖的曲面才能組成车顶曲面。在整体的前后方向上车顶曲面和后备箱曲面的特征曲线是相同的，选择同一条曲线追踪，创建后备箱曲面和车顶曲面，后备箱盖曲面要和车顶曲面相切连接。
③车尾曲面。车尾和后备箱盖是G0连接方式，车尾曲面和后备箱盖曲面要分开独立CAD建模。先在车身后方中间位置拉伸出一个面，创建的车尾曲面和此曲面相切连接。
④创建翼子板曲面。翼子板是遮盖车轮的车身外板，分为前翼子板和后翼子板。经投影确定翼子板的基本位置，经多条样条曲线的辅助，与投影曲线相交，确定具体的翼子板外形，最后点击“通过曲线网格”这一功能创建完成到翼子板的曲面模型。前翼子板和后翼子板的创建方式相同，为得到更加精准的翼子板曲面，曲面需要选择合适的曲率数据，以使得模型更加接近汽车车身的真实外观。
⑤创建连接曲面。汽车每一部分曲面之间都需要进行连接，像车顶、引擎盖、后备箱盖以及翼子板等曲面。在之前建立好的网格曲线上添加几条辅助曲线，凸显出汽车车身部分的轮廓线，相同地选择“通过曲线网格”功能创建出连接曲面，将车身各部分曲面进行连接。
⑥创建车门曲面。经投影确定位置，建立多条样条曲线连接车门曲面的轮廓线，曲面之间呈G1连接方式的，需要应用“桥接曲线”功能将首尾的两条样条曲线连接，之后逐面进行网格，对于一些无法使用网格应用的小的过渡曲面，那么就应用“N边曲线”功能，建立曲面以后再和整体曲面连接在一起。
4 结语
综上所述，应用UG软件建立了奥迪R8汽车车身CAD模型，创建完成后对模型进行了曲面分析与修整。计算机辅助技术使得汽车行业的生产效率与水平大大提高，汽车设计师与工程师等都需掌握UG软件各相功能的正确以及熟练使用，首先要规划好模型曲面，确定曲面的分类、整体轮廓线以及创建的步骤等，完成对车身曲面的逐一创建并连接为一体，最后需要经高标准的调整与修改才能得到精美的三维车身模型。
参考文献：
[1]付饶，王炳乐.CAD/CAE在塑件成型中的模拟分析与优化研究进展[J].合成树脂及塑料，2020，37（01）：93-96.
[2]李振兴.基于UG的薄壁曲面零件数控加工[J].机械工程师，2020（05）：76-77，80.
[3]酒康炜.基于UG的新型汽车发动机简易模型设计[J].科技与创新，2020（14）：126-127.
[4]彭幸玲.电动汽车车身曲面造型设计方法研究[D].扬州大学，2020.
Abstract： The development of automobile industry reflects the economic situation of a country to a great extent. With the increasing competin of automobile industry， automobile enterprises focus on automobile design technology. Computer aided design （CAD） technology is widely used in automobile design， which can shorten the automobile development cycle， improve product quality and reduce production costs. This paper selects Audi R8 body modeling as the research object， analyzes the process of car body modeling， introduces the concept and advantages of UG software and CAD technology， and uses the free-form curve and surface modeling function of UG software to sketch out the main contour line of Audi R8 body， and finally obtains the car body model through the use of UG software. This method can also be applied to other brands of car body modeling.
关键词：UG软件;汽车外观;CAD;车身建模
Key words： UG software;car appearance;CAD;body modeling
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）19-0206-02
0 引言
汽车设计是一门较为复杂、难度大、很实用的综合性课程，它综合了材质、力学、机械、电气、计算机等技术，对专业课程的要求较高、领域较广。CAD技术是以计算机技术为辅助的新型信息技术，CAD技术的开发与应用给社会各行各业带来了生产模式的改变，尤其是机械制造行业。目前，CAD技术已经广泛应用于汽车、航空、航天、建筑、船舶已经轻工业等众多领域，从此技术的开发与应用水平就可以看出一个国家工业现代化程度。汽车车身CAD建模已经是汽车制造产业的基础性应用技术，计算机辅助技术软件的应用也是现代汽车开发工程师需要熟练掌握的技能[1]。
1 UG软件与CAD建模概述
1.1 UG软件与CAD建模简介 UG（Unigraphics）软件是EDS公司拥有的著名软件，经美国众多公司的广泛引用，UG软件积累了汽车、航空航天、輕工业等行业的专业技术与经验。在此基础上与其他软件一同发展成为全球一流的CAD软件。EDS公司曾与汽车公司进行多年的合并，因此UG软件在汽车设计方面的功能性较强，其是一个占内存较大的软件包，其中包含多模块的特定功能，用户可根据实际需求选择必要的模块进行安装使用。计算机辅助技术（CAD）是指以计算机为辅助工具帮助工程师和计算机组成的系统去实现特定产品的分析、设计、绘图、生产等过程。根据侧重的主要使用技术不同，计算机辅助设计软件包中具有主攻产品绘图的CAD（Computer AidedDrafting）软件，例如Unigraphics（UG）、AUTOCAD。
1.2 UG优势 UG软件兼具产品设计与分析的功能，具有对产品信息的综合管理作用，同时其对于零件的造型功能非常强大，可完成对零件表面以及实体造型的设计建模过程，对复杂零件的适用性也较强;具有对产品的安装匹配能力，可进行全面的设计;可生成高质量的工程图纸，能打到国家级工程图纸的标准;不仅可进行零件曲面以及实体的设计，还能依此完成实际的数控加工过程;软件的兼容性较强，可引进产品CAD系统资源，也可依照用户需求进行二次开发，丰富多样化的使用功能，集分析、设计、加工与管理为一体，实现系统的高度集成性。
UG软件的实体建模是特征建模和几何建模的结合，这种复合式的建模方式是较为实用的建模技术，具有将实体模型进行其曲面、形状等特征的灵活编辑与修改能力，表1介绍了不同CAD系统的功能比较[2]。 1.3 UG基本功能 与一般其他软件相同，有基础的FILE菜单，菜单下有打开、新建、保存、关闭等关于文档的基础操作指令，可通过鼠标进行对象的选择;选中图像进行右击则会出现UG视窗可供设计，可将图形进行缩放、旋转、移动等操作;为确定图像位置，UG的坐标系统有两种，一种是统一的固定坐标系统，另一种则是用户可以更新的工作坐标系;UG软件通过对层的选择进行PART文件的组织，LAYER菜单下有多种功能，单击LAYER之后选择SETTINGS可设置某一层的工作状态，也可以为其命名，选择MOVE则是将被选对象在不同层之间移动，选择COPY功能则可将图像复制到另一层中;打开TOOLBOX选择CURVE功能，为用户提供了多种点和曲线的生成、修改、命名等三维作图功能，例如圆形、椭圆、样条曲线等[3]。
2 模型规划
汽车的构成是非常复杂的，每一部分的组成都有其精致的做工，在汽车车身的整体外观上拥有众多的曲面设计，这些大小不等的曲面都有其特定的效果与用途。因此在汽车车身建模过程，首先要根据其具备的曲面特征用合适的建模软件将曲面划分为不同的模块，之后将曲面进行彼此之间的连接与混合等步骤组合成整体曲面。在对汽车车身建模前，需要分析车身的结构，分析将车身整体可分解为哪些曲面，曲面拥有的特征和分别对应的建模工具为哪些，确定车身建模的原点位置，模型建立的方法和步骤，根据车身的每部分组成结构，提前判断建模的基本工具以及每部分建模的难点等。汽车车身建模步骤大致分为以下几步：①完整识别图片，之后将汽车车身分解为不同的曲面组或者单独曲面。②分别判定每个曲面的花纹图形和生成所需工具，常见的曲面类型有直纹面、扫略面或者拔模面等。③确定每组曲面甚至每个曲面之间的联接方式和顺序等。
首先简单分析奥迪R8汽车车身的曲面形状，依据其不同的曲面设计原理与作用将其分为几个曲面组合，分为小组的形式有助于之后分析曲面之间的联系，便于建模。初步划分车身的曲面结构由前到后分别为汽车引擎盖、前挡风玻璃、翼子板、两侧车窗以及车门和后尾车身等。
3 UG软件在汽车车身CAD建模中的使用
3.1 追踪曲线
经以上曲面分析以后开始对汽车车身进行CAD建模，运行UG软件，在FILE菜单栏新建一个文件，选择建立模型，点击“确定”选项，就新建好一个空白的文件夹了，首先确定页面图像的坐标，以便于图像整齐呈现，在菜单栏里寻找并点击“视图”“可视化”“光栅图像”点击正确的指令以后，将有关于汽车车身模型的三张TIF格式的图像，分别导入UG软件相应的视窗中，根据之前选定的图片坐标，在视窗功能下将图像调整好大小和位置。三维空间图像的建立首先需要通过侧视图进行车身侧边基础曲线和特征曲面的标记，之后进行俯视图获得车身上方的曲线信息，对比侧视图与俯视图的曲线，应用相交曲线、曲线桥接等相关建模功能指令得到汽车车身空间曲线构成。
3.2 创建车身曲面
①创建汽车引擎盖曲面。在曲线网格显示下建立引擎盖曲面模型，由于汽车车身外观是对称的结构，因此可以先建立一半的模型，进行镜像的方式得到另外一半的模型，引擎盖镜像之后需要将两边连接的地方进行修整，使得引擎盖模型平整光滑。引擎盖和车顶连接，因此桥接一条引擎盖的边线和一条车顶的边线，就可以得到两条曲线。点击“通过曲线网格”功能得到所需曲面，和拉伸曲面相切连接。
②创建车顶曲面。后备箱的盖子和车顶是G1连接形式，先创建后备箱盖的曲面才能組成车顶曲面。在整体的前后方向上车顶曲面和后备箱曲面的特征曲线是相同的，选择同一条曲线追踪，创建后备箱曲面和车顶曲面，后备箱盖曲面要和车顶曲面相切连接。
③车尾曲面。车尾和后备箱盖是G0连接方式，车尾曲面和后备箱盖曲面要分开独立CAD建模。先在车身后方中间位置拉伸出一个面，创建的车尾曲面和此曲面相切连接。
④创建翼子板曲面。翼子板是遮盖车轮的车身外板，分为前翼子板和后翼子板。经投影确定翼子板的基本位置，经多条样条曲线的辅助，与投影曲线相交，确定具体的翼子板外形，最后点击“通过曲线网格”这一功能创建完成到翼子板的曲面模型。前翼子板和后翼子板的创建方式相同，为得到更加精准的翼子板曲面，曲面需要选择合适的曲率数据，以使得模型更加接近汽车车身的真实外观。
⑤创建连接曲面。汽车每一部分曲面之间都需要进行连接，像车顶、引擎盖、后备箱盖以及翼子板等曲面。在之前建立好的网格曲线上添加几条辅助曲线，凸显出汽车车身部分的轮廓线，相同地选择“通过曲线网格”功能创建出连接曲面，将车身各部分曲面进行连接。
⑥创建车门曲面。经投影确定位置，建立多条样条曲线连接车门曲面的轮廓线，曲面之间呈G1连接方式的，需要应用“桥接曲线”功能将首尾的两条样条曲线连接，之后逐面进行网格，对于一些无法使用网格应用的小的过渡曲面，那么就应用“N边曲线”功能，建立曲面以后再和整体曲面连接在一起。
4 结语
综上所述，应用UG软件建立了奥迪R8汽车车身CAD模型，创建完成后对模型进行了曲面分析与修整。计算机辅助技术使得汽车行业的生产效率与水平大大提高，汽车设计师与工程师等都需掌握UG软件各相功能的正确以及熟练使用，首先要规划好模型曲面，确定曲面的分类、整体轮廓线以及创建的步骤等，完成对车身曲面的逐一创建并连接为一体，最后需要经高标准的调整与修改才能得到精美的三维车身模型。
参考文献：
[1]付饶，王炳乐.CAD/CAE在塑件成型中的模拟分析与优化研究进展[J].合成树脂及塑料，2020，37（01）：93-96.
[2]李振兴.基于UG的薄壁曲面零件数控加工[J].机械工程师，2020（05）：76-77，80.
[3]酒康炜.基于UG的新型汽车发动机简易模型设计[J].科技与创新，2020（14）：126-127.
[4]彭幸玲.电动汽车车身曲面造型设计方法研究[D].扬州大学，2020.