浅析逆向工程的汽车覆盖件设计

浅析逆向工程的汽车覆盖件设计
摘要：作者针对逆向工程的汽车覆盖件设计做了一些理论和实践的探讨，内容主要包括逆向工程的含义、逆向工程与正向工程、逆向工程与知识产权，并对CAD逆向/CAE/CAM技术在汽车覆盖件中的联合应用进行了介绍。

关键词：汽车覆盖件；逆向工程；设计
Abstract: the author in reverse engineering of automobile covering design do some theory and practice, this paper mainly includes the meaning of reverse engineering, reverse engineering and positive engineering, reverse engineering and intellectual property rights, and to reverse CAD/CAE/CAM technology in automobile covering the combined application are introduced in this paper.
Keywords: automobile covering; Reverse engineering; design
近年来，我国汽车制造业飞速发展，已经具备一定的生产规模，而随着经济水平的提高，人们对汽车质量要求增高的同时也对汽车外形提出了更高的要求，汽车生产厂家为了提高工作效率，尽可能在短时间内开发出客户满意的新车型，在不断的寻求新的生产方法和技术。

由于中国目前的汽车研发水平主要还是体现在汽车的改型设计上，而最大的改型设计方向就是对汽车的外型进行一定的重新设计，也就是中国新车型的开发主要集中在车身覆盖件的设计上。

覆盖件作为汽车的重要组成部分，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面质量要求高等特点，是汽车的整体性能和形象的最重要的决定因素之一，它的设计和生产更是汽车整个开发过程的关键，很大程度上决定了开发周期和成本。

逆向工程技术作为产品快速开发的关键技术之一，它出现后，很快被应用到了快速发展的汽车领域。

为汽车覆盖件设计提供了一个全新的、高效的手段；为汽车制造企业快捷、高效地开发新产品发挥了重要作用[1]。

1逆向工程的含义
逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同。

它是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进。

它以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、深化和再创造，是对已有设计的再设计。

这就是逆向工程的含义，特别强调“再创造”是逆向反求的灵魂[2]。

2逆向工程与正向工程、逆向工程与知识产权
人们通称的设计，一般均指正设计或正向工程。

它是对一个事物由未知到已知、由想象到现实的过程。

反设计即逆向工程是对已知事物的有关信息充分消化和吸收，并在此基础上进行改进、挖潜和再创造。

二者既有区别又相辅相成。

逆向反求的目的如果仅限于最原始、低级的模仿，那么它在产品质量和生命周期上不会有竞争力。

逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法，它绝不等于偷技术，它是在科技道德和法律制约下，从学术、工程、技术方面来促进科技的发展。

这是因为任何产品的设计、开发，总要借鉴、继承已有的知识和技术；通过反求来发展新产品，起点高，周期短，成效快，决非照抄照搬；科学的反求，有助于促进技术革新，扩大眼界，有助于尽快培养新人[3]。

3 CAD逆向/CAE/CAM技术在汽车覆盖件中的联合应用
在汽车车身外覆盖件的开发设计中，逆向工程技术已成为重要技术手段。

快速、高效、准确地构造出汽车外形，是现代汽车设计中的重要环节。

它的出现克服了传统设计中产品样件的制作和试验耗费时间长的问题。

运用此项技术获得的汽车覆盖件数字模型是汽车产品、模具设计、模具制造、产品质量检验等整个过程的最基本的依据。

逆向工程技术在汽车产品开发中的应用主要体现在：①新车型的试制，包括改型、仿型和创新设计；②汽车零部件的复制和改型设计；③汽车零件模具修复；④汽车产品数字化模型的检验、模型比较、检具和夹具的检测。

所以，逆向工程技术为汽车产品的研发提供了很好的技术支持。

在汽车车身及模具开发过程中,根据逆向产品的规模和产品结构层次关系,大致可分为：整车开发的逆向工程；部件总成和单件开发的逆向工程；模具开发中单工序的逆向工程[4]。

运用逆向工程技术获得覆盖件CAD模型，对其进行改进设计，然后结合CAE 技术，对其进行结构性能分析、并把分析结果反馈到产品设计阶段，再进行优化设计，获得一个与前面产品对象不完全相同，甚至完全不同的新的结构外形，最终达到产品设计创新的目的。

CAE技术在汽车产品开发中的应用也非常广泛：①采用有限元法计算机械零件的应力和变形、进行强度和刚度分析，具有较高的计算精度而得到普遍采用，特别是在材料应力、应变的线性范围内更是如此；②采用多体动力学方法进行汽车整车的操纵稳定性和行驶平顺性的动态仿真分析；
③利用有限元法可进行汽车碰撞过程的模拟计算从而节省昂贵的真车碰撞试验经费，为如何提高车身的抗碰撞能力提供一定的参考数据；④采用有限元法和边界方法((BEM)分析汽车的噪声等；⑤把有限单元理论、塑性成形理论以及冲压成形经验知识结合起来，模拟板料成形过程，及时预测可能出现的拉裂、起皱等缺陷，实现汽车覆盖件及其模具的快速设计和开发。

采用有限元法对汽车进行刚度、强度分析，动力学仿真分析，覆盖件冲压仿真成形分析，对这些性能进行优化，可达到提高产品性能、缩短开发时间、减少开发费用的目的。

可以说，CAE 在汽车产品开发过程中已处于无可替代的地位，CAE技术水平的提高对增强我国汽车工业的竞争能力，有着重要作用。

同时，汽车业的需求也极大地带动了
CAE技术的发展，在我国，CAE技术在汽车上的应用已全面展开，单一计算模型和计算水平已有一定基础，但是工业化应用程度还比较低，CAE技术还有待进一步开发和研究。

有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，将其应用在逆向工程中其效果也是显而易见的，主要表现在以下几个方面：①缩短了汽车产品再设计和复制品分析的循环周期；②验证逆向建模的准确性；③通过分析更好地理解原型的设计思路，发现其优点及不足；④增加逆向产品和工程的可靠性；⑤对逆向工程建立的CAD模型进行优化设计，以期达到或超过原型的设计水平；⑥模拟各种试验方案，有效地与原型进行功能对比，减少试验时间和经费；⑦在逆向产品制造前预先发现潜在的问题[5]。

汽车覆盖件大都采用薄板金属冲压而成，其模具制造周期影响着汽车的制造成本以及新产品开发周期。

将计算机辅助制造（CAM）技术运用到汽车覆盖件模具的制造过程中，具有加工精度高、生产周期短等特点。

它是将零件表面的数据导入CAM软件（如Master CAM等）中，从而生成数控加工所需的刀具轨迹文件，用来控制数控机床的运动，加工出所需的零件表面。

CAD逆向工程与CAM 在汽车车身覆盖件等复杂型面零件冲压模具设计制造中的应用，更是改变了依靠手工制模仿形加工或在数控机床手工编程加工等模具生产工艺，降低了开发成本和生产周期。

采用CAD/CAE/CAM技术和各种数控机床及三坐标测量仪相结合，使汽车覆盖件模具的开发制造呈现前所未有的面貌，模具精度大幅度提高，寿命延长，开发周期缩短，开发制造的成功率也大幅度提高。

4结论
总之，将CAD/CAE/CAM技术引入到汽车覆盖件生产实际中，可以大大缩短汽车开发周期，提高生产效率和市场竞争力。

参考文献
[1]陈雪辉，袁根福．有限元技术在产品逆向设计中应用研究．机械工程师，2008，(10)：102-104
[2]何杰，孙庆鸿，陈南．汽车覆盖件CAD/CAM逆向工程．机械设计与制造工程，2000：5-29
[3]黄亚娟，丘宏扬，陈松茂．CAD/CAE/CAM.技术在汽车覆盖件模具中的应用与发展．机电工程技术，2004，33(5)：13-15
[4]黄金陵．汽车车身设计．北京：机械工业出版社，2007．279
[5]王孝培．冲压手册．北京：机械工业出版社，2000 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。