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摘 要：快速开发和创新设计是提高产品竞争力的主要途径。逆向工程技术能快速实现产品数据重构和变更，能为产品快速创新设计提供很好的技术支持。本文以汽车新型LED挡泥板设计为例，介绍了逆向工程技术在汽车装饰产品创新设计中的应用，重点介绍了基于逆向工程的挡泥板创新设计流程。
关键词：逆向工程 产品创新设计 汽车挡泥板
随着CAD/CAM/CAE技术和数字化测量技术的迅猛发展，逆向工程技术被广泛应用于飞机、汽车、玩具和家电等行业，特别是汽车行业。随着个性化汽车饰件需求日趋增大，逆向工程作为一种快速数字化设计手段，为汽车饰件产品的快速和创新设计提供了一种切实可行的技术途径。本文以汽车新型LED挡泥板设计为例介绍了逆向工程技术在汽车装饰产品创新设计中的应用，重点介绍了基于逆向工程的挡泥板创新设计流程。
一、逆向工程概念
逆向工程RE（Reverse Engineering），又称反求工程，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造，从而快速开发制造出具有高附加值、高技术水平的新产品。逆向工程在汽车工业领域中的实际应用，主要包含以下几个内容：一是汽车车身曲面和新零部件的设计；二是已有零部件设计意图的再现及产品的复制；三是汽车饰品的创新设计；四是损坏或磨损零件的还原。
二、汽车新型LED挡泥板饰件设计流程
汽车挡泥板被安装在汽车轮胎上，防止雨水、泥沙直接撞击车身，起到汽车车身防护的功能作用。但很多用户因为安装上挡泥板后，使得车的整体美观性下降，尤其是一些白色亮色的车会显得车不协调而不愿意安装。新型LED挡泥板在原有的挡泥板基础上运用逆向工程技术进行创新设计，不仅能起到挡泥沙的作用，还具有很好的装饰性，以及较好的指示、示宽与警示作用。挡泥沙上LED灯与汽车自身指示灯的状态同步，并前后左右进行警示，变道、转弯黄灯闪烁，警示周围车辆，受到广大用户的喜爱。新型LED挡泥板设计流程如图1所示。
图1 新型LED挡泥板设计流程
1.旧挡泥板逆向造型
（1）旧挡泥板数据的采集。数据采集是指通过测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据或由采集到的离散点自动拟合的标准三维三角片体数据，测量所得的三维数据是进行曲面建模和对曲面质量进行评析的基础。数据采集的精度直接影响到曲面建模的质量，是逆向工程的关键步骤之一。目前，数据采集使用的方法很多，常用的有接触式测量法、非接触测量法和工业计算机断层扫描成像法等。挡泥板造型为曲面，数据量大，采集时最好选用非接触式激光扫描。
（2）旧挡泥板数据的处理。应用激光扫描挡泥板时会产生庞大的数据点云，给后续的建模操作带来不便。同时，由于产品变形、测量环境等原因，挡泥板数据在采集过程中不可避免地会引入数据误差，给后续的造型带来影响。因此需要利用相关软件对原始测量数据进行点云预处理、数据云对正和多视数据坐标重定位拼合、数据提取等处理。本文挡泥板数据预处理过程主要在Geomagic Studio软件中进行reduce noise、uniform sample等处理方式。
（3）旧挡泥板三维曲面重构。数据采集完后，将数据导入三维工程设计软件（如UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）中进行三维模型的重构。本文中的新型LED挡泥板是利用UG软件建模模块进行逆向造型的。
①特征线的构建：特征线是产品的外观流线，或者是边界线与装配约束线，特征线是构建曲面的基础，首先从三角片体数据中以平面截交曲线的方法提取出交线，再以曲线绘制工具以此交线为参照，逐段逼近构造曲线，并实时进行尺寸规整，形成光顺的特征线。
②曲面的构建：通过上述步骤中产生的横纵特征线以扫描的方式逐段构建曲面，各段曲面之间再通过桥接的方式进行修补，形成完整的表面模型曲面数据，构造完后需检查并修改，并将精度和曲面曲率调整到最佳状态，图2所示为构建完成的曲面模型。
图2 挡泥板表面曲面模型
③误差分析：逆向工程既要保证曲面质量，又要保证设计精度，除了对原始型值点进行光顺之外，有时还要控制修改后的型值点同原始型值点的坐标偏差，该偏差不应太大（本产品设计考虑到喷涂反差增强剂造成的工件误差，要求建模误差为负偏差0.15mm以内，累积误差控制在±0.15mm以内），以保证良好的造型还原度和装配性能。
④曲面的光顺。曲线和曲面光顺与否直接影响数学模型的质量。由于测量过程中测得的是离散数据，缺乏必要的特征信息，往往存在数字化误差，因此需要对曲面和曲线进行光顺，曲面的光顺往往归结为网格的光顺。在数学上，判断曲面是否满足上述条件的依据是高斯曲率。在一般CAD软件中，可以到分析模块中使用高斯曲率法对曲面进行分析。当曲面曲率变化比较均匀时，即为达到设计要求。若曲面质量很差，需要对构成的曲线进行重新调整，直至曲面让人满意为止。
2.新型LED挡泥板外观设计与分析
新型LED挡泥板是在旧款挡泥板曲面造型的基础上进行正向设计。旧款挡泥板曲面构建完成后，再根据具体的产品风格设计与之对应的外观并在此基础上进行结构设计，如图3所示。
图3 新型LED挡泥板的外观设计
3.新型LED挡泥板结构设计
（1）LED灯罩槽的设计。灯罩槽尺寸及技术规范必须以客户提交的LED灯电路模组的尺寸为标准，尽量减小U、V方向的弯曲，同时内壁与灯罩翻边保持0.3mm的间隙，以便刷密封胶进行密封。
（2）灯罩设计。灯罩内部卡槽以电路模组为主参照物进行细节设计，零配、刷密封胶安装，同时配合位置尽量避免弯曲，防止电路板翘曲弹出，影响使用。为了保证透光性，灯罩壁厚应在1.5mm以上，并设置内部花纹，防止大灯珠产生的眩光污染。
4.新型LED挡泥板灯罩三维设计及电路板尺寸设计
为了在保证LED灯罩效果的基础上，能够很好地与挡泥板、定制的电路板进行密封装配，需要进行相应的灯罩结构设计和电路板尺寸规范。图4为电路板尺寸图。
图4 电路板尺寸图
5.新型LED挡泥板样件测试
将样件预安装在真车上，仔细按照试车单的技术要求逐项检查，若每项均符合，则产品进入成品样件加工阶段并进行相应测试，若有不符，则根据试车结果，实时修改模型数据，并重复以上两步。
三、小结
逆向工程不是简单的复制和模仿，而是一种数据重构和变更的手段，一种产品创新设计方法。其在汽车饰品中的应用不仅大大缩短了产品的研制周期，还为产品的创新设计提供了技术手段，是提高产品竞争力的重要途径。
参考文献：
[1]王霄.逆向工程技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2]张小虞，叶平.汽车工程手册[M].北京：人民交通出版社，2001.
（作者单位：广州市机电技师学院）
关键词：逆向工程 产品创新设计 汽车挡泥板
随着CAD/CAM/CAE技术和数字化测量技术的迅猛发展，逆向工程技术被广泛应用于飞机、汽车、玩具和家电等行业，特别是汽车行业。随着个性化汽车饰件需求日趋增大，逆向工程作为一种快速数字化设计手段，为汽车饰件产品的快速和创新设计提供了一种切实可行的技术途径。本文以汽车新型LED挡泥板设计为例介绍了逆向工程技术在汽车装饰产品创新设计中的应用，重点介绍了基于逆向工程的挡泥板创新设计流程。
一、逆向工程概念
逆向工程RE（Reverse Engineering），又称反求工程，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造，从而快速开发制造出具有高附加值、高技术水平的新产品。逆向工程在汽车工业领域中的实际应用，主要包含以下几个内容：一是汽车车身曲面和新零部件的设计；二是已有零部件设计意图的再现及产品的复制；三是汽车饰品的创新设计；四是损坏或磨损零件的还原。
二、汽车新型LED挡泥板饰件设计流程
汽车挡泥板被安装在汽车轮胎上，防止雨水、泥沙直接撞击车身，起到汽车车身防护的功能作用。但很多用户因为安装上挡泥板后，使得车的整体美观性下降，尤其是一些白色亮色的车会显得车不协调而不愿意安装。新型LED挡泥板在原有的挡泥板基础上运用逆向工程技术进行创新设计，不仅能起到挡泥沙的作用，还具有很好的装饰性，以及较好的指示、示宽与警示作用。挡泥沙上LED灯与汽车自身指示灯的状态同步，并前后左右进行警示，变道、转弯黄灯闪烁，警示周围车辆，受到广大用户的喜爱。新型LED挡泥板设计流程如图1所示。
图1 新型LED挡泥板设计流程
1.旧挡泥板逆向造型
（1）旧挡泥板数据的采集。数据采集是指通过测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据或由采集到的离散点自动拟合的标准三维三角片体数据，测量所得的三维数据是进行曲面建模和对曲面质量进行评析的基础。数据采集的精度直接影响到曲面建模的质量，是逆向工程的关键步骤之一。目前，数据采集使用的方法很多，常用的有接触式测量法、非接触测量法和工业计算机断层扫描成像法等。挡泥板造型为曲面，数据量大，采集时最好选用非接触式激光扫描。
（2）旧挡泥板数据的处理。应用激光扫描挡泥板时会产生庞大的数据点云，给后续的建模操作带来不便。同时，由于产品变形、测量环境等原因，挡泥板数据在采集过程中不可避免地会引入数据误差，给后续的造型带来影响。因此需要利用相关软件对原始测量数据进行点云预处理、数据云对正和多视数据坐标重定位拼合、数据提取等处理。本文挡泥板数据预处理过程主要在Geomagic Studio软件中进行reduce noise、uniform sample等处理方式。
（3）旧挡泥板三维曲面重构。数据采集完后，将数据导入三维工程设计软件（如UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）中进行三维模型的重构。本文中的新型LED挡泥板是利用UG软件建模模块进行逆向造型的。
①特征线的构建：特征线是产品的外观流线，或者是边界线与装配约束线，特征线是构建曲面的基础，首先从三角片体数据中以平面截交曲线的方法提取出交线，再以曲线绘制工具以此交线为参照，逐段逼近构造曲线，并实时进行尺寸规整，形成光顺的特征线。
②曲面的构建：通过上述步骤中产生的横纵特征线以扫描的方式逐段构建曲面，各段曲面之间再通过桥接的方式进行修补，形成完整的表面模型曲面数据，构造完后需检查并修改，并将精度和曲面曲率调整到最佳状态，图2所示为构建完成的曲面模型。
图2 挡泥板表面曲面模型
③误差分析：逆向工程既要保证曲面质量，又要保证设计精度，除了对原始型值点进行光顺之外，有时还要控制修改后的型值点同原始型值点的坐标偏差，该偏差不应太大（本产品设计考虑到喷涂反差增强剂造成的工件误差，要求建模误差为负偏差0.15mm以内，累积误差控制在±0.15mm以内），以保证良好的造型还原度和装配性能。
④曲面的光顺。曲线和曲面光顺与否直接影响数学模型的质量。由于测量过程中测得的是离散数据，缺乏必要的特征信息，往往存在数字化误差，因此需要对曲面和曲线进行光顺，曲面的光顺往往归结为网格的光顺。在数学上，判断曲面是否满足上述条件的依据是高斯曲率。在一般CAD软件中，可以到分析模块中使用高斯曲率法对曲面进行分析。当曲面曲率变化比较均匀时，即为达到设计要求。若曲面质量很差，需要对构成的曲线进行重新调整，直至曲面让人满意为止。
2.新型LED挡泥板外观设计与分析
新型LED挡泥板是在旧款挡泥板曲面造型的基础上进行正向设计。旧款挡泥板曲面构建完成后，再根据具体的产品风格设计与之对应的外观并在此基础上进行结构设计，如图3所示。
图3 新型LED挡泥板的外观设计
3.新型LED挡泥板结构设计
（1）LED灯罩槽的设计。灯罩槽尺寸及技术规范必须以客户提交的LED灯电路模组的尺寸为标准，尽量减小U、V方向的弯曲，同时内壁与灯罩翻边保持0.3mm的间隙，以便刷密封胶进行密封。
（2）灯罩设计。灯罩内部卡槽以电路模组为主参照物进行细节设计，零配、刷密封胶安装，同时配合位置尽量避免弯曲，防止电路板翘曲弹出，影响使用。为了保证透光性，灯罩壁厚应在1.5mm以上，并设置内部花纹，防止大灯珠产生的眩光污染。
4.新型LED挡泥板灯罩三维设计及电路板尺寸设计
为了在保证LED灯罩效果的基础上，能够很好地与挡泥板、定制的电路板进行密封装配，需要进行相应的灯罩结构设计和电路板尺寸规范。图4为电路板尺寸图。
图4 电路板尺寸图
5.新型LED挡泥板样件测试
将样件预安装在真车上，仔细按照试车单的技术要求逐项检查，若每项均符合，则产品进入成品样件加工阶段并进行相应测试，若有不符，则根据试车结果，实时修改模型数据，并重复以上两步。
三、小结
逆向工程不是简单的复制和模仿，而是一种数据重构和变更的手段，一种产品创新设计方法。其在汽车饰品中的应用不仅大大缩短了产品的研制周期，还为产品的创新设计提供了技术手段，是提高产品竞争力的重要途径。
参考文献：
[1]王霄.逆向工程技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2]张小虞，叶平.汽车工程手册[M].北京：人民交通出版社，2001.
（作者单位：广州市机电技师学院）