逆向工程在车身设计中的应用研究

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作者:姜勇剑  (襄樊学院 机械与汽车工程学院,湖北 襄阳)

本文介绍了在进行车身设计时，可将逆向设计技术与传统的设计方法结合起来优势互补，必将提高车身设计的质量和效率，进而缩短整车开发的周期并降低成本。

逆向工程是一种对已有产品进行分析、深化和再创造的过程，它能明显的缩短设计周期，在很多方面都有广泛的应用，尤其是在车身设计方面。

1传统车身设计
传统的车身设计主要分为初步设计和技术设计两个阶段，整个开发过程是从制作1：5的油泥模型和全尺寸的立体模型开始的，然后设计人员要根据油泥模型绘制出所有车身图纸和模具加工图纸。设计过程所遵循的顺序是由外及内，由模型到图纸。整个设计过程是通过实物、模型、图纸和样板来传递信息的，它有以下几个缺点：任何设计细微的改变，都将导致主模型和大量图纸的修改，增加工作量，延长开发周期；单向不可逆的过程，车身如果定型，想要修改又将是极其繁琐的。

2运用逆向工程进行的车身设计
逆向工程也叫反求工程，是把实物转化为CAD模型数字化技术、几何模型重构技术和产品制造技术的总称。主要包括三个过程：数据采集、数据处理、曲面拟合重构。

①数据采集。逆向工程中数据采集是很重要的一步，它是进行下面工作的基础，随着传感器等技术的发展，出现了较多的数字化技术和方法，根据数字化设备采集数据的方式将数据采集方法分为：接触式数据采集和非接触式数据采集。车身是一个高度复杂的曲面结合体，它的外表面大，车体跨度大，对零件间配合要求严格且车身内部较繁琐紧凑，使用一般的接触式测量仪效果不明显，因此现被广泛使用的是激光为代表的三坐标测量仪。

②数据处理。由数据采集获得的原始数据，都是一些孤立的测量点，点与点之间没有连接关系，必须对其进行处理，以满足后续工作的要求。激光三维数字化仪测量所得到的数据量较大，在进行测量时，难免会引入误差，称其为“跳点”和“坏点”，进行曲面造型时，它们对曲面的光顺性影响较大，所以需要对其处理，可用直观检查法，通过图形终端用肉眼直接将与截面数据点集偏离较大的点或存在于屏幕上的孤立点剔除。这种方法适合于数据的初步检查，可从数据点集中筛选出一些偏差比较大的异常点；对于偏差很小的异常点可使用曲线检查法。

③曲面拟合重构。数据点云经过处理后，下面要进行的是数据的分割。数据分割是根据复杂曲面的曲面片类型，将“点云”数据分割成同类曲面片的数据子集，使测量数据分类转变为造型数据，方法是根据每一个自然曲面，将测量点分割的同时并确定每一个点集属于哪种曲面，就可以进行曲面拟合了。

逆向工程可以避免传统的车身设计方法中每个设计阶段都要反复进行的平面图形和立体模型制作的过程，以致新产品的开发设计周期长、工作量大。但仅仅使用逆向工程会产生以下问题；数据量大，调取数据困难；数据采集过程中存在误差，导致精度不高；处理点云时，由于测量范围的限制，点云的拟合拼接受到多种因素的干扰；曲面拟合如何解决曲面重构中算法效率问题，使之快速实现睦面重构。

3正、逆向设计的混合建模
传统车身设计它的优势在于特征造型和实体造型，对零件特征的编辑修改比较方便；逆向设计它的优势在于测量数据点的强大处理功能和复杂自由曲面的设计。车身曲面是一种很复杂的曲面，需要把正向设计和逆向设计结合起来，优势互补，即正逆向混合建模。

利用正、逆向设计技术进行混合建模的思路具体如下：
首先使用三维数据测量仪对车身进行数据采集，获取点云数据；
然后通过逆向工程软件拼合、去噪、精简、调整后得到工程技术人员所需要的点、曲线、曲面，将处理后的点、曲线、曲面数据经通用的数据模式输入到正向设计软件中，运用正向设计软件对其进行再设计，也即是实现改型设计。

这种设计思路既保留了逆向设计的优势，又利用了正向设计软件强大的实体和曲面建模功能，明显缩短了车身开发周期，提高了车身开发质量，并且便于对其进行再创造和改进，有助于将参数化设计、虚拟仿真设计等正向设计方法融入到逆向设计中来。

4结束语
在科技高度发达的今天，高效率的车身设计是很重要的，混合使用正向、逆向设计可有效提高车身设计的质量和效率。


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