Разработка и внедрение методов художественно-конструкторского проектирования кузова автомобиля на этапе становления отечественной промышленности
В статье рассматривается развитие художественного проектирования в отечественной промышленности, и, в частности, разработка методов проектированя кузова автомобиля.
Ключевые слова: история отечественного дизайна, ромышленный дизайн, Горьковский автомобильный завод
С 1930‑х гг. в Горьковской области началось активное и широкомасштабное развитие художественного проектирования (дизайна) на основе многоотраслевого промышленного потенциала этого одного из самых крупных промышленных и научных центров СССР, включая: судостроение, авиационную и автомобильную промышленность, машиностроение, приборостроение, деревообрабатывающую промышленность и т. д.
Становление дизайна началось с Горьковского автомобильного завода, где был к этому времени накоплен определенный дизайнерский опыт. Это известные разработки под руководством художника-конструктора А. Кириллова автомобилей ГАЗ-М-1 «ЭМКА», ГАЗ-М20 «Победа» В.Самойлова, ГАЗ-12 «ЗИМ» Б. Лебедева, Л. Еремеева, известные разработки автомобилей ГАЗ-13 «Чайка» Б. Лебедева, «Волга-ГАЗ-21» Л. Еремеева, «Волга-ГАЗ-24» Л. Циколенко, Н. Киреева, ГАЗ-14 «Чайка» С. Волкова.
Когда, создавался конструкторско-экспеириментальный отдел ГАЗа (ставший потом УКЭР), новым и мало изученным в молодом автостроении было проектирование деталей автомобильных кузовов, а для завода — проектирование и изготовление для них штампов. Как писал об этом в 1936 году А. А. Липгарт (рис. 1): «Особняком стоит вопрос о создании кузовов для массового производства. Эта область конструирования в Союзе находится в зачаточном состоянии. Для проведения серьезных работ в приемлемые сроки имеющихся на ГАЗе трех конструкторов явно недостаточно...».
В США тогда берегли эти секреты, в чертежах сложных кузовных деталей многие размеры вообще отсутствовали. Штампы изготовляли по точнейшим деревянным мастер-моделям.
В КЭО первым конструктором — специалистом в этой области, художником — конструктором был Александр Николаевич Кириллов. А. Н. Кириллов (рис. 1) начал работать в КЭО в 1931 году после приезда из США. Туда он попал в пять лет вместе с родителями, приехавшими из России в 1915 году. Юношей он получил художественное образование, работал модельщиком; затем стал конструктором автомобильных кузовов. В СССР приехал строить социализм.
А. Н. Кириллов был ведущим художником — конструктором по разработке кузова для автомобиля ГАЗ-М-1 «ЭМКА», а также по разработке кузовов автомобилей фаэтон ГАЗ-11-40, «джипа» ГАЗ-61 и малолитражного автомобиля КИМ-10-52 для московского завода (будущего «Москвича»). Александр Николаевич разрабатывал дизайн кузовов автомобилей М-20 «Победа» и «ЗИМ» (ГАЗ-12).
В 30-е годы художественно-конструкторским проектированием занимались конструкторы-кузовщики в составе организованной Кирилловым А. Н. художественно-конструкторской группы, в которую вошли специалисты по графическим и макетным работам. Среди них был художник — скульптор Лебедев Борис Борисович (рис. 2).
К концу 40‑х годов численность группы выросла. А в 1947 году, когда начались проектные работы по созданию ГАЗ-12 «ЗИМ» художественно-конструкторской группой конструкторского бюро кузовов руководил Б. Б. Лебедев. Художнику Б. Б. Лебедеву, скульптору Л. М. Еремееву (рис. 3) и их коллегам удалось в сжатые сроки создать очень красивый легковой автомобиль.
Первый на ГАЗе цельнометаллический кузов автомобиля «М-1» был заимствован у «Форда». Поскольку еще не было изготовления кузовных штампов, купили их у «Форда», причем очень дешево, потому что там они оказались без применения.
«Но мы не получили штампов на крылья, капот и облицовку радиатора», — вспоминал один из первых конструкторов-кузовщиков КЭО Л. И. Белкин. Поэтому чертежи на них сделали на ГАЗе под руководством А. Н. Кириллова. А изготовили штампы по нашим чертежам в США в 1935 году. Тогда же на автозаводе успешно сделали первые кузова «М-1» для опытных автомобилей и затем наладили их массовое производство.
Главное, что Александр Николаевич умел проектировать кузовные детали буквально на глазах, т. е. при помощи лекал вычерчивал на плоскости сложнейшие криволинейные поверхности. Он первым написал об этом книгу, которая была издана в 1937 году под названием «Сюрфасография». Таких полных сведений не содержала ни одна книга в мире, потому что авторы — американцы старались утаить секреты от конкурентов. А А. Н. Кириллов, наоборот, раскрывал их для использования не только в автомобилестроении, но и в нашем авиастроении и судостроении. Книга стала событием. Впервые автор объяснил особенности проектирования для массового производства, т. е. взаимозаменяемых, а значит, высокоточных деталей. Это принципиально отличалось от индивидуального изготовления отдельных машин. А. Н. Кириллов ввел в книге раздел «Законы эстетики автомобиля». К книге прилагался альбом с иллюстрациями по кузовным деталям. Известна и статья «Проектирование кузова М-1», написанная А. Н. Кирилловым в соавторстве с Н. И. Борисовым. Опубликована в журнале «Мотор» (№1 за 1936 г.)
А. Н. Кириллов всегда работал в тесном содружестве с инструментальщиками, технологами и производственниками, доводя дело до успешного массового выпуска штамповок. Такова была вообще школа главного конструктора завода Андрея Александровича Липгарта.
В 1944 году, когда еще шла война, А. Н. Кириллов стал ведущим художником — конструктором совершенно нового кузова для легкового автомобиля М-20, названного потом «Победа». Форму кузова создавали с участием талантливого художника — конструктора кузовщика В. И. Самойлова (он в годы войны проектировал бронекорпуса, в КЭО работал с 1939 года), который предложил сделать кузов обтекаемой формы — без выступающих крыльев и без подножек. Никто в мире еще таких кузовов в массовом производстве не выпускал. Начальник КБ кузовов КЭО Юрий Наумович Сорочкин и Андрей Александрович Липгарт активно поддержали это предложение. В итоге после войны именно в СССР впервые в мире появился оригинальный массовый легковой автомобиль с «бескрылым» кузовом, который дал начало тенденции, получившей затем широкое распространение.
Конечно, было и немало ошибок в новом деле, но их оперативно исправляли. Сложность была в том, что впервые для отечественных автомобилей этот кузов был несущим (у автомобиля не было рамы), что требовало особой жесткости и прочности, тем более с учетом нашего бездорожья.
Сюрфасография в художественно-конструкторском проектировании автомобилей. Художник-конструктор А. Н. Кириллов разработал и внедрил в методику художественно-конструкторской разработки кузовов, метод сюрфасографии, который в дальнейшем с большим успехом был применен и в других отраслях промышленности, в особенности в авиационной и судостроительной. До 30‑х годов прошлого века в СССР подобные методы не применялись в промышленности, и почти полностью отсутствовала переводная и отечественная литература в этой области, что и побудило А. Н. Кириллова обратиться к методу сюрфасографии [1] и способам художественно-конструкторских разработок и построений криволинейных поверхностей в автомобильных кузовах. В это время за границей книги по проектированию кузова были скудными по объему материала и полноте изложения. А. Н. Кириллов приводил к примеру изданные в то время книги G. J. Mercer, “Motor Body Designing Problems”, E. H. Brill, “Automobile Body Drafting and Sheet Metal Stamping”. Наличие у А. Н. Кириллова опыта, накопленного в практической работе на заграничных заводах, позволило подробно осветить вопросы художественно-конструкторского проектирования автомобилей, сюрфасографии, связанных с проектированием автомобильных кузовов.
Эволюция внешней формы автомобиля. А. Н. Кириллов сформулировал принципы эстетики создания формы автомобиля. Эволюция внешней формы автомобиля явилась следствием непрерывно возрастающих требований к внешней форме как одному из основных факторов, определяющих свойства автомобиля в целом.
Создание формы, удовлетворяющей требованиям эстетики, может быть достигнуто без особых трудностей при изготовлении одного экземпляра машины или небольшой серии. Но при переходе к крупной серии, а далее к массовому производству. Обеспечение для каждой отдельной машины стандартности формы, выработанной на опытной модели, представляет из себя сложную задачу.
Ее решение на заводах с массовым производством возможно только с применением особой методики проектирования автомобильных кузовов.
А. Н. Кириллов в своей книге иллюстрирует основные этапы, пройденные автомобилем с момента его появления и до последнего времени [1]. Эволюция форм автомобиля шла чрезвычайно медленными темпами. Тогда автопромышленности понадобилось тридцать пять лет для того, чтобы выработать современный тип кузова. Прошло 10 лет пока уравнялись размеры передних и задних колес, приблизительно в 1915 г. было впервые применено переднее ветровое стекло, передние двери были введены также только в 1915 г. Примерно в это же время видоизменился капот: угловатые формы исчезли и капот слился с кузовом. Открытые кузова, имевшие ранее преимущественное распространение, начиная с 1919 г., уступая место закрытым. Закрытые кузова того времени, напоминавшие карету без лошадей, окончательно становятся на путь самостоятельного развития лишь в 1930–1931 гг. Внимательный обзор ранних типов автомобиля показывает, что до последнего времени мало внимания уделялось общей конструкции и форме. Преобладала главным образом отделка деталей, которым, в декоративных интересах, придавалась сложная и замысловатая форма. Однако в 1931 г. В развитии форм и конструкции кузова произошел резкий перелом в сторону сглаживания всех острых углов и выступающих деталей, приближая автомобиль к так называемым «обтекаемым» формам. Примерно с этого же времени (1931 г.) определился и характер изменений, вносимых в конструкцию кузова. Направленные на увеличение прочности они, как правило, всегда связываются с улучшением внешнего вида.
Какой должна быть внешняя форма автомобиля. А. Н. Кириллов, рассматривая автомобили в период наиболее интенсивного развития их внешнего вида [1], делает два основных вывода:
1. Форма и совокупность линий должна, во всех случаях, давать ощущение устремленности. Каждая линия контура или отделки, каждая деталь, видимая снаружи, должна подчеркивать основное назначение машины — движение.
2. Автомобиль должен иметь мягкие, скругленные формы с плавно переходящими друг в друга поверхностями. Типы автомобилей, приближающихся к теоретическим обтекаемым формам, т. е. оказывающие наименьшее сопротивление воздушной среде, не получили еще достаточно широкого распространения.
А. Н. Кириллов обратил внимание на «псевдообтекаемые» автомобили, распространенные в 30-тые годы, форма которых только создает впечатление обтекаемости, не будучи таковой. Типичные представители таких «псевдо-обтекаемых» автомобилей показаны на рис. 4, 5 и 6.
Законы эстетики. А. Н. Кириллов формулирует следующие четыре закона эстетики [1], применимые к автомобилю и влияющие на его формы, выдвинутые английским инженером Кенингтоном:
1. В быстро передвигающихся предметах или изображающих — горизонтальные линии должны преобладать над вертикальными.
Отсюда следует, что при конструировании быстроходных транспортных машин не следует слишком подчеркивать вертикальные линии. Примером неправильной с этой точки зрения конструкции и отделки являются большие зазоры между капотом и торпедо, наличие вертикальных блестящих металлических декоративных накладок или вертикальных полос, нанесенных краской.
Разумеется, что существует и обратный закон эстетики, по которому у неподвижных предметов должны быть подчеркнуты вертикальные линии. Если на боковом виде кузова должны преобладать горизонтальные линии, то передний вид радиатора, брызговиков и крыльев может заключать в себе вертикальные линии, поскольку удаляющийся или приближающийся автомобиль не кажется столь быстро движущимся, чтобы создавалось впечатление быстрого уменьшения или увеличения размера.
2. Формы автомобиля должны быть выбраны с учетом единообразия и симметрии.
Этот закон требует, чтобы передние и задние крылья имели одну общую форму, и не допускает комбинацию мягких закругленных линий кузова с облицовкой радиатора, имеющей прямоугольную форму. Необходимо стремиться к гармоничной увязке контуров кузова и облицовки радиатора с крыльями, фарами, дверными ручками и прочными деталями, т. е. к общей гармонии всех частей автомобиля.
3. При выборе формы автомобиля надо учитывать общую перспективу и взаимное расположение линий.
С этой точки зрения горизонтальные линии должны не только повторяться, но и иметь тенденцию сходиться в общей точке. Так, например, прямая линия подножки постепенно переходит в кривую, плавно поднимающуюся к передку.
То же в полной мере можно отнести и к облицовке радиатора, где преобладают вертикальные линии.
4. С этой точки зрения поверхности автомобиля должны иметь простую форму с плавными переходами, без замысловатых конфигураций, так как резкие изменения направления основных линий контура создают неприятное впечатление.
Последовательность работ при художественно-конструкторском проектировании кузова. А. Н. Кириллов сформулировал следующий регламент проектирования [1]:
Для того чтобы обеспечить выполнение указанных выше требований, проектирование кузова и деталей, создающих форму кузова, должно вестись в определенном порядке и в тесной связи с экспериментированием и постройкой моделей.
После того как выявлена конфигурация рамы и деталей шасси, сопрягающихся с кузовом и влияющих на конструкцию последнего, делается эскизный чертеж автомобиля в масштабе 1:5. На этом чертеже определяется посадка кузова на шасси и необходимые зазоры между кузовом и шасси. Наносится положение педалей и руля, устанавливается линия пола и размещаются сидения, наносятся варианты посадки человека.
Следующим этапом является изготовление рисунков в красках нескольких вариантов машины, выполняемых художником конструктором на основе эскизного чертежа. При этом проектируемая форма и отделка кузова должны соответствовать производственным возможностям и стоимости предполагаемой модели автомобиля. В дополнение к рисункам изготовляются лепные модели автомобилей в масштабе 1:4 или 1:5, которые наглядно представляют формы кузова и позволяют, в случае необходимости, сразу же улучшить то или иное место.
На основании большого количества рисунков и моделей выбирается один из вариантов, который и является основой для дальнейшего проектирования; по этому окончательному варианту воспроизводят модель кузова в натуральную величину. Делается это следующим образом. Контурные линии, взятые с рисунка и лепной модели, увеличиваются до натуральной величины и наносятся на лист бумаги. Художник конструктор проектирует на лепной модели и наносит на этот чертеж также «световые линии». Световыми линиями называются теоретические линии, проходящие в местах сопряжения крутых участков поверхности с пологими. Аналогично наносится «поясная линия». Поясной линией кузова называется теоретическая линия, разделяющая кузов на верхнюю и нижнюю части, из которых каждая разрабатывается самостоятельно. Поясная линия всегда горизонтальная и является линией перегиба контурных поверхностей кузова. Нанесение этих линий на разработки совершенно обязательно, так как при их отсутствии нельзя обеспечит необходимую плавность переходов формы. В итоге методом сюрфасографии выявляются ориентировочные контуры поверхности. По шаблонам, снятым с этого чертежа, изготавливается модель (на макете шасси с колесами, капотом и т. д.), в качестве материала для модели применяют дерево, гипс или пластилин. Лучше всего дерево, так как оно значительно легче полируется, чем гипс или пластилин. Полученная модель тщательно шлифуется и покрывается лаком. Изготовление этой модели происходит при непосредственном участии художников и конструкторов. Назначение модели — окончательная проверка форм и выяснение ряда вопросов, связанных с переходами в местах, трудно поддающихся представлению на маленьких моделях или в плоском изображении. Плавность кривых поверхностей проверяется на этой модели по световым бликам, которые должны располагаться ровно и без перерывов.
После утверждения окончательного отделанной модели составляется компоновочный чертеж экспериментального кузова в натуральную величину. На этом чертеже наносятся контуры кузова, взятые с утвержденной модели и являющиеся исходными для сюрфасографического определения кривых поверхностей и их переходов, образующих форму кузова. Исходя из заданных контуров, сюрфасографически определяется поверхность всего кузова, а также крыльев, подножек, капота, облицовки радиатора и т. д.
На основе разработанных поверхностей кузова и его конструкции изготавливается опытный образец (рис. 7). Если после испытания опытного образца выявилась необходимость в изменении внешней формы, то эти изменения художником-конструктором сразу же фиксируются на чертеже. После всестороннего испытания опытного образца автомобиля и утверждения его изготовляется эталонный (производственный) компоновочный чертеж.
Таким образом, основной работой при проектировании формы и конструкции кузова является вычерчивание компоновочного чертежа. Для построения любой из поверхностей кузова необходимо, чтобы данная поверхность была задана в своем пространственном положении рядом ограничивающих линий (контурные линии кузова на эталонном чертеже). Само построение или сюрфасографическая разработка поверхности, заключается в нанесении на чертеж, с помощью так называемых «ключей», ряда сечений, определяющих данную поверхность. «Ключ» представляет собой особое графическое построение, с помощью которого, в каждом конкретном случае, определяется метод образования искомой кривой поверхности. В зависимости от характера последней и ее положения в пространстве применяется тот или иной «ключ». Имея заданную поверхность, можно с помощью «ключей» построить необходимое количество сечений, определяющих данную поверхность и с достаточной точностью для изготовления штампа. Эти сечения наносятся непосредственно на компоновочный чертеж, и они становятся исходными для определения других сечений, в любых плоскостях, что дает возможность определить конфигурацию всех сопряженных с данной поверхностью деталей или образующих ее.
Владея методами сюрфасографического построения кривых поверхностей, при наличии необходимых практических навыков и правильно организованной работы художников и конструкторов, можно в короткие сроки проектировать любые кузова и выпускать в производство всю необходимую техническую документацию, чертежи, спецификации, включая и мастер-модели и т. п. Примером этого могли служить американские кузовные заводы, которые с ограниченным штатом конструкторов и художников производили всю разработку цельнометаллического кузова в 5-6 месяцев с момента утверждения рисунка и модели кузова.
Не менее ценным является применение сюрфасографических способов построения кривых поверхностей при конструировании серийных и даже единичных кузовов.
В процессе сюрфасографического построения кривых поверхностей для различных типов кузовов используются, как правило, одни и те же методы. Следуя этой методике проектирования, последовательно решая различные задачи с максимальной точностью и аккуратностью, в результате получается готовое изделие, в основном подобное модели (рис. 8). При этом развитие формы может происходить на каждом квадратном сантиметре поверхности. В то же время опытная модель кузова должна являться только своего рода наглядным пособием при проектировании. Таким образом труд, затраченный на тщательное изготовление рабочих чертежей, избавляет предприятие от возможных ошибок и компенсируется экономией в производстве.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кириллов А. Н. Сюрфасография / А. Н. Кириллов. — М.: НКТП СССР, 1937. — 92 с.