逆向工程技術(shù)在汽車裝飾產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用

摘 要：快速開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計是提高產(chǎn)品競爭力的主要途徑。逆向工程技術(shù)能快速實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)重構(gòu)和變更，能為產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計提供很好的技術(shù)支持。本文以汽車新型LED擋泥板設(shè)計為例，介紹了逆向工程技術(shù)在汽車裝飾產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用，重點介紹了基于逆向工程的擋泥板創(chuàng)新設(shè)計流程。

關(guān)鍵詞：逆向工程 產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計 汽車擋泥板

隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)和數(shù)字化測量技術(shù)的迅猛發(fā)展，逆向工程技術(shù)被廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、玩具和家電等行業(yè)，特別是汽車行業(yè)。隨著個性化汽車飾件需求日趨增大，逆向工程作為一種快速數(shù)字化設(shè)計手段，為汽車飾件產(chǎn)品的快速和創(chuàng)新設(shè)計提供了一種切實可行的技術(shù)途徑。本文以汽車新型LED擋泥板設(shè)計為例介紹了逆向工程技術(shù)在汽車裝飾產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用，重點介紹了基于逆向工程的擋泥板創(chuàng)新設(shè)計流程。

一、逆向工程概念

逆向工程RE（Reverse Engineering），又稱反求工程，是將已有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為工程設(shè)計模型和概念模型，在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，從而快速開發(fā)制造出具有高附加值、高技術(shù)水平的新產(chǎn)品。逆向工程在汽車工業(yè)領(lǐng)域中的實際應(yīng)用，主要包含以下幾個內(nèi)容：一是汽車車身曲面和新零部件的設(shè)計；二是已有零部件設(shè)計意圖的再現(xiàn)及產(chǎn)品的復(fù)制；三是汽車飾品的創(chuàng)新設(shè)計；四是損壞或磨損零件的還原。

二、汽車新型LED擋泥板飾件設(shè)計流程

汽車擋泥板被安裝在汽車輪胎上，防止雨水、泥沙直接撞擊車身，起到汽車車身防護(hù)的功能作用。但很多用戶因為安裝上擋泥板后，使得車的整體美觀性下降，尤其是一些白色亮色的車會顯得車不協(xié)調(diào)而不愿意安裝。新型LED擋泥板在原有的擋泥板基礎(chǔ)上運用逆向工程技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，不僅能起到擋泥沙的作用，還具有很好的裝飾性，以及較好的指示、示寬與警示作用。擋泥沙上LED燈與汽車自身指示燈的狀態(tài)同步，并前后左右進(jìn)行警示，變道、轉(zhuǎn)彎黃燈閃爍，警示周圍車輛，受到廣大用戶的喜愛。新型LED擋泥板設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 新型LED擋泥板設(shè)計流程

1.舊擋泥板逆向造型

（1）舊擋泥板數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集是指通過測量設(shè)備和測量方法獲取零件表面離散點的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)或由采集到的離散點自動擬合的標(biāo)準(zhǔn)三維三角片體數(shù)據(jù)，測量所得的三維數(shù)據(jù)是進(jìn)行曲面建模和對曲面質(zhì)量進(jìn)行評析的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集的精度直接影響到曲面建模的質(zhì)量，是逆向工程的關(guān)鍵步驟之一。目前，數(shù)據(jù)采集使用的方法很多，常用的有接觸式測量法、非接觸測量法和工業(yè)計算機斷層掃描成像法等。擋泥板造型為曲面，數(shù)據(jù)量大，采集時最好選用非接觸式激光掃描。

（2）舊擋泥板數(shù)據(jù)的處理。應(yīng)用激光掃描擋泥板時會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)點云，給后續(xù)的建模操作帶來不便。同時，由于產(chǎn)品變形、測量環(huán)境等原因，擋泥板數(shù)據(jù)在采集過程中不可避免地會引入數(shù)據(jù)誤差，給后續(xù)的造型帶來影響。因此需要利用相關(guān)軟件對原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行點云預(yù)處理、數(shù)據(jù)云對正和多視數(shù)據(jù)坐標(biāo)重定位拼合、數(shù)據(jù)提取等處理。本文擋泥板數(shù)據(jù)預(yù)處理過程主要在Geomagic Studio軟件中進(jìn)行reduce noise、uniform sample等處理方式。

（3）舊擋泥板三維曲面重構(gòu)。數(shù)據(jù)采集完后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維工程設(shè)計軟件（如UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）中進(jìn)行三維模型的重構(gòu)。本文中的新型LED擋泥板是利用UG軟件建模模塊進(jìn)行逆向造型的。

①特征線的構(gòu)建：特征線是產(chǎn)品的外觀流線，或者是邊界線與裝配約束線，特征線是構(gòu)建曲面的基礎(chǔ)，首先從三角片體數(shù)據(jù)中以平面截交曲線的方法提取出交線，再以曲線繪制工具以此交線為參照，逐段逼近構(gòu)造曲線，并實時進(jìn)行尺寸規(guī)整，形成光順的特征線。

②曲面的構(gòu)建：通過上述步驟中產(chǎn)生的橫縱特征線以掃描的方式逐段構(gòu)建曲面，各段曲面之間再通過橋接的方式進(jìn)行修補，形成完整的表面模型曲面數(shù)據(jù)，構(gòu)造完后需檢查并修改，并將精度和曲面曲率調(diào)整到最佳狀態(tài)，圖2所示為構(gòu)建完成的曲面模型。

圖2 擋泥板表面曲面模型

③誤差分析：逆向工程既要保證曲面質(zhì)量，又要保證設(shè)計精度，除了對原始型值點進(jìn)行光順之外，有時還要控制修改后的型值點同原始型值點的坐標(biāo)偏差，該偏差不應(yīng)太大（本產(chǎn)品設(shè)計考慮到噴涂反差增強劑造成的工件誤差，要求建模誤差為負(fù)偏差0.15mm以內(nèi)，累積誤差控制在±0.15mm以內(nèi)），以保證良好的造型還原度和裝配性能。

④曲面的光順。曲線和曲面光順與否直接影響數(shù)學(xué)模型的質(zhì)量。由于測量過程中測得的是離散數(shù)據(jù)，缺乏必要的特征信息，往往存在數(shù)字化誤差，因此需要對曲面和曲線進(jìn)行光順，曲面的光順往往歸結(jié)為網(wǎng)格的光順。在數(shù)學(xué)上，判斷曲面是否滿足上述條件的依據(jù)是高斯曲率。在一般CAD軟件中，可以到分析模塊中使用高斯曲率法對曲面進(jìn)行分析。當(dāng)曲面曲率變化比較均勻時，即為達(dá)到設(shè)計要求。若曲面質(zhì)量很差，需要對構(gòu)成的曲線進(jìn)行重新調(diào)整，直至曲面讓人滿意為止。

2.新型LED擋泥板外觀設(shè)計與分析

新型LED擋泥板是在舊款擋泥板曲面造型的基礎(chǔ)上進(jìn)行正向設(shè)計。舊款擋泥板曲面構(gòu)建完成后，再根據(jù)具體的產(chǎn)品風(fēng)格設(shè)計與之對應(yīng)的外觀并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖3所示。

圖3 新型LED擋泥板的外觀設(shè)計

3.新型LED擋泥板結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）LED燈罩槽的設(shè)計。燈罩槽尺寸及技術(shù)規(guī)范必須以客戶提交的LED燈電路模組的尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，盡量減小U、V方向的彎曲，同時內(nèi)壁與燈罩翻邊保持0.3mm的間隙，以便刷密封膠進(jìn)行密封。

（2）燈罩設(shè)計。燈罩內(nèi)部卡槽以電路模組為主參照物進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計，零配、刷密封膠安裝，同時配合位置盡量避免彎曲，防止電路板翹曲彈出，影響使用。為了保證透光性，燈罩壁厚應(yīng)在1.5mm以上，并設(shè)置內(nèi)部花紋，防止大燈珠產(chǎn)生的眩光污染。

4.新型LED擋泥板燈罩三維設(shè)計及電路板尺寸設(shè)計

為了在保證LED燈罩效果的基礎(chǔ)上，能夠很好地與擋泥板、定制的電路板進(jìn)行密封裝配，需要進(jìn)行相應(yīng)的燈罩結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路板尺寸規(guī)范。圖4為電路板尺寸圖。

圖4 電路板尺寸圖

5.新型LED擋泥板樣件測試

將樣件預(yù)安裝在真車上，仔細(xì)按照試車單的技術(shù)要求逐項檢查，若每項均符合，則產(chǎn)品進(jìn)入成品樣件加工階段并進(jìn)行相應(yīng)測試，若有不符，則根據(jù)試車結(jié)果，實時修改模型數(shù)據(jù)，并重復(fù)以上兩步。

三、小結(jié)

逆向工程不是簡單的復(fù)制和模仿，而是一種數(shù)據(jù)重構(gòu)和變更的手段，一種產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法。其在汽車飾品中的應(yīng)用不僅大大縮短了產(chǎn)品的研制周期，還為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計提供了技術(shù)手段，是提高產(chǎn)品競爭力的重要途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]王霄.逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]張小虞，葉平.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

（作者單位：廣州市機電技師學(xué)院）