逆向工程在汽车工业中的应用.doc

逆向工程在汽车行业中的应用 机械0802 杨彬 3080301065摘要：逆向工程技术及其在汽车工业中的应用，基于逆向工程的汽车设计流程，知识反求在汽车行业中的应用，在汽车设计过程中采用逆向工程所必须的硬件和软件条件。关键词：逆向工程、汽车设计、CAD、PRO/E随着计算机辅助几何设计的理论和技术的发展, 以及CAD/CAE/CAM集成系统的开发和商业化，逆向工程已经发展成为一门以先进产品、设备的实物为研究对象，利用CAD/CAM等先进设计、制造技术，进行产品的复制仿形乃至新产品开发的学科。它可以直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型, 或直接制造产品, 从而可以对产品设计进行快速评估和修改, 大大缩短了产品的研制周期, 为新产品的快速和创新设计提供了一种切实可行的技术途径。汽车工业作为制造业的支柱产业之一, 其产品更新换代速度日趋加快。1逆向工程及其应用传统的产品开发过程属于典型的正向工程( Forward Engineering, FE) , 遵从正向设计的思维进行, 一般由设计人员从市场需求中抽象出产品的概念描述, 据此建立产品的CAD 模型, 然后对其进行数控编程和数控加工, 最后得到产品的实物原型。 在实际开发制造过程中, 设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型, 但很多时候, 却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径, 将这些实物信息转化为CAD 模型, 这就应用到了逆向工程技术。逆向工程的思想来源于油泥模型的数字化技术, 是设计下游向设计上游反馈信息的回路。所谓逆向工程( ReverseEngineering, RE) , 是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量, 根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD 模型的过程, 它的设计流程如图2 所示。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大的差别。概括地说, 正向设计工程是由概念到CAD 模型, 再到实物模型的开发过程; 而逆向工程则是由实物模型到CAD 模型的过程, 对实物模型进行三维数字化处理, 构造实物的CAD 模型, 并利用各种成熟的CAD/A CE/CAM以及CIMS 等先进技术进行再创新设计。逆向工程不仅仅是简单地再现产品原型, 而是要进一步改进、提高产品原型。广义的逆向工程包括形状(几何) 反求、工艺反求和材料反求等诸多方面, 是一个复杂的系统工程。在汽车工业领域的实际应用中, 主要包括以下几个内容:(1) 汽车新零件的设计, 主要用于产品的改型或仿型设计;(2) 已有零件的复制, 再现原产品的设计意图;(3) 损坏或磨损零件的还原;(4) 汽车车身特征断面设计;(5) 数字化模型的检测, 例如检验产品的变形分析、焊接质量等, 以及进行模型的比较。逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持, 为后续的产品制造、加工及模具设计等工作提供了基础, 它已成为制造业信息传递的重要而简洁的途径之一。2逆向工程技术实施的软件条件目前比较常用的通用逆向工程软件有Surfacer、Delcam、Cimatron以及Strim。具体应用的反向工程系统主要有以下几个：Evans开发的针对机械零件识别的逆向工程系统； 开发的仿制旧零件的逆向工程系统；H.H.Dam de CNC CMM系统。这些系统对逆向设计中的实际问题进行处理，极大地方便了设计人员。逆向工程在摩托车开发方面的应用主要是覆盖件建模方面，而在汽车产品开发除和摩托车的覆盖件重建外，通常还用在汽车保险杠、车门、引擎盖、汽车座椅等的设计中，特别是应用于汽车模具设计和汽车断面设计方面。此外，一些大型CAD软件也逐渐为逆向工程提供了设计模块。例如Pro/E的ICEMSurf和Pro/SCANTOOLS模块，可以接受有序点(测量线)，也可接受点云数据。其它的象UG软件，随着版本的提高，逆向工程模块也逐渐丰富起来。这些软件的发展为逆向工程的实施提供了软件条件。本文中采用s c盯软件进行覆盖件的曲面处理。3逆向工程实施的硬件条件在采用逆向工程技术进行设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种。其中。接触式测头又可分为硬测头和软测头，这种测头与被测物体直接接触。获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达005mm，接触式扫描测头精度可达002mm，可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国C,OM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影像处理器得到实物表面数据。扫描范围可达8mX8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廊的扫描。而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX30网点接触式扫描仪，英国泰勒霍普森公司的TALYSCAN150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物到数学模型CADCAECAM的一体化提供了良好的硬件条件。不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法，并选择相应的扫描设备。例如，材质为硬质且形状较为简单、容易定位的物体，应尽量使用接触式扫描仪，这种扫描仪成本较低，设备损耗费相对较少，且可以输出扫描形式，便于扫描数据的进一步处理。但在对橡胶、油泥、人体头像或超薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，它的特点是速度快，工作距离远，无材质要求，但设备成本较高。本文中采用的是ATOS光学扫描系统，该TRrIDP数码相机由照相测量系统和相应的计算机软硬件系统组成。4 CAD模型重建建模过程就是进行数据处理的过程。其通用手段有数据调整、复制区域修剪、数据密度修改、数据光顺、尖角保留等。所建立模型的质量取决于曲面拟合的好坏、曲面是否光顺及曲面连接是否光滑,其中曲线、曲面光顺是特别重要的问题。近年来, 随着测量技术、设备和计算机技术的飞速发展, 特别是逆向工程CAD 软件的研究和应用水平的不断提高, 能够体现逆向工程CAD 建模特点的软件也在不断推出, 许多知名企业相继开发出独具特色的专业逆向软件, PTC 公司的Pro/E 就是其中之一。5 数控加工一般而言, 计算机辅助制造系统由刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成两部分组成。在产品加工制造环节, Pro/ENGINEER 在规划NC 加工制造流程上提供了功能强大的辅助工具Pro/NC 机床加工制造模块。将创建好的3DCADModel 汇入Pro/E 的Manufacturing 模块, 建立新的Pro/NC 文件( 创建新的Pro/NC 制造模型) 。Pro/NC 模块便能生成驱动数控机床加工所必需的数据和信息。它所提供的工具能够使加工人员按照合理的工序将设计模型处理成ASC刀位数据文件, 这些文件经后处理变成数控加工程序。Pro/EngineerNC 的加工流程包括: 建立所需要的加工模型; 设定加工操作环境; 定义NC 序列; 生成刀位数据文件; 后置处理并生成NC 代码, 驱动数控机床。至此, 经过上述反求建模, NC 加工程序生成后, 再将Pro/E 生成的数控加工代码经过一定的手工设定后, 送至电火化线切割机或加工中心加工,即可完成该叉类零件的反求设计与制造。 逆向工程是全新的制造技术信息化、科学化的系统工程,开辟了设计制造零件的新途径。现代几何信息数字化获取技术和以Pro/E 为代表的三维造型技术,为逆向工程提供了强有力的模型设计工具。逆向工程作为一项新技术在产品设计开发和制造方面,能大大地缩短设计制造周期。中国作为制造业大国, 但在汽车的生产中, 自己的原始创新所占比例仍较低。通过应用逆向工程技术, 在消化、吸收先进技术的基础上, 可以加快我国汽车零部件自主开发创新的步伐。参考文献：1许智欣,孙长库.3D逆向工程技术M.北京:中国计量出版社