【正文】 ify和導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)間使用的軟件CATIA的主要功能和應(yīng)用，詳細(xì)論述了某轎車左前輪罩的制造誤差診斷的工作過(guò)程，得出了某轎車左前輪罩的3D分析結(jié)果，診斷出了制造誤差。在點(diǎn)云上創(chuàng)建特征。 左前輪罩的誤差診斷過(guò)程 從設(shè)計(jì)圖中提取對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模在CATIA環(huán)境下提取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模。執(zhí)行深度的產(chǎn)品評(píng)估和過(guò)程評(píng)估。CATIA 的可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。CATIA V5版本的特點(diǎn)： 重新構(gòu)造的新一代體系結(jié)構(gòu)； 支持不同應(yīng)用層次的可擴(kuò)充性； 與NT和UNIX硬件平臺(tái)的獨(dú)立性； 專用知識(shí)的捕捉和重復(fù)使用； 給現(xiàn)存客戶平穩(wěn)升級(jí)。模塊可以快速、方便地對(duì)測(cè)量點(diǎn)云進(jìn)行處理，并勾勒出零件原型的輪廓特征線。用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳、本田、豐田等著名企業(yè)。CATIA被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子、電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，適應(yīng)了工業(yè)領(lǐng)域各類大、中、小型企業(yè)的需要。 貼標(biāo)記點(diǎn) 在左前輪罩上貼標(biāo)記點(diǎn)。但是非接觸式探頭由于受到物體表面特征的影響（顏色、光度、粗糙度、形狀等）的影響較大，目前在多數(shù)情況下其測(cè)量誤差比接觸式探頭要大，保持在10微米級(jí)以上。、。因此,對(duì)于不同類型的實(shí)體及數(shù)據(jù)采集的不同階段選用測(cè)量機(jī)都應(yīng)做到有的放矢,合理利用資源,以利用最低成本實(shí)現(xiàn)最優(yōu)目標(biāo)點(diǎn)采集。逆向工程又稱反求工程,主要包含2項(xiàng)內(nèi)容:一是實(shí)物模型的數(shù)據(jù)采集；二是數(shù)字模型的建立。利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)右前輪罩進(jìn)行位移約束，對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行分析，最后得出修改意見(jiàn)。課題的來(lái)源和課題研究的目的及意義。 課題來(lái)源目的及意義 課題來(lái)源本課題來(lái)源于實(shí)際項(xiàng)目，為沈陽(yáng)華晨汽車股份公司的A4轎車提供車身制造誤差的檢測(cè)與控制。對(duì)手板零件進(jìn)行幾何形狀與應(yīng)用功能的檢驗(yàn)，如果效果不好，根據(jù)實(shí)際情況，用工業(yè)油泥在手板零件的基礎(chǔ)上進(jìn)行手工完善，再利用激光掃描重新獲取模型數(shù)據(jù)。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的過(guò)濾與修正，剔除測(cè)量過(guò)程中由于各種因素及樣本零件表面缺陷而造成的誤差，從而獲得構(gòu)建樣本零件原始幾何模型的數(shù)據(jù)。操作者的經(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。在應(yīng)用研究上，除一些實(shí)驗(yàn)室的小型軟件外，自主開(kāi)發(fā)的商用逆向軟件僅有浙江大學(xué)生產(chǎn)工程研究所的反求工程CAD軟件RESOFT和西北工業(yè)大學(xué)的實(shí)物測(cè)量造型系統(tǒng)NPUSRMS，由于缺乏自主的CAD/CAM軟件的支撐，以及逆向工程的上游測(cè)試設(shè)備和下游應(yīng)用（CAD/CAE/CAM）基本為國(guó)外產(chǎn)品，使用國(guó)產(chǎn)軟件產(chǎn)品在設(shè)備接口，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和應(yīng)用上一直滯后于相關(guān)產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)的軟件顯得勢(shì)單力薄，與國(guó)外軟件相比處于競(jìng)爭(zhēng)的劣勢(shì)。最近幾年，在研究深度和應(yīng)用廣度方面，都有很大的進(jìn)展，特別是在商業(yè)軟件的應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面，國(guó)外做出了很多的成就，廣為人知的有美國(guó)RainDrop公司的GeoMagic, EDS公司開(kāi)發(fā)的imageware,英國(guó)DELCAM公司開(kāi)發(fā)的CopyCAD,以及韓國(guó)INUS公司開(kāi)發(fā)的RapidForm。概括地說(shuō)，順向工程是從未知到已知，從想象到現(xiàn)實(shí)的過(guò)程。 逆向工程（reverse engineering）大意是根據(jù)已有的東西和結(jié)果，通過(guò)分析來(lái)推導(dǎo)出具體的實(shí)現(xiàn)方法。特別是當(dāng)前汽車行業(yè)正在轟轟烈烈、如火如荼開(kāi)展的自主開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，更需要一個(gè)強(qiáng)大的零部件體系作支撐。第一方面，產(chǎn)品的自主研發(fā)能力薄弱，缺乏自主品牌；第二方面與先進(jìn)汽車國(guó)家相比，技術(shù)水平差距還是比較明顯；第三方面，就是汽車零部件，技術(shù)基礎(chǔ)還比較薄弱，長(zhǎng)期滯后整車的發(fā)展。正是由于中國(guó)巨大的市場(chǎng)和汽車工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)巨大的推動(dòng)作用，汽車工業(yè)己被國(guó)家確定為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 the finite element analysis。以達(dá)到減少成本，并在實(shí)際中得到應(yīng)用。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，利用CAD/CAM技術(shù)，先進(jìn)制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)物的逆向設(shè)計(jì)制造，己成為CAD/CAM領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，并成為逆向工程技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容。本文應(yīng)用這兩種技術(shù)對(duì)某轎車左前輪罩進(jìn)行逆向造型并進(jìn)行有限元分析，對(duì)其進(jìn)行誤差診斷與調(diào)整。關(guān)鍵詞: 逆向工程；標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模；有限元分析；轎車左前輪罩；夾具調(diào)整AbstractReverse engineering is the advanced manufacturing technology, can shorten hotspot in the product design and manufacturing cycle。 Cars left front cover。改革開(kāi)放后，中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)形成比較完善的體系，成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)在車身零件方面的主要工作是對(duì)引進(jìn)的技術(shù)與產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收，轉(zhuǎn)化完善，局部改型等。整車自主品牌與技術(shù)創(chuàng)新需要零部件作基礎(chǔ)，零部件的自主創(chuàng)新又對(duì)整車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生強(qiáng)大推動(dòng)力，他們是相互影響、相互作用的，沒(méi)有整車的自主品牌，強(qiáng)大零部件體系的研發(fā)創(chuàng)新能力難以迸發(fā)，沒(méi)有強(qiáng)大零部件體系的支撐，自主品牌的做大作強(qiáng)將難以為繼。你通過(guò)反匯編、反編譯和動(dòng)態(tài)跟蹤等方法，分析出其動(dòng)畫(huà)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，這種行為就是逆向工程；不僅僅是反編譯，而且還要推倒出設(shè)計(jì)，并且文檔化[1]。而產(chǎn)品的逆向工程，則是將己有的產(chǎn)品模型或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型和概念模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)己有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是已有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)研究起步晚，經(jīng)費(fèi)投入少，限制了高水平的開(kāi)展，創(chuàng)新性的研究不多，在世界學(xué)術(shù)領(lǐng)域，還沒(méi)有形成較大的影響力。逆向工程技術(shù)是20世紀(jì)80年代初分別由美國(guó)3M公司、日本名古屋工業(yè)研究所碩士論文后艙門(mén)的逆向設(shè)計(jì)和有限元分析以及美國(guó)U丫P公司提出來(lái)的，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，逆向工程被放到大幅度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的主要位置上。下面一些關(guān)鍵技術(shù)將是逆向工程主要發(fā)展發(fā)面：數(shù)據(jù)測(cè)量發(fā)面：發(fā)展面向逆向工程的專用測(cè)量設(shè)備，能夠告訴，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：數(shù)據(jù)的處理方面：針對(duì)不同種類的測(cè)量數(shù)據(jù)，開(kāi)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；曲面擬合：能夠控制曲面的光順性和能夠進(jìn)行光順拼接；集成技術(shù)：發(fā)展包括測(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)等的逆向工程技術(shù)：逆向工程于有限元分析技術(shù)的集成將是逆向工程技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一[7]。對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)擬合，為進(jìn)一步造型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。重復(fù)步驟4的工作。 課題研究的目的及意義本文課題以某轎車左前輪罩為研究對(duì)象，應(yīng)用逆向工程方法建立其適合的cad模型并對(duì)其進(jìn)行有限元分析，對(duì)其重構(gòu)外形曲面，通過(guò)誤差診斷，對(duì)其制造夾具提出調(diào)整方案，可以節(jié)省大規(guī)模制造時(shí)間，減少制造成本，為企業(yè)獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并為企業(yè)生產(chǎn)其他零部件起到借鑒作用。2 總體方案設(shè)計(jì) 方案流程圖 方案具體步驟 掃描左前輪罩及相關(guān)沖壓件，獲取點(diǎn)云； 使用學(xué)校提供的照相式三維掃描儀對(duì)某轎車左前輪罩進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； 將掃描點(diǎn)云與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模對(duì)比，進(jìn)行誤差診斷； 在CATIA環(huán)境下提取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模，與點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)比。 小結(jié)本章概括簡(jiǎn)要介紹了該課題的主要內(nèi)容，重點(diǎn)介紹了所應(yīng)用的軟件，總結(jié)出工作流程簡(jiǎn)圖。數(shù)據(jù)采集是逆向工程的首要環(huán)節(jié),、快速、完備地獲得產(chǎn)品的三維幾何數(shù)據(jù),是逆向工程的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。主要研究的是運(yùn)用三坐標(biāo)機(jī)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過(guò)程。 非接觸式照相式三維掃描儀 零件掃描方法 非接觸式照相式三維掃描 非接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，主要包括：激光三角形法、激光測(cè)距法、結(jié)構(gòu)光法以及圖像分析法等[10]。該方法主要用于對(duì)易變形零件、精度要求不高零件、要求海量數(shù)據(jù)的零件、不考慮測(cè)量成本及其相關(guān)軟硬件的配套情況下的測(cè)量。 標(biāo)記點(diǎn) 數(shù)據(jù)采集使用三維掃描儀掃描左前輪罩，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在汽車業(yè)，CATIA已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。波音飛機(jī)公司使用CATIA完成了整個(gè)波音777的零件設(shè)計(jì)和電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇跡，從而也確定了CATIA在CAD∕CAE∕CAM行業(yè)的領(lǐng)先地位?？焖偾嬷亟ǎK可以在云點(diǎn)上建立并處理特征線，擬合出滿足一定要求的曲面。 CATIA是汽車工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。 Geomagic Qualify軟件簡(jiǎn)介Geomagic Qualify是Geomagic公司出品的一款逆向校核軟件，使用Geomagic Qualify可以實(shí)現(xiàn)迅速檢測(cè)產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 模型和產(chǎn)品的制造件之間的差異，Geomagic Qualify以直觀易懂的圖形比較結(jié)果來(lái)顯示兩者的差異，可以應(yīng)用于產(chǎn)品的首件檢驗(yàn)、生產(chǎn)線上或是車間內(nèi)檢驗(yàn)、趨勢(shì)分析、二維和三維幾何形狀尺寸標(biāo)注并可自動(dòng)生成格式化的報(bào)告。自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具使用戶可以重復(fù)使用已有的檢測(cè)流程。 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模 導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模同時(shí)導(dǎo)入到Geomagic Qualify 。 在點(diǎn)云上創(chuàng)建特征 基于特征對(duì)齊選擇“基于特征對(duì)齊”命令，圓1對(duì)圓1創(chuàng)建對(duì)，圓2對(duì)圓2創(chuàng)建對(duì)，然后選擇最佳擬合，軟件自動(dòng)將點(diǎn)云與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模按特征對(duì)齊。5 構(gòu)造逆向數(shù)模 Geomagic Studio軟件簡(jiǎn)介 本次課題使用Geomagic studio 8來(lái)構(gòu)造某轎車左前輪罩的逆向數(shù)模。Geomagic Studio可以作為CAD、CAE和CAM工具提供完美補(bǔ)充，它可以輸出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，包括STL、IGES、STEP和CAD等眾多文件格式。 主要優(yōu)勢(shì)確保用戶獲得完美無(wú)缺的多邊形和 NURBS 模型；處理復(fù)雜形狀或自由曲面形狀時(shí)，生產(chǎn)率比傳統(tǒng) CAD 軟件效率更高； 自動(dòng)化特征和簡(jiǎn)化的工作流程可縮短培訓(xùn)時(shí)間，并使用戶可以免于執(zhí)行單調(diào)乏味、勞動(dòng)強(qiáng)度大的任務(wù)；可與所有主要的三維掃描設(shè)備和 CAD/CAM 軟件進(jìn)行集成；能夠作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序運(yùn)用于快速制造，或者作為對(duì) CAD 軟件的補(bǔ)充。 Geomagic Studio構(gòu)造逆向數(shù)模 導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)在Geomagic Studio 8中打開(kāi)之前獲取的左前輪罩點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 減少噪聲點(diǎn)結(jié)果 均勻取樣選擇“均勻取樣”命令，這將去除一些點(diǎn)。 簡(jiǎn)化多邊形 砂紙打磨與去除特征選擇“砂紙打磨”任務(wù)，可以將不光滑的地方打磨光滑。單擊每個(gè)角點(diǎn)，圓圈變成紅色。NURBS曲面的控制點(diǎn)將遵循這些格柵。 剪切特征前 剪切特征后到此為止，構(gòu)造逆向數(shù)模就完成了，將文件另存為IGS格式，以便后邊有限元分析使用。主要是有限元的概念，與相關(guān)行業(yè)功能結(jié)合較少。Workbench為仿真模擬和設(shè)計(jì)提供了全新的平臺(tái)，提高仿真效率。 ANSYS Workbench主要特點(diǎn)具有分析向?qū)?，快捷的邊界條件和載荷施加工具，多工況對(duì)比與結(jié)合，參數(shù)化模型和多模型對(duì)比性分析，能過(guò)自動(dòng)生成計(jì)算報(bào)告[17]。ANSYS有限元網(wǎng)格劃分是進(jìn)行數(shù)值模擬分析至關(guān)重要的一步，它直接影響著后續(xù)數(shù)值計(jì)算分析結(jié)果的精確性。在有限元數(shù)值求解中，單元的等效節(jié)點(diǎn)力、剛度矩陣、質(zhì)量矩陣等均用數(shù)值積分生成，連續(xù)體單元以及殼、板、梁?jiǎn)卧拿鎯?nèi)均采用高斯（Gauss）積分，而殼、板、梁?jiǎn)卧暮穸确较虿捎眯疗丈⊿impson）積分。 自由網(wǎng)格劃分用于空間自由曲面和復(fù)雜實(shí)體，采用三角形、四邊形、四面體進(jìn)行劃分，采用網(wǎng)格數(shù)量、邊長(zhǎng)及曲率來(lái)控制網(wǎng)格的質(zhì)量[20]。 施加局部區(qū)域 施加位移約束Ansys workbenc施加位移約束是為求解做準(zhǔn)備，本文分別對(duì)夾具點(diǎn)施加位移約束，由誤差分析得知，為了調(diào)整夾具，在A處添加位移約束為x=0，y=0 ,z=0，B處添加約束x=0,y=0,z=0 ，C處添加約束x=0，y=0，z=。 本文是利用有限元分析，添加位移約束，經(jīng)過(guò)調(diào)整，對(duì)夾具提出調(diào)整方案。 Z方向變形量 數(shù)據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)導(dǎo)出是ANSYS WORKBENCH重要的一步，本課題研究左前輪罩的制造誤差，并通過(guò)調(diào)整夾具的方式來(lái)減小焊裝誤差，首先在Geomagic Qualify軟件中檢測(cè)出左前輪罩的制造誤差，通過(guò)檢測(cè)出來(lái)的制造誤差調(diào)整夾具，通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，進(jìn)行仿真，以判斷這種調(diào)整方法是否合理，如果調(diào)整之后除夾具點(diǎn)之外的其他位置點(diǎn)有很大偏差，則繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，仿真，避免了直接在零件上進(jìn)行調(diào)整，如果調(diào)整方法不合理造成的浪費(fèi)。 計(jì)算后坐標(biāo) 變形數(shù)據(jù)導(dǎo)入文本格式 導(dǎo)入坐標(biāo) 再次導(dǎo)入Geomagic Qualify進(jìn)行對(duì)比將原始點(diǎn)云與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模對(duì)比。調(diào)整后超差現(xiàn)象消除。 小結(jié)本章首先介紹了所用到的ANSYS Workbench 軟件的基本功能和背景，詳細(xì)介紹了逆向數(shù)模的有限元分析過(guò)程，以及在分析后導(dǎo)出再與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模對(duì)比的過(guò)程。將其轉(zhuǎn)化為文本格式，將文本格式的計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入Geomagic Qualify后就可以觀察出施加位移約束后左前輪罩表面誤差情況。通過(guò)調(diào)整夾具對(duì)某轎車左前輪罩提出了調(diào)整意見(jiàn)。通過(guò)本課題的研究，作者從中學(xué)到了更多相關(guān)的專業(yè)的知識(shí)和技能，得到了一些有益的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論，同時(shí)也感到還有許多工作值得進(jìn)一步的研究和探索：逆向工程技術(shù)與其它相關(guān)技術(shù)的聯(lián)合使用，在某種程度上提高了零件整體建模、設(shè)計(jì)和制造效率。需要從測(cè)量手段、測(cè)量方法、測(cè)量設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理方法上進(jìn)行不斷的改進(jìn)。在論文研究和撰寫(xiě)的三個(gè)月時(shí)間里，始終得到了導(dǎo)師的殷切關(guān)懷和教誨。感謝我的家人，感謝你們這么多年來(lái)對(duì)我無(wú)微不至的關(guān)懷，感謝你們對(duì)我精神和物質(zhì)上的支持，感謝你們?yōu)槲覠o(wú)私奉獻(xiàn)的一切，在你們的支持和幫助下我才能夠全身心地投入到學(xué)習(xí)和研究之中，順利完成學(xué)業(yè)并如期完成論文工作