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1、逆向工程技術應用本文首先將闡述逆向工程的基本概念，然後介紹車身逆向工程的基本原理、車身逆向工程中測量技術與原理,以及車身三維數學曲面模型建立的理論基礎、車身外形曲面光順方法，和車身逆向工程中點資料處理技術、曲線曲面重建技術，最後結合福田重卡車身逆向開發項目，重點闡述車身逆向工程技術的應用與流程。 進入21世紀，知識經濟已成為主導經濟，製造業面臨新的環境。為了適應新的變化，各國政府、產業界和科技界提出了各種先進的製造技術，其中逆向工程技術作為先進製造技術之一，得到各國普遍重視。我國汽車開發技術，尤其是車身開發技術目前遠遠落後于發達國家水平，如何利用先進的製造技術提升我國汽車車身開發技術水平，這正
2、是本課題研究的出發點：即探索利用逆向工程技術來提升我國汽車車身開發水平。本文首先將闡述逆向工程的基本概念，然後介紹車身逆向工程的基本原理、車身逆向工程中測量技術與原理,以及車身三維數學曲面模型建立的理論基礎、車身外形曲面光順方法，和車身逆向工程中點資料處理技術、曲線曲面重建技術，最後結合福田重卡車身逆向開發項目，重點闡述車身逆向工程技術的應用與流程。1.概述1.1 逆向工程技術的簡要描述傳統以來，工業產品的開發均是遵循序列嚴謹的開發流程，從產品的功能與規格的指標確定開始，構思產品的零元件需求，再由各元件的設計、製造、檢驗、零件分裝、整機總裝、性能測試等程式來完成。這種開發模式，被稱為正向工程F
3、E(Forward Engineering)。近十幾年來，隨著測量技術、電腦軟、硬體技術的發展，有別于傳統正向工程的一門新技術正在蓬勃興起，這種技術在東南亞工業界已廣泛應用，它就是逆向工程RE(Reverse Engineering)。所謂逆向工程就是指在沒有設計圖紙或設計圖紙不全、不完整以及沒有CAD模型的情況下，按照現有的目標產品模型，利用各種數位化技術重新構造零件三維CAD數學模型的過程，包括目標產品原型數位化和三維CAD模型重建兩個主要階段。1.2 逆向工程技術在車身開發中應用的可能眾所周知，車身的開發它需要大量資金的積累、技術的積累、人才的積累。我國汽車業尚沒有形成很強的研發能力，很
4、多專家認為：過去多年我們走的開發思路，一是完全自主開發，一切從零開始，這種開發思路實踐證明不成功，因為我們沒有那麼大規模支援，更沒有那麼多的技術、管理積累；二是圖省事，簡單拿來主義，購買技術，這樣技術永遠掌在別人的手裏，不可能形成自主開發能力。逆向工程技術就是迅速解決提升我們汽車車身研發水平重要手段之一。我們提升汽車自主開發能力，趕上世界水平唯一的辦法，必須採取站在巨人的肩膀上，要消化、吸收、改進、創新。韓國、日本都曾經走這條路，他們不是簡單的把別人的車拿來裝配，而是真正地消化、吸收，通過消化、吸收學習，縮短與世界水平的差距，逐步培養起自己的自主開發能力，因此成為今天的汽車開發世界強國 。逆向
5、工程技術正是消化、吸收先進技術重要方法之一，尤其在車身開發方面，逆向工程技術是送我們走上巨人肩膀的強大武器。我們福田公司車身開發人員正是利用這先進技術開展了歐曼重卡車身的研發，並取得了成功。2.車身逆向工程的原理與基本理論2.1車身正向工程開發與車身逆向工程的原理2.1.1車身正向工程開發過程汽車車身正向工程開發走過了兩個歷史發展階段。一是20世紀70年代以前屬於傳統的正向開發，二是70年代末至今的電腦輔助設計正向開發。現代的車身正向開發：隨著70年代末電腦技術的發展，電腦車身輔助設計逐步在車身正向開發中得到應用。現代的車身正向開發流程總的來說與傳統正向開發流程相似，但其中應用了大量的電腦輔助
6、技術，具體如下流程：車身正向開發流程從上述流程圖可以看出，現代車身正向設計比傳統設計更加複雜，更加精細，其中最大特點應用電腦輔助技術，在造型階段應用CAS技術（Computer Aided Styling ）， 在模型製作階段應用電腦NC技術（Numerical Control），在總佈置及結構設計階段採用三維CAD，在設計驗證階段採用了CAE（Computer Aided Engineering）以及R P（Rapid Prototyping）技術，在製造階段採用CAM（Computer Aided Manufacturing）。2.1.2車身逆向工程開發流程車身逆向工程開發，其基本思路是：
7、經過廣泛選擇與對比分析，確定世界上最新推出的產品，且這種產品已獲得用戶的廣泛認同，以此車型作為我們要研究的模型樣車。一般來，汽車技術先進的公司，每推出新一代產品，它都蘊涵著該公司多年研究的最新技術成果，例如日本卡車車身每58年換代一次，通過研究，我們發現：每次產品換型都是一次技術飛躍。各公司都有各自的技術成果或是技術機密（Know-how），這些技術成果各公司都不會以任何技術方式向外公佈或傳播。但通過對其新產品分析與研究，我們不僅能消化、吸收這些技術機密，還可以推出不低於模型樣車水平的新產品，這樣既彌補了我們全新車身產品開發經驗、開發驗證手段與方法不足的弱點，又可以使開發出來的產品水平不低於世
8、界水平。車身逆向開發的流程：在車身逆向工程開發中，由於我們選擇了其他汽車公司的最新產品作為我們的目標參考樣車，我們將以此車身的基本架構作為不變的物件，但由於外觀知識產權的問題，以及本土化消費者欣賞觀點不同，我們不能直接沿襲參考車身，有必要對參考樣車做局部的造型調整與修改，這些工作與全新車身開發相比工作量小得很多，風險也小的多。這些工作如果做得好，不僅可以繼承參考樣車的優點，還可以創新出差別化、規避知識產權等問題。實踐證明，完全可以做到青出於藍而勝於藍。參考車身局部改型：在對參考樣車與車身做局部選型修改時，必須考慮不能影響原車身結構的可靠性、結構工藝性。盡可能延用原車身的結構分塊思想與聯接方式，
9、對於運動部件要延用，並做出必要分析，這樣就可以繼承原車身的可靠性與工藝性，不產生風險。模型樣車的測量、掃描：在參考樣車定位找正後，並按已確定的造型方案在局部用油土做1：1修改、評審通過後，用三座標測量儀以及鐳射掃描系統對改型後的參考樣車進行內外表面測量、掃描，獲得車身內外表面三維點數據。參考樣車車身拆解及測量掃描：由於參考樣車車身是一個裝配總成，要獲得所有零部件全面三維資訊，必須對樣車進行拆解，一方面獲得每一個零件的全面數據，另一方面取得裝配（焊）工藝過程。測量、掃描數據的處理：由於車身有些零部件很大，如側圍外板，鐳射掃描器不能通過一次定位就可以取得全部數據，必須多次移位元掃描，得到多個文件，
10、把同一零件分多次掃描得到的文件合成。並將多餘的數據除去，這是資料處理工作之一；此外，每個零件的邊緣及孔位元資訊，用掃描器無法準確獲得，必須靠接觸測量獲得點檔，將點文件與掃描得到的點雲式數據合成，這是資料處理工作之二；由於測量點檔與下一步表面曲面光順處理軟體格式的不一致，為了保證二者有正確對接，必須對檔格式轉換。車身表面曲面光順處理及表面製作：經過掃描測量並處理後的文件是每一個零件的三維點文件，尚不能做為零件的全面數位化資訊，尚存在很多缺陷，必須對其曲面進行光順處理，使得車身表面達到光滑、順暢。車身零部件曲線、曲面重建：在表面光順及測量點的基礎上，根據原有零件特徵，利用基於Bezier、B樣條、
11、NURBS曲線、曲面理論設計而編制成的三維曲面建模軟體，對零件進行三維設計建模，從而獲得每一個零件全面的數位化資訊，它可以做為零件加工的依據。三維數學模型虛擬裝配與檢查：不同于正向工程，車身逆向工程中，很多零件可能由很多工程師同時進行曲面三維重新建模，為了保證這些零部件準確無誤地表達原參考樣車的裝配（焊）關係，必須在電腦中對各零部件數學模型進行虛擬裝配，以檢查協調各部件、零件之間的關係。2.1.3車身逆向工程中的關鍵技術從上述逆向工程流程可知，車身逆向工程中的關鍵技術在於兩個方面：一方面是實物模型表面數據獲取技術，即數位化掃描測量技術；另一方面是車身表面光順處理技術以及零件的曲面重建技術（曲面
12、構造技術）。這兩個方面技術及應用基礎理論，將在下面討論。2.2車身逆向工程中測量技術2.2.1各種三座標測量系統的方法及原理按照測量儀是否與被測樣品是否接觸，可將三座標測量系統分為接觸式與非接觸式，具體分類見下圖。在非接觸式測量系統問世前，硬式三座標測量機（即CMM-Coordinate Measuring Machine）是逆向工程早期必備工具，它是一種機械式的系統，通過探針直接與被測物體接觸，得到三座標資訊。非接觸式三座標測量方法，它是利用某種與物體表面發生相互作用的物理現象來獲取其三維資訊，如聲、光、電磁等。其中應用物理光學原理發展起來的現代三維形狀測量方法應用最為廣泛，如三角法等由於具
13、有測量過程非接觸和測量迅速等優點，越來越受到人們的重視。鐳射干涉法是通過測量兩束相干光的光程差來計算物體的高度分佈，測量精度相當高，但測量範圍小，抗干擾能力弱，不適合測量凹凸變化大的複雜曲面。鐳射衍射法的情況與干涉法基本相同，鐳射三角法原理是採用鐳射作為光源，照射到被測物體上，利用CCD（Charge Coupled Device）接受漫射光成像點，根據光源物體表面反射點、成像點之間的三角關係計算出表面反射點的三維座標。此方法已經相當成熟，目前已廣泛使用。如果採用線光源，鐳射掃描測量方法可以達到很高的測量速度。英國3D SCANNER公司生產的REVERSA鐳射掃描頭掃描速度達15000點/秒，精度達到0.025mm。本文下面所述的福田重卡車身逆向工程，就是利用此技術。