1、 逆向工程在汽車行業(yè)中的應(yīng)用 機械0802 楊彬 3080301065摘要：逆向工程技術(shù)及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，基于逆向工程的汽車設(shè)計流程，知識反求在汽車行業(yè)中的應(yīng)用，在汽車設(shè)計過程中采用逆向工程所必須的硬件和軟件條件。關(guān)鍵詞：逆向工程、汽車設(shè)計、cad、pro/e隨著計算機輔助幾何設(shè)計的理論和技術(shù)的發(fā)展, 以及cad/cae/cam集成系統(tǒng)的開發(fā)和商業(yè)化，逆向工程已經(jīng)發(fā)展成為一門以先進產(chǎn)品、設(shè)備的實物為研究對象，利用cad/cam等先進設(shè)計、制造技術(shù)，進行產(chǎn)品的復(fù)制仿形乃至新產(chǎn)品開發(fā)的學(xué)科。它可以直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑? 或直接制造產(chǎn)品, 從而可以對產(chǎn)品設(shè)計進行

2、快速評估和修改, 大大縮短了產(chǎn)品的研制周期, 為新產(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。汽車工業(yè)作為制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一, 其產(chǎn)品更新?lián)Q代速度日趨加快。1逆向工程及其應(yīng)用傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程屬于典型的正向工程( forward engineering, fe) , 遵從正向設(shè)計的思維進行, 一般由設(shè)計人員從市場需求中抽象出產(chǎn)品的概念描述, 據(jù)此建立產(chǎn)品的cad 模型, 然后對其進行數(shù)控編程和數(shù)控加工, 最后得到產(chǎn)品的實物原型。 在實際開發(fā)制造過程中, 設(shè)計人員接收的技術(shù)資料可能是各種數(shù)據(jù)類型的三維模型, 但很多時候, 卻是從上游廠家得到產(chǎn)品的實物模型。設(shè)計人員需要通過一定的途徑, 將

3、這些實物信息轉(zhuǎn)化為cad 模型, 這就應(yīng)用到了逆向工程技術(shù)。逆向工程的思想來源于油泥模型的數(shù)字化技術(shù), 是設(shè)計下游向設(shè)計上游反饋信息的回路。所謂逆向工程( reverseengineering, re) , 是指用一定的測量手段對實物或模型進行測量, 根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構(gòu)實物的cad 模型的過程, 它的設(shè)計流程如圖2 所示。逆向工程技術(shù)與傳統(tǒng)的正向設(shè)計存在很大的差別。概括地說, 正向設(shè)計工程是由概念到cad 模型, 再到實物模型的開發(fā)過程; 而逆向工程則是由實物模型到cad 模型的過程, 對實物模型進行三維數(shù)字化處理, 構(gòu)造實物的cad 模型, 并利用各種成熟的cad/a ce

4、/cam以及cims 等先進技術(shù)進行再創(chuàng)新設(shè)計。逆向工程不僅僅是簡單地再現(xiàn)產(chǎn)品原型, 而是要進一步改進、提高產(chǎn)品原型。廣義的逆向工程包括形狀(幾何) 反求、工藝反求和材料反求等諸多方面, 是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在汽車工業(yè)領(lǐng)域的實際應(yīng)用中, 主要包括以下幾個內(nèi)容:(1) 汽車新零件的設(shè)計, 主要用于產(chǎn)品的改型或仿型設(shè)計;(2) 已有零件的復(fù)制, 再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計意圖;(3) 損壞或磨損零件的還原;(4) 汽車車身特征斷面設(shè)計;(5) 數(shù)字化模型的檢測, 例如檢驗產(chǎn)品的變形分析、焊接質(zhì)量等, 以及進行模型的比較。逆向工程技術(shù)為快速設(shè)計和制造提供了很好的技術(shù)支持, 為后續(xù)的產(chǎn)品制造、加工及模具設(shè)計等

5、工作提供了基礎(chǔ), 它已成為制造業(yè)信息傳遞的重要而簡潔的途徑之一。2逆向工程技術(shù)實施的軟件條件目前比較常用的通用逆向工程軟件有surfacer、delcam、cimatron以及strim。具體應(yīng)用的反向工程系統(tǒng)主要有以下幾個：evans開發(fā)的針對機械零件識別的逆向工程系統(tǒng)； 開發(fā)的仿制舊零件的逆向工程系統(tǒng)；h.h.dam de cnc cmm系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對逆向設(shè)計中的實際問題進行處理，極大地方便了設(shè)計人員。逆向工程在摩托車開發(fā)方面的應(yīng)用主要是覆蓋件建模方面，而在汽車產(chǎn)品開發(fā)除和摩托車的覆蓋件重建外，通常還用在汽車保險杠、車門、引擎蓋、汽車座椅等的設(shè)計中，特別是應(yīng)用于汽車模具設(shè)計和汽車斷面設(shè)計

6、方面。此外，一些大型cad軟件也逐漸為逆向工程提供了設(shè)計模塊。例如pro/e的icemsurf和pro/scantools模塊，可以接受有序點(測量線)，也可接受點云數(shù)據(jù)。其它的象ug軟件，隨著版本的提高，逆向工程模塊也逐漸豐富起來。這些軟件的發(fā)展為逆向工程的實施提供了軟件條件。本文中采用s c盯軟件進行覆蓋件的曲面處理。3逆向工程實施的硬件條件在采用逆向工程技術(shù)進行設(shè)計時，需要從設(shè)計對象中提取三維數(shù)據(jù)信息。檢測設(shè)備的發(fā)展為產(chǎn)品三維信息的獲取提供了硬件條件。目前，國內(nèi)廠家使用較多的有英國、意大利、德國、日本等國家生產(chǎn)的三坐標(biāo)測量機和三維掃描儀。就測頭結(jié)構(gòu)原理來說，可分為接觸式和非接觸式兩種。其

7、中。接觸式測頭又可分為硬測頭和軟測頭，這種測頭與被測物體直接接觸。獲取數(shù)據(jù)信息。非接觸式測頭則是應(yīng)用光學(xué)及激光的原理進行的。近幾年來，掃描設(shè)備有了很大發(fā)展。例如，英國雷尼紹公司的cyclon2高速掃描儀，可實現(xiàn)激光測頭和接觸式掃描頭的互換，激光測頭的掃描精度達005mm，接觸式掃描測頭精度可達002mm，可對易碎、易變形的形體及精細花紋進行掃描。德國c,om公司的atos掃描儀在測量時，可隨意繞被測物體進行移動，利用光帶經(jīng)數(shù)據(jù)影像處理器得到實物表面數(shù)據(jù)。掃描范圍可達8mx8m。atos掃描不僅適于復(fù)雜輪廊的掃描。而且可用于汽車、摩托車內(nèi)外飾件的造型工作。此外，日本羅蘭公司的pix30網(wǎng)點接觸式

8、掃描儀，英國泰勒霍普森公司的talyscan150多傳感掃描儀等，集中體現(xiàn)了檢測設(shè)備的高速化、廉價化和功能復(fù)合化等特點。為實現(xiàn)從實物到數(shù)學(xué)模型cadcaecam的一體化提供了良好的硬件條件。不同的測量對象和測量目的，決定了測量過程和測量方法的不同。在實際三坐標(biāo)測量時，應(yīng)該根據(jù)測量對象的特點以及設(shè)計工作的要求確定合適的掃描方法，并選擇相應(yīng)的掃描設(shè)備。例如，材質(zhì)為硬質(zhì)且形狀較為簡單、容易定位的物體，應(yīng)盡量使用接觸式掃描儀，這種掃描儀成本較低，設(shè)備損耗費相對較少，且可以輸出掃描形式，便于掃描數(shù)據(jù)的進一步處理。但在對橡膠、油泥、人體頭像或超薄形物體進行掃描時，則需要采用非接觸式測量方法，它的特點是速度

9、快，工作距離遠，無材質(zhì)要求，但設(shè)備成本較高。本文中采用的是atos光學(xué)掃描系統(tǒng)，該trridp數(shù)碼相機由照相測量系統(tǒng)和相應(yīng)的計算機軟硬件系統(tǒng)組成。4 cad模型重建建模過程就是進行數(shù)據(jù)處理的過程。其通用手段有數(shù)據(jù)調(diào)整、復(fù)制區(qū)域修剪、數(shù)據(jù)密度修改、數(shù)據(jù)光順、尖角保留等。所建立模型的質(zhì)量取決于曲面擬合的好壞、曲面是否光順及曲面連接是否光滑,其中曲線、曲面光順是特別重要的問題。近年來, 隨著測量技術(shù)、設(shè)備和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展, 特別是逆向工程cad 軟件的研究和應(yīng)用水平的不斷提高, 能夠體現(xiàn)逆向工程cad 建模特點的軟件也在不斷推出, 許多知名企業(yè)相繼開發(fā)出獨具特色的專業(yè)逆向軟件, ptc 公司的

10、pro/e 就是其中之一。5 數(shù)控加工一般而言, 計算機輔助制造系統(tǒng)由刀具路徑文件的生成和機床數(shù)控代碼指令集的生成兩部分組成。在產(chǎn)品加工制造環(huán)節(jié), pro/engineer 在規(guī)劃nc 加工制造流程上提供了功能強大的輔助工具pro/nc 機床加工制造模塊。將創(chuàng)建好的3dcadmodel 匯入pro/e 的manufacturing 模塊, 建立新的pro/nc 文件( 創(chuàng)建新的pro/nc 制造模型) 。pro/nc 模塊便能生成驅(qū)動數(shù)控機床加工所必需的數(shù)據(jù)和信息。它所提供的工具能夠使加工人員按照合理的工序?qū)⒃O(shè)計模型處理成asc刀位數(shù)據(jù)文件, 這些文件經(jīng)后處理變成數(shù)控加工程序。pro/engi

11、neernc 的加工流程包括: 建立所需要的加工模型; 設(shè)定加工操作環(huán)境; 定義nc 序列; 生成刀位數(shù)據(jù)文件; 后置處理并生成nc 代碼, 驅(qū)動數(shù)控機床。至此, 經(jīng)過上述反求建模, nc 加工程序生成后, 再將pro/e 生成的數(shù)控加工代碼經(jīng)過一定的手工設(shè)定后, 送至電火化線切割機或加工中心加工,即可完成該叉類零件的反求設(shè)計與制造。 逆向工程是全新的制造技術(shù)信息化、科學(xué)化的系統(tǒng)工程,開辟了設(shè)計制造零件的新途徑?，F(xiàn)代幾何信息數(shù)字化獲取技術(shù)和以pro/e 為代表的三維造型技術(shù),為逆向工程提供了強有力的模型設(shè)計工具。逆向工程作為一項新技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)和制造方面,能大大地縮短設(shè)計制造周期。中國作為制造業(yè)大國, 但在汽車的生產(chǎn)中, 自己的原始創(chuàng)新所占比例仍較低。通過應(yīng)用逆向工程技術(shù), 在消化、吸收先進技術(shù)的基礎(chǔ)上, 可以加快我國汽車零部件自主開發(fā)創(chuàng)新的步伐。參考文獻：1許智欣,孫長庫.3d逆向工程技術(shù)m.北京:中國計量出版社