一、前言

在汽車的整體設計中，車身占整車總成本的40%以上，其更新頻度高，技術進步快，是汽車產品商品性的重要標志，而車身設計是轎車開發的關鍵技術。隨著汽車設計技術及手段故不斷發展:特別是以計算機技術為核心的現代工程技術方法的飛速進步，日益成熟的CAD/CAE/CAM一體化產品開發技術在轎車車身設計領域得到廣泛應月。轎車車身設計方法正逐步由傳統的設計方法向著以大大縮短產品開發周欺和提高產品設計精度為目標的現代設計方法轉變。此時逆向工程技術能夠快速吸收國外汽車車身設計的先進技術，快速響應市場，提高我國自主設計開發汽車的能力。

二、逆向工程技術

逆向工程技術，又稱反求工程技術，是20世紀80年代末期發展起來的一項先進制造技術。傳統的設計方法起始于設計者的意圖和對市場的分析，而反求工程技術是綜合應用現代工業設計的理論方法、生產工程學、材料學和有關專業知識，進行系統地分析研究已存在的產品，進而快速開發制遣皇高附加值、高技術水平的新產品。通過快速成型技術應用，它可以顯著縮短產品設計、加工制造生產周期，反復對實物模型進行反求再設計，直到滿足用戶的切身需求為止。目前，該技術已廠泛用于家電、汽車、玩具、輕工、醫療、航空、航天、國防等行業，并取得了巨大的經濟效益。而應用逆向工程將國外優秀能車身設計產品化，將成為快速掌握汽車車身的開發能力從而形成汽車自主開發能力的突破口，這具有非常重要的意義。

逆向工程主要通過以下步驟來實現：數據采樣，數據處理及CAD三維模型的建立，產品功能模擬及再設計，后處理等。Pro/ENGINEER軟件應用于逆向工程技術的流程圖如圖1所示。

圖1 應用Pro/ENGINEER的逆向工程技術流程圖

三、ProIENGINEER軟件設計車身實例

1 數據采樣

數據采樣分為非接觸法和接觸法(觸發、掃描)。非接觸法中包括光學法〔三角測量、測距、干涉測量、結構光照、影像分析)、聲學法、電磁法。目前應用最廣的是應用三坐標測量儀和激光三角形測量法。從發展趨勢看，工業CT和逐層切削照相測量將占反求工程測量方法主導地位，應用范圍也會逐漸廣泛。三坐標測量機，可以用來測量特征的空間坐標、掃描剖面、測量分型線以及輪廓線。此設備獲得點的數據量不像激光掃描儀掃描的那么大，適用于Pro/ENGINEER軟件的逆向工程設計，且Pro/ENGINEER軟件對于整合點云數據進行三圍立體建模及其后處理具有強大的功能。本文就應用pro/ENGINEER軟件處理三坐標側量機的測量數據進行逆向造型設計步驟進行探討。

2 數據處理

數據處理是指在獲得測量數據后，根據原來物體跳結構，包括物體的邏輯結構、功能結構，物體包含哪些標準件，材料構成，物體表面顏色分布，各個部件的幾何尺寸，不同部件之間的裝配方式及不同部件之間的幾何尺寸約束等，也可以指根據標準零件模型庫將整個測量點云大致分解為幾個不同的部分。基于離散點云數據的三維建模過程，實質上就是點云數據的處理過程。其通用手段有數據調整、復制區域修剪、數據密度修改、數據光順、尖角保留等。

Pro/ENGINEER軟件有處理點數據的專用模塊Pro/Scantools，通過此模塊可以對點云數據進行識別、修剪、密度修改、優化(包括數據調整、數據光順和尖角保留)等操作，最后得到很精確的點云數據。一般通過測量儀器獲取的點數據格式有IGES、DXF和IBL等幾種，Pro/ENGINEER軟件對這幾種格式的點云數據都可以識別和處理。本文采用三坐標測量儀測量的點云數據，處理得到的點云數據如圖2所示。

圖2

3 三維建模

建立模型的好壞取決于曲線、曲面擬合是否光順及曲面連接是否光滑，曲線、曲面的光順特別重要。曲線光順應滿足3個條件曲線二階幾何連續;曲線沒有奇點和多余拐點;曲率變化均勻，應變能較小。曲線光順可分3步進行:尋找壞點，并修改壞點的坐標值;粗光順，使曲線上各段的曲率符號一致，保證滋線單凸或單凹性:精光順，使曲線上各段的曲率變化均勻，滿足光順的要求。滿足曲面光順的條件是構成曲面的關鍵曲線光順;曲面的網格線無多余拐點曲面高斯曲率變化均勻。光順曲面的方法是:先光順曲面的縱向曲線，然后通過新型值點生成橫向樣條茲線并光順，重新生成縱向樣條曲線并光順，直至所有縱向、橫向樣條曲線都滿足光順準則，最后利用光順的縱向、橫向樣條曲線構造出光順曲面。

打開Pro/ENGINEER軟件，通過Datum Point/Off setCsys命令讀入點云數，在Standard或Scantool模塊下連線。連線時應注意，在變化趨勢小的地方的點應盡量的少，對于明顯偏離趨勢的點應略去，以免過多的點造成曲線不光順。得到汽車車門的光順曲線網格圖形如圖3所示。

圖3 光順曲線網格圖

完成3D Curve線后，通過Create/Surface/Advanced，利用前面所建立的3D Curve線建立3D光滑曲面。在建面的過程中，需要注意面與面之間的光順，同時可以利用Analysis分析所建立的曲面的光滑程度和曲面的曲率分布狀況，最后利用Create/Prot rusion/Use Quilt將所建立的曲面生成實體完成3D建模。建模后可通過Pro/ENGINEER軟件中的View/advanced--iPhotorender進行渲染處理，及Analysis-- Model Analysis/Curve Analysis/Surface Analysis的分析方法來檢驗所建立的模型、曲線和曲面的合理性與精確度。

4 后處理
利用Pro/ENGINEER軟件進行逆向工程設計還可以進行相應的后處理工作。將前面完成的3D CAD Model匯入Pro/ENGINEER軟件的Manufacturing模塊中進行Nc加工程序的制作，并利用Pro/ENGINEER軟件生成NC加工的G代碼輸入三軸(或五軸)加工中心加工出產品。在Pro/ENGINEER軟件的Part模塊中利用File/Export--Model--STL導出STL文件，利用快速原型制造系統進行快速原型制作。應用Pro/ENGINEER軟件的Assembly和Modei模塊進行模具設計，生成模具的型芯和型腔，并產生最終的零件和完整的模具來裝配模型。在用快速成形方法制作成品后，利用自動檢查設備〔如激光測量儀)對成品進行檢查，取得數據，再利用Pro,Neri行模塊對設計模型進行比較，檢查復雜產品的制造精度。

四、結論

將來的汽車開發，是在對CAS/CAD/CAE/CAM/CAT集成自動化技術研究應用的基礎上，向著CIMS方向發展，同時采用并行工程、敏捷制造和虛擬企業等加速汽車產品的開發。逆向工程正是這樣一項具備開拓性、實用性和綜合性的技術，利用Pro/ENGINEER軟件的逆向工程技術不僅能在汽左車身設計中實現新產品的快速開發，也可以充分利用已有的設計制造成果，充分利用數字化設計制造帶來的極大便利。而且能實現產品原型設計生產和模具設計制造的系統集成，使其在整主的開發中發揮巨大的作用。