芻議逆向工程技術(shù)
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
論文導(dǎo)讀:：轎車車身設(shè)計(jì)方法正逐步由傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法向著以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。車身的逆向設(shè)計(jì)工程技術(shù)由此得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。逆向工程是一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的新技術(shù),它是在現(xiàn)有產(chǎn)品數(shù)字化基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新的,其關(guān)鍵技術(shù)主要包括:實(shí)物數(shù)字化、數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維模型重建等。針對(duì)目前逆向工程技術(shù)在車身上的研究現(xiàn)狀，文章進(jìn)行了總結(jié)、歸納和整理，并對(duì)逆向工程技術(shù)做了進(jìn)一步詮釋和研究。
論文關(guān)鍵詞：車身設(shè)計(jì)，逆向工程，曲面光順，模型重構(gòu)
車身在汽車的整體設(shè)計(jì)中，占有重要地位，直接影響到整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、行駛安全性等，這就需要在整個(gè)車身設(shè)計(jì)過程中融合空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程材料、生產(chǎn)工藝、美學(xué)、心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等相關(guān)知識(shí)，因此，在缺資金、技術(shù)、人才等條件下，要完全自主開發(fā)一款汽車車身的難度是很大的，而參考國(guó)外同級(jí)別的成熟車型進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)則變得相對(duì)簡(jiǎn)單，既可縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，提高產(chǎn)品開發(fā)成功的機(jī)率，也可快速吸收國(guó)外汽車車身設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提高我國(guó)汽車自主開發(fā)能力。
1 逆向工程技術(shù)原理及流程
逆向工程(Reverse Engineering，RE)亦稱反求工程，就是根據(jù)現(xiàn)有的產(chǎn)品模型機(jī)械論文，利用數(shù)字化測(cè)量設(shè)備獲取實(shí)體數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，構(gòu)建一個(gè)完整的CAD模型，繼而用于分析和制造[1]。相對(duì)于傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)方式，逆向工程可以在沒有產(chǎn)品圖紙的條件下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造。長(zhǎng)期以來，由于設(shè)計(jì)環(huán)境和設(shè)計(jì)手段的局限，限制了車身設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造能力的發(fā)揮以及和工程技術(shù)人員有效的交流與協(xié)調(diào)，使得新產(chǎn)品的開發(fā)效率低下，進(jìn)展緩慢。車身設(shè)計(jì)需要一種新的設(shè)計(jì)手段和思路。逆向工程不僅能完成對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的仿制、復(fù)制，更能快速實(shí)現(xiàn)超越。
車身設(shè)計(jì)逆向工程可以分為三個(gè)過程—數(shù)據(jù)采集(data acquisition)，數(shù)據(jù)處理(data processing)，抽象建模(abstract model)。本文主要基于Pro/ENGINEER研究?jī)煞N不同的建模方式。
2 數(shù)據(jù)采集及處理
數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)的基礎(chǔ)，按采集的接觸方式不同分為接觸式和非接觸式兩大類。在對(duì)車身零件和產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)化之前，首先必須理解原有模型的設(shè)計(jì)思想，在此基礎(chǔ)上還要修復(fù)或克服原有模型上存在的缺陷。主要考慮好以下幾點(diǎn)：（1）確定設(shè)計(jì)的整體思路，對(duì)手中的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行系統(tǒng)的分析，確定好先做什么，后做什么，用什么方法做。將模型劃分為幾個(gè)特征區(qū)，得出設(shè)計(jì)的整體思路，找到設(shè)計(jì)難點(diǎn)，做到心中有數(shù)。（2）確定模型的基本構(gòu)成形狀的曲面類型，這關(guān)系到相應(yīng)設(shè)計(jì)軟件的選擇和軟件模塊的確定。對(duì)于車身大型的外覆蓋件等自由曲面，一般采用具有方便調(diào)整曲線和曲面的模塊。值得注意的是，在設(shè)計(jì)過程中，并不是所有的點(diǎn)都要選取的，因此，在確定基本曲面的控制曲線時(shí)，需要找出那些點(diǎn)和線是可用的機(jī)械論文，哪些點(diǎn)和線是一些細(xì)化特征的，需要在以后的設(shè)計(jì)中用到，而不是在總體設(shè)計(jì)中就體現(xiàn)出來[2]。
3 Pro/ENGINEER軟件抽象建模
抽象建模，即為將測(cè)量點(diǎn)還原為車身模型。內(nèi)容包括曲線構(gòu)建與擬合、曲面構(gòu)建與光順、實(shí)體構(gòu)建等。目前較為成熟的模型重建技術(shù)是通過構(gòu)建曲面來實(shí)現(xiàn)模型重建。因此，構(gòu)建曲面是車身模型重建的關(guān)鍵。
3.1、根據(jù)車身點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模
由于測(cè)量過程中得到的是離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，缺乏必要的特征信息，往往存在數(shù)字化誤差，需要對(duì)曲面和曲線進(jìn)行光順。光順是一個(gè)工程上的概念，包括光滑和順眼兩方面的含義。光滑是指空間曲線和面的連續(xù)階，數(shù)學(xué)上一階倒數(shù)連續(xù)的曲線即為光滑的曲線;而順眼是人的主觀感覺評(píng)價(jià)期刊網(wǎng)。圖2就是以豐田商務(wù)車為例，在獲得點(diǎn)云資料后，在Imageware中處理出需要的抄數(shù)線。對(duì)于抄數(shù)線的處理，應(yīng)注意，在變化趨勢(shì)小的地方的點(diǎn)應(yīng)盡量的少，對(duì)于明顯偏離趨勢(shì)的點(diǎn)應(yīng)略去，以免過多的點(diǎn)造成曲線不光順。曲線光順應(yīng)滿足3個(gè)條件：曲線二階幾何連續(xù)；曲線沒有奇點(diǎn)和多余拐點(diǎn)；曲率變化均勻，應(yīng)變能較小。曲線光順可分3步進(jìn)行：尋找壞點(diǎn)，并修改壞點(diǎn)的坐標(biāo)值；粗光順使曲線上各段的曲率符號(hào)一致，保證曲線單凸或單凹性：精光順，使曲線上各段的曲率變化均勻，滿足光順的要求。[3]再根據(jù)抄數(shù)線，在Proe中建模。圖3是在Proe中建模的一個(gè)片段通過此種方式所建模型，精確度和效率都很高。
圖2 三維抄數(shù)線 圖3 建模片段
3.2、根據(jù)車身圖片數(shù)據(jù)建模
在不能直接獲得原始車身數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)車身圖片采集數(shù)據(jù)，也是逆向工程的一大特色。大致操作步驟是：1）找到要作為車身數(shù)據(jù)采集對(duì)象的三視圖（圖4）；2）在CAD中將視圖對(duì)齊，描繪主要輪廓線，即抄數(shù)線（圖5）；3）將獲得的抄數(shù)線導(dǎo)入Proe中作為參照（圖6）；4）在Proe中根據(jù)抄數(shù)線逼近建模（圖7）。
圖4 車身圖片圖5CAD中抄數(shù)線
在建面的過程中，需要注意面與面之間的光順。為了保證誤差盡可能小，可以到分析模塊中使用高斯曲率法對(duì)曲面進(jìn)行分析。當(dāng)曲面曲率變化比較均勻時(shí)即可為達(dá)到設(shè)計(jì)要求。若曲面質(zhì)量很差需要對(duì)構(gòu)成的曲線進(jìn)行重新調(diào)整機(jī)械論文，直至曲面讓人滿意為止。逆向工程既要保證曲面質(zhì)量又要保證設(shè)計(jì)精度。除了對(duì)原始型值點(diǎn)進(jìn)行光順之外，有時(shí)還要控制修改后的型值點(diǎn)同原始型值點(diǎn)的坐標(biāo)偏差，該偏差不應(yīng)太大，以保證設(shè)計(jì)部門給出的指標(biāo)不致受太大的影響。目前，曲面構(gòu)建方案主要有三種：1) 以B-Spline或NURBS曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法；2) 以三角Bezier曲面片為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法；3) 以多面體面片為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法。[4]
圖6 曲面光順擬合圖7 車身實(shí)體
前期工程做好之后，打開Pro/ENGINEER 軟件的殼體特征創(chuàng)建方法，利用Create/Prot rusion/Use Quilt將所建立的曲面生成實(shí)體完成3D建模。建模后可通過Pro/ENGINEER軟件中的View/advanced--iPhotorender進(jìn)行渲染處理，及Analysis-- ModelAnalysis/Curve Analysis/Surface Analysis的分析方法來檢驗(yàn)所建立的模型、曲線和曲面的合理性與精確度。
3.3后處理
利用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行逆向工程設(shè)計(jì)還可以進(jìn)行相應(yīng)的后處理工作。將前面完成的3DCAD Model匯入Pro/ENGINEER軟件的Manufacturing模塊中進(jìn)行Nc加工程序的制作，并利用Pro/ENGINEER軟件生成NC加工的G代碼輸入三軸（或五軸）加工中心加工出產(chǎn)品。
4 結(jié)束語
對(duì)于車身設(shè)計(jì)，采用逆向工程做法是制造技術(shù)信息化、科學(xué)化的必然趨勢(shì)，也是一項(xiàng)開拓性、實(shí)用性和綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，開辟了車身設(shè)計(jì)制造的新途徑�；贑AD/CAM的逆向技術(shù)，可以大大縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，這也適應(yīng)汽車行業(yè)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速更新的需要。實(shí)踐證明，車身設(shè)計(jì)逆向工程技術(shù)的研究和應(yīng)用，已經(jīng)給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
［1］金濤,陳建良,童水光.逆向工程技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)機(jī)械工程,2002.8,1429～1435
［2］馬鐵利,蘭鳳崇.車身逆向工程應(yīng)用中的點(diǎn)云處理與曲線曲面光順[J].機(jī)械設(shè)計(jì), 2000.8,175～178
［3］于哲峰,張國(guó)忠.基于Pro/ENGINEER的汽車車身逆向設(shè)計(jì)[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2007.10 187～189
［4］盧金火,蘭鳳崇.汽車車身曲線曲面光順處理方法的研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件, 1996,3, 215～218
上一篇:“公差原則”綜述
下一篇:簡(jiǎn)述絮凝沉淀
