（农业工程专业论文）基于逆向工程的现代车身设计方法的研究和应用.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：享、苗辜 时间：。晰r 。月巧百 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的舰定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同 媒体卜发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 0 蓐 f h 。问：o r 年o 月扔，r 蛳签名：锈谚i 云 i ；l , j - i h j ：脚年，矿月疥 玎 中国农业人学丁程倒i 擘位论文摘 型 摘要 传统的乍身开发流稃是按j ! f 概念设计、详细设计、制定i 艺流稃、殴计1 装夹具、加| 及装 配科序进行的。但目前在汽车糌下及零部什的生产中其原始模璎往往并非米自设计概念而是实 物产i i i | ( 油泥模型) 。逆向f ：程( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ，r e ) c a d c 舢i 系统与传统的设计制造过 群不同，该系统首先利州先进测量方法对实物进行= 维数字处理，借助专_ l j 的曲面巫构软件及c a d 系统反求山c a d 模型，然后再按照传统的制造流稃生产出产品。市身r e 技术通常涉及= 维测鼙 ( 表面数字化) 、数据处理、曲面重构、二维建模及快速制造等相戈技术。午身逆向i ：稗技术是 将汽乍模型等实物模型数字化的重要方法。通过逆向1 样建立汽车午身数学模型，可方便地麻h j 丁乍身设计、车身刚度殴计、车身零部件模具制造等方面，从而人人缩短乍身开发周蝴。 本课题i ：作源丁简式国际汽午设计( 北京) 有限公司的1 1 0 0 ( 轻 ) 、s 1 0 0 ( s u v ) 、t d 0 1 ( 巫 ) 雨ia 2 0 0 ( 越野币) 项目，利州项目的设备，以r e 技术在汽f 制造业的府_ 【 为背景，研究提 山了一套集激光三维测域、c a d c a 8 系统、快速原掣制作年l l 数控加1 为一体的较完整实嘲的现代 下身设计方法。本文的主要研究与开发l 作包括： 一 1 ) 论文研究了汽下下身设计开发过拌中各个阶段的影响闻素，住对比国内外汽寸i 屯身殴计 开发流刷的基础上，建立一套较完整实j j 的的基r 逆向i ：捌的汽巾下身敬计流挫平方法。 2 ) 深入研究了逆向j j 鼙的关键技术，对臼由曲面的测耸方法及溯培策略进行丁探讨，着重 分析了激光二维数字化技术。同时文中对基本的测量数据预处理方法也进行了分析。 3 ) 本文对布身a 级曲面重构方法进行了研究，总结出了一套利_ j 现有软什，由点云数据亩： 接重构出午身自由曲面模型的方法。 最厉，在分析了多个对乍身曲面光顺性和仿形性的主要影响闪素后，结合了理论分析平i l 优化 措施，成功的对$ 1 0 0 项目乍身模删进彳：j ：了曲面反求，建立r 光顺、精确的c a d 数学模删。 本文研究成果已成功应川丁上述各项目的午身开发，部分产品已批量投产。 关键词：逆向r 样、乍身、数据采集、曲面重构、激光- = 维测量 中闯档业人学t 程f 0 ；il 学位论文摘要 a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a ld e v e l o p m e n tp r o c e s so fa u t o m o t i v eb o d yi ss h o w na sf o l l o w i n go r d e r ：c o n c e p t u a l d e s i g n ，d e t a i l e dd e s i g n p r o c e s sp l a n n i n g ，f i x t u r ea n dj i gd e s i g n ，a n dt h e nm a a u f a c l a r i n ga n da s s e m 啦 h o w e v e r , a tp r e s e n ti nt h ep r o d u c t i o no f t h ee n t i r ev e h i c l e sa n dp a r t s t h ep r i m i t i v em o d e l sd oc o l ，删n c f r o md e s i g nc o l l c e p tb u tf r o mp r a c t i c a lo b j e c t s ( c l a ym o d e l s ) b e i n gd i f f e t e mf r o mt h et r a d i t i a m l p r o c e s so fd e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，r e v e r s ee n g i n e e r i n g ( r e ) c a d c a m 印s t e md i g i t i z e sf i r s t l yt h e o b j e c tb ya d v a n c e dm e a s u r i n gm e t h o d s ，t h e nr e c o n s t r u c t st h ec a dm o c 纠o ft h e 嘶u s i n g 印谢 s u r f a c er e c o n s t r u c t i o ns o f t w a r ea n dc a ds o f t w a r e , a tl a s tp r o d u c e st h ef i n a lp m d u 吐o rp r o t o t y p e a c c o r d i n gt ot h ew a d i z i o n a p r o d t ep r o c e , s s t a u t o m o t i v eb o d yr eg e 辨嘲b ，c o m p o s e do f 3 1 ) s u r f a c ed i g i t a l i z a t i o n ，d a t ap r o c e s s i n g ，s u r f a c er e c o n s t r u c t i o n c a d3 dr n a d e ) i n ga n d 酬m a n u f a e m e ， e t c i sa ni m p o r t a n tm e t h o dt od i g i t i z et h ea u t o m o t i v eb o d ym o d e l so rm km o d e l s t h ed i g i t | a a u t o m o t i v eb o d ym o d e lo b m i n e db yr e v e r s ee n g i n e e r i n gc a nb ee a s i l ya p 一酗t ob o d y $ t r u c t t l r ed e s i g n , r i g i d i t ya n a l y s i s ，b o d ym o u l dm a n u f a c t u r e ，e t c a n dg r e a t l ys h o r t e nt h ev e h i c l eb o d yd e v e l o p m e n tt r a m t h et a s ko ft h i st h e s i so r i g i n a t e sf r o mt10 0 ( f o rl i g h td u t yt r u e k ) 、s 1 0 0 ( f o rs u v ) 、t d 0 0 1 ( f o r h e a v yd u t yt r u c k ) a n da 2 0 0 ( f o ro f f - r o a dv e h i c l e ) p r o j e c t so f j a s m i ni n t e r n a t i o n a la u t or & d ( s e i j i 础 c o i 了d u s i n gt h ef a c i l i t i e so ft h e s ep r o j e c t sa n dc o n s i d e r i n gt h ea p p l i c a t i o no fr ei na n t o m u t i v e i n d u s t r ya st h eb a c k r o u n d ，t h et h e s i sp r o p o s e sar e l a t i v e l yi n t e g r a t e da n da p p l i e dm o d e md e s i g n m e t h o do fa u t o m o t i v eb o d yv e h i c l e ，w h i c hi n t e g l a t e st h el a s e r3 dm e a s u r e m e n t ，c a d c a ms y s t e m ， r a p i dp r o t o t y p e ( r p ) m a k i n g , n u m e r i c a lc o n t r o la n d s oo n t 6 er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tw o r ko f t h i st h e s i si n c l u d e st h ef o l l o w i n gi t e m s ： t h et h e s i sa n a l y s e st h ei n f l u e n c ef a c t o r si ne a c hs t a g eo ft h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n tp r o c e s so f v e h i c l eb o d yo nt h eb a s i so f c o m p a r i n gw i t ht h ed e s i g np r o c e s so f a u t o m o t i v eb o d yb o t hd o m e s t i ca n d a b 盟卅，t h et h e s i sp r e s e n t sas e to fr e l a t i v e l yi n t e g r a t e da n da p m i e dd e s i g np r o c e s sa n dm e t h o do f a u t o m o t i v eb o d yb a s e do nr e v e r s ee n g i n e e r i n g t h et h e s i sd e e p j yr e s e a r c h e st h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h er e v e r s ee n g i n e e r i n ga n dt h em e t h o d s 利 s t r a t e g i e so fm e a s u r i n gf r e es u r f a c e t h et h e s i se m p h a t i c a l l ya n a l y s e st h el a s e r3 dd i g i t i z i n gt e c h n o l o g y a tt h es a m et i m e 。t h eb a s i cp r e t r e a t m e n tm e t h o df o rm e a s u r e dd a t ai sa l s o 础z e di nt h et l e s i s b a s e do nt h ed e e pa n a l y s i sa n dr e s e a r c ho nt h er e c o n s t r u c t i o nw a y sf o ra u t o m o t i v eb o d yas a r f a c e t h ep a p e rs u m m a r i z e su pas e to f m e t h o d st or e c o n s t r u c tf r e e - s u r f a c em o d e lo f a u t o m o t i v eb o d yd i r e c t l y b yc l o u dd a t aw i t he x i s t i n gs o 最w a r e ，。 a tl a s t a f t e ra n a l y z i n gt h em a j o ri n f l u e n c ef a c t o r so nt h es m o o t h n e s sa n ds i m i l a r i t yo ft h eb 啦 s u r f a c ec o n s t r u c t i o n ，as m o o t ha n dp r e c i s ec a dm o d e lo ft h es u vb o d ys t l 船eo fs 1 0 0p m j c c th m b e e nr e c o n s t r u c t e db yu s i n gb o t ht h e o r e t i ca n a l y s i sa n do p t i m i z i n gm l s t h er e s e a r c hr e s u l t so ft h et h e s i sh a v es u c c e s s f u i l ya p p l i e di nt h ed e v e l o p m e n to f a b o v ep 哂e c bi n l a s m i n 。s o m ep r o d u c t so f w h i c hh a v e b e e np u t n t op r o d u c t i o na n dm a r k e t k e y w o r d s ：r e v e r s ee n g i n e e r i n g ，a u t o m o t i v eb o d y , d a t ac o l l e c t i o n , s u r f 拙r e c o m t r u c t i o n l a s e r3 dm e a s u r e m e n t 中田农业人学丁程倾f 。学位论义第一章绪论 第一章绪论 1 1 车身设计在汽车工业中的地位和意必 在现代汽乍i 。业中，印身作为汽乍三人总成之一和新! 型的象征，其研制与生产技术的水平 是汽：f 业水平的重要标，出。乍身f ：萃 f 已经成为汽卞f ：业中发展最迅速且最具活力的分支之一。 个总体设计优良的汽下品牌在市场竞争中的成败主要取决丁其外形能否吸引顾客和能否不断 更新。喑口汽车的底盘生存周期一般在1 0 年左右，而1 i 砑的生存周划只有3 5 年。一个国家没 有高水平的车身研制与生产技术，就设有白士发展饷汽屯l ：业，就难以在竞争中获胜。闭此，如 何利i l j 现代设计方法，加快市身总体平| l 外形的设计，实现产品不断的更新换代，是一个汽车品牌 和：市场竞争中立r 不败之地的重要法宝。 探讨汽下下身设计方法的理论利实际意义主要体现在有勘r 促进汽乍乖身制造业的进一步 发展育助丁缩短卞身产品的再设计间蝴，有助丁弗4 造和完善各种外形美观的乖身产揣，有助丁 提高下身产品的制造精度和经济效益。 1 2 传统车身设计方法 汽卞寸i 身是汽车结构中与底盘和发动机并列的三人部分之一，其开发和生产准备周期最k ， 幽纸及i ：艺准备的作鲑瑷人，并且还经常要政州、改弛，不像底赢和发动机那样弈易做剑系列 化、通用化”“。 乍身结构的特点在丁 绵成市身外形的再个零部什多奠刀孓寸人而形状复杂的空间曲面( 即所谓 人剞覆蔫仆) ，这些空间曲面无法h j 般的机械制恻方法将其完糕地表现出来，因而不得不建立 立体模州作为依据。为了使这些幽纸和换型能够确切地表现出乍身的形状和结构，需要通过一套 复杂的殴计程序米完成。 在传统7 ：身设计方法中，下身的设计信息和数据的传递主要是靠二维图纸利士棋删，人的手 f 没计部分较多。传统设计方法无法克服的缺点土要体现在以p 儿个方面： i 、人力物力消耗人。传统的币身设计开发需要美1 ：人员、i ：栏技术人员及其i ：人通力合作， 如_ 二维l ：群幽( 车身曲线图的绘制) 、主模型的制作利保存、模具殴计、制造、研配雨f 调试、生 产准备中的。i ：艺设计等都将耗费人鼙的人力平物力。 2 、殴计精度低、周期长。精度低的主要原冈在于设计平生成准备的各个环坩之间信息传递 是一种“移形”，例如由主幽板制作主模刑，由土模刑进行加ff ：艺补充，制造f 艺模删，由凸 的1 艺模型翻成凹的j 艺模酗，再由1 ：艺模型反靠加1 冲模，原始数据经过这些环1 i 的转换，再 种人为的误差就在所难免，导致加i ：出的模具精度无法保证，只有靠f 一步的手l ：研配来解决。 3 、车身定型过早且不能进行并行l 暧计。传统卞身设计基本上是一种单向不可逆设计状态， 产品一口定型，修改或改型非常凼难，通h 化、系州化程度低。 此夕 ，现代汽市的乍身零部纠：由r 结构肃唛观的需要，空间曲面日趋复自化，传统的设计方 法已根难满足改计要求。 4 中困农业人学t 程坝i 学位论文第一审绪论 传统的下身设计方法的流科可州幽1 1 来表示。 绘制l ：5 的乍身总布置图 上 绘制缩小比例的彩色效果幽 上 制做缩小比例的油泥模刑 上 制做l ：1 油泥模型并绘制1 ：1 黑板剧 上 制做】：1 的内部模删幽 上 绘制车身主蚓板 绘翎下身。l ：作l 氅| 一 制做主模型 上 一 模具改计年制造 0 样午试制、生产准备 甾1 1 传统午身啦汁方法浼程幽 1 3 现代车身设计方法 近儿年来，由丁计算机技术( c a d c 脚c a e c i m s 等) 的迅猛发展，下身设计方法已经发生了 质的突破。在具体的设计过群中，按照产品设计信息来源的不同采心计算机辅助设计的流j i ! f 主要 分为以f 儿人类： l 、产品的逆向设计( 仿形设计) ，如幽1 2 所示，产品信息来源主要是实物( 样车) 、二维 幽纸等。 2 、产品的三向设计( 概念设计) ，如幽1 3 所示产品信息来源主要是图片、模型及造型 人员的设计思维等。 3 、基丁上述两者之间的交互式设计( 改猁设计) 。 5 中闻牲业人学丁程破l ：学位论义第一章绪论 i i i ii i 总布置幽 上 实 一平面效豪幽设计 物 上 1 ：1 油、旎模型制作 0 二三坐标数据采集处理 n c 代码 上 c a d 结构模，i l ! 建构 0 c a e 分析 0 快速原删制造 模具设计及制造 i 样卞试制平生产准备 i总布置图 l 、 上 i平面嫂豪图设计 1r 油洗数控铣削、造型确认 上 c a d 结构模础建构 上 c a e 分析 _ 快速原型制造 模具歧计及制造 1 l 样午试制帛生产准备工作设 计 思 维 幽i 2 产品的逆向设计( 仍形跌计)型t 3 产品的一向漩计( 概念设计) 现代乍身设计中人精采 3c a d c a m 技术，这会带米传统设计方法无法比拟的优点，主要表现 在”。”： l 、提高了设计精度：造刑一日完成建立了车身外表面的数学模型升存入数据库t 经计算机 管理便可以多方共享，为生产准备、：装设计制造提供方便、详细、准确的原始依据，消除了中 间数据的转换，使模只加。1 ：的精度大大提高，并可消除凸凹摸之间的研配，使调试、修改的l ：作 量人为减少。 2 、提高了殴计垌加效率，缩短了殴计平制造周； j j ：一方面表面数学模刑可真接刚来进行 冲模设计，提高冲模殴计的成功率，另一方面模具的制造可以通过直接引刚c a d 模刑进行数控加 6 中周农业人学t 程颤 j 学位论文第一章绪论 f ：。从而人人提高了模具键造的速度。 3 、可以方便地将造准结果的c a d 数学模掣州t - 乍身设计中的再种分析：建立了乍身的c a b 数学模艰后即可_ l i 丁乍身纳强度、刚度有限元分析、车身覆盖件成型模拟和空气动力特性模拟， 获得对整个车身瑷计的乍身刚度，车身安全性，整车空气动力特性的初始评定，使得设计的可信 度人为提高。有了这样一个基础，一般只需要试制一轮样乍作为验证产品即可定型。 4 在原殴计基础上政璀和换型比较容易。可以避免人鼙繁镇重复性的。i ：作。缩短设计开发 周蚺、提高效率。如轿车尥二厢、二二丽乍的设计，k l i 的单持、捧半、取排、宽乍、窄乍、亮顶、 平项系列乍身的设计等，均可在一个乍身平台的基础h 衍生多个车身，使得产赫的系列化、通_ 咐 化榉度人人提高，极大的满足了客户盼需求。 1 4 国内外研究现状 基丁逆向的现代午身设计方法目前已在技术先进的国外汽下行业中得至0 j “泛瘴川。世界上比 较人的汽车公司都已普遍采增c a d 系统进行车身的二维没计，如乍身的总布置( 人机i 栏) 、内 外覆盖f l ：的曲面结构设计、零部仆结构和装配设计、模具设计，并自动生成相关的设计技术文仆。 c 棚c a e 乃至c i m s 技术戍h j 也根普遍。异人汽年制造公司都拥有白己庞人的乍身开发队伍而且 不惜投入巨额资金建立先进的实验室，开发喊引进专fj 的软什进行乍身设汁。 在午身设甜领域庸垲较多的可进打逆向f 。群发计的软件包t - 要宵美国a l i a s 公司的 a u t o s t u d i o 、i 删公司的子公司d a u s s a u l t 的c a t i a 、e d s 公司的u g i i 、参数技术公司的 p r o e a g i n e e r 嚣。这些软t 都属丁通用机械设计软作，贝有较强的曲面设计、参数化设计毹力碱 混和设计功能，井能支持机辘制造的全过群即设计建模一l 群分析一加i 制造，有些甚至能较 好的支持下身设计的蛀初阶段，即概念设汁( c o n c e p td e s i g n ) 阶段( 如a u t o s t u d i o ) ，并通过 一定的手段将其与建模结合起来，将平酝没计毒专换为= 维模犁。 但在实际设计中，目荫的通_ i 软t i ：还存在着较人的局限性“。在机械设计领域，通心的c a d 软件集中表现为智毹化低：点云数据的处理方法功能弱；建模过程需要依靠人l ：干预，设诗精度 不够高：以及集成化样度低等问题。例如对测鼙获得的数据点，若数鼙太人，馊_ l i p r o e 、u g 等 软件读取点云数据时就会造成数据如人的问题。对它们来说，一次读取如此多的点云楚比较瞄 难的。数据点太人不仅造成数据斟难，还使得难以利j j 这些数据点建立相应的反求曲面的特征构 造线最终将无法获得良好盼反求c a d 数学模艰；对人簟二维数据点若采坩专业的反求软f f 如 s u r f a c e r 等，虽然住读取点云数据时系统l ：作速度较快，并且能较容易地进行数据点拟台，但j 酿 过s u r f a c e r 进行面的拟台时，软钳：所提供的l 。具及衄面的质鼙却不如其它的c a d 软忭如u g 、p r o e 等获得的结果。在微多时候使刚s u r f a c e r 做成的面，还需要剑u g 等软什中修改冈此，在条 仆允许的情况f ，住具体j j ￥设计中一般采用几种软作配套使州和取长补短的方式。例如t 可 采_ 【hs i l r f a c e r 进干亍点、线处理，得剑基本构造曲线，然后使j l l 【j g 和p m e 引入构造线的鼗据， 进而进行曲面造型。值得注意的是，在设计过程中，并不是所有的点帮是要选取的，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朋下复杂特祉曲面构造的，哪些点或线用，细 化待征的构造的，将这些点雨l 线分层存放，在殴计中需要时分别调用。事实上，一些心拄、凸台 i ，鼠面火 提高了模具麟造的速度。 3 、可以方便地蒋造犁结果的c a n 数学搂弛蚶下乍身设计中的并种分析：建立了车身的c d 数学模弗后，即可j 廿t 市身的强度、剐应有限儿分析、下身覆盖作成型模拟和空气动力特性螳扭， 获得对整个车身蹬计的卞身刚度，1 身安全性，整寸空气动力特性的韧始评定使得设计的可信 度 为提岛。有了这样一十基础，一殷只需要试制一轮样车作为验证，产牖即可定型。 4 ，在原设计基础上政裂和按型比较释易。可以避免大量繁镇重复性的l 作缩短设计开发 周期、提高效率。如轿车的二厢、三瓶车的设订，# 乖鹎单丰l ! 、捧半、烈排、宽车窄午、高顶、 平硬系列车身的设计菩，均可在一个乍身平台韵基础上衍生多个车身，使得产品鹊系梦6 化、避瑚 化程度天人提高辍大的祷足了客户的需求。 1 4 国内外研究现状 基j ：逆向的现代车身设计方法舀前已在技术亢进的国争p 汽1 珩业中得到广泛应用。世弊上比 较人的汽叶：公司都已普追采j l ic a d 系统进行车身的三维设计如车身扮总布置( 人机鼍、内 外覆盖 的曲面站构设计、零部件结构取l 装配设计、揆具殴计，并门动生成相关的设计技术文竹。 c a w c a e 乃至c i j l s 技术赢 i i 也很 ! 譬遍。备凡汽乍制造公司都拥有自己庞人的车身开发队伍，而且 不惜投入巨额资金建立先进的实验室，开发或引进专fj 的软竹进行车身l 啦计。 在车身设计领域戍埘较多的可进i 逆向i 。穰设计的软作包土要有羞国a l i a s 公司的 a u t o s t u d i o 、i 酬公司的子公司d a u s s 8 u l t 的e a t i 、e d s 公司的u g l i 、参数技术公司的 p r o e a g i n e e r 等。这些软扑都属于遁j ； 】机械设计软1 ，】_ ，具有较强的曲面设计、参数化设讦毹力试 ；= b 和设计功能，并能支持机械制造的全过群即设计建模一i 群分析一加l 制造有些甚至能较 盎f 的支持车身设计的昂扔阶段，鄙概念设计c o n c e p tn e s i 和) 阶段( 如a u t o s t s d i o ) ，芹通过 一定的于段将其与建模结合起来，将平面设计转换为三维楼型。 但在实际设计中，目前的通软什还存在着较人的局i ；臣性”1 。在机械设计领域，通州的c a d 软件集中表现为智旄化低；点云数据的处理方眭功能弱；建模过稃需要依靠人一干预，设计耪度 不够高：以及集成化群度低等问题。例如对侧拦获得的数据点。若数鼙太人，使i f p r o e 、u g 嚣 软f ， r 读取点云数据时就会造成数据庞大的问题。对它甜j 来说，一次缕取如此多飑点云是比较崩 雄的。数据点太人不仅造成数据斟难，还使得难以利用这些数据点建立相应的反求曲面的特征构 造线，箍终将无法获得蘸好孵反求c a d 数学模型；对 鼙三维数据点若采瑚专业的反求软卞 如 s u r f a c e r 等，虽然在读取点云数据时系统 作速度较挟。并且能较彝易地进行教据点拟台衄通 过s u r f a c e r 进行西的拟台对，软盼所提供构l 其擅曲面舱质量却不如其它的c a d 软钟如i k , 、p r o ，e 等获得的结果。在报多时候，使川s u r f a c e r 做成舱面，还需要到u g 等软件中修改冈此在条 什允许的情况f ，在具体朋鼙设计中一般采州几种软件配套使_ i 和取砼补短的方式。倒如可 采_ 【i js u r f s e e r 进行点、线齄理，得到基本构造曲线，然后使j l i 眦和e r o e 引入格造线的数据， 进而进行曲面造型。值得注意的是，在设计过程中，井书娃所有的点都是要选取的，躅此，在碲 定基本曲面的控制瞎线时，需要找出哪些点战线是_ i j 于复j 特征曲面构造的，哪些点! 潍用，细 化待征的构造舸，将这些点希l 线分层存放，在设计中需要时分剐嚼刖。事实上，一些删柱、凸台 化待征的构造舸，将这些点希l 线分层存放，在设计中需要时分剐嚼刖。事实上，一些删柱、凸台 中隔农业人学f 程馈l ：学位论文第一章绪论 m i l l l 等特征娃在复杂轮痹确定之后，渊鼙实体模型并结合扫描数据生成的。 碣内计算机用r 汽乍设计始t - 7 0 年代。k 春汽研所研制了曲面光顺群序乍身专功能板 建立了其乍身醺计 j 的酗彤庠，开发了| 墓1 7 逆向i 鼙基础上的汽午车身表函造碴及结构设计程序 系统，该系统具有绘制车身土豳扳和下身零箍幽，提供加i 。主模型眦数据，制作主模型的能力。 j b 京汽下摩托车翻造公司研制了b j m b s m 下身c a d 系统，成功地麻熠丁- b j l 2 4 、b j l 2 5 等箨种薪 督硝的车利i ：作。上海通朋汽蕾、上海同济同捷科技有限公司等对基丁逆向i ：科基础上车身设计 开发流稃进行了比较深入地研究，形成了一套比较完善的乍身开发程序。但在逆向i ：程点数据处 理、曲面表面光顾、c a d 数学模型转换过程芍方面仍存在根多急雷解决的阔题。国内报多中小汽 乍企业由于资金、设备和人员的袋割。使得对c a d 的席瑚水平不高，束麓对基r 逆向f ：榉基础上 的二身设计力溘进行比较系统的研究和麻州，或者仅麻j 逆向i ：程的某一领域，麻坩得虽多的也 只是对产品做局部或少鼙的改动总的来说，国内逆向l ：样在汽午下身设计中应瑚的深度和，“度 - ，困外先进水平相比还有很人差距。尤其在c a d c 埘集成麻j 甘等方蕊还处丁起步阶段。 1 5 本课题的研究目的和意义 目前，我国在汽下设计制造方蕊碰发达国家还有一定的莠距，如何在借鉴国外先进成熟产品 的基础e 进行适当和必要的政进以便快速高效的得纠有 j 主知识产权的产鼎投放f h 场，对丁节省 赞j h ，缩短研发周期，提高竞争力和喊少风险有着1 常重要的意义。利_ i j 逆向j ：科的现代午身设 计方法可以充分吸收国外先进的设计南q 造成果使我国的产品设计立足丁更高的起点，同时加速 某些产撼的国产化速度。目前逆向| 掣在汽车设诗过剁中的应用，主要律现在以f ) l 个方面： 1 、汽车车身及相火零部卅( 乍身饰板、仪表台等) 形状独特而复杂的自由曲面的建立。 2 、 由丁- j ：艺、美观、使川效果等方面的僚闪，人们经常要对已有的下身构什做局部修改。 以已有产品为基准点进行葭计( b e n c h m l k i n g ) 已经成为、今市身设计的。1 条设计理念。在原始设 汁没有二维c a i ) 模型的情况r ，若能将实物构件通过数据测最与处理产生与实际相符的c a d 模型， 对c a d 摸l ! 进行修改以后再进行加i ：，将显蒋提高生产效率。基于逆向的车身设计方法在改犁设 讲方面可以发箨不坷替代的荇糟。 3 、利逆向l ：科手段，可以方便地产生基- 模删的计算机视觉，可以在下身良计的前期对 1 ：身造型进行反复的评审，获得嫱住造喇效果，减少后期不必要的浪费。 4 、通过实物模犁产生c a d 摸璎，可以使产品没计充分利坩c a d 技术的优势，井适应智能化、 集成化的产品设计制造过程中的信息交换。 i 6 主要开展的工作 本论文旨在探讨一套基丁逆向j ：样的较完整的乍身设计开发淹群翱方法，探讨乖l 解决逆向j q 在车身设计应 中点数据莳处理、曲面表面建立和光顺、c 曲数学模型在备阶段车身设计过程 中的建立和数据转换的麻t i i j 等问题。最终同绕逆向f ：样在车身c 系统环境下在实乖下身鼓计过 牲的麻j 腱开研究l 作。 论文具体安捧如f ：第二章中，提出了基r 逆向i 鞋的乍身总体设计流程雨f 方法，主要讨论 8 中罔农业人学t 程顺j j 学位论义第一审绪论 17 身设计过科中数据传递、信息共享、缩短波计周期的庶h j 方法。第三章中对下身逆向i ：程数据 采集敬各进行分析比对，对点数据前处理方法进行讨论。第四章中对车身a 级曲面的建立希l 光顺 避行讨论。第五章将基丁逆向 程的现代乍身设计方法应垲丁实乍设计过程。第人章给出本论文 l ：作的总结与展望。 中旧农业人学t 程倾l 学位论文第二章车身逆向r 程的总体改计 i i l ui , s _ ! 目! g s ! 目s e ! ! ! - _ _ g e 自_ _ _ ! ! 目! | | _ _ _ l i l _ _ _ l _ l - 第二章车身逆向工程的总体设计 众所周知，汽下午身殴计与制造的技术水平标占着一个国家或者个汽车集团的汽下产品 一、 开发能力和水平。而汽车车身选型设计与模型试制技术义是午身设计与制造技术的重要基础雨1 必备环1 ，它的开发质嚣与速度将直接影响到产品将米在市场上的价值年企业的主动性，从而 被符个厂家作为企业的生命线而给予高度的重视。如何在乍身制造领域引入快速没计一直是箨 个厂家探索的疗向。 2 ，1 传统车身设计、车身工装设计和制造韵工作流程 传统的午身开发以串行方式j ：什，即从乍身概念波计、造型设计、结构设计剑车身冲乐i 艺漩计、1 i 身f 。艺装备殴计、制造以及检测等存个阶段都以串行方式进行。串行f ：作方式存在 着如r 缺点：每个阶段都依赖r 前一个阶段的完成并制约后一个阶段的进行，整个币身开发 的周j 1 为上述再个过榭所需周期的总引。此外，由丁各个阶段的i 作分别由车身开发的各专业 人员进行，使得前阶段的专业人员常常不能及早考晦厅阶段可能产生的问题造成车身没计与 冲1 、f 艺模t 设计与制造严重脱m 并且常p 寸衍期i 装模具制造产生问题而不得不反过来修改 1 i 身产品殴计，从而使整个乍封七产+ 准备过群反复循环，造成设计政动姑人，产品开发周期k ，“l ! 【 | 开发成本高等缺点。 2 2 基于逆向工程的车身总体设计流程 2 2 1 逆向工程系统概述 畦建实物的c a d 模型的目的是为币续庶川提供儿何支持，逆向+ 程技术往往和其他先进制 造技术相结合虑h j 丁产品设计和制造，如8 0 年代初发展起来的快速原要q 制造技术、基丁擞字及 嘲络的快速模贝设计及制造技术等通常需要逆向i ：程技术的支持。利川系统集成的思想，将 逆向 程过利中的各个子系统有机地集成起来，构成一个完整的心州系统，即为集成逆向i 。科 ( i n t e g r a l e dr e v e r s ee n g j n e e r i n g ，i r e ) 系统。幽2 1 给出了逆向j 科集成系统框架。实物 数字化以厉，根据需要可以建立c a d 模型，缄者直接将数据转换为n c 代码”雨is t l 文什。 从幽中可以看出，逆向j ：程系统的核心技术是建立集成化的车身产品数据模型。目的在于 为乍身开发的整个生命周剃内的各个环节提供乖身产品的全部信息。它可为车身造型设计、结 构设计、有限元分析、冲压成型1 艺性分析、印身1 装设计与制造、装配和检验等环。1 i 提供共 享的乍身产 i l l 开发的全面描述。它不仅包括对1 i 身表面的儿何信息的描述而且包括1 f 儿何部分 信息的描述，如精度、管理、技术、材料、装配等方蕊的制造i 艺信息的描述。这些信息是产 品生命周期中信息交换和共享的基础。 l o 中困农业( 学r 程坝i j 学位论文 第一章车身逆向1 = 程的总体址计 蚓2 1 集成逆向t 程系统 2 2 2 基j 二逆向j l 程的车身总体设计流程 在充分分析逆向i ：科核心技术的基础上，论文课题按并行l ￥的原理建立了一套完整的乍 身c a d c a e c a p p c a m 开发流胖( 址幽2 2 、幽23 羽j 图一2 4 。 制定：项t 什汁划 上 产业洲整消费省城市场分析拉术资源调卉 效果幽址汁 | + 产品定义。f 。 0 i 技术口j 行性分析产品组合艇划变动成奉分析 t 程可行件分析l 绛济町行抖分析 + 编制概念设计报告 幽2 2 币身垃计开发流程 中国农业人学丁程顾 ：学位论文第 二章车身逆向工程的总体设计 上 上 下身总布霄设计 制定丁艺方案车身 内蚌伟 人 0 丫，除 制定丁艺确定开发内# 1 - t 油枢车身油泥 零部件设汁 龉、线供席商 摸型蔼羹 橇壁测量 j r l 毒 ，1 1 内外饰教 t 身表 垃开韧i 确定开发l 模发附件面数模 i ，供应一 设计、油- 冠建札 模型蔫鼙 了1 li + 车身零模具 rt 1 浆试验 零件结开发 构设计方案 样件制做模具设计 验证 划 1l1，上土 t 土 内外饰 午身赣 车身装焊 及附件丁艺 模装彭 模具 线i i 模具设 确定安 雷计计 静态 i l 装 汁欲制市核 装儿寸 做准备 一 1r 支l 上 i r1r r1 1 模其安型准符 潮生产 ls 蹦转l燃黼芦 时料清单| | a 斟| f 上上 ， r t 装模具崩徽内外饰发附件模其模具赣控加t 、 装掉线 并提供样忭 开发并挺供样件装配、试冲 翻徽 上上上上 1 l 岛制指实验样车 零部件实验样下冲压楼具 鞋焊线谶 音书装配实验 装配调试验收试验收 中困农业入学t 程坝i 学位论殳 第一章车身逆向下程的总体世汁 i 验赝量整下 试验质量按下 产品公告汁销赞划搜市场l 题整改 试验 问题蛙改实验 申报推广方案| j1ljil 士+ 川 上 l 申报i l 焊装线测试i l ii 人 1 _ 程签发 。 。 ia 蚓转b l 剞 11 + l 试生产 ii 未、崖f 懈l 1 0 心鬈兰夕 + 开始批量生产 幽2 4 下身设计开发流程 1 3 中困农业人学1 程硕i 。学位论空 第二章中身逆向丁程的总体世汁 曼曼曼量量鼍| 量量蔓i i i i i i i ：身开发流群人体可分为：= 个阶段： 1 、概念设计阶段； 2 、3 d 产晶及模具设计阶段； 3 、生产准备阶段。 从图2 2 、幽2 3 和幽z4 可以看出，建立集成化的车身c a d c a e c a p p c a m 系统的关键 在r 建立统一的全局车身产锚数据模璎，从而使车身造刑c a d 、乍身结构c a d 、有限元分析、寸i 身冲j 五c a p p 、冲压成形分析、中身l ：装c 哪p c 柚能够共享同一的产品数据模州。论文j 亓 续章1 ，将重点讨论车身c a d 模瑙的二维重构问题。 2 3 车身总体设计工程巾应该注意妁凡个问题 2 3 1 车身造型设计与结梅设计、模具设计的同步问题 往个身研制、开发中，需多个部fj 人员的参与，而且要采川多种计算机软e l 。系统。汽午造 艰殴计师利h j 遥穗软t | 在计算机上进行车癸效果酗的设计并生成车身外表面二维数学模型。住 造型设计时麻充分考虑车身结构改计的要求，使造型设计符台结构的需要。然后，下身结构设计 人员进 ，1 身表面分块处理。建立分块后制竹：的二= 维数学模型井利川有限元分析方法进行零部 俐的强度、刚度讨算等。为r 使1 身结构殴计更加合理，冲压1 ：艺人员、模具设计制造人员必 颁提 讨介入，从制什的冲压成删1 艺性、模具的好制造性、好调试性等方面，对下身结构设计 提出要求，使车身产品设计更符台冲乐i + 艺要求誊 模具制造的要求。由r 在市身结构敬计阶段 冲爪i 艺人员和模具设计人员提前介入并对干身结构设计提出合理的要求，从而人人改善了冈 1 ：身结构设汁不合理而使质期模具反复调试甚至使模具报废的这种被动局面；而且，由r 冲j 最 f 艺人撮平i i 模贝：设计人员的提前介入，使他# j 更早地熟悉产品，为提前进行有敬的l 作做了准 衙这样就极人地提赢了乍身结构设计的可靠性。 2 3 2 技术人员的传统观念转变问题 在午身开发过程中，为了加快开发进度，必须通过教育政变再部fj 技术人员的传统观念。 j 筹鄙fj 技术人员都麻学会在所需信息不完备的情况f 开始j 作。设计人员小要扭：笛其幽 纸全面完成丰成熟后才交给f 游部i j ，i 艺和制造部门要在设计过释中及时参与。 2 、设计人员对产品的创新性是至关重要的，但是产品的j ：艺性、可制造性、可检测性及可 装配性将会影响产茄能否最终达到殴计要求和畿否及时生产山米投放市场直至获得最币成功。 冈此设计者必须认识剑其卜游部，人员及早参与的重要性。 3 、】。艺和制造等部fj 技术人员廊该认识剑新产晶开发对以往i 艺的更改利对生产过科的影 响是必然的。他霄j 一方面要尽量维持现有状况，以利丁- 止常生产，x 要随时准备适廊新产品的 要求。 4 、箨部f j 技术人员要认识剑一个新产品a g 成功并不只是某一个部rj 的功劳，需要企业所有 部f j 参与，只是群度不同而已。因此，新产品是集体智慧的结晶，是企业拥有的共同成果。 1 4 q j 固农业入学丁程 ：卜学位论空 第一章午身逆向t 程的总体致汁 23 3 建立团队合作问题 阂队合作精神平l i 凝聚力极人地影响开发小组成员问的合作希 f 诈效率