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摘要：首先介绍了知识反求技术以及在汽车工业中的应用.然后介绍了在汽车设计过程中采用逆向工程必须的硬件和软件条件。阐述了逆向工程在汽车产品设计中实施的步骤和必须注意的问题。
关键词：知识反求 汽车设计 逆向工程
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-565-01
1 知识反求及其应用
随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具。其中三维造型技术已被制造业广泛应用于产品造型及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等方面。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。所谓逆向工程技术，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。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品设计一般需要经过效果图、造型设计和产品设计等过程。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如图2所示，与图1的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在汽车工业领域的实际应用中。
2 知识反求实施的硬件和软件
2.1逆向工程技术实施的硬件软件
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。本文中采用的是ATOS光学扫描系统，该TRITDP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。
2.2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：Dvorak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.Danz 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ICEM Surf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surfacer软件进行覆盖件的曲面处理。
3 汽车设计中的知识反求
随着CAD/CAM技术的广泛应用，相比之下，在如何准确、有效地从实物样件上采集复杂三维表面数据，进而能快速地转变成高质量的计算机软件中的三维数学模型成为汽车和机械产品快速原型的重要方法。
3.1知识反求实施步骤
在汽车、摩托车身及其他产品模具的设计和制造过程中。经常会碰到这个难题：产品仿制或面对以手工制作或轻手工进行局部修改（光顺处理）后的模型或实物样件（即使是用CAD/CAM系统设计和加工生产的模型），如果仍用传统的测量技术，采集特征线上离散的坐标点，然后输入计算机，用一般造型软件，将点连成线，线连成面片，连接面片再反复光顺后建立CAD模型的处理步骤，它有以下多方面的技术和工艺上的限制：测量速度慢，周期长而且精确度难以保证，特别是针对很复杂的曲面。离散点不能准确地定义它的形状，工程师简单重复劳动工作量巨大。对测绘人员的要求高，他必须掌握设计的要求和一般CAD/CAM软件对有效处理坐标点数量的限制。既不能充分发挥CAD/CAM技术和计算机速度的优势，又不能发挥最新扫描技术/工具，如激光扫描器等的优势，最终建立的CAD模型与实际数值偏差大。质量难以控制。因此就有必要采用现代先进的知识反求方法（逆向工程）解决这一难题。通常采用先进的测量的设备，如三坐标仪和先进的三维建模软件一起共同来完成。总体步骤如图l示。
3.2 汽车模具设计
汽车工业作为新兴的支柱产业，是应用CAD/CAM技术最为成功的行业。企业都先后成功地建立了相对比较完善的CAD/CAM/CAE网络系统，引进了先进的数控加工设备、三坐标测量设备，已经为高水平汽车模具的生产打下了良好的基础。但是我国汽车工业目前处在发展的初期阶段，无论新品设计，还是产品仿制，与发达国家还存在很大的差距，而对于重要覆盖件的模具更是依赖于进口（如：别克轿车覆盖件价值1亿美元的4o多套模具就是从日本进口的），而且模具的维修保养也依赖于进口，花费了大量的外汇。故成功地应用逆向工程技术对我国汽车工业的发展具有现实意义。在原有的CAD/CAM系统基础上，利用已有的覆盖件实物建立起完善逆向工程系统，在仿制的同时吸收与消化，并逐步形成有自主设计与生产覆盖件模具的规模，并使之成为在网络下集成一体化的系统，必将能够提高模具设计的自有生产水平，大大缩短现有的模具生产周期。
在实际的汽车设计的过程中。为实现汽车产品的生产和制造，只有数模是不够的，必须有与汽车产品数模相对应的模具模型，才能依据该模具模型制造生产模具，然后利用模具进行产品的生产和制造。
对汽车覆盖件来说，就是要设计汽车产品数模的凹模和凸模。通常在大型的三维设计软件如UG和Pro/E都有与模具相关的模块。下面以Pro/E软件下的模具为例。
3.2.1利用三维模型生成覆盖件的上下模
在Pro/E中利用以下的步骤，可以由三维模型生成覆盖件的上下模：
（1）建立新零件 （2）创建基准面及坐标系
（3）建立模胚 （4）建立覆盖件模型和模胚型
（5）求分模面 （6）分模求出上下模
3.2.2数控加工
给定毛坯和一系列刀具，给定工件材料和待加工轮廓或曲面，在Pro/E软件的MANUFACTURING模塊中进行数控缩程，生成粗加工、半精加工、精加工、清根轨迹，改变设计面和加工条件，自动更新刀具所有工序的刀具轨迹。即按照图4的步骤进行。
结束语
在设计过程中，并不是所有的点都是要选取的。因此，在确定基本曲面的控制曲线时，需要找出哪些点或线是可用的，哪些点或线是一些细化特征的，需要在以后的设计中用到，而不是在总体设计中就体现出来的。事实上，一些圆柱、凸台等特征是在整体轮廓确定之后，测量实体模型并结合扫描数据生成的。同时应尽量选择一些扫描质量比较好的点或线，对其进行拟合。
参考文献
[1]徐英利 汽车产品设计中逆向工程应用的探讨《中国科技博览》2012年 第20期。
[2]彭岳华 崔琼瑶 逆向工程在汽车产品设计中的应用《计算机应用与软件》2003年09期
[3]陈黎卿；王继先；刘忠存；逆向工程技术在汽车车身造型设计中的应用
《机械制造》2006年第08期
关键词：知识反求 汽车设计 逆向工程
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-565-01
1 知识反求及其应用
随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具。其中三维造型技术已被制造业广泛应用于产品造型及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等方面。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。所谓逆向工程技术，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。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品设计一般需要经过效果图、造型设计和产品设计等过程。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如图2所示，与图1的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在汽车工业领域的实际应用中。
2 知识反求实施的硬件和软件
2.1逆向工程技术实施的硬件软件
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。本文中采用的是ATOS光学扫描系统，该TRITDP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。
2.2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：Dvorak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.Danz 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ICEM Surf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surfacer软件进行覆盖件的曲面处理。
3 汽车设计中的知识反求
随着CAD/CAM技术的广泛应用，相比之下，在如何准确、有效地从实物样件上采集复杂三维表面数据，进而能快速地转变成高质量的计算机软件中的三维数学模型成为汽车和机械产品快速原型的重要方法。
3.1知识反求实施步骤
在汽车、摩托车身及其他产品模具的设计和制造过程中。经常会碰到这个难题：产品仿制或面对以手工制作或轻手工进行局部修改（光顺处理）后的模型或实物样件（即使是用CAD/CAM系统设计和加工生产的模型），如果仍用传统的测量技术，采集特征线上离散的坐标点，然后输入计算机，用一般造型软件，将点连成线，线连成面片，连接面片再反复光顺后建立CAD模型的处理步骤，它有以下多方面的技术和工艺上的限制：测量速度慢，周期长而且精确度难以保证，特别是针对很复杂的曲面。离散点不能准确地定义它的形状，工程师简单重复劳动工作量巨大。对测绘人员的要求高，他必须掌握设计的要求和一般CAD/CAM软件对有效处理坐标点数量的限制。既不能充分发挥CAD/CAM技术和计算机速度的优势，又不能发挥最新扫描技术/工具，如激光扫描器等的优势，最终建立的CAD模型与实际数值偏差大。质量难以控制。因此就有必要采用现代先进的知识反求方法（逆向工程）解决这一难题。通常采用先进的测量的设备，如三坐标仪和先进的三维建模软件一起共同来完成。总体步骤如图l示。
3.2 汽车模具设计
汽车工业作为新兴的支柱产业，是应用CAD/CAM技术最为成功的行业。企业都先后成功地建立了相对比较完善的CAD/CAM/CAE网络系统，引进了先进的数控加工设备、三坐标测量设备，已经为高水平汽车模具的生产打下了良好的基础。但是我国汽车工业目前处在发展的初期阶段，无论新品设计，还是产品仿制，与发达国家还存在很大的差距，而对于重要覆盖件的模具更是依赖于进口（如：别克轿车覆盖件价值1亿美元的4o多套模具就是从日本进口的），而且模具的维修保养也依赖于进口，花费了大量的外汇。故成功地应用逆向工程技术对我国汽车工业的发展具有现实意义。在原有的CAD/CAM系统基础上，利用已有的覆盖件实物建立起完善逆向工程系统，在仿制的同时吸收与消化，并逐步形成有自主设计与生产覆盖件模具的规模，并使之成为在网络下集成一体化的系统，必将能够提高模具设计的自有生产水平，大大缩短现有的模具生产周期。
在实际的汽车设计的过程中。为实现汽车产品的生产和制造，只有数模是不够的，必须有与汽车产品数模相对应的模具模型，才能依据该模具模型制造生产模具，然后利用模具进行产品的生产和制造。
对汽车覆盖件来说，就是要设计汽车产品数模的凹模和凸模。通常在大型的三维设计软件如UG和Pro/E都有与模具相关的模块。下面以Pro/E软件下的模具为例。
3.2.1利用三维模型生成覆盖件的上下模
在Pro/E中利用以下的步骤，可以由三维模型生成覆盖件的上下模：
（1）建立新零件 （2）创建基准面及坐标系
（3）建立模胚 （4）建立覆盖件模型和模胚型
（5）求分模面 （6）分模求出上下模
3.2.2数控加工
给定毛坯和一系列刀具，给定工件材料和待加工轮廓或曲面，在Pro/E软件的MANUFACTURING模塊中进行数控缩程，生成粗加工、半精加工、精加工、清根轨迹，改变设计面和加工条件，自动更新刀具所有工序的刀具轨迹。即按照图4的步骤进行。
结束语
在设计过程中，并不是所有的点都是要选取的。因此，在确定基本曲面的控制曲线时，需要找出哪些点或线是可用的，哪些点或线是一些细化特征的，需要在以后的设计中用到，而不是在总体设计中就体现出来的。事实上，一些圆柱、凸台等特征是在整体轮廓确定之后，测量实体模型并结合扫描数据生成的。同时应尽量选择一些扫描质量比较好的点或线，对其进行拟合。
参考文献
[1]徐英利 汽车产品设计中逆向工程应用的探讨《中国科技博览》2012年 第20期。
[2]彭岳华 崔琼瑶 逆向工程在汽车产品设计中的应用《计算机应用与软件》2003年09期
[3]陈黎卿；王继先；刘忠存；逆向工程技术在汽车车身造型设计中的应用
《机械制造》2006年第08期