求是设计会

以下内容来自倪裕伟，由倪裕伟撰写完成。

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前言

在工业设计的学习过程中，我们接触到最频繁的便是所谓的概念设计(Conceptual Design)。 关于概念设计的定义因人而异，概念设计的最终以概念设计原型来呈现，这个原型可能可以作为了成型的产品，也可能仅仅是对未来产品的设想，而不能在现有的条件下实现。然而工业设计的内涵却不只是局限在概念设计的范畴里，如何将概念细化并进行测试研究，然后与工业化生产相结合的过程更是不可忽略。这个过程被称为细化设计（Embodiment Design）。

如果把概念设计比作是天马行空异想天开的活动，而细化设计则需要脚踏实地，缜密思考。这是两个有所冲突的阶段，然而正如太极的阴阳两极，不光相生相克却也相辅相成。好的设计离不开创新的概念与周密的细化。细化设计阶段，设计工程师通过对影响产品各方面因素的测试与评估，对不同的概念方案进行选择并优化，并建立功能模型，即产品的雏形。

红牛F1赛车制造工厂

笔者在AutomotiveTV.net看到的一则关于红牛F1赛车的制造过程介绍的视频可作为产品细化设计的一则典型案例。虽然该视频更多的是在描述模型制作的过程，并未详细介绍研究、数据分析以及设计优化等过程，而且该视频是09年的视频，但依然值得学习与体会。视频如下：

由于视频没有字幕，特在此将主要内容进行概括。在视频中，红牛赛车业务发展经理Steve Nevey介绍了赛车在概念设计与最终成型之间的一系列过程。影片一共分为八个小段：

一、Composites & Autoclaves(复合材料以及压力锅)

在F1赛车中，最主要的复合材料便是碳纤维（Carbon Fiber）。碳纤维以其高强度以及轻质的特点在航空、赛车、自行车等各领域得到了非常广泛的应用。Steve例举了碳纤维在直升机、战斗机以及航空航天工业的应用。影片中的碳纤维材料的最初状态是一张张粘性的交织物。设计师将这些织物一层一层剪切并贴在准备好的模具上，根据不同的部件粘帖的层数从30到50不等。然后将贴好织物的模具放入压力锅中，在140摄氏度和7个大气压的环境中进行处理。压力锅的作用是将柔软的粘性交织物状的碳纤维处理成高强度赛车部件。所有压力处理过的碳纤维部件会再被修剪，并连接在一起，许多部件是用胶水粘上的。

点击阅读碳纤维材料的使用。

二、Rapid Prototyping(快速成型)

目前笔者也在整理一份较为全面的介绍各种快速成型加工方法的资料，将在求是设计会博客发布，敬请关注。在该视频中，用到的快速成型方法叫做Stereolithography(简写SL)，中文翻译为光固化成型法。在该套设备中，一边装满液体环氧树脂，另一边为CNC数控电脑。电脑根据导入的CAD模型数据，控制特定波长与强度的激光聚焦到液体环氧树脂表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体。关于快速成型的特点，以后详作讨论。

三、Model Shop & Wind tunnel(模型车间和风洞试验室）

根据最初的设计方案，一个按比例缩小的模型会被加工出来用于进行风洞试验，并根据得出的数据结论改进赛车的造型以优化空气动力学。在这个过程中，要求在赛车的下压力和阻力之间寻找到一个平衡点。一方面要尽量见小赛车的阻力，同时有要你管保证一定的下压力，使赛车在过弯时具有良好的稳定性。在不同的赛道，赛车都要经过不同的空气动力学设置。 在这个过程中，往往有许多部件设计并制造出来用于试验，以确保赛车最好的性能。

四、Machine Shop(机械车间)

尽管赛车的大部分结构都是由碳纤维制造的，但是仍在有许多轻质金属，如铝、钛、镁等被应用与赛车。这些金属主要用于变速盒、液压装置、防震装置等部件。由于赛车在运行过程中对性能要求极高，因此这些部件也要加工得非常精密。

五、5-axis Milling Machine(5轴铣床)

许多大的部件如地盘以及碳纤维磨具等都需要用5轴铣床进行加工。关于3轴铣床与5轴铣床的区别也将会在快速成型资料中进行阐述。

六、Paint Shop(喷漆车间)

赛车所有的色彩以及图案都是在喷漆车间中完成的。赛车由于在比赛中一直高速工作，在比赛结束后往往许多油漆处都被损坏，因此就非常有必要重新进行喷漆。赛车上的图案主要是车队以及其合作伙伴的logo。

七、R&D Test Group(研发测试小组)

该测试中心主要测试赛车各个单独的系统，如刹车系统。在这个过程中，7柱液压测试架(7-post hydraulic RIG)起着非常重要的作用。该测试架由七个液压执行器构成，其中每个轮胎下方放置一个执行器，发动机下方放置两个执行器，车头下方放置一个。这些执行器通过给定不同的频率来测试各个部件的共振情况。该测试架也可以根据赛车在不同轨道运行录制的数据进行模拟，通过电脑模拟进行工程上的分析。尽管电脑模拟测试起着十分重要的作用，但是物理测试依然需要，比如车头的疲劳状况测试，以及对底片进行液压测试。

八、Assembly Group & Race Bays(组装小组和停车房)

在停车房，所有不同材料做成的部件都在此进行组装，并将液压系统，电子系统以及空气动力系统均组装在内。然后赛车进入跑道进行比赛。比赛结束后，赛车依旧被送回停车房，进行拆解并重新测量部件，根据测量结果对赛车进行再设计从而改进性能。

后记

若对与embodiment design感兴趣的同学，可以继续关注笔者正在整理的TU Delft工业设计学习小结。也将在求是设计会博客进行发表。