逆向工程技術在汽車裝飾產品創新設計中的應用

摘 要：快速開發和創新設計是提高產品競爭力的主要途徑。逆向工程技術能快速實現產品數據重構和變更，能為產品快速創新設計提供很好的技術支持。本文以汽車新型LED擋泥板設計為例，介紹了逆向工程技術在汽車裝飾產品創新設計中的應用，重點介紹了基于逆向工程的擋泥板創新設計流程。

關鍵詞：逆向工程 產品創新設計 汽車擋泥板

隨著CAD/CAM/CAE技術和數字化測量技術的迅猛發展，逆向工程技術被廣泛應用于飛機、汽車、玩具和家電等行業，特別是汽車行業。隨著個性化汽車飾件需求日趨增大，逆向工程作為一種快速數字化設計手段，為汽車飾件產品的快速和創新設計提供了一種切實可行的技術途徑。本文以汽車新型LED擋泥板設計為例介紹了逆向工程技術在汽車裝飾產品創新設計中的應用，重點介紹了基于逆向工程的擋泥板創新設計流程。

一、逆向工程概念

逆向工程RE（Reverse Engineering），又稱反求工程，是將已有產品或實物模型轉化為工程設計模型和概念模型，在此基礎上對已有產品進行解剖、深化和再創造，從而快速開發制造出具有高附加值、高技術水平的新產品。逆向工程在汽車工業領域中的實際應用，主要包含以下幾個內容：一是汽車車身曲面和新零部件的設計；二是已有零部件設計意圖的再現及產品的復制；三是汽車飾品的創新設計；四是損壞或磨損零件的還原。

二、汽車新型LED擋泥板飾件設計流程

汽車擋泥板被安裝在汽車輪胎上，防止雨水、泥沙直接撞擊車身，起到汽車車身防護的功能作用。但很多用戶因為安裝上擋泥板后，使得車的整體美觀性下降，尤其是一些白色亮色的車會顯得車不協調而不愿意安裝。新型LED擋泥板在原有的擋泥板基礎上運用逆向工程技術進行創新設計，不僅能起到擋泥沙的作用，還具有很好的裝飾性，以及較好的指示、示寬與警示作用。擋泥沙上LED燈與汽車自身指示燈的狀態同步，并前后左右進行警示，變道、轉彎黃燈閃爍，警示周圍車輛，受到廣大用戶的喜愛。新型LED擋泥板設計流程如圖1所示。

圖1 新型LED擋泥板設計流程

1.舊擋泥板逆向造型

（1）舊擋泥板數據的采集。數據采集是指通過測量設備和測量方法獲取零件表面離散點的幾何坐標數據或由采集到的離散點自動擬合的標準三維三角片體數據，測量所得的三維數據是進行曲面建模和對曲面質量進行評析的基礎。數據采集的精度直接影響到曲面建模的質量，是逆向工程的關鍵步驟之一。目前，數據采集使用的方法很多，常用的有接觸式測量法、非接觸測量法和工業計算機斷層掃描成像法等。擋泥板造型為曲面，數據量大，采集時最好選用非接觸式激光掃描。

（2）舊擋泥板數據的處理。應用激光掃描擋泥板時會產生龐大的數據點云，給后續的建模操作帶來不便。同時，由于產品變形、測量環境等原因，擋泥板數據在采集過程中不可避免地會引入數據誤差，給后續的造型帶來影響。因此需要利用相關軟件對原始測量數據進行點云預處理、數據云對正和多視數據坐標重定位拼合、數據提取等處理。本文擋泥板數據預處理過程主要在Geomagic Studio軟件中進行reduce noise、uniform sample等處理方式。

（3）舊擋泥板三維曲面重構。數據采集完后，將數據導入三維工程設計軟件（如UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）中進行三維模型的重構。本文中的新型LED擋泥板是利用UG軟件建模模塊進行逆向造型的。

①特征線的構建：特征線是產品的外觀流線，或者是邊界線與裝配約束線，特征線是構建曲面的基礎，首先從三角片體數據中以平面截交曲線的方法提取出交線，再以曲線繪制工具以此交線為參照，逐段逼近構造曲線，并實時進行尺寸規整，形成光順的特征線。

②曲面的構建：通過上述步驟中產生的橫縱特征線以掃描的方式逐段構建曲面，各段曲面之間再通過橋接的方式進行修補，形成完整的表面模型曲面數據，構造完后需檢查并修改，并將精度和曲面曲率調整到最佳狀態，圖2所示為構建完成的曲面模型。

圖2 擋泥板表面曲面模型

③誤差分析：逆向工程既要保證曲面質量，又要保證設計精度，除了對原始型值點進行光順之外，有時還要控制修改后的型值點同原始型值點的坐標偏差，該偏差不應太大（本產品設計考慮到噴涂反差增強劑造成的工件誤差，要求建模誤差為負偏差0.15mm以內，累積誤差控制在±0.15mm以內），以保證良好的造型還原度和裝配性能。

④曲面的光順。曲線和曲面光順與否直接影響數學模型的質量。由于測量過程中測得的是離散數據，缺乏必要的特征信息，往往存在數字化誤差，因此需要對曲面和曲線進行光順，曲面的光順往往歸結為網格的光順。在數學上，判斷曲面是否滿足上述條件的依據是高斯曲率。在一般CAD軟件中，可以到分析模塊中使用高斯曲率法對曲面進行分析。當曲面曲率變化比較均勻時，即為達到設計要求。若曲面質量很差，需要對構成的曲線進行重新調整，直至曲面讓人滿意為止。

2.新型LED擋泥板外觀設計與分析

新型LED擋泥板是在舊款擋泥板曲面造型的基礎上進行正向設計。舊款擋泥板曲面構建完成后，再根據具體的產品風格設計與之對應的外觀并在此基礎上進行結構設計，如圖3所示。

圖3 新型LED擋泥板的外觀設計

3.新型LED擋泥板結構設計

（1）LED燈罩槽的設計。燈罩槽尺寸及技術規范必須以客戶提交的LED燈電路模組的尺寸為標準，盡量減小U、V方向的彎曲，同時內壁與燈罩翻邊保持0.3mm的間隙，以便刷密封膠進行密封。

（2）燈罩設計。燈罩內部卡槽以電路模組為主參照物進行細節設計，零配、刷密封膠安裝，同時配合位置盡量避免彎曲，防止電路板翹曲彈出，影響使用。為了保證透光性，燈罩壁厚應在1.5mm以上，并設置內部花紋，防止大燈珠產生的眩光污染。

4.新型LED擋泥板燈罩三維設計及電路板尺寸設計

為了在保證LED燈罩效果的基礎上，能夠很好地與擋泥板、定制的電路板進行密封裝配，需要進行相應的燈罩結構設計和電路板尺寸規范。圖4為電路板尺寸圖。

圖4 電路板尺寸圖

5.新型LED擋泥板樣件測試

將樣件預安裝在真車上，仔細按照試車單的技術要求逐項檢查，若每項均符合，則產品進入成品樣件加工階段并進行相應測試，若有不符，則根據試車結果，實時修改模型數據，并重復以上兩步。

三、小結

逆向工程不是簡單的復制和模仿，而是一種數據重構和變更的手段，一種產品創新設計方法。其在汽車飾品中的應用不僅大大縮短了產品的研制周期，還為產品的創新設計提供了技術手段，是提高產品競爭力的重要途徑。

參考文獻：

[1]王霄.逆向工程技術及其應用[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2]張小虞，葉平.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

（作者單位：廣州市機電技師學院）