|
Dziś i jutro projektowanie nadwozi |
 Nadwozie jest nie tylko najbardziej widocznym, ale i najistotniejszym zespołem (a właściwie grupą zespołów) współczesnego samochodu. O ile elementy mechaniczne coraz częściej
są dobierane z półki lub zamawiane u poddostawców, o tyle nadwozie zwykle jest budowane w macierzystej fabryce. Szacuje się, że 70% kosztów wdrożenia nowego modelu (wraz z uruchomieniem produkcji seryjnej) pochłania opracowanie nadwozia.
To nadwozie wyznacza długość życia samochodu, starzejąc się najszybciej Đ przynajmniej optycznie i moralnie.Zmiany, zmiany Projektowanie nadwozia samochodowego przebiega dziś zupełnie inaczej, niż przed kilkunastu, a nawet kilku laty. Ogromny postęp w technikach komputerowych (CAD Đ Computer Aided Design, czyli projektowanie wspomagane komputerowo) stwarza inżynierom całkiem nowe perspektywy. Obecnie głównym, a właściwie jedynym narzędziem pracy konstruktora jest komputer (z ploterem), który zastąpił papier, kalkę, tusz i kalkulator. Dzięki temu opracowywanie dokumentacji projektowanego lub modernizowanego nadwozia trwa krócej, niż przy posiłkowaniu się środkami klasycznymi, a projektant ma większe możliwości twórcze. Jednocześnie nowe technologie gromadzenia, przetwarzania i przesyłania danych ułatwiają współpracę wielkich koncernów z wąsko wyspecjalizowanymi firmami konstrukcyjnymi, którym coraz częściej zlecane są prace związane z dopracowaniem szczegółów projektowanych nadwozi, tworzeniem kompletnych poszczególnych rozwiązań, a zwłaszcza wersji pochodnych, modernizacji itp. Przeciętny użytkownik zwykle nie zdaje sobie nawet sprawy, jaki udział w kształcie finalnym eksploatowanego przez niego pojazdu ma macierzysty producent, którego logo widnieje na pokrywie silnika, a jaki pozostające w cieniu ze względów handlowych niewielkie, profesjonalne i działające elastycznie biura projektowe. Etapy pracy  Tok postępowania jest zazwyczaj podobny. Punktem wyjścia dla inżynierów jest projekt bryły, opracowywany przez stylistów, w formie rysunku perspektywicznego na papierze lub ekranie komputera. Obejmuje on zarówno całość kształtu nadwozia, jak i poszczególne jego fragmenty oraz wnętrze. Powinien ponadto uwzględniać wymogi normatywne, technologiczne i konstrukcyjne. Staje się on podstawą do dalszych działań, natury stricte technicznej. 1. Pierwszy etap prac to tzw. packaging (kompozycja), czyli studium rozplanowania wnętrza (usytuowanie kierowcy, pasażerów i przestrzeni bagażowej) oraz podzespołów mechanicznych wewnątrz zadanej sylwetki, z uwzględnieniem zasad ergonomii, obowiązujących przepisów i uregulowań prawnych. Towarzyszy mu rozrysowanie koncepcji nadwozia w trzech rzutach. 2. Drugi etap to przestrzenny model redukcyjny, wykonany w naturalnej wielkości lub w skali (1:5, 1:10) ze specjalnej plasteliny modelarskiej lub żywicy, na szkielecie drewnianym. Tu następuje wybór ostatecznej wersji spośród kilku zaproponowanych, dokonywany przez decydentów i wstępne zwymiarowanie powierzchni, przekrojów i złączy. 3. Trzeci etap to tzw. digitalizacja modelu, czyli cyfrowy zapis punktów charakterystycznych zewnętrznej powierzchni nadwozia. Dokonuje się tego poprzez zdjęcie ich współrzędnych przy użyciu specjalistycznej maszyny pomiarowej lub metodą fotogrametryczną. W przypadku projektu Poloneza kombi pomiaru fotogrametrycznego dokonano z makiety przestrzennej, wyznaczając 500 punktów z dokładnością współrzędnych 0,1-0,2 mm, sporządzając po pięć niezależnych zdjęć. Rezultat tych zabiegów trafia do pamięci komputera. 4A. Czwarty etap to rozpięcie na charakterystycznych krzywych, wyznaczonych przez te punkty, powierzchni zewnętrznych nadwozia. Służą do tego profesjonalne programy CAD, takie, jak CATIA lub ICEM SURF. Oceny jakości (płynności) wygenerowanych powierzchni (4B) dokonuje się prowadząc linie warstwic albo refleksów świetlnych, tworząc ich przekroje równoległymi płaszczyznami lub oświetlając je rozproszonym lub punktowym źródłem światła (tzw. shading i rendering). 5. Piąty etap to konstruowanie poszczególnych elementów (detali), takich jak np. miejsca mocowania relingów dachowych, zawiasów, ramek okiennych. 6. Szósty etap to frezowanie całej bryły nadwozia i jego elementów według zapisu numerycznego CAD w celu wykonania narzędzi tłocznych do produkcji prototypów, a po sprawdzeniu technologiczności części (wykonawstwa i montażu) do produkcji seryjnej. Odpowiada on fazie budowania mastermodeli (materialnych wzorców powierzchni nadwozia, wykonywanych w naturalnej wielkości i stanowiących podstawowy zrąb dokumentacji technicznej) w metodzie tradycyjnej. De facto zbędny staje się model 1:1. Konieczna jest wzajemna kompatybilność danych, generowanych i przechowywanych w jednym systemie. Według powyższego schematu powstał projekt nadwozia Poloneza kombi. Najbliższa przyszłość Już obecnie możliwe jest ominięcie modelu z etapu drugiego, dzięki stosowaniu matematycznych metod optymalizacyjnych. W kolejnych pętlach można korygować zarówno kształt zewnętrzny nadwozia, jak i rozwiązania szczegółów konstrukcyjnych. W ten sposób dopracowuje się nie tylko konstrukcję, ale i technologię, z uwzględnieniem informacji napływających od pracujących równolegle konstruktorów poszczególnych zespołów, stylistów, technologów, obliczeniowców, badaczy, marketingowców, a nawet przyszłych dostawców części itp. Bardzo istotne jest więc zsynchronizowanie przebiegu kolejnych pętli optymalizacyjnych. Zabiegom optymalizacyjnym podlega rozplanowanie wnętrza, kinematyka elementów ruchomych (otwieranie drzwi, przesuwanie foteli), odkształcenia struktury: sprężyste pod obciążeniem eksploatacyjnym, plastyczne podczas zderzenia (pochłanianie energii przez elementy o stopniowanej sztywności), stadia napełniania poduszek gazowych. W obliczeniach wytrzymałościowych i symulacjach zderzeń wykorzystuje się Metodę Elementów Skończonych (MES), budując wirtualny model złożony z ok. 100 tys. elementów, połączonych ze sobą w punktach zwanych węzłami. Optymalizacja technik wytwarzania obejmuje komputerowe symulacje procesów tłoczenia i montażu, co pozwala uniknąć pracochłonnych i kosztownych zmian na etapie rozpoczynania produkcji seryjnej, kiedy gotowe są już narzędzia. Następny krok to optymalizacja pod kątem aerodynamiki i akustyki. Elektroniczna wymiana danych pomiędzy zespołami roboczymi umożliwia prowadzenie działań równolegle, w kilku lub kilkunastu miejscach (efekt synergii). Biorąc pod uwagę koszty opracowania nadwozia wraz z przygotowaniem do wdrożenia do produkcji, oznacza to daleko idące oszczędności czasu i pieniędzy. Nieuniknione w procesie projektowania błędy są wcześniej wykrywane i usuwane. Profesjonalne oprogramowanie, stanowiące rezultat wieloletniej pracy sztabów ludzi, jest niestety bardzo drogie, podobnie, jak i koszt przeszkolenia obsługi. Właściwa ocena i interpretacja wyników obliczeń optymalizacyjnych wymaga natomiast olbrzymiego doświadczenia i porównywania z jakimś przyjętym punktem odniesienia (np. konstrukcje istniejące), swoją rolę ma też ciągle do odegrania inżynierska intuicja. Tym niemniej już dziś taka właśnie metoda postępowania staje się regułą. Dobrym przykładem przemian może być fakt, że materialny model bryły i wnętrza nadwozia służy obecnie co najwyżej decydentom do wyboru wariantowego, ostatecznego rozwiązania, a jego tworzenie nie ma już właściwie uzasadnienia technicznego. W niedalekiej przyszłości zastąpi go prawdopodobnie hologram, dający niemal zupełną iluzję rzeczywistości. Podobny los mogą podzielić prototypy i serie próbne, to już jednak kwestia późniejszych lat. Wykorzystano: Jan Gierej - Pomiar fotogrametryczny makiety i wygładzanie powierzchni nadwozia na przykładzie samochodu Polonez kombi, Zeszyty IP Wydziału SiMR PW, 4/96. Zdjęcia i rysunki konstrukcyjne: Biuro Konstrukcyjne Rźcker Polska. |