第六章 汽车车身反求设计实例
机械创新设计 第六章 反求工程与创新设计
机械创新设计—反求工程及创新设计
案例 我国广州至深圳的高速列车就是引入日本子弹头机车的技 术后，对其进行分析研究，通过反求设计，进行局部的改进与 创新。2007年的运行过程中，列车时速已经达到250km/h，广 州至深圳的运行时间仅为45min。 佳木斯联合收割机厂，通过引进美国约翰迪尔的联合收割 机技术，经过反求研究，消化吸收，生产出我国自己的大型联 合收割机，结束了我国大型联合收割机全部依靠进口的历史。
医学仿生、医学测量与模拟、整形美容及正畸的模拟与
评价等。
造型设计，如3D动画影片的制作、3D游戏建模、多媒体
虚拟实境、广告动画等。
三维彩色数字化、数字博物馆、有形文物及档案的管理、
鉴定与复制
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机械创新设计—反求工程及创新设计
鞋楦的扫描和反求
复杂曲面的反求
汽车造型的扫描和反求 8
机械创新设计—反求工程及创新设计
反求工程的分类 按产品的制造过程分 设计反求建立产品的CAD模型。 工艺反求产品所使用的材料、产品的加工工艺(制造工 艺、装配工艺)。 管理反求产品制造过程管理和质量控制。 按反求的目标分 实物反求建立产品的CAD模型。 技术资料反求加工的工艺规范、技术文档、质量管理 等。 影像反求影视画面。
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机械创新设计—反求工程及创新设计
机械创新设计—反求工程及创新设计
第六章 反求工程及创新设计
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机械创新设计—反求工程及创新设计
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
创新概论 创新思维与创造原理 原理方案的创新设计 机构的创新设计 机械结构的创新设计 反求工程及创新设计 TRIZ理论与创新设计 仿生原理与创新设计 机械创新设计实例
第6章 车身CAGD中常用功能
(1) 两张曲面要拼接的对应 边有共同的型值点，对于更 一般的情况,两曲面的拼接边
不等长,形成所谓“品”字形拼 接。车身在分块测量时， 这种情况是最为普遍的,假如 我们规定,第二张曲面不变， 将第二张曲面的边界导矢赋 给第一张曲面,利用已知的边 界导矢拟合第一张曲面就能
达到两曲面的光滑拼接。
用B样条方法生成的曲线具有良好的局部性，便于进行交互修改。只 要在软件设计时提供一个方便的人机对话接口就可以交互设计曲线，对于曲面 也类似。图6.2-1给出了曲线设计实例。
6.1.2 曲面的生成方法
(1) 已知特征顶点网格生成曲面（正算）
由介绍的正算方法直接生成参数曲面。
(2) 已知曲面的控制型值点求曲面（反算＋正算）
（4）投影曲线的生成
一条空间B样条曲线向某一坐标平面的投影会投出一条平面曲线，这是极简单的 情形。而在实际造型中，还希望能求出曲线在曲面上的投影。曲线在曲面上的投影 是指一条曲线上所有点在曲面上投影的连线，在工程应用中，只在求出曲线上有限 个离散点在曲面上的投影并拟合投影点即可求出投影曲线。
现在问题归结为一个点在一张曲面上的投影如何确定： 设某一空间点Q (x、y、z)，空间曲面r (u,w)。如果Q点在r(u,w)上有投 影并设投影点为R，那么投影点应满足: r r (Q R) (6 1) u w r r 、 其中是任意常数，u w 表示曲面上R点处沿u和w方向切矢。方程可以 通过(6-1)式数值解法来计算。 但要考虑曲面有一个以上投影点的情况。 （5）曲线的交互修改
插值出离散型值点,其个数要与
第二曲面对应边的型值点数目 相同,并求出各型值点处的导矢； 4)将第一张曲面上对应边的型 值点的位置和导数赋给第二块 曲面，生成第二张曲面，达到 两曲面块的光滑拼接。图6.3-3 给出了两曲面无公共边界时的 几种拼接实例。
关于车身逆向开发流程实例
关于车身逆向开发流程实例下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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使用三维扫描设备对目标车身进行全面扫描，获取车身表面的点云数据。
汽车逆向设计
从概念设计开始到最终形成CAD模型的传统设计是一个确定的明晰过程，而通 过对现有产品样品数字化后形成CAD模型的逆向工程是一个分析推理、逐步逼 近的过程。
逆向工程设计的一般过程如图1所示。在逆向工程设计中，通过三坐标测量机、 激光测量仪等数据采集工具，将产品样品的物理模型转换为反映样品几何结 构的点云数据，再使用三维设计软件进行数字化几何模型重构，之后通过对 数字化模型的分析、试制样品的分析完善数字化模型，最终完成的数字化模 型可用于生产加工或成为其他同类产品设计的基础。
汽车整车逆向设计
逆向工程设计的一般过程
逆向工程或逆向设计又叫反求工程或反求设计，主要是以现代设计理论、 方法、测量技术为基础，运用专业人员的工程设计经验、知识和创新思 维，将已有的产品模型或实物模型转化为工程模型和概念模型，在解剖 深化的基础上实现重新设计和再创造,是在已有设计基础上的设计。
在正向设计中，已知的是产品的功能和设计需求，设计者需要做的是按 照设计需要将功能、任务进行分解，进行从无到有的设计。逆向工程与 正向设计相比，各流程内容在序列上相互换位倒置。在逆向工程中，已 知的是产品样品，设计者需要做的是按照现有的零件原型进行设计生产， 零件所具有的几何特征与技术要求都包含在原型中。
5 标杆车整车拆解及点云扫描。包括车身安装件（动力总成及附件、底盘、 内外饰、电器空调、车身附件等）的拆解及点云扫描。 6 白车身破坏性拆解及点云扫描。包括白车身破坏性拆解及点云扫描，焊接 边及焊点、孔位、涂胶、堵盖、阻尼垫、包边尺寸密封间隙等数据信息收集。 7 车身安装件详细拆解及点云扫描。包括动力总成及附件、底盘、内外饰、 电器空调、车身附件等详细拆解及点云扫描。 8 标杆车整车逆向设计。包括整车内外表面曲面光顺，整车逆向数模（布置 级、黑匣子级、精细级）及明细表，车身及内外饰典型断面，电气原理图、 线束图，车身焊接及装配流程图，孔位信息表，车身焊点、涂胶、堵盖、阻 尼垫分布图；整车设计硬点、安装硬点等。 9 标杆车整车分析校核。包括整车总布置图；整车人机工程分析（坐姿及乘 坐空间、视野、上下车方便性、操纵件操纵方便性等）；轮胎、悬架、转向、 踏板及操纵件、开闭件等运动分析校核；空调出风方向分析；整车及零部件 标准、法规适应性校核分析、车身焊接工艺、冲压工艺及材料利用率分析； 整车关键零部件试验及材质分析；模夹检具、材料使用、配置等成本分析； 专利及知识产权查询分析等。Βιβλιοθήκη 标杆车逆向设计的阶段性划分
关于车身逆向开发流程实例
关于车身逆向开发流程实例Reverse engineering is a process of extracting knowledge or design information from a product and reproducing it for the purpose of replication or reengineering. 逆向工程是从产品中提取知识或设计信息，并为了复制或再工程化而重新生成它的过程。
The reverse engineering process typically involves disassembling a product, analyzing its components, and understanding how it was designed and constructed. 逆向工程的过程通常涉及分解产品，分析其组成部分，并了解它的设计和构造方式。
In the automotive industry, reverse engineering is often used to analyze competitor's products, improve existing designs, or create aftermarket parts for older vehicles. 在汽车行业中，逆向工程通常用于分析竞争对手的产品，改进现有设计或为老款车创建售后配件。
One common use of reverse engineering in the automotive industry is to create digital models of physical components using 3D scanning technology. 汽车行业中逆向工程的一个常见用途是利用3D扫描技术创建物理组件的数字模型。
This allows manufacturers to quickly and accurately capture the complex geometries of automotive parts without needing to rely on original design data. 这使制造商能够快速而准确地捕捉汽车零件的复杂几何形状，而无需依赖于原始设计数据。
汽车逆向设计流程
汽车逆向设计汽车工业己经走过一百多年的历程，今日汽车不仅仅是普及的交通运输工具，更是一个充满动感造型特点和多姿多彩的工业艺术品，体现这种美的艺术品载体就是车身，汽车消费者在对汽车高品质高性能要求的同时，汽车的外观造型也越来越被消费者看重，有时甚至超过了对前两者的需求。
近年来，在美学原理设计和人机工程学的引导下，在快速发展的CAD／CAE技术的带动下，汽车车身设计已经愈发显得日新月异。
汽车车身最具变化性，车身开发蕴涵多种学科知识，同时车身开发是否成功直接影响整车的市场前景。
20世纪60 年代，日本为了恢复和振兴经济，提出科技兴国和大力发展制造业的方针：“一代引进，二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”，并对机床、汽车、电子、光学设备和家电等行业的发展给予优惠政策。
日本政府和企业普遍认为对别国先进产品和先进技术的引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展的一条捷径。
观点很快被事实验证，由此引发了逆向设计（Reverse Design）的概念。
逆向设计过程是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的三维CAD模型(曲面模型重构)，并进一步用CAD/CAE/CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。
逆向设计并不是简单地复制，而是要在逆向过程中增加一些特征要素，设计出工艺性更好，质量更高的产品的过程。
数字化测量是逆向工程的基础。
在此基础上进行复杂曲面的建模、评价改进和制造。
一般而言，数字化测量分为接触式与非接典触式两种。
接触式测量根据测头的不同，可分为触发式和连续式。
应用最广泛的接触式测量仪器是20世纪60年代发展起来的高效精密的三坐标测量机，它是有很强柔性的大型测量设备。
接触式测量对物体的表面的颜色和光照没有要求，因此物体边界的测量相对精确，但对软质材料适应差且速度慢。
非接触式测量根据原理的不同，可以分为三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MR测量法、超声波法和层析法。
(建筑工程设计)汽车车身逆向工程设计关键技术及应用
汽车车身逆向工程设计关键技术及应用逆向工程设计方法是汽车车身设计过程中的一个重要环节，也是一种快速设计的工程方法。
逆向工程设计主要包括如下过程：三维测量获得点云数据、数据处理、特征的提取、曲面重构和曲面评价等。
逆向设计并不是简单地复制，而是要在逆向过程中增加一些特征要素，设计出工艺性更好，质量更高的产品的过程。
该文主要探讨汽车车身逆向设计的关键技术和技术特点。
在汽车的整体设计中，车身占整车总成本的40%以上。
汽车更新的速度主要体现在车身方面，人们对汽车的关注首先就是汽车的外观质量。
因此车身设计是轿车开发的关键技术之一。
日益成熟的CAD/CAE/CAM一体化产品开发技术在汽车车身设计领域得到广泛应用。
随着三维测量技术逐渐成熟，逆向工程设计技术能够快速将车身油泥模型或其他实物模型，快速地转变为三维曲面等数模，从而可以快速地进行模具设计，快速地生产车身，极大地缩短了车身的设计周期。
同时该方法也可以快速地吸收国内外汽车车身设计的先进技术，然后经过我们的再设计，快速响应市场，达到事半功倍的效果。
逆向设计的核心思想是将实物模型转化为计算机能够表达的三维数模的一种过程。
简单地说就是从实物到图样的过程。
逆向工程设计的核心思想是以实物模型为参考，增加我们自己的创新知识，设计出符合要求，又要高于原来实物的设计过程。
这就相当于我们过去常讲的类比设计。
其实任何设计都是在一定的参考基础之上，逐步发展完善的过程。
在从事逆向工程设计的过程中，人们可能会发现，虽然同是一个模型，但是不同的人，设计的效率和质量可能有比较大的差别。
本文就是基于这样的目的，探讨逆向工程设计的关键技术。
一、车身模型的测量车身的测量根据测头与车身模型是否接触分为接触式测量与非接触式测量。
接触式测量主要采用三坐标测量机，非接触式测量又包括激光测量和结构光测量。
接触式测量优点是精度高，缺点是效率比较低。
测头的大小与接触力的大小对测量的精度都有影响。
非接触式测量优点是效率高，缺点是精度低一些。
汽车车身逆向工程设计关键技术及应用
汽车车身逆向工程设计关键技术及应用逆向工程设计方法是汽车车身设计过程中的一个重要环节，也是一种快速设计的工程方法。
逆向工程设计主要包括如下过程：三维测量获得点云数据、数据处理、特征的提取、曲面重构和曲面评价等。
逆向设计并不是简单地复制，而是要在逆向过程中增加一些特征要素，设计出工艺性更好，质量更高的产品的过程。
该文主要探讨汽车车身逆向设计的关键技术和技术特点。
在汽车的整体设计中，车身占整车总成本的40%以上。
汽车更新的速度主要体现在车身方面，人们对汽车的关注首先就是汽车的外观质量。
因此车身设计是轿车开发的关键技术之一。
日益成熟的CAD/CAE/CAM一体化产品开发技术在汽车车身设计领域得到广泛应用。
随着三维测量技术逐渐成熟，逆向工程设计技术能够快速将车身油泥模型或其他实物模型，快速地转变为三维曲面等数模，从而可以快速地进行模具设计，快速地生产车身，极大地缩短了车身的设计周期。
同时该方法也可以快速地吸收国内外汽车车身设计的先进技术，然后经过我们的再设计，快速响应市场，达到事半功倍的效果。
逆向设计的核心思想是将实物模型转化为计算机能够表达的三维数模的一种过程。
简单地说就是从实物到图样的过程。
逆向工程设计的核心思想是以实物模型为参考，增加我们自己的创新知识，设计出符合要求，又要高于原来实物的设计过程。
这就相当于我们过去常讲的类比设计。
其实任何设计都是在一定的参考基础之上，逐步发展完善的过程。
在从事逆向工程设计的过程中，人们可能会发现，虽然同是一个模型，但是不同的人，设计的效率和质量可能有比较大的差别。
本文就是基于这样的目的，探讨逆向工程设计的关键技术。
一、车身模型的测量车身的测量根据测头与车身模型是否接触分为接触式测量与非接触式测量。
接触式测量主要采用三坐标测量机，非接触式测量又包括激光测量和结构光测量。
接触式测量优点是精度高，缺点是效率比较低。
测头的大小与接触力的大小对测量的精度都有影响。
非接触式测量优点是效率高，缺点是精度低一些。
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汽车车身计算机辅助设计
侧壁形状
• 直壁毛坯上的材料进入凹模后成为冲压件的侧壁，其主要作 用是向变形区传递变形力，通常不产生塑性变形。
• 冲压件的侧壁为斜面时，在冲压过程中侧壁悬空，直到成形 时才贴模。在成形时这种零件侧壁的不同部位变形特点不同， 侧壁部分在径向受拉应力作用，从而产生伸长变形。靠近中 央部位毛坯切向受拉应力，产生伸长变形，该部位属胀形成 形。靠近凹模口部分毛坯切向受压应力，产生压缩变形，该 部位变形属拉深成形。所以斜面侧壁成形属拉深-胀形复合成 形。
山东理工大学车身数字化研究所
汽车车身计算机辅助设计
6.2 汽车车身表面反求与零部件划分
• 驾驶室外表面的反求 • 驾驶室零部件的划分
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汽车车身计算机辅助设计
驾驶室外表面的反求
• 对正坐标 • 特征分析
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汽车车身计算机辅助设计
• 截面分析及截面线的生成
变形量、变形分布等根据轮廓的变化而变化。对外 凸轮廓部分，法兰毛坯的变形以拉深为主，是压缩 类变形；内凸轮廓部分法兰毛坯变形以胀形为主， 是伸长类变形。 • 有上凸部分的法兰零件在冲压过程中，冲模上也相 应的有上凸形状，这可能在冲压过程中产生多余材 料而形成折皱，而且压料面上的材料在凹模内的流 动速度不均匀，该部分材料可能产生一定的切向拉 应力。 • 与上凸形法兰相比，下凹形法兰在冲压成形时压料 面形状对凹模内部分毛坯产生的效果在总体上是相 同的，但法兰上下凹部分材料会产生切向压应力。
汽车覆盖件质量要求
汽车覆盖件应满足这样的一些要求： • 1、尺寸精度要求高（包括轮廓尺寸、孔位尺寸、
局部形状等各种尺寸），保证装焊的准确性，也保 证外观形状的统一和美观。 • 2、形状精度要求高，使符合造型师的造型要求。 否则脱离主模型，不能体现造型风格。 • 3、表面质量不允许有起皱、凹痕、擦伤等缺陷， 棱线清晰，曲线过渡应该圆滑均匀。 • 4、有较好的刚性，也就是材料要足够的塑性变形。 同时汽车行驶中受振时，不能有较大的噪声。 • 5、所设计的车身结构要有良好的工艺性，即在一 定的生产条件下，能够较容易的安排工艺和模具设 计，并且要经济、安全和稳定的保证产品质量。
• 汽车覆盖件拉深成形时，拉深冲压方向会影响到凸 模是否进入凹模、毛坯的最大变形程度、是否能最 大限度地减小拉深件各部分的深度差、是否能使各 部分毛坯之间的流动方向和流动速度差比较小、变 形是否均匀、是否能充分发挥材料的塑性变形能力、 是否有利于防止劈裂和起皱等质量问题的产生等。
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驾驶室零部件的划分
• 在完成了驾驶室外表面的光顺后，对 驾驶室的各部分进行划分，并以此为 基础进行零部件的结构设计。
• 在设计时一是注意各个零件之间的连 接；二是注意冲压工艺性，特别是预 先确定冲压方向；三是要注意结构合 理，增加刚度强度，减小用料。
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汽车车身计算机辅助设计
山东理工大学车身数字化研究所
汽车车身计算机辅助设计
底部形状 • 冲压件的结构尺寸是决定毛坯变形方式和变形性质的主要因
素，所以在进行结构设计时要充分考虑其冲压工艺性，在冲 压过程中车身结构的尖角、小圆角、曲率剧烈变化的轮廓、 深度变化太大的形状等在冲压成形时使得毛坯的变形分布非 常不均匀，变形集中严重，很难控制变形的趋势。 • 在设计时就要避免尖角，对最小圆角作出限制，如最小圆角 半径不小于3mm（当然这与设计的结构具体情况有关系）， 深度变化尽量小等。如果由于功能需要使得冲压件工艺不良， 则通过设计合理的工艺补充和压料面来改善形状尺寸。 • 其他改善覆盖件冲压成形的措施还有改变工艺流程顺序、改 变压料面作用力的大小及分布、改变毛坯的贴模过程和改变 冲压成形条件等，可以根据具体的情况采取适当的措施。
• 以车门玻璃为例说明 • 注意线的品质，不要出现波动，并用
曲率梳检查
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• 注意分缝线等距
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• 最终结果
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6.3 汽车车身零部件的结构设计
这里以汽车车门和仪表板为例说明 • 汽车车门设计 • 仪表板设计
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汽车车身计算机辅助设计
• 3. 凸模和毛坯的初始接触状态良好， 以使得毛坯与凸模之间的相对滑动减 少，从而提高冲压件的表面质量。
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• 4．有利于防止表面缺陷。对一些表面 件，为了保证其表面质量，在选择拉 深方向时，对重要的部分要保证拉伸 时不产生出现的偏移线、颤动线等表 面缺陷。
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• 曲面的生成与调整
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• 光顺好的基本曲面，为过渡曲面做准 备
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• 求出过渡曲面，完成驾驶室的反求
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第六章
汽车车身 反求设计实例
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前言
• 在学习了曲面的光顺与评价方法后，就可 以对汽车车身曲面进行逆向设计，但仅有 这些还不够，还要以此为基础进行车身零 部件、内外饰件的设计，这包括表面反求， 根据反求后的表面并结合车型的要求进行 结构设计，进行人机工程学校核，对某些 运动件进行运动校核等。
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汽车车身计算机辅助设计
车身覆盖件拉深方向的设计原则
• 在汽车覆盖件设计过程中，要确定拉深方向，就是 确定零件在模具中的三个坐标位置；
• 拉深方向选择得是否合理，直接影响到拉伸件的质 量和模具结构的复杂程度。如果拉深方向不合理， 会使得拉深过程无法进行。故确定拉深方向是设计 过程中一项十分重要的工作。
后阶段才完成冲压件形状，该部位一 般先胀形，利于提高零件表面质量。
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底部形状 • 对于平面底部，在拉深成形时该部位通常不产生塑性变形，
刚性较差，这样表面形状的精度不易保证。如果胀形成形， 会产生双向伸长变形。 • 局部成形部位一般产生胀形变形。 • 外凸曲面底部在成形时通常从开始就产生一定程度的胀形变 形。 • 内凹曲面底部在成形时通常在最后阶段产生一定程度的胀形 变形。 • 台阶形状底部在成形开始有极度不均匀的变形分布，在台阶 变化部分的侧壁容易存在诱发切应力，产生剪切变形，甚至 形成折皱或材料堆积。 • 由于汽车覆盖件在冲压成形时的变形非常复杂，这就要求在 设计时从结构上和工艺上采取措施，使其向有利的方向转变。
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组成 • 车门可分为车门本体和附件两部分。车门本体属白车身范畴，
指作为一个整体涂漆、未装备状态的钣金焊接总成，包括车 门内外板、加强板和窗框等，是实现车门整体造型效果、强 度、刚度及附件安装的基础框架。 • 车门附件是为满足车门的各项功能要求，在白车身上装配的 零件及总成, 其中包括车门锁、铰链、限位器、玻璃、拉手、 操纵钮、出风口、密封件及内外装饰件等，另外还有在车门 上装备的其它一些附件，如烟灰盒、扬声器、放物袋、限位 块和行程开关等。 • 车门铰链与门锁是车门承力件，开门时两铰链受力，关门时 两铰链和门锁三点受力。因此，铰链、门锁的强度和刚度要 求较重要，车门限位器虽然不直接承受车门重力，但起开关 限位作用，与门锁和铰链在寿命、可靠性方面要求应一致。 另外，玻璃升降器、锁操纵手柄、按钮等的可靠性、耐久性 也不可忽视。其它附件的结构和功能一般应与主要附件的要 求相适应。
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6.1 汽车车身覆盖件冲压成型技术简介
• 汽车覆盖件大都是空间的曲面结构， 而且形状也很复杂，所以在冲压变形 中变形复杂、规律不易掌握、出现的 质量问题也多。
• 在车身结构设计时，就要多掌握些冲 压成形方面的知识，以便提高设计水 平。
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• 这些基本形状有：直壁轴对称形状（含直壁椭圆形 状）、曲面轴对称形状、圆锥体形状和盒形状等。 每种形状又可以分解成法兰形状、轮廓形状、侧壁 形状、底部形状等结构特征元素。
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汽车覆盖件冲压成形的变形特点
法兰形状 • 平面法兰在冲压成形过程中，法兰的毛坯流动速度、
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汽车覆盖件的结构特征
• 在板料成形理论和技术中，对直壁轴对称形状零件、 直壁椭圆形状零件、曲面轴对称形状零件、圆锥体 形状零件及盒形零件等在冲压成形中的变形特点、 主要冲压工艺参数的确定等已经基本可以定量化计 算，冲压条件、模具、板材冲压性能等因素对这些 零件冲压成形的影响规律也已基本比较明确。所以， 可以将复杂的汽车覆盖件结构分解为若干个基本形 状。
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法兰形状 • 多平面法兰是指冲压件的法兰由多个平面组成。倾
斜的平面法兰毛坯比水平的平面法兰毛坯受到模具 压料面的阻力要小，材料容易流入凹模，但是不易 产生塑性变形，对高平面法兰部分的材料有带动流 动作用，材料内产生剪应力和剪应变。在两平面相 交呈现下凹交界处，毛坯在变形过程中产生多余材 料，而在两平面相交的上凸处，材料变薄。 • 对于综合性法兰，则是由多平面与曲面组合而成， 其变形特点和毛坯流动可参照上述几种情况进行分 析。
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选择拉深方向的原则
在进行车身结构设计时，选择拉深方向的原 则：