汽車逆向設(shè)計全程解析與案例講解

1、汽車逆向設(shè)計全程解析與案例講解眾所周知，車身的開發(fā)它需要大量資金的積累、技術(shù)的積累、人才的積累。我國汽車業(yè)尚沒有形成很強的研發(fā)能力，很多專家認為：過去多年我們走的開發(fā) 思路，一是完全自主開發(fā)，一切從零開始，這種開發(fā)思路實踐證明不成功，因為 我們沒有那么大規(guī)模支持，更沒有那么多的技術(shù)、管理積累；二是圖省事，簡單 "拿來主義:購買技術(shù)，這樣技術(shù)永遠學在別人的手里， 不可能形成自主開發(fā)能 力。逆向工程技術(shù)就是迅速解決提升我們汽車車身研發(fā)水平重要手段之一。我們提升汽車自主開發(fā)能力，趕上世界水平唯一的辦法，必須采取站在巨人的肩膀上， 要消化、吸收、改進、創(chuàng)新。國、日本都曾經(jīng)走這條路，他們不是簡

2、單的把別人 的車拿來裝配，而是真正地消化、吸收，通過消化、吸收學習，縮短與世界水平 的差距，逐步培養(yǎng)起自己的自主開發(fā)能力，因此成為今天的汽車開發(fā)世界強國。逆向工程技術(shù)正是消化、吸收先進技術(shù)重要方法之一，尤其在車身開發(fā)方面， 逆向工程技術(shù)是送我們走上巨人肩膀的強大武器。 我們福田公司車身開發(fā)人員正 是利用這先進技術(shù)開展了歐曼重卡車身的研發(fā)，并取得了成功。一、逆向設(shè)計的概念逆向工程(ReverseEngineering-RE )是對產(chǎn)品設(shè)計過程的一種描述。在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計過程是一個從無到有的過程， 即設(shè) 計人員首先在大腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形、 性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后通過繪制圖

3、紙建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個模型轉(zhuǎn)入到制造流程中，完成產(chǎn)品的整個設(shè)計制造周期。這樣的產(chǎn)品設(shè)計過程我們稱為“正向設(shè)計”過程。 逆向工 程產(chǎn)品設(shè)計可以認為是一個“從有到無”的過程。簡單地說，逆向工程產(chǎn)品設(shè)計就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)（包括設(shè)計圖紙或數(shù)字模 型）的過程。從這個意義上說，逆向工程在工業(yè)設(shè)計中的應用已經(jīng)很久了。早期 的船舶工業(yè)中常用的船體放樣設(shè)計就是逆向工程的很好實例。隨著計算機技術(shù)在制造領(lǐng)域的廣泛應用，特別是數(shù)字化測量技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于測量數(shù)據(jù)的產(chǎn)品 造型技術(shù)成為逆向工程技術(shù)關(guān)注的主要對象。通過數(shù)字化測量設(shè)備（如坐標測量 機、激光測量設(shè)備等）獲取的物體

4、表面的空間數(shù)據(jù)，需要利用逆向工程技術(shù)建立 產(chǎn)品的三維模型，進而利用CAMS統(tǒng)完成產(chǎn)品的制造。因此，逆向工程技術(shù)可以 認為是將產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)化為三維模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)和幾何建模技術(shù)的總稱。逆向工程的實施過程是多領(lǐng)域、多學科的協(xié)同過程。作為一種新產(chǎn)品開發(fā)以及消化、吸收先進技術(shù)的重要手段 ，逆向工程和快速 原型技術(shù)可以勝任消化外來技術(shù)成果的要求。它們的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計開 發(fā)模式，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時間周期，提高產(chǎn)品研發(fā)的成功率。當今，各個行業(yè)越來越注重產(chǎn)品的外觀設(shè)計， 以此來吸引顧客，最終在商業(yè) 上取得成功。這點在消費產(chǎn)品的設(shè)計中體現(xiàn)的尤為突出。特別是手機、數(shù)碼相機、 汽車等行業(yè)。、順、逆向工

5、程在設(shè)計流程中的比較與分析逆向工程，顧名思義與順向工程的設(shè)計流程不同， 其過程是依靠已經(jīng)存在的零件或是產(chǎn)品原型的表面所得到的資料來建立 3DCA映型，而不是透過設(shè)計圖。I產(chǎn)品導型IiCAD京型I i模型!醞f圖1：兩個設(shè)計流程的主要差別在于傳統(tǒng)的順向工程是概念設(shè)計、產(chǎn)品規(guī)到產(chǎn)品設(shè)計圖，而逆向 工程則是由測量到的資料來反推得到3DCAD莫型。如圖1所示，其兩個設(shè)計流程的主要差別在于傳統(tǒng)的順向工程是概念設(shè)計、產(chǎn)品規(guī)到產(chǎn)品設(shè)計圖，而逆向工程則是由測量到的資料來反推得到3DCA映型。順向的產(chǎn)品開發(fā)程序是設(shè)計師依據(jù)產(chǎn)品企劃時所定的規(guī)劃與設(shè)計構(gòu)想，繪制草圖及效果圖，并且依據(jù)效果圖制作手工模型，或以建構(gòu)CA

6、DL何模型，最后進行NC或RP (RapidPrototype )的加工程序。然而導入逆向工程設(shè)計程序后，設(shè)計 師仍是依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計企劃時所定的規(guī)與設(shè)計構(gòu)想，但效果圖或精細描繪則已不是 必備的程序了，取而代之的將是直接運用逆向工程對PU泡沫或油土模型進行點資料掃描，并交由CADS統(tǒng)進行編修與重建，最后進行NC或RP的加工程序，從2所示。開發(fā)角度看，這個流程中可以明顯發(fā)現(xiàn)順、逆向工程的差異如圖幾何模型 I 修定莉鍵模I Ifa* iF MF -» ， 一， r- - 丁構(gòu)想草鼠精細效果圖結(jié)構(gòu)工程用NC加三 三維尺寸圖逆回工程產(chǎn)雖開發(fā)設(shè)開程序 ;I點童網(wǎng)ncM匚棋型的陽 “手土模型制Ib手

7、工模型制作!圖2單純?nèi)鞒棠嫦蚬こ虝a(chǎn)生以下問題： 資料量大、調(diào)取數(shù)據(jù)麻煩、曲面定位(Location )、曲面的連續(xù)性控制等。采用混合式設(shè)計流程，僅需要對修改部分作局部逆向工程快速重建、從而能縮短整個設(shè)計制造的程序。如圖 3所示。、逆向設(shè)計的基本流程N51畫蓊至片*L!NO滬ick-up汽車酎流程I 2003年4月項目完成?由霏霏圖4汽車設(shè)計項目實際流程逆向工程是將實物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD 真型的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品 制造技術(shù)的總稱，逆向工程是汽車產(chǎn)品開發(fā)的新方式。目前基于CAD/CA陳統(tǒng)的 數(shù)字掃描技術(shù)為實物逆向工程提供了有力的支持，在進行數(shù)字化掃描、完成實物 的3D重建后，通過NC

8、加工就能快速地制造出模具，最終注塑得到所需的產(chǎn)品， 通過逆向工程技術(shù)，在消化、吸收先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立和掌握自己的產(chǎn)品開 發(fā)設(shè)計技術(shù)，進行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，是提高汽車設(shè)計能力和制造效率的捷徑。逆向工程的簡單過程是：利用數(shù)字化掃描設(shè)備掃描實體模型， 將數(shù)據(jù)導入計 算機，利用逆向工程軟件處理獲取的點云數(shù)據(jù)，行程曲線、曲面、實體模型，對 實體模型進行修正，形成最終的三維模型。相比正向建模，逆向工程建模的速度 更快，效率更高。逆向工程隊對計算機處理器、存和顯卡的性能有綜合要求，特 別是要保證實時數(shù)據(jù)采集和處理，必須配置較高的存和性能強大的顯卡。1、逆向工程的結(jié)構(gòu)體系逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成：產(chǎn)品實

9、物幾何外形的數(shù)字化、CAD 真型重建、產(chǎn)品或模具制造。逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)是據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模型的重建。逆向工程流程圖(1)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步，其方法的得當直接影響到是否能準確、快速、完整地獲取實物的二維、三維幾何數(shù)據(jù),影響到重構(gòu)的CAC®體模型的質(zhì)量,并最 終影響產(chǎn)品的質(zhì)量圖6數(shù)據(jù)采集(2)數(shù)據(jù)處理對于獲取的一系例J點數(shù)據(jù)在進行 CAD真型重建前,必須進行格式轉(zhuǎn)換、噪聲 濾除、平滑、對齊、歸并、測頭半徑補償和插值補點等處理。圖7運用CATIA軟件進行數(shù)據(jù)處理(3)模型重建將處理過的測量數(shù)據(jù)導入 CADS統(tǒng),依據(jù)前面創(chuàng)建的曲線、曲面構(gòu)建出原型的CAD1型。圖8重新建

10、模簡單理解汽車逆向設(shè)計流程：拿到實物產(chǎn)品-進行產(chǎn)品公析抄數(shù)- 抄數(shù)機進行抄數(shù)數(shù)據(jù)文件STL格式Surfacer或Geomagic進數(shù)據(jù)處理格式為igs- 進彳T Pro/E等三維軟件中進行繪圖，當今主要流行的三維CA%C件 如 UG IMAGEWARECATIA I-DEAS、Pro/Engineer 。四、實例講解（一）逆向工程技術(shù)及其在福田重卡車身開發(fā)中應用數(shù)據(jù)處據(jù)工作流程：對掃描數(shù)據(jù)進行處理一拼合掃描點云一以點云產(chǎn)生初步 的表面一對雜訊點進行處理、刪除一根據(jù)處理后的點云以及零件特征， 進行零件三維曲面、結(jié)構(gòu)重建，得到零件的三維數(shù)學模型和線架構(gòu)圖。 下面以福田重卡前圍某零件為例說明。圖9拼合后的掃描點云圖10掃描點云生成初步的表面圖11刪除雜訊點后的掃描點云圖12根據(jù)點云建立零件的三維數(shù)學模型和線架構(gòu)文中主要針對目前設(shè)計流程布局規(guī)劃合理性進行了探討。 結(jié)合實際項目中所遇到的障礙和問題，提出順、逆向工程相結(jié)合的觀點，從而達到優(yōu)化設(shè)計流程，縮短產(chǎn)