逆向设计

汽车逆向设计

众所周知，汽车的研发需要大量资金的积累、技术的积累、人才的积累。我国汽车业尚没有形成很强的研发能力，很多专家认为：过去多年我们走的开发思路，一是完全自主开发，一切从零开始，这种开发思路实践证明不成功，因为我们没有那么大规模支持，更没有那么多的技术、管理积累；二是图省事，简单“拿来主义”，购买技术，这样技术永远掌在别人的手里，不可能形成自主开发能力。

逆向工程技术就是迅速解决提升我们汽车车身研发水平重要手段之一。我们提升汽车自主开发能力，赶上世界水平唯一的办法，必须采取站在巨人的肩膀上，要消化、吸收、改进、创新。韩国、曰本都曾经走这条路，他们不是简单的把别人的车拿来装配，而是真正地消化、吸收，通过消化、吸收学习，缩短与世界水平的差距，逐步培养起自己的自主开发能力，因此成为今天的汽车开发世界强国。

逆向工程技术正是消化、吸收先进技术重要方法之一，尤其在车身开发方面，逆向工程技术是送我们走上巨人肩膀的强大武器。我们福田公司车身开发人员正是利用这先进技术开展了欧曼重卡车身的研发，并取得了成功

一.逆向设计的概念

1.逆向工程（ReverseEngineering-RE）是对产品设计过程的一种描述

2.在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。因此，逆向工程技术可以认为是将产品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。

3.作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的重要手段,逆向工程和快速原型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。它们的出现改变了传统产品设计开发模式,大大缩短了产品开发的时间周期,提高产品研发的成功率。

二.逆向设计基本过程

逆向设计过程是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的三维CAD模型(曲面模型重构)，并进一步用CAD/CAE/CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。逆向设计通常是应用于产品外观表面的设计。

逆向设计的一般流程:

产品样件→数据采集→数据处理CAD/CAE/CAM系统→模型重构→制造系统→新产品。

在逆向设计的这些环节中，数据采集、数据处理、模型重构是产品逆向设计的三大关键环节。

数据采集

1.数据采集

数据采集(样件的表面数字化)是进行产品逆向设计的第一步，作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的重要手段,逆向工程和快速原型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。它们的出现改变了传统产品设计开发模式,大大缩短了产品开发的时间周期,提高产品研发的成功率。一般而言，数据采集有接触式与非接典型的点云处理过程触式两种测量方式。

接触式测量根据测头的不同，可分为触发式和连续式。应用最广泛的接触式测量仪器是20世纪60年代发展起来的高效精密的三坐标测量机，它是有很强柔性的大型测量设备。接触式测量对物体的表面的颜色和光照没有要求，因此物体边界的测量相对精确，但对软质材料适应差且速度慢。

非接触式测量根据原理的不同，可以分为三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MR测量法、超声波法和层析法。通常使用非接触式测量在采集实物模型的表面资料时，采集速度快，可形成"点云"资料，缺点是精度较低而且对样件表面和光照有较高的要求。

2.数据处理

数据处理的结果将影响模型重构的质量。在此阶段一般应进行数据预处理、数据分块、数据光顺、三角化、数据优化、多视拼合、噪声滤波、拓扑建立、特征提取等工作。

对于获取的一系列点数据在进行CAD模型重建前必须进行格式转换、噪

声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。

3.模型重构

模型的重构也就是通常所说的逆向造型过程，重构的方案目前主要有三种，每一种都有不同的适用场合:

1)以B-Spline或NURBS曲面为基础的曲面构造法，

2)以三角Bezier曲面片为基础的曲面构造法;

3)以多面体面片为基础的曲面构造法

三.产品逆向设计的产生与应用

在飞机、汽车、工艺美术品和模具等行业的设计和制造中，通常是由复杂的自由曲面拼接而成，因此在概念设计阶段难以用严密、统一的数学语言来描述。这些产品的初始模型是通过

对事先制造出的木制或泥制模型来实现数字化产生的。近年来，逆向设计法在产品造型设计中

形成并逐渐走向成熟。

由于产品造型的逆向设计有起点低、成本低、周期短、易改型、易创新等特性，自出现以来便受到了现代工业设计师的关注。目前该技术在下面几方面得到了广泛应用:

1.用于汽车、摩托车等具有较复杂曲面外型产品的修复与改型设计中

2.用于设计与制造个性化的产品，如人体拟合、太空服装设计、假肢设计等;

3.根据客户样件进行模具设计时，该项技术可使自动化程度大大提高

4.在样件缺少图形文件时，可用逆向设计来生成图形文件:

5.在快速原形制造中逆向设计可实现原形产品的快速准确建模并进行重新设计。

6.用于对产品模型进行运动模拟和仿真,代表软件:cmosmotion works;

7. 对产品模型的受力情况进行仿真,代表软件:cmosxpress;

8. 对注塑件进行注塑分析，代表软件:Mouldflow Plastics Insight、Solidworks moldflow xpress。