逆向工程在汽車零部件設(shè)計制造中的應(yīng)用

申九菊

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州 450000）

引言

隨著計算機輔助幾何設(shè)計理論技術(shù)的進一步發(fā)展和CAD 等集成系統(tǒng)的大量開發(fā)，逆向工程也漸漸發(fā)展起來。逆向工程是指一種能以先進生產(chǎn)技術(shù)以及設(shè)備實物為主要研究對象，并利用CAD/CAM 等先進設(shè)計制造技術(shù)手段，合理地對產(chǎn)品進行復(fù)制與仿型的新興學(xué)科。經(jīng)分析，逆向工程能夠使產(chǎn)品設(shè)計思想迅速地轉(zhuǎn)變成具有一定功能的設(shè)計原型，并有效對產(chǎn)品加以調(diào)整，以使產(chǎn)品的研發(fā)周期得到縮短。因此，為促進汽車零部件設(shè)計制造效果的提高，一定要強化對逆向工程的運用。

1 逆向工程在汽車零部件設(shè)計制造中的應(yīng)用價值

所謂的逆向工程，具體是對一項目標產(chǎn)品展開逆向分析，深入地進行研究，從而將該產(chǎn)品的各項設(shè)計要素得出來，包括產(chǎn)品處理流程、組織結(jié)構(gòu)、技術(shù)規(guī)格等，之后制作出與產(chǎn)品功能較為類似，但又完全不同的產(chǎn)品，屬于產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)再現(xiàn)的過程。在實際的汽車零部件設(shè)計制造過程中，對逆向工程的利用，最終的目標是要在無法對必要生產(chǎn)信息獲取的基礎(chǔ)上，直接對產(chǎn)品進行研究和分析，保證產(chǎn)品的設(shè)計原理能精準推導(dǎo)出來[1]。

近年來，社會發(fā)展速度在不斷加快的同時，對汽車性能以及設(shè)計的關(guān)注度越來越高，在汽車零部件設(shè)計期間，應(yīng)該加強對現(xiàn)代化技術(shù)手段的利用，促進汽車更新?lián)Q代，借助先進的技術(shù)，配合應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法，讓設(shè)計時間有效縮短，減少設(shè)計的周期，以便汽車設(shè)計功能可以得到有效調(diào)整，讓汽車功能可以與人們的需求相適應(yīng)。在汽車零部件設(shè)計制造階段，將逆向工程應(yīng)用其中，具體是結(jié)合原本已有的產(chǎn)品，借助反向的思維，將產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)精準推算出來[2]。就目前來看，在汽車零部件設(shè)計期間，逆向工程的使用案例有很多，諸如反光鏡等。

現(xiàn)如今，在汽車零部件改型設(shè)計、質(zhì)量分析檢測以及產(chǎn)品仿制等層面，逆向工程的應(yīng)用極為廣泛。可以說，借助這一手段，產(chǎn)品的設(shè)計周期能有效縮短，為產(chǎn)品的開發(fā)節(jié)約更多時間，大大促進了產(chǎn)品更新的效率。并且，通過對逆向工程的運用，企業(yè)在對新產(chǎn)品開發(fā)期間，無論是成本還是風(fēng)險，都能大幅度降低，對行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展有很大促進意義。

2 逆向工程在汽車零部件設(shè)計制造中的具體應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集

1）系統(tǒng)標定。在對產(chǎn)品掃描之前，需要相對系統(tǒng)進行標定。同時，依照不同軟件，在進行系統(tǒng)標定期間，涵蓋的內(nèi)容具體有掃描儀角度的調(diào)整、標定計算等[3]。

2）掃描前的準備。在進行掃描前期，應(yīng)做好相應(yīng)的準備工作。一方面，科學(xué)處理掃描物體的表面。通常情況下，工件表面質(zhì)量應(yīng)該滿足淺色且漫反射的特點。針對掃描的工件，其表面若比較吸光或者反光，需要對顯影劑合理使用，保證能達到既定要求。另一方面，將標定點貼在物體表面。為保證掃描的三維物體完整，應(yīng)該將標定點貼在被掃描的物體表面，并確保平整和牢固。因為受到拍攝角度等多個因素的局限，導(dǎo)致標志點經(jīng)常出現(xiàn)無法正確標識的情況，在這種情況下，應(yīng)該對標志點的數(shù)量適當增加至5～7 個。

3）實體掃描。在正式對物體掃描期間，必須將掃描的環(huán)境控制好，盡量避開光源，確保能對掃描成功的面積進行增大。同時，對拼接掃描軟件進行科學(xué)使用，精準識別出標定點。對于識別出的標定點，需要做好相應(yīng)的標記，之后對當前位置展開掃描。在對其他面進行掃描的過程中，一定要將旋轉(zhuǎn)角度控制好，堅決不能出現(xiàn)大幅度轉(zhuǎn)動的情況。并且，為了提升掃描的精準性，需要有重復(fù)的識別點存在。在細節(jié)方面，必須加強重視，重點掃描。具體如下頁圖1 所示為汽車零部件的不同角度掃描結(jié)果。在物體掃描結(jié)束后，對相關(guān)軟件合理使用，快速將掃描文件中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出來，最后對數(shù)據(jù)進行高效且精準地采集。

圖1 汽車零部件不同方位掃描結(jié)果

2.2 實體的重建與后處理

在本次的研究中，所應(yīng)用的逆向工程軟件為Ge-omagic Studio，是Geomagic 公司研制開發(fā)的。在具體的設(shè)計制造期間，對該軟件進行利用，完成實體的重建，并對其進行科學(xué)處理。在實踐中，借助該軟件，能幫助用戶在點云數(shù)據(jù)中對多邊形網(wǎng)絡(luò)等加以構(gòu)建，并讓CAD 模型與實際構(gòu)造部件展開對比，最終將報告自動生成[4]。在整個汽車零部件設(shè)計制造過程中，借助這種通用式的手段，在各種條件下都能切實達到方案以及目標全面改進的目的。

1）Geomagic Studio 軟件建模的具體步驟。在利用該軟件建立模式的時候，首先要進行流程點云處理，之后要進行封裝，使之成為多邊形，隨后經(jīng)歷兩個階段，分別為多邊形階段和造型階段，最后將模型輸出。

2）實體的重建與后處理。當模型重建完畢之后，需要采用科學(xué)且高效的方式進行處理。首先是點階段的處理。在進行這一環(huán)節(jié)時，可以對上述軟件進行應(yīng)用，對掃描的文件加以導(dǎo)入，然后進行點階段處理工作，以完成對點云的編寫，并采用去噪、取樣、補點等方法來繼續(xù)有效優(yōu)化點云數(shù)據(jù)質(zhì)量，為點云的網(wǎng)格化做好準備。點階段處理工作應(yīng)減少點云中間偏差，使節(jié)點和點間相距更細致，確保在逆向工程軟件的支撐下，汽車零部件設(shè)計制造的效果能得到整體提高。

3）多邊形階段。多邊形階段的主要目標是同時完成圖形處理和邊緣數(shù)據(jù)處理。通過使用松弛、去除釘狀物、砂紙、填補小孔等技術(shù)工具。對面完成表面加工處理過程，使其平滑均勻。

4）對精確曲面進行精準制作。在具體的設(shè)計制作環(huán)節(jié)，需要在結(jié)合實際情況的前提下，將細節(jié)方面的工作做到位，包括對等值線的提取、等值線的編制與擴展等。同時，還有曲面片的編制、面板移動、曲面片松弛和曲面片修復(fù)等。首先，經(jīng)過確定結(jié)構(gòu)的曲面片，將片體經(jīng)過分割構(gòu)造，并通過移動的方式，對曲面等功能進行擬合，以便曲面片的布局可以更加合理，全面提高其精度，之后經(jīng)過構(gòu)建格柵，對曲面展開擬合，確保整個處理制作過程能精細合理。

2.3 重建結(jié)果及文件輸出

利用以上逆向工程軟件所完成的實體重建和后處理，具體如圖2 所示。將得出的三維建模成果和實物原型加以對比，具體如圖3 所示，根據(jù)所呈現(xiàn)出來的效果能夠明確，可以精確地表現(xiàn)出原型效果。最后，利用Geomagic studio 軟件系統(tǒng)，將加工后的文件加以轉(zhuǎn)換，并使用其他CAD 軟件系統(tǒng)，進一步地進行處理和解決。在相應(yīng)軟件中，對汽車設(shè)計制造進行針對性的調(diào)整，提升零部件設(shè)計制造的質(zhì)量，讓整體成本進一步降低，切實達到設(shè)計制造最優(yōu)化的目的[5]。

圖2 點云處理結(jié)果

圖3 三維模型結(jié)果與實體原型對比圖

3 結(jié)語

在我國社會發(fā)展進程深入推進的新時期下，制造行業(yè)也得到了良好的發(fā)展，水平不斷提升。在現(xiàn)代的工業(yè)企業(yè)中，機械等電子產(chǎn)品的設(shè)計和加工制作都需要十分精細，尤其是車輛等電子設(shè)備，外部構(gòu)造愈來愈復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計流程也需要越來越細致。因此，為了能有效促進汽車零部件設(shè)計制造有效性的增強，一定要強化對逆向工程的科學(xué)應(yīng)用。