基于逆向工程的汽車駕駛室曲面重構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于逆向工程的汽車駕駛室曲面逆向重構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生：班級(jí)：指導(dǎo)老師：開(kāi)題報(bào)告目錄一、課題的背景、目的及意義二、近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.國(guó)外逆向工程歷史和發(fā)展現(xiàn)狀2.國(guó)內(nèi)逆向工程歷史和發(fā)展現(xiàn)狀三、設(shè)計(jì)方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo)1.研究?jī)?nèi)容2.技術(shù)路線3.可行性分析4.預(yù)期目標(biāo)四、所需要的儀器設(shè)備、材料五、參考文獻(xiàn)六、課題分階段進(jìn)度計(jì)劃一、課題的背景、目的及意義：1.課題背景：

我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)和汽車大國(guó)。隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)汽車的需求已不在僅僅滿足于其性能，開(kāi)始對(duì)汽車的多樣性和個(gè)性化提出了更高的需求。傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)方法一不能滿足人們的個(gè)性需求，而且還制約著汽車的更新速度和汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。逆向工程技術(shù)作為一種新興的技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、優(yōu)化、定型等方面，都有很大的作用，該技術(shù)可以快速的重現(xiàn)國(guó)外的先進(jìn)車身模型設(shè)計(jì)，進(jìn)而快速地吸收國(guó)內(nèi)外汽車車身設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，并經(jīng)過(guò)車身設(shè)計(jì)師的二次開(kāi)發(fā)，達(dá)到快速響應(yīng)市場(chǎng)的目的。2.課題目的：

（1）熟練掌握基于逆向工程的汽車駕駛室曲面重構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程、基本方法和關(guān)鍵技術(shù)。（2）熟練掌握基于逆向工程的汽車駕駛室曲面重構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的UG軟件和CATIA軟件的使用。（3）培養(yǎng)能夠運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，分析和解決課題中遇到的技術(shù)問(wèn)題的能力。3.課題意義：

通過(guò)對(duì)該課題的學(xué)習(xí)和研究，了解到逆向工程能提高工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平，縮短研發(fā)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，傳統(tǒng)方法與逆向工程的結(jié)合，能夠提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平。對(duì)向中國(guó)這種發(fā)展中國(guó)家而言能夠大大的縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的差距。二、近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：1.國(guó)外逆向工程歷史和發(fā)展現(xiàn)狀

通用汽車公司早在20世紀(jì)六七十年代就開(kāi)始了逆向工程軟件的開(kāi)發(fā)使用，這一時(shí)期軟件都是企業(yè)內(nèi)部開(kāi)發(fā)，應(yīng)用范圍也局限于汽車外形的處理。日本也在20世紀(jì)六十年代開(kāi)始使用逆向工程技術(shù)，并為日本的經(jīng)濟(jì)振興，進(jìn)而創(chuàng)造和開(kāi)發(fā)各種新產(chǎn)品奠定了良好的基礎(chǔ)。目前市場(chǎng)產(chǎn)品中較為著名的四大逆向工程軟件是美國(guó)EDS的Imageware、美國(guó)雨滴公司的GeomagicStudio、英國(guó)DELCAM公司的CopyCAD和韓國(guó)NUS公司出品的逆向工程軟件RapidForm[4]。CATIA軟件是由法國(guó)Dassault公司開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品.由于其良好的集成環(huán)境及強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)能力，越來(lái)越多的人開(kāi)始用CATIA軟件進(jìn)行逆向工程設(shè)計(jì)。逆向工程在汽車產(chǎn)業(yè)的使用更豐富了國(guó)外的一些大型企業(yè)和汽車設(shè)計(jì)公司的汽車車身創(chuàng)意和造型能力。他們?cè)谝粋€(gè)月內(nèi)可以開(kāi)發(fā)幾時(shí)或者上百款汽車車身，大大增加了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，繁榮了自己的品牌。

2.國(guó)內(nèi)逆向工程歷史和發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)一些學(xué)者和研發(fā)單位也開(kāi)展了對(duì)逆向工程的研究，但是由于起步較晚，大部分市場(chǎng)依然被國(guó)外技術(shù)占領(lǐng)。

國(guó)內(nèi)的逆向工程研究主要在高校，較為代表性的有上海交通大學(xué)國(guó)家工程模具中心的集成系統(tǒng)和自動(dòng)建模技術(shù)、西安交通大學(xué)CIMS中心的面向CMM的逆向工程測(cè)量方法和基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的光學(xué)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的研究、南京航空航天大CAD/CAM工程研究中心的基于海量散亂點(diǎn)三角網(wǎng)絡(luò)面重建和自動(dòng)建模方法、浙江大學(xué)生產(chǎn)工程研究所的三角面片建模和華中科技大學(xué)的曲面測(cè)量與重建和等。

在逆向技術(shù)軟件研究上，國(guó)內(nèi)主要也是集中在高校（如清華大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等），如浙江大學(xué)的RE—SOFT反求軟件系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的逆向工程工具主要有青鳥(niǎo)程序理解系統(tǒng)JBPAS(JadeBirdProgramAnalysisSystem),是青鳥(niǎo)ò型系統(tǒng)的組成部分。

三、設(shè)計(jì)方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo)：1.研究?jī)?nèi)容：

（1）分析汽車駕駛室的曲面和結(jié)構(gòu)，確定每個(gè)表面的連續(xù)性和光順性要求以及駕駛室頂蓋結(jié)構(gòu)要求。（2）對(duì)所提供的汽車駕駛室點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。（3）運(yùn)用UG和CATIA軟件對(duì)駕駛室點(diǎn)云做曲面重構(gòu)和頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其優(yōu)化處理。（4）分析比較兩種軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，為以后工作軟件使用選擇作參考。2.技術(shù)路線：（1）收集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)其預(yù)處理。

包括點(diǎn)云去噪（剔除圖形上的壞點(diǎn)）、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)（均勻簡(jiǎn)化、弦高距離簡(jiǎn)化、空間距離簡(jiǎn)化、弦偏差簡(jiǎn)化等）、多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊。(2)點(diǎn)云分塊，將大面和過(guò)渡面分開(kāi)以便進(jìn)行曲面構(gòu)建。過(guò)渡面大面過(guò)渡面過(guò)渡面過(guò)渡面（3）先對(duì)大面做逆向重建，再對(duì)過(guò)渡面做曲面重建，并對(duì)生成的平面進(jìn)行裁剪等處理。過(guò)度面大面CATIA做曲面

用catia做曲面，在快速曲面成型模塊完成。首先要激活要做的面的點(diǎn)云，然后尋找曲面過(guò)渡的地方，再根據(jù)過(guò)渡曲線做出3D曲線，并對(duì)曲線做去率和距離分析，依次構(gòu)建曲線形成閉合區(qū)域，再對(duì)該區(qū)域刷取點(diǎn)云，進(jìn)行強(qiáng)力貼合，形成曲面。UG做面先對(duì)曲面分析，再創(chuàng)建四點(diǎn)曲面，然后對(duì)四點(diǎn)曲面分析，最后對(duì)該平面做X成型。過(guò)渡曲面這種多面相交的復(fù)雜過(guò)渡曲面應(yīng)該盡可能細(xì)分，使得曲面連接光順效果良好。可以使用截面方法、網(wǎng)格曲線和橋接曲線方法，一般次數(shù)為3~5次，保證相切連續(xù)。過(guò)渡圓角曲面的光順：面倒圓法、軟倒圓法和樣式圓角法。（4）將構(gòu)建好的曲面通過(guò)縫合等操作生成完整駕駛室曲面（5）曲面光順檢測(cè)和調(diào)整。

利用光順表面反射斑馬線來(lái)檢驗(yàn)曲面的光順并對(duì)一些光順不好的曲面做調(diào)整。斑馬紋規(guī)則順暢，說(shuō)明曲面光滑連續(xù)，去面間過(guò)渡沒(méi)有銳邊，曲率變化均勻。一般會(huì)出現(xiàn)G0連續(xù)、G1連續(xù)、G2連續(xù)。ClassA面（G2及以上）是各汽車廠商追求的目標(biāo)。如果不滿足光順要求需要調(diào)節(jié)控制點(diǎn),增加次數(shù)。Go連續(xù)G1連續(xù)G2連續(xù)（6）駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（頂蓋結(jié)構(gòu)部分）

在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際觀察駕駛室結(jié)構(gòu)，包括頂蓋總成、后圍總成、前圍總成、地板總成、駕駛室總成。由于再對(duì)駕駛室全部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可能全部完成，因此取代表性的頂蓋部分做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。頂蓋總成前圍總成側(cè)圍總成后圍總成地板總成車門總成頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要才用正逆向結(jié)合的方法，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)量頂蓋結(jié)構(gòu)部分的實(shí)際數(shù)據(jù)，然后在cad軟件做出實(shí)體模型，再和駕駛室曲面結(jié)構(gòu)貼合，合理選擇安裝位置和焊接點(diǎn)。實(shí)體建模在UG軟件中，首先根據(jù)實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)做出結(jié)構(gòu)草圖，然后對(duì)其進(jìn)行拉伸獲得實(shí)體模型，不同組件要在連接處做配合處理。也可以在CATIA軟件中作鈑金件造型。3.可行性分析：自身?xiàng)l件：基本掌握UG、CATIA軟件的基礎(chǔ)應(yīng)用外界條件：DELL筆記本、工作場(chǎng)地、參考文獻(xiàn)充足、老師提供幫助。不足之處：對(duì)UG、CATIA軟件的曲面造型還不夠熟練。4.預(yù)期目標(biāo)：

運(yùn)用UG、CATIA軟件基于逆向工程對(duì)汽車駕駛室曲面重構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后得到CAD模型。分析比較UG、CATIA軟件在逆向工程的應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)。四、所需要的儀器設(shè)備、材料：筆記本、汽車駕駛室點(diǎn)云數(shù)據(jù)、UG和CATIA軟件。五、參考文獻(xiàn)[1]栗全慶,王宏,張英杰,等.實(shí)物反求工程的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì),1999,6(6):4-7.[2]李江雄,柯映林,程耀東.基于實(shí)物的復(fù)雜曲面產(chǎn)品反求工程中的CAD建模技術(shù)[J].中國(guó)機(jī)械工程,1999,10(4):390-394.[3]劉偉軍,孫玉文.逆向工程原理、方法及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009[4]蔚敬斌.逆向工程技術(shù)及應(yīng)用[B].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),2006[5]齊寶軍.CADCAE在汽車覆蓋件成形中的應(yīng)用.碩士論文.西南林學(xué)院，2009[6]曹峰.CADCAM技術(shù)在逆向工程中的應(yīng)用研究.碩士論文.華北電力大學(xué)，2011[7]林有娣.汽車車身逆向工程關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用.碩士論文.北京信息科技大學(xué)，2008[8]張甲瑞,張晉西,趙利華,邱騫,蔣定明.汽車后背門逆向反求與成形分析.現(xiàn)代機(jī)械，2010[9]趙宇明，張國(guó)忠，于哲峰.逆向設(shè)計(jì)中點(diǎn)云處理的應(yīng)用技術(shù)研究.研究·開(kāi)發(fā)，2005[10]王正如梁晉王立忠基于逆向工程的汽車覆蓋件CAD建模技術(shù)研究.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2010[11]荀斌.CATIA曲面造型技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械開(kāi)發(fā),1999,(3):53-55.[12]冉險(xiǎn)生,黃澤好,林立基于CATIAV5的ATV曲面逆向設(shè)計(jì)，重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2001[13]趙宇明汽車造型設(shè)計(jì)中曲面重建方法的應(yīng)用研究.博士學(xué)位論文.東北大學(xué),2005[14]趙柳，紀(jì)麗婷等逆向工程中點(diǎn)云數(shù)據(jù)的曲面重構(gòu)方法研究,電子測(cè)試，2010[15]徐家川李迪李旭汽車車身A級(jí)曲面的表示與次數(shù)選擇.··材料·工藝·設(shè)備··2010[16]張欣宇基于逆向工程的汽車外形設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用研究.碩士學(xué)位論文.武漢理工大學(xué)，2008[17]姜元慶，劉佩軍.UG/Imageware逆向工程培訓(xùn)教程.北京：清華大學(xué)出版社，2003[18]張海，周新建.逆向工程中關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，第26卷第4期[19]黃天澤，黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997[20]劉之生，黃純穎.反求工程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.1992.參考文獻(xiàn)[21]謝龍漢.UGNX曲面造型基礎(chǔ)教程.北京：人民郵電出版社，2006[22]李書生.汽車車身造型設(shè)計(jì)方法的研究：[碩士學(xué)位論文].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2005[23]周天瑞主編.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6[24]占建云，徐紅兵，任乃飛.基于Atos的光學(xué)掃描測(cè)量.工具技術(shù)，2006[25]沈立.反求工程中數(shù)據(jù)云對(duì)正和多視角拼合技術(shù)的研究和實(shí)踐.上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.2001[26]王峰.汽車車身曲面反求中點(diǎn)云分塊方法研究及應(yīng)用：[碩士學(xué)位論文].山東：山東理工大學(xué)，2006[27]R.R.Martin,I.A.Stroud,A.D.Marshall.DataReductionforReverseEngineering.RECCAD,DeliverableDocument1COPERUNICUSProject,No1068.1996[28]K.H.Lee,H.Woo,T.Suk.DataReductionMethodsforReverseEngineering.International

JournalofAdvancedManufacturingTechnology.17,2000.735-743[29]GiovannaSansoni*,FrancoDocchio.Three-dimensionalopticalmeasurementsandreverseengineeringforautomotiveapplications.RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing20(2004)359–367[30]J.-P.Kruth*,A.Kerstens.Reverseengineeringmodellingoffree-formsurfacesfrompointcloudssubjecttoboundaryconditions.JournalofMaterialsProcessingTechnology76(1998)120–127六、課題分階段進(jìn)度計(jì)劃：

1第1周翻譯專業(yè)資料完成外文翻譯2第2周收集資料，寫文獻(xiàn)綜述完成文獻(xiàn)綜述初稿并提交終稿3第3周填寫開(kāi)題報(bào)告完成WORD版開(kāi)題報(bào)告和PPT版開(kāi)題報(bào)告4第4-6周學(xué)習(xí)UG、CATIA軟件的曲面逆向造型掌握UG、CATI