某車型白車身逆向設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告</b></p><p>　　題目名稱： 某車型白車身逆向設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　所在院(系) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　2014年9月15日</p><p>　　選題的目的及研究意義：</p><p>　　逆向工程(reverse engineering,RE),又稱為反求工程或反求設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)過程完全不同。他是從實(shí)物樣本的獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)

3、模型并制造得到新產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)，已成為CAD/CAM系統(tǒng)中一個(gè)研究應(yīng)用熱點(diǎn)，并發(fā)展成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)領(lǐng)域。早在1980年始?xì)W美國(guó)家許多學(xué)校及工業(yè)界開始注意逆向工程這塊領(lǐng)域。1990年初期包括臺(tái)灣在內(nèi)，各國(guó)學(xué)術(shù)界團(tuán)隊(duì)大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果，直到20世紀(jì)90年代中期，逆向工程才在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展與推廣。</p><p><b>　　1、選題目的：</b></p>

4、<p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式以不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的市場(chǎng)的需求。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程遵循正向工程（或正向設(shè)計(jì)）的思維，從市場(chǎng)需求信息著手，按照“產(chǎn)品功能描述（產(chǎn)品規(guī)格及預(yù)期目標(biāo)）-產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)-產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)及詳細(xì)的零部件設(shè)計(jì)-制定 生產(chǎn)工藝流程-設(shè)計(jì)、制造工夾具、模具等工裝-零部件加工及裝配-產(chǎn)品檢驗(yàn)及性能測(cè)試”這樣的步驟開展工作，是從未知到已知、從抽象到具體的過程。我國(guó)是一個(gè)制造大國(guó)但不是一個(gè)制造強(qiáng)國(guó)，沿

5、海很多中小型企業(yè)都是為外國(guó)大企業(yè)進(jìn)行貼牌生產(chǎn)，沒有自己的產(chǎn)品。這樣很難適應(yīng)如今的國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)。所以國(guó)家提出技術(shù)創(chuàng)新，要有自己的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新的產(chǎn)品，并且要不斷地推陳出新。采用逆向工程技術(shù)，可以直接在國(guó)內(nèi)外已有的先進(jìn)產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行性能分析、設(shè)計(jì)模型反求、在設(shè)計(jì)優(yōu)化制造。這次注塑模具設(shè)計(jì)不是通過常規(guī)的方法設(shè)計(jì)，而是基于先進(jìn)的制造技術(shù)逆向工程，一個(gè)“從有到無”的過程，為模具技術(shù)的迅速發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。這樣，不僅可以更好地消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技

6、術(shù)，趕超發(fā)達(dá)國(guó)家，擴(kuò)大在世界經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的占有份額，而且可以打破西方國(guó)家對(duì)我國(guó)進(jìn)行的技術(shù)封鎖，從而研制出更先進(jìn)的產(chǎn)品，以提高我國(guó)的綜合國(guó)力。</p><p><b>　　2、研究意義：</b></p><p>　　逆向工程是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要途徑，實(shí)物原型的再現(xiàn)僅僅是逆向工程的初步階段，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的基于原型的再設(shè)計(jì)、再分析、再提高，從而實(shí)現(xiàn)重大改型的創(chuàng)新

7、設(shè)計(jì)，才是逆向工程的真正價(jià)值和意義所在。逆向工程技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用從逆向工程的概念和技術(shù)特點(diǎn)可以看出，逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域主要是飛機(jī)、汽車、玩具和家電等模具相關(guān)行業(yè)。近年來隨著生物、材料技術(shù)的發(fā)展，逆向工程技術(shù)也開始應(yīng)用在人工生物骨骼等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但是其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域還是在模具行業(yè)。由于模具制造過程中經(jīng)常需要反復(fù)試沖和修改模具型面。若測(cè)量最終符合要求的模具并反求出其數(shù)字化模型，在重復(fù)制造該模具時(shí)就可運(yùn)用這一備用數(shù)字模型生成加工程序，可

8、以大大提高模具生產(chǎn)效率，降低模具制造成本。逆向工程技術(shù)在我國(guó)，特別是以生產(chǎn)各種汽車、玩具配套件的地區(qū)、企業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。因此,逆向工程技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)企業(yè)縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距具有特別重要的意義。</p><p>　　二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等</p><p>　　1.逆向工程技術(shù)研究現(xiàn)狀</p><p>　　早在20

9、世紀(jì)80年代，日本名古屋工業(yè)研究所和美國(guó)UVP公司、美國(guó)3M公司提出了逆向工程技術(shù) (RE)并開始研制開發(fā)。一些重要的國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議都將逆向工程及相關(guān)技術(shù)作為一個(gè)重要學(xué)術(shù)議題。逆向工程技術(shù)是新產(chǎn)品開發(fā)和消化吸收先進(jìn)技術(shù)的重要手段之一。因此，各國(guó)成立逆向工程技術(shù)系統(tǒng)研究中心，同時(shí)相應(yīng)的設(shè)備制造公司也在各國(guó)建成，政府還發(fā)展和支持大規(guī)模的材料供應(yīng)商和相應(yīng)的專業(yè)軟件公司，再加上從事這些項(xiàng)目眾多的教育、科研機(jī)構(gòu)和提供贊助的基金會(huì)以及大量快速成

10、型設(shè)備的制造者。這就形成一個(gè)強(qiáng)大的集體。這對(duì)逆向工程技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用創(chuàng)造了很好的發(fā)展空間。在英國(guó)，測(cè)量設(shè)備CYCLON2高速掃描儀的精準(zhǔn)度達(dá)0.02mm并可進(jìn)行精細(xì)掃描；而德國(guó)的ATOS掃描儀則可隨意繞零件移動(dòng)，非常靈活；日本的PIX-30網(wǎng)點(diǎn)式掃描儀更具高速、功能復(fù)合化的特點(diǎn)。在數(shù)據(jù)軟件的處理方面，各國(guó)的軟件應(yīng)用水平在不斷提高，處理手段也在不斷豐富，軟件操作趨于簡(jiǎn)單化，可以根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)快速構(gòu)造出多張連續(xù)曲面模型，并具有較精準(zhǔn)的誤差檢測(cè)功

11、能。另外，在CAD／CAM軟件開發(fā)上，開始集成逆向工程模塊。如：CATIA V5中的Generic Shape </p><p>　　Pr-e軟件中的Pro／SCAN功能。</p><p>　　我國(guó)對(duì)逆向工程的研究和國(guó)外比起來起步較晚，經(jīng)費(fèi)投入也較少，創(chuàng)新性的研究也很少。直到20世紀(jì)90年代中期。逆向工程才在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展與推廣。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向

12、，即重建產(chǎn)品實(shí)物的CAD，稱為“實(shí)物逆向工程”。國(guó)內(nèi)在逆向工程軟件方面的研究主要集中在高校，產(chǎn)品主要是高華CAD、Re-sofe和CATIA等。其中CATIA是國(guó)內(nèi)開發(fā)的較好的逆向工程軟件。隨著逆向工程快速發(fā)展，我國(guó)在數(shù)據(jù)處理、曲面片擬合、幾何特征識(shí)別、商用專業(yè)軟件和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的研究開發(fā)上也有很大進(jìn)步。我國(guó)在數(shù)據(jù)測(cè)量方面發(fā)展面向逆向工程的專用測(cè)量設(shè)備，能夠高速、高精度的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品幾何形狀的三維數(shù)字化，并能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和規(guī)劃路徑； 在數(shù)據(jù)的

13、預(yù)處理方面，針對(duì)不同種類的測(cè)量數(shù)據(jù)，開發(fā)研究一種通用的數(shù)據(jù)處理軟件，完善改進(jìn)目前的數(shù)據(jù)處理算法； 能夠控制曲面的光順性和能夠進(jìn)行光滑拼接； 在測(cè)量技術(shù)、模型重建技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造技術(shù)等集成技術(shù)也日漸突破。</p><p>　　2.逆向工程技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　逆向工程的研究已經(jīng)日益引人注目，在數(shù)據(jù)處理、曲面片擬合、幾何特征識(shí)別、商用專業(yè)軟件和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的研究

14、開發(fā)上已經(jīng)取得了很大的成績(jī)。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，整個(gè)過程仍需要大量的人機(jī)交互工作，操縱者的經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì)直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，自動(dòng)重建曲面的光順性難以保證，下面一些關(guān)鍵技術(shù)將是逆向工程主要發(fā)展方面：</p><p>　　數(shù)據(jù)測(cè)量方面：發(fā)展面向逆向工程的專用測(cè)量設(shè)備，能夠高速、高精度的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品幾何外形的三維數(shù)字化，并能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和規(guī)劃路徑；</p><p>　　數(shù)據(jù)的預(yù)處理方面：針對(duì)不同種類的

15、測(cè)量數(shù)據(jù)，開發(fā)研究一種通用的數(shù)據(jù)處理軟件，完善改進(jìn)目前的數(shù)據(jù)處理算法；</p><p>　　曲面擬合：能夠控制曲面的光順性和能夠進(jìn)行光滑拼接；</p><p>　　集成技術(shù)：發(fā)展包括丈量技術(shù)、模型重建技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造技術(shù)等的逆向工程技術(shù)</p><p>　　3.逆向工程技術(shù)研究方法</p><p>　　逆向工程由3大模塊組

16、成：數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理和曲面建模，3大模塊構(gòu)成逆向工程的整個(gè)過程。</p><p>　　數(shù)據(jù)測(cè)量的方法分為接觸測(cè)量方法和非接觸測(cè)量方法，其中，接觸式測(cè)量方法又分為觸發(fā)式和連續(xù)式。非接觸式測(cè)量方法分為光學(xué)式測(cè)量和非光學(xué)式測(cè)量方法。其中，光學(xué)式測(cè)量方法包括三角形法，結(jié)構(gòu)光法，計(jì)算機(jī)視覺法和激光干涉法。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理：處理所獲得三維數(shù)據(jù)，使其符合后續(xù)操作的要求。其中數(shù)據(jù)處理的工作

17、主要分為：數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分塊、數(shù)據(jù)光順和數(shù)據(jù)優(yōu)化等4個(gè)方面。</p><p>　　曲面建模是整個(gè)逆向工程過程中最復(fù)雜的處理環(huán)節(jié)，目前比較常用的重建建模方法有曲線擬合造型方法，曲面片直接擬合造型方法和點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)體模型造型方法。</p><p>　　4逆向工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特別是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的迅猛發(fā)展，基

18、于測(cè)量數(shù)據(jù)的產(chǎn)品造型技術(shù)成為逆向工程技術(shù)關(guān)注的主要對(duì)象。通過數(shù)字化測(cè)量設(shè)備（如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光測(cè)量設(shè)備等）獲取的物體表面的空間數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過逆向工程技術(shù)的處理才能獲得產(chǎn)品的數(shù)字模型，進(jìn)而輸送到CAM系統(tǒng)完成產(chǎn)品的制造。因此，逆向工程技術(shù)可以認(rèn)為是“將產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)”的總稱。逆向技術(shù)已經(jīng)成為新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)過程中各種先進(jìn)技術(shù)不可缺的一部分，在新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)中居于核心的地位。廣泛用于玩具、汽車、通信

19、電器、模具等產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，成為消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品新產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)不可缺少的手段。同時(shí)結(jié)合CAD/CAM/CAPP/RP(快速成型)是當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的全新技術(shù)之一。涵蓋的產(chǎn)業(yè)有：汽車摩托業(yè)、電子通訊業(yè)、玩具業(yè)、模具業(yè)、家電業(yè)、運(yùn)動(dòng)器材業(yè)、五金業(yè)等。制造的產(chǎn)品有汽車模具外覆蓋件、手機(jī)外殼、耳機(jī)、玩具、文化用品等。</p><p>　　對(duì)本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的

20、研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說明，論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱</p><p>　　逆向工程技術(shù)以其獨(dú)有的特點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于新產(chǎn)品的開發(fā)、模具的設(shè)計(jì)、舊零件的還原等許多方面。但目前來說還存在著較大的局限性。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，集中表現(xiàn)為軟件智能化低；點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理方面功能弱；建模過程主要依靠人工干預(yù)，設(shè)計(jì)精度不夠高；集成化程度低等。以下是本課題將要解決的主要問題：</p><p>　

21、　1）實(shí)物或產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)測(cè)量。根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)確定掃描方法以及掃描設(shè)備，利用3D掃描測(cè)量設(shè)備來獲取零件實(shí)物表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。</p><p>　　2）測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理。按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，分割方法一般可分為兩類，一類是基于邊界分割法，一類是基于區(qū)域分割法。區(qū)域分割法將相似幾何特征的點(diǎn)劃為同一區(qū)域，具有明確的幾何意義，是較為常用的分割方法。</p><p>　　3）曲面造

22、型修飾及實(shí)體造型的重構(gòu)。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過表面片的拼接獲取零件實(shí)物表面的CAD模型。</p><p>　　4）重建CAD模型的檢驗(yàn)與修正。由于測(cè)量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)往往存在一些數(shù)字誤差，所以需要對(duì)曲面或曲線進(jìn)行光順處理，提高曲面質(zhì)量。另外還要檢驗(yàn)重建的CAD模型是否滿足精度或其他實(shí)驗(yàn)性能指標(biāo)的要求，對(duì)不滿足要求的應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整修改，直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求</p>

23、<p>　　5）完成該塑料零件的注塑模的設(shè)計(jì)。利用塑料模具設(shè)計(jì)模塊軟件進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)。</p><p>　　本課題采用的研究方法：</p><p>　　CATIA逆向設(shè)計(jì)主要著重于航空航天，機(jī)械制造和汽車工業(yè)。</p><p>　　用CATIA來進(jìn)行逆向工程，主要的原理和過程：</p><p>　　物體數(shù)據(jù)化：普遍采用三坐標(biāo)測(cè)量

24、機(jī)或激光掃描儀來采集物體表面的空間坐標(biāo)值。</p><p>　　分析物體的幾何特征：依據(jù)數(shù)據(jù)的屬性，進(jìn)行分割、再采用幾何特征和識(shí)別方法來分析物體的設(shè)計(jì)及加工特征。</p><p>　　構(gòu)建物體三維模型：利用CATIA軟件，把分割后的三維數(shù)據(jù)作表面模型的擬合，得出實(shí)物的三維模型。</p><p><b>　　檢驗(yàn)修正三維模型。</b></p

25、><p><b>　　四、設(shè)計(jì)內(nèi)容與進(jìn)度</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　(1)、汽車車身三維數(shù)據(jù)的獲取。</p><p>　　(2)、數(shù)據(jù)處理及三維模型的重建。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)進(jìn)度</b>

26、</p><p>　　畢業(yè)論文的時(shí)間節(jié)點(diǎn)安排如下：</p><p>　　2014-9 完成開題報(bào)告和文獻(xiàn)翻譯</p><p>　　2014-11 完成論文（設(shè)計(jì)）</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 祖文明.逆向工程技術(shù)的應(yīng)用及國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀

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