摘 要：為了對現有車(chē)身進(jìn)行修改，并在此基礎上進(jìn)行改進(jìn) ，利用CATIA 為工具，以實(shí)， 際汽車(chē)車(chē)身為對象，以 B 樣條及 NURBS 曲面為曲面構造方法進(jìn)行汽車(chē)車(chē)身曲面的重構，從而達到了汽車(chē)車(chē)身曲面光順性要求。

逆向工程在汽車(chē)新產(chǎn)品的模型設計、現有產(chǎn)品的修改、破碎零件的重構和工業(yè)檢測方面具有廣泛的應用，繼而出現了多種曲面重構的方法 ，具體方法如 ：第一種，基于遞歸分割理論的曲面重構方案；第二種，以 B 樣條或 NU R B S 曲面 勺基礎的曲面構造方案；第三種，以三角 Bezier 曲面為基礎的曲面構造方案 ；第四種，以多面體方式來(lái)描述曲面物體方法。

由于 3D 的 B 樣條曲線(xiàn)構成的 NU R B S 曲面，這類(lèi)曲面可進(jìn)行邊界切矢及 曲率的修改 ，以保證曲面的光順。同時(shí)N U RB S 是 ISO 在 STEP 標準中制定的自由曲線(xiàn)和曲面的唯一表示標準，并且為 C A G D 提供了統一的數學(xué)描述方法 ，是曲面造型技術(shù)發(fā)展趨勢中最重要的基礎。

在此本文采基于以 B 樣條或 N U R B S 曲面為基礎的曲面構造方案為主 ，其它方案為輔的方法為本次實(shí)驗對象進(jìn)行局部修 改及嚴重變形部分的曲面重構。

1、汽車(chē)車(chē)身曲面的特點(diǎn)和重構 的難點(diǎn)

在汽車(chē)整車(chē)產(chǎn)品中，汽車(chē)的覆蓋件 ，特別是構成整車(chē)車(chē)身的外部覆蓋件，產(chǎn)品變化頻繁 ，市場(chǎng)生命周期較短。而且一般都有產(chǎn)品結構尺寸較大、形狀構成比較復雜 、所采用材料厚度相對較小 、成 型質(zhì)量 高等特點(diǎn) ，所以它的設計和生產(chǎn)就成 了整車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節 。

當今的車(chē)身外部造型設計，在國外被專(zhuān)業(yè)人員中稱(chēng)作“流線(xiàn)型設計”。按照造型師的理念汽車(chē)外形的連續完整性應有各種曲面光滑的連接以及微妙的光學(xué)效果顯示出來(lái)，其顯著(zhù)的特點(diǎn)是可獲得 0．20 甚至更低的風(fēng)阻系數。這在油價(jià)飛漲的今天具有相當重要的現實(shí)意義。

從上述車(chē)身的特點(diǎn)可以看出，它要求汽車(chē)覆蓋件曲面造型設計中產(chǎn)品的外表面的曲線(xiàn)和曲面要非常光順 ，這也就成了汽車(chē)車(chē)身產(chǎn)品生產(chǎn)中的難點(diǎn)。

2、C A T lA 為 曲面重構提供功能模塊

CA T IA V 5 提供了兩個(gè)逆向工程模塊，即數字曲面編輯模塊 DSE 和快速曲面重構模塊 Q SR 。它涵蓋逆向軟件的基本點(diǎn)云輸入和數據輸出功能及點(diǎn)云數據處理功能，并綜合應用創(chuàng )成式曲面設計模塊 G SD 和自由曲面造型模塊 FSS 及汽車(chē)A 級曲面模塊發(fā)揮其強大的曲面、曲線(xiàn)擬合功能。并且，由于它將逆向工程模塊融于一體，實(shí)現逆向工程與正向的曲面功能的交互應用，其使用變得更為簡(jiǎn)便、靈活。文章綜合地使用了 C AT IA 軟件的 D SE 、QSR 、G SD 、FSS 和 A CA 五個(gè)模塊 ，從而有效地滿(mǎn)足汽車(chē)車(chē)身曲面重構要求。

3、汽車(chē)車(chē)身重構過(guò)程

（1）數據采集和數據預處理。汽車(chē)車(chē)身是由很多復雜曲面拼合而成的，如果用接觸式測量，則有可能在點(diǎn)云擬合時(shí)數據量不夠，而且測量效率低，不能滿(mǎn)足曲面構建所需的高速建模。所以對于汽車(chē)外表面曲面的重構，最好使用非接觸測量的方 法，從而保證重 構 的 C A D 模 型能 比較 準確地 與實(shí)物模型吻合，而且縮短開(kāi)發(fā)周期。本次實(shí)驗采用的是由天遠三維科技有限公司生產(chǎn)的 OK IO —II一400 光柵測量?jì)x。本次掃描的對象是一輛吉普車(chē)，從測試中可以看出，本次數據量非常大(78 萬(wàn)點(diǎn) )，由于車(chē)體變形嚴重，車(chē)身體積大不能采集完整的車(chē)身，由測試中可以看出，我們只采集了車(chē)身左半部分的點(diǎn)云，在車(chē)頂部分只采集了邊緣的一些特征點(diǎn)，為本次曲面重構增加了難度 。

在 CATIA 軟件環(huán)境中，切換到數字化外形編輯器(Digi—tized Shape Editor ，簡(jiǎn)稱(chēng) DSE) 模塊下，對壞點(diǎn)進(jìn)行數據處理，精簡(jiǎn)云點(diǎn)，減少數據處理量，以便實(shí)物的模型更容易分辨，為曲面重構做好準備。

(2)CAD 模型重建。

①點(diǎn)云數據的分割。由于汽車(chē)車(chē)身是左右對稱(chēng)的，所以在我們只采集車(chē)身的左半部分作為重構的對象。曲面分割的合理于否直接影響到曲面重構的難宜和精度。在點(diǎn)云分割的時(shí)候不要分割的太細，因為有些細節并不重要 ，反而會(huì )影響整體車(chē)身的結構和精度 ，盡量用最少的 B 樣條線(xiàn)來(lái)表示。因為曲線(xiàn)的好壞直接影響曲面的生成，所以我們采用投影的方法成生交線(xiàn) ，由交線(xiàn)生成樣條線(xiàn)，以保證所生成的曲面的光順性。

②曲面重構。在這個(gè)過(guò)程 中我們用的是D SE 、Q SR 、G SD 、FSS 和 A C A 五個(gè)模塊，由于車(chē)頂部分沒(méi)有點(diǎn)云 ，而且不能用修改 M esh 命令中的 Neighborhood 的值來(lái)修補。所以在車(chē)頂部分的重構，我們需要通過(guò)草圖畫(huà)出車(chē)頂曲面 ，實(shí)現車(chē)頂部分曲線(xiàn)制作。由此曲線(xiàn)生成 3D 樣條曲線(xiàn) ，并分析 、調整曲線(xiàn)使其光順，分析結果如圖2 所示。

完成所有 曲面重構后 ，通過(guò)鏡像得到完整 的汽車(chē)車(chē)身 的曲面模型 ，如圖 2 所示 。

(3 )維護方便。智能儀表可以對信息數據接入中央監控室控制和管理，對于故障和異常能夠快速的識別并處理。傳統的開(kāi)關(guān)柜需要配有多種模擬指針儀表及繼電器 ，給生產(chǎn) 、儲存 、維修帶來(lái)極大不便 ，并且以人工直接操作為主，無(wú)法實(shí)現計算機智 能管理 ，對于較為復雜 的控制邏輯實(shí)現起來(lái) 比較 困難 。采用智能電量監控儀表，所有測控單元直接下放到開(kāi)關(guān)柜內。數據上傳至各子站的主控單元進(jìn)行處理存儲 、調配以及通信協(xié)議的轉換，并通過(guò)光纖收發(fā)器接入星型結構光纖以太網(wǎng)，以實(shí)現中央監控室對各子站的集中監視 、測量、控制和管理功能 ，提高了系統的可靠性以及方便 Et后的升級維護 ，并使系統安裝接線(xiàn)工作減至最低 ，符合國際流行的分散分布式現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )結構 。

3、智能儀表技術(shù)及其應用的發(fā)展探討

（1）智能化程度有待提高。智能儀表的智能化程度表征著(zhù)其應用的廣度和深度，目前的智能儀表還只是處于一個(gè)較低水平的初級智能化階段，但某些特殊工藝及應用場(chǎng)合則對儀表的智能化提出了較高的要求。而當前的智能化理論，如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法、小波理論、混沌理論等已經(jīng)具備潛在的應用基礎 ，這就意味著(zhù)我們有必要也有能力結合具體的應用需要下大氣力開(kāi)發(fā)高級智能化的儀表技術(shù)。

（2）可靠性有待增強。儀表運行的穩定性、可靠性是用戶(hù)首要關(guān)心的問(wèn)題 ，智能儀表也不例外。隨著(zhù)智能儀表技術(shù)的不斷拓展、新型的智能儀表也將陸續投放市場(chǎng)，準確性、穩定性、可靠性是工業(yè)現場(chǎng)儀表的三項重要指標 ，三者是緊密聯(lián)系的，其中可靠性最為重要。沒(méi)有可靠性，準確性、穩定性就無(wú)從談起。因此，可靠性是智能儀表整體設計的關(guān)鍵，從用戶(hù)的角度看 ，它是產(chǎn)品質(zhì)量的體現；從設計者的角度看，它是產(chǎn)品軟 、硬件設計水平 的綜合表現 。所 以，可靠性一直是設計者追求的目標。由于以單片機為核心的智能儀表步人工業(yè)現場(chǎng) ，儀表行業(yè)發(fā)生了巨大變革 ，儀表的測量精度提高，功能加強 ，特別是智能儀表的通信能力，為現代工業(yè)控制系統提供了堅實(shí)的基礎 。

（3）功能有待強化。目前工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的實(shí)際應用尚未將智能儀表的功能發(fā)揮最大化，而更多的只是應用了其總體功能的半數左右。而這一應用現狀的主要原因是，控制系統的總體架構忽略了諸如現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)優(yōu)勢 ，這需要儀表廠(chǎng)商與用戶(hù)建立 良好的合作伙伴關(guān)系，加強長(cháng)期合作，以短期投資促長(cháng)期效益，通過(guò)建立“智能儀表 + 現場(chǎng)總線(xiàn)”的控制系統架構，確立優(yōu)化的投資觀(guān)念，達成和諧共贏(yíng)的目標 。

4、結語(yǔ)

由于我國的制造型企業(yè)(特別是汽車(chē)方面)在創(chuàng )新 、設計能力等方面與國外的先進(jìn)企業(yè)還存在著(zhù)很大的差距。因此通過(guò)逆向工程的方式快速的學(xué)習、消化和吸收國外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗有著(zhù)重要的意義和價(jià)值。

本文在原有數據的基礎上進(jìn)行了局部修改，從而使車(chē)身更具有流線(xiàn)感 ，增加 了其美觀(guān)性，能有效降低風(fēng)阻系數。