Alias在轨道车辆设计建模中的应用

Alias在轨道车辆设计建模中的应用

杨雨

中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063035

摘要:

随着全球经济一体化的快速发展，轨道交通市场的竞争越来越激烈，车辆外观造型更新速度加快，车头设计开发成为公司订单项目的竞争主力。基于计算机辅助设计技术的造型和自由曲面设计均是产品设计取得成功的关键技术^[1]，Alias作为汽车行业的主流设计软件也逐步在轨道交通工具设计方面得到认可及广泛应用。本文阐述了Alias软件的建模优势，以及轨道车辆造型设计中Alias工作流的过程。

关键词:Alias 曲面建模 A面 曲面质量

1. Alias概述

Autodesk Alias，帮助乙方设计师快速实现从创意到A级曲面模型的软件，它采用行业领先的草图、建模和可视化工具来优化设计流程，能够在同一软件中，可快速将草绘概念图转化为数字模型，便于项目方案评审，确保项目设计周期。在Alias Autostudio 2019版本中，配备了高级建模工具、高级评估工具、点云数据处理等模块，Alias拥有灵活控制的三维空间、曲线控制工具及较高曲率的匹配工具，可根据不同车厂的G2曲率半径跳跃参数来制定不同的检测要求，以便输出更符合市场需求的较高曲面质量，更好地完成 CAS（Class-A-Surface）面的构建^[2]。

2. Alias搭建轨道车辆外观模型曲面步骤

Alias模型的构建主要在正交视图中，通过点、线、面来实现。本文以地铁车辆外观曲面构建为例，来阐述Alias软件正向设计流程，如图1所示。

图1

步骤一，在进行CAS面搭建之前，有经验的数模师会根据造型师提供的草绘效果图进行分析，合理分面，来达到最优曲面搭建效果，节省产品设计周期。为确保地铁模型CAS面尺寸的准确性，将设计输入（项目设计主管提供车辆的CAD平断面）导入Alias Autostudio中,并进行精度参数设置，选择【Preferences>Construction Options】命令，调整为下游接口CATIA V5软件的曲面精度和误差，来为工程A面及模型加工制作打基础。

步骤二，根据车辆CAD图平断面具体尺寸，结合Information Window选择【Surfaces>Cube】命令，建立一个空间立方体来规定车辆外观CAS面的极限尺寸，以满足车辆限界等尺寸要求；在Front视图中，搭建Draft需要的CV曲线,开启镜像建模模式，并选择【Surfaces>Multi-Surface Fillet>Symmetric Fillet】命令做圆角处理，单击【Locators>Curve Curvature】命令，参考曲率梳调整好CV点排布，然后点击【Surfaces>Multi-Surface Draft】命令拉伸出车体大面“Surface 1”。

步骤三，应用Rail扫略工具搭建车头基本面。首先搭建Top视图用于扫略面命令所需要的Curve线，并调整5阶Curve的中间2个CV点，让这两个CV点的Y轴坐标保持一致，以确保镜像建模的G2连续性；切换到Front视图，根据效果图中车头挡风玻璃及导流罩的轮廓搭建另一条Curve，选择【Surfaces>Swept Surfaces>Rail Surface】命令，分别将这两条Curve定义为Rail 1和Gen.1进行扫略得到“Surface 2”，车头挡风玻璃及导流罩的基础面搭建完成。

步骤四，选择【Object Edit>Extend】命令，勾选“Merge”，按照原曲率将“Surface 2”进行修剪至司机室车窗位置，添加与“Surface 1”的G2连续性。然后搭建车头上部分导流罩Square Surface所需要的Curve，并应用3D Trim将多余的部分删除，并在Front视图中，参考Rail 1的曲率梳创建四边面的Curve，调整Rail Surface等参线作为参考来搭建另一个四边面的Curve，最后选择【Surfaces>Boundary Surfaces>Square】命令搭建车头上部大面得到“Surface 3”，“Surface 4”。

步骤五，将“Surface 2”进行复制得到“Surface 5”，并在Front视图中向左移动200mm。在Front视图，根据草图搭建Curve4并复制上移得到Curve5,单击【Surface Edit>Create Curves On Surface>Project】命令，将两条Curve线分别投影到“Surface 2”和“Surface 5”，得到相应的COS线。选择【Surface Edit>Trim>Trim Surface】命令，勾选“3D Trim”将“Surface 5”进行合理修剪，保留下部分。最后单击修剪后“Surface 5”的边与“Surface 2”上方的COS线，点击【Surfaces>Multi-Surface Blend>Freeform Blend】命令进行渐削面的搭建。

步骤六，在Front视图中，选择相应的位置来搭建Curve5、Curve6，并单击【Surface Edit>Create Curves On Surface>Project】命令投影至“Surface 5”并选择【Surface Edit>Trim>Trim Surface】命令进行修剪，然后在Front视图中，点选工具栏【BlendCrv Tools>Blend Curve Edit】工具，选择Trim修剪后的点和Darf曲面的点来搭建一条过渡曲线。应用【Surfaces>Boundary Surfaces>Square】命令选择4条Curve搭建面“Surface 6”。然后点选工具栏【Surfaces>Swept Surfaces>Rail Surface】命令，选择两条路径曲线和一条轮廓曲线进行扫略得到“Surface 7”。

步骤七，分别在Left视图、Front视图、Top视图绘制Curve7、Curve8、Curve9、Curve10曲线，点击【Surfaces>Multi-Surface Blend>Freeform Blend】命令创建过渡曲面、搭建Square四边面及Fillet Surface来构建车头导流罩底部曲面。

步骤八，切换正交视图模式，分别在Left视图、Front视图及Top视图，绘制不同的Curve线，通过单击【Surface Edit>Create Curves On Surface>Project】命令将这些Curve线投影至相应的面上，对车头大面进行细分后，按照不同的材质，放置于不同图层中，为添加不同的材质球和渲染做准备。

步骤九，地铁车辆外观曲面构建完成后，应用动态斑马线对铺好的CAS面进行曲面质量检测，将Modeling控制面板切换至Visualization控制面板，打开【Render>Multi-lister>Multi-list Edit】，开启Shadow模式，添加材质球，进行渲染便于车辆模型的评审。

3. 结论

Autodesk Alias，为概念方案绘制、精确曲面构建、逆向工程和可视化交流的辅助工程设计的高级软件，在轨道车辆造型设计阶段，可通过CV点、Curve线及CAS面快速地把握造型元素，高效地将草图转变为优质曲面的三维模型，根据数字样机评审意见，对模型参数快速及模型迭代以节省设计周期，解决了各大轨道车辆主机厂的前期设计开发周期过长、开发成本过高等问题。在未来的轨道车辆设计中，使用Alias软件进行车辆的模型构建，对节省设计周期具有重要意义。

参考文献

[1]杨春雨.曲面魔术师:ICEM Surf软件学习指南[M].哈尔滨工业大学,2015:1.

[2]黄磊,方成,万茂林.基于Alias的汽车CAS曲面造型[J].北京汽车,2012.No.2