基于逆向工程的車身設(shè)計(jì)應(yīng)用

劉孝峰+++王剛

摘 要：現(xiàn)如今，汽車工業(yè)是一個相對于其他產(chǎn)業(yè)而言，相對較成熟的產(chǎn)業(yè)，有著高度密集的技術(shù)，時(shí)常作為現(xiàn)代各種高新技術(shù)的一種載體。同時(shí)在汽車工業(yè)技術(shù)中產(chǎn)品開發(fā)處于核心的地位。隨著十幾年來經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國在汽車行業(yè)順應(yīng)國際汽車行業(yè)的發(fā)展潮流的同時(shí)，綜合技術(shù)開發(fā)水平有了明顯的提高。文章基于逆向工程的車身設(shè)計(jì)應(yīng)用，在掃描車身點(diǎn)云數(shù)據(jù)到建構(gòu)模型、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、修改數(shù)字模型的這條技術(shù)路徑上，尋找出更為高效、優(yōu)質(zhì)的逆向工程設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用到汽車行業(yè)中去。

關(guān)鍵詞：逆向工程；車身設(shè)計(jì)；研究

1 逆向工程的概念

在很多常見的工業(yè)生產(chǎn)中，如航空、汽車、模具等生產(chǎn)中，工程師長期以來都一直在追求如何才能獲得含有大量先進(jìn)技術(shù)的高產(chǎn)量產(chǎn)品的目標(biāo)。而這些產(chǎn)品通常都具有如下特點(diǎn)，不僅外面覆蓋的物件大多數(shù)都是美觀的，同時(shí)對于每一個構(gòu)件的精度要求也極高，時(shí)常還有可能帶有復(fù)雜的，在電腦上用普通的CAD在計(jì)算機(jī)上很難進(jìn)行完成的幾何特征，必須采用一些特別的方式才能夠?qū)崿F(xiàn)。所以，在實(shí)際生產(chǎn)生活過程中，設(shè)計(jì)原形通常是制件模型或者是一些通過手工修改后的樣件。之后再使用一些手段將模型轉(zhuǎn)換成CAD模型，以此來輔助后續(xù)的計(jì)算機(jī)制造，快速制造一些原型工具，管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，以及制造計(jì)算機(jī)的集成系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，與此同時(shí)對其進(jìn)行詳細(xì)的處理亦或是管理。這種技術(shù)是從實(shí)物樣品獲得數(shù)據(jù)模型，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展CAD系統(tǒng)中一種比較獨(dú)立的范圍，即我們上面所提的“逆向工程”，也可以稱作是反向工程。

2 逆向工程的特點(diǎn)

該設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法相比，主要的區(qū)別是：傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程通常先是進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，再進(jìn)行CAD模型或者圖紙的設(shè)計(jì)，最后再制造出想要的產(chǎn)品。而現(xiàn)在的逆向工程產(chǎn)品生產(chǎn)過程是先進(jìn)性CAD模型生成，再制造出想要的產(chǎn)品，它起源于對產(chǎn)品的精密測量以及質(zhì)量檢驗(yàn)。因此在其產(chǎn)生和發(fā)展的階段，因?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)、側(cè)重點(diǎn)亦或是應(yīng)用環(huán)境等情況的不同，在不同的文章中有不同的概述。一般來說該工程首先會把先進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)備當(dāng)做實(shí)物，把軟件或影像，比如：圖紙、程序、圖像、照片等，當(dāng)做是研究對象，再利用一些現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法或者是設(shè)計(jì)原理、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)等對關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究和探索。最后開發(fā)出和它類似的更先進(jìn)的產(chǎn)品。從廣義來講，逆向工程包括的方面有形狀反求、工藝反求以及材料反求等。在這一意義下，該工程可被定義為：逆向工程是指從實(shí)際物品中提取有關(guān)的信息來構(gòu)建CAD數(shù)字化技術(shù)模型和重建幾何模型技術(shù)的總稱。所以，計(jì)算機(jī)輔助幾何建模反求也許是對這一概念更為精確的表達(dá)，這篇文章所要表達(dá)的逆向工程就是這個概念。逆向工程技術(shù)是指不斷消化和吸收先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新新的產(chǎn)品，是一種非常重要的技術(shù)手段。尤其對于那些曲面外形較復(fù)雜的零部件，逆向工程更為適用，可以作為該種構(gòu)件的主要設(shè)計(jì)方式。比如說汽車的外形覆蓋件，設(shè)計(jì)師經(jīng)常會按1：1的比例制作木模型或者陶土模型，之后把測量到的表面數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，再進(jìn)行造型、修改、完善，最后通過CAM完成模具的制作。

3 該技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用情況

現(xiàn)如今，很多的外形設(shè)計(jì)是還不能夠直接的通過計(jì)算機(jī)對某些物體，尤其是復(fù)雜的藝術(shù)造型、人體或動植物外形等的三維空間幾何設(shè)計(jì)。因此在對這些產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，更喜歡用粘土、木材亦或是泡沫塑料制作初始的外形，然后再利用逆向工程設(shè)計(jì)方法把實(shí)物模型轉(zhuǎn)變成三維空間模型。另外，由于生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品外觀、使用效果等方面的因素，人們常需要對已經(jīng)做好的構(gòu)件進(jìn)行局部的改造。因此在沒有三維空間模型的原始設(shè)計(jì)的情況下，如果可以把實(shí)物構(gòu)件在數(shù)據(jù)測量和處理的基礎(chǔ)上，建造和實(shí)際情況相符合的空間模型，對三維空間模型進(jìn)行改造以后再進(jìn)行產(chǎn)品的加工，這樣很明顯可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。所以，逆向工程在改造模型方面可以起到很大的作用。另一方面而言，現(xiàn)在的已經(jīng)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品被當(dāng)作基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為現(xiàn)如今生產(chǎn)實(shí)物的一條重要理念?，F(xiàn)如今，我國與發(fā)達(dá)國家相比，設(shè)計(jì)制造方面還有很大的差距，利用逆向工程設(shè)計(jì)技術(shù)不但可以吸收來自國外先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，還可以讓我國生產(chǎn)出來的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是站在更高的起點(diǎn)上，加快了某些產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)速度。其次對于某些大型設(shè)備而言，如汽輪機(jī)組、航空發(fā)動機(jī)等，經(jīng)常會由于某個零部件的損壞而不能正常運(yùn)行，這時(shí)如果使用逆向工程手段，可以很便捷地生產(chǎn)出這種零部件進(jìn)行更換，這無疑提高了設(shè)備的利用率和使用年限。

4 逆向工程設(shè)計(jì)法的重要意義

我們國家，很多廠家常采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行對車身的開發(fā)和改造，也就是說在設(shè)計(jì)車身和裝備工藝的制造和設(shè)計(jì)中，先是對汽車外形的模型進(jìn)行塑造，然后制造主樣板、主圖板以及主模型，再完成汽車車身工藝裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造，通過把主圖板、主樣板和主模型結(jié)合起來當(dāng)做是形狀和尺寸的確定依據(jù)。因?yàn)樯厦嫠鶖⑹龅娜齻€物品都是實(shí)際存在的物品，因此成本高，周期長，而且會在開發(fā)過程的環(huán)節(jié)中因多次傳遞造成形狀尺寸的累積誤差，因此精度較低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊憣τ谲嚿淼拈_發(fā)。另外還有一些廠家在設(shè)計(jì)時(shí)，使用了CAD技術(shù)和CAM技術(shù)，但在對于仿制產(chǎn)品或是輕手工進(jìn)行局部的改造后，仍然使用一些較為傳統(tǒng)的測量技術(shù)去手機(jī)特征線上離散的坐標(biāo)數(shù)值，之后輸入到計(jì)算機(jī)里，建立三維空間CAD模型處理方法，它有下面幾種限制，比如測量速度緩慢，時(shí)間長，且精度低，尤其是很復(fù)雜的曲面，離散點(diǎn)不能準(zhǔn)確的對它的形狀做出定義，工程師簡單但卻重復(fù)的工作量十分大。國外有些先進(jìn)的汽車制造企通常在成熟應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)后，把逆向工程里的先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用到對于車身的設(shè)計(jì)以及制造上，同時(shí)設(shè)計(jì)出了一些很有用的對于逆向工程處理以及開的工具，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)縮短開發(fā)時(shí)間，提高生產(chǎn)質(zhì)量的目的。

5 結(jié)束語

逆向工程，作為一種新型的生產(chǎn)技術(shù)，在車身的設(shè)計(jì)應(yīng)用中已經(jīng)很廣泛了。事實(shí)也證明，這種設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的方法比較有很大的優(yōu)勢，也有很大的作用。文章就逆向工程的概念、特點(diǎn)，以及現(xiàn)在國內(nèi)外上的應(yīng)用和起到的作用，進(jìn)行了簡單的分析，通過引起相關(guān)從業(yè)者的足夠重視，提高汽車生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

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