逆向工程在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究
更新時(shí)間：2020-11-19 18:00:02 字號：T|T
逆向工程是一種對已有產(chǎn)品進(jìn)行分析、深化和再創(chuàng)造的過程，它能明顯的縮短設(shè)計(jì)周期，在很多方面都有廣泛的應(yīng)用，尤其是在車身設(shè)計(jì)方面?！ ?..
逆向工程是一種對已有產(chǎn)品進(jìn)行分析、深化和再創(chuàng)造的過程，它能明顯的縮短設(shè)計(jì)周期，在很多方面都有廣泛的應(yīng)用，尤其是在車身設(shè)計(jì)方面。
1、傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)主要分為初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，整個(gè)開發(fā)過程是從制作1：5的油泥模型和全尺寸的立體模型開始的，然后設(shè)計(jì)人員要根據(jù)油泥模型繪制出所有車身圖紙和模具加工圖紙。設(shè)計(jì)過程所遵循的順序是由外及內(nèi)，由模型到圖紙。整個(gè)設(shè)計(jì)過程是通過實(shí)物、模型、圖紙和樣板來傳遞信息的，它有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：任何設(shè)計(jì)細(xì)微的改變，都將導(dǎo)致主模型和大量圖紙的修改，增加工作量，延長開發(fā)周期；單向不可逆的過程，車身如果定型，想要修改又將是******繁瑣的。
2、運(yùn)用逆向工程進(jìn)行的車身設(shè)計(jì)
逆向工程也叫反求工程，是把實(shí)物轉(zhuǎn)化為CAD模型數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重構(gòu)技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。主要包括三個(gè)過程：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、曲面擬合重構(gòu)。
?、贁?shù)據(jù)采集。逆向工程中數(shù)據(jù)采集是很重要的一步，它是進(jìn)行下面工作的基礎(chǔ)，隨著傳感器等技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了較多的數(shù)字化技術(shù)和方法，根據(jù)數(shù)字化設(shè)備采集數(shù)據(jù)的方式將數(shù)據(jù)采集方法分為：接觸式數(shù)據(jù)采集和非接觸式數(shù)據(jù)采集。車身是一個(gè)高度復(fù)雜的曲面結(jié)合體，它的外表面大，車體跨度大，對零件間配合要求嚴(yán)格且車身內(nèi)部較繁瑣緊湊，使用一般的接觸式測量儀效果不明顯，因此現(xiàn)被廣泛使用的是激光為代表的三坐標(biāo)測量儀。
?、跀?shù)據(jù)處理。由數(shù)據(jù)采集獲得的原始數(shù)據(jù)，都是一些孤立的測量點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間沒有連接關(guān)系，必須對其進(jìn)行處理，以滿足后續(xù)工作的要求。激光三維數(shù)字化儀測量所得到的數(shù)據(jù)量較大，在進(jìn)行測量時(shí)，難免會(huì)引入誤差，稱其為“跳點(diǎn)”和“壞點(diǎn)”，進(jìn)行曲面造型時(shí)，它們對曲面的光順性影響較大，所以需要對其處理，可用直觀檢查法，通過圖形終端用肉眼直接將與截面數(shù)據(jù)點(diǎn)集偏離較大的點(diǎn)或存在于屏幕上的孤立點(diǎn)剔除。這種方法適合于數(shù)據(jù)的初步檢查，可從數(shù)據(jù)點(diǎn)集中篩選出一些偏差比較大的異常點(diǎn)；對于偏差很小的異常點(diǎn)可使用曲線檢查法。
?、矍鏀M合重構(gòu)。數(shù)據(jù)點(diǎn)云經(jīng)過處理后，下面要進(jìn)行的是數(shù)據(jù)的分割。數(shù)據(jù)分割是根據(jù)復(fù)雜曲面的曲面片類型，將“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)分割成同類曲面片的數(shù)據(jù)子集，使測量數(shù)據(jù)分類轉(zhuǎn)變?yōu)樵煨蛿?shù)據(jù)，方法是根據(jù)每一個(gè)自然曲面，將測量點(diǎn)分割的同時(shí)并確定每一個(gè)點(diǎn)集屬于哪種曲面，***可以進(jìn)行曲面擬合了。
逆向工程可以避免傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)方法中每個(gè)設(shè)計(jì)階段都要反復(fù)進(jìn)行的平面圖形和立體模型制作的過程，以致新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)周期長、工作量大。但僅僅使用逆向工程會(huì)產(chǎn)生以下問題；數(shù)據(jù)量大，調(diào)取數(shù)據(jù)困難；數(shù)據(jù)采集過程中存在誤差，導(dǎo)致精度不高；處理點(diǎn)云時(shí)，由于測量范圍的限制，點(diǎn)云的擬合拼接受到多種因素的干擾；曲面擬合如何解決曲面重構(gòu)中算法效率問題，使之快速實(shí)現(xiàn)睦面重構(gòu)。
3、正、逆向設(shè)計(jì)的混合建模
傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)它的優(yōu)勢在于特征造型和實(shí)體造型，對零件特征的編輯修改比較方便；逆向設(shè)計(jì)它的優(yōu)勢在于測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的強(qiáng)大處理功能和復(fù)雜自由曲面的設(shè)計(jì)。車身曲面是一種很復(fù)雜的曲面，需要把正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)結(jié)合起來，優(yōu)勢互補(bǔ)，即正逆向混合建模。
利用正、逆向設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行混合建模的思路具體如下：
首先使用三維數(shù)據(jù)測量儀對車身進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
然后通過逆向工程軟件拼合、去噪、精簡、調(diào)整后得到工程技術(shù)人員所需要的點(diǎn)、曲線、曲面，將處理后的點(diǎn)、曲線、曲面數(shù)據(jù)經(jīng)通用的數(shù)據(jù)模式輸入到正向設(shè)計(jì)軟件中，運(yùn)用正向設(shè)計(jì)軟件對其進(jìn)行再設(shè)計(jì)，也即是實(shí)現(xiàn)改型設(shè)計(jì)。
這種設(shè)計(jì)思路既保留了逆向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，又利用了正向設(shè)計(jì)軟件強(qiáng)大的實(shí)體和曲面建模功能，明顯縮短了車身開發(fā)周期，提高了車身開發(fā)質(zhì)量，并且便于對其進(jìn)行再創(chuàng)造和改進(jìn)，有助于將參數(shù)化設(shè)計(jì)、虛擬仿真設(shè)計(jì)等正向設(shè)計(jì)方法融入到逆向設(shè)計(jì)中來。
4、結(jié)語
在科技高度發(fā)達(dá)的今天，高效率的車身設(shè)計(jì)是很重要的，混合使用正向、逆向設(shè)計(jì)可有效提高車身設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。
1、傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)主要分為初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，整個(gè)開發(fā)過程是從制作1：5的油泥模型和全尺寸的立體模型開始的，然后設(shè)計(jì)人員要根據(jù)油泥模型繪制出所有車身圖紙和模具加工圖紙。設(shè)計(jì)過程所遵循的順序是由外及內(nèi)，由模型到圖紙。整個(gè)設(shè)計(jì)過程是通過實(shí)物、模型、圖紙和樣板來傳遞信息的，它有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：任何設(shè)計(jì)細(xì)微的改變，都將導(dǎo)致主模型和大量圖紙的修改，增加工作量，延長開發(fā)周期；單向不可逆的過程，車身如果定型，想要修改又將是******繁瑣的。
2、運(yùn)用逆向工程進(jìn)行的車身設(shè)計(jì)
逆向工程也叫反求工程，是把實(shí)物轉(zhuǎn)化為CAD模型數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重構(gòu)技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。主要包括三個(gè)過程：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、曲面擬合重構(gòu)。
?、贁?shù)據(jù)采集。逆向工程中數(shù)據(jù)采集是很重要的一步，它是進(jìn)行下面工作的基礎(chǔ)，隨著傳感器等技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了較多的數(shù)字化技術(shù)和方法，根據(jù)數(shù)字化設(shè)備采集數(shù)據(jù)的方式將數(shù)據(jù)采集方法分為：接觸式數(shù)據(jù)采集和非接觸式數(shù)據(jù)采集。車身是一個(gè)高度復(fù)雜的曲面結(jié)合體，它的外表面大，車體跨度大，對零件間配合要求嚴(yán)格且車身內(nèi)部較繁瑣緊湊，使用一般的接觸式測量儀效果不明顯，因此現(xiàn)被廣泛使用的是激光為代表的三坐標(biāo)測量儀。
?、跀?shù)據(jù)處理。由數(shù)據(jù)采集獲得的原始數(shù)據(jù)，都是一些孤立的測量點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間沒有連接關(guān)系，必須對其進(jìn)行處理，以滿足后續(xù)工作的要求。激光三維數(shù)字化儀測量所得到的數(shù)據(jù)量較大，在進(jìn)行測量時(shí)，難免會(huì)引入誤差，稱其為“跳點(diǎn)”和“壞點(diǎn)”，進(jìn)行曲面造型時(shí)，它們對曲面的光順性影響較大，所以需要對其處理，可用直觀檢查法，通過圖形終端用肉眼直接將與截面數(shù)據(jù)點(diǎn)集偏離較大的點(diǎn)或存在于屏幕上的孤立點(diǎn)剔除。這種方法適合于數(shù)據(jù)的初步檢查，可從數(shù)據(jù)點(diǎn)集中篩選出一些偏差比較大的異常點(diǎn)；對于偏差很小的異常點(diǎn)可使用曲線檢查法。
?、矍鏀M合重構(gòu)。數(shù)據(jù)點(diǎn)云經(jīng)過處理后，下面要進(jìn)行的是數(shù)據(jù)的分割。數(shù)據(jù)分割是根據(jù)復(fù)雜曲面的曲面片類型，將“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)分割成同類曲面片的數(shù)據(jù)子集，使測量數(shù)據(jù)分類轉(zhuǎn)變?yōu)樵煨蛿?shù)據(jù)，方法是根據(jù)每一個(gè)自然曲面，將測量點(diǎn)分割的同時(shí)并確定每一個(gè)點(diǎn)集屬于哪種曲面，***可以進(jìn)行曲面擬合了。
逆向工程可以避免傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)方法中每個(gè)設(shè)計(jì)階段都要反復(fù)進(jìn)行的平面圖形和立體模型制作的過程，以致新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)周期長、工作量大。但僅僅使用逆向工程會(huì)產(chǎn)生以下問題；數(shù)據(jù)量大，調(diào)取數(shù)據(jù)困難；數(shù)據(jù)采集過程中存在誤差，導(dǎo)致精度不高；處理點(diǎn)云時(shí)，由于測量范圍的限制，點(diǎn)云的擬合拼接受到多種因素的干擾；曲面擬合如何解決曲面重構(gòu)中算法效率問題，使之快速實(shí)現(xiàn)睦面重構(gòu)。
3、正、逆向設(shè)計(jì)的混合建模
傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)它的優(yōu)勢在于特征造型和實(shí)體造型，對零件特征的編輯修改比較方便；逆向設(shè)計(jì)它的優(yōu)勢在于測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的強(qiáng)大處理功能和復(fù)雜自由曲面的設(shè)計(jì)。車身曲面是一種很復(fù)雜的曲面，需要把正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)結(jié)合起來，優(yōu)勢互補(bǔ)，即正逆向混合建模。
利用正、逆向設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行混合建模的思路具體如下：
首先使用三維數(shù)據(jù)測量儀對車身進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
然后通過逆向工程軟件拼合、去噪、精簡、調(diào)整后得到工程技術(shù)人員所需要的點(diǎn)、曲線、曲面，將處理后的點(diǎn)、曲線、曲面數(shù)據(jù)經(jīng)通用的數(shù)據(jù)模式輸入到正向設(shè)計(jì)軟件中，運(yùn)用正向設(shè)計(jì)軟件對其進(jìn)行再設(shè)計(jì)，也即是實(shí)現(xiàn)改型設(shè)計(jì)。
這種設(shè)計(jì)思路既保留了逆向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，又利用了正向設(shè)計(jì)軟件強(qiáng)大的實(shí)體和曲面建模功能，明顯縮短了車身開發(fā)周期，提高了車身開發(fā)質(zhì)量，并且便于對其進(jìn)行再創(chuàng)造和改進(jìn)，有助于將參數(shù)化設(shè)計(jì)、虛擬仿真設(shè)計(jì)等正向設(shè)計(jì)方法融入到逆向設(shè)計(jì)中來。
4、結(jié)語
在科技高度發(fā)達(dá)的今天，高效率的車身設(shè)計(jì)是很重要的，混合使用正向、逆向設(shè)計(jì)可有效提高車身設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。
