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SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 王天琦 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 車輛工程07-4 指導(dǎo)教師姓名 臧杰 職稱 教授 從事 專業(yè) 汽車工程 是否外聘 □是□否 題目名稱 車用發(fā)動機齒輪油泵逆向設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1.逆向工程的發(fā)展： 逆向工程 ReverseEngineering,RE 是近年在計算機技術(shù)、數(shù)控測量技術(shù)和 CAD/CAM技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新技術(shù)。逆向工程是在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有 CAD 模型的情況下,按照現(xiàn)有零件實物、利用各種數(shù)字化技術(shù)及 CAD 技術(shù)重新構(gòu)造原型CAD模型,然后將此模型用于產(chǎn)品的分析、制造和加工生產(chǎn)的技術(shù) 。反求工程大致可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)處理、曲面重構(gòu)建模和模型檢驗修正等個步驟。目前,隨著科技的日新月異和市場全球化,世界范圍內(nèi)的市場競爭越來越激烈,要求在提高產(chǎn)品的品質(zhì)和性能的同時縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,因此,逆向工程在飛機、汽車、家電等模具相關(guān)行業(yè)越來越受到重視。本文介紹了具體的測量實例以及在 Pro/E三維設(shè)計軟件環(huán)境中實現(xiàn)產(chǎn)品逆向的過程。 2.逆向創(chuàng)新設(shè)計的概念： 設(shè)計是一項目標(biāo)明確、思維創(chuàng)新、難點攻關(guān)的腦力勞動。設(shè)計與知詛l有著很強的關(guān)聯(lián)性：知識不等同于設(shè)計，但在實踐過程中，知識在相當(dāng)大的程度上也被認(rèn)為是設(shè)計。新技術(shù)新設(shè)備的出現(xiàn)，以及產(chǎn)品市場的全球化，使得創(chuàng)造性得到了極致的發(fā)揮。當(dāng)今市場的典型特點是：進入市場更加迅速，對個性分明的新產(chǎn)品需求更加旺盛。面對如此強烈的市場挑戰(zhàn)，涌現(xiàn)出對先進的設(shè)計方法學(xué)的更多思考，以減少在設(shè)計過程中知識獲取的時間，從而促進創(chuàng)新的思維發(fā)展。 商用三維CAD軟件大多基于參數(shù)化定義的特征。這些特征方便的表達了設(shè)計意圖及設(shè)計信息。設(shè)計師可以得到高層的形體定義參數(shù)，例如半徑、長度、角度、厚度等，以及能指定幾何體之間的約束，如強制相等、平行、垂直、共線、同心等。通過改變這些直觀的參數(shù)及約束，可以在同一個模型上派生出多個配置，從而獲取一個產(chǎn)品系列。通常，采用特征樹的形式來記錄設(shè)計過程的歷史，使得設(shè)計過程可以重現(xiàn)。 然而在RE軟件中，我們生成的是曲面(通常為自由曲面)。自由曲面主要體現(xiàn)在對尺寸及約束的強烈弱化，而在概念設(shè)計中我們正需要自由曲面編輯的靈活性， 無需把握設(shè)計意圖或知識。盡管在自由曲面中采用了諸如權(quán)重、節(jié)點、控制頂劇¨41、控制曲線等底層形體參數(shù)作為調(diào)節(jié)手段，但這些參數(shù)對設(shè)計師而言是很不直觀的，而且也很難預(yù)估變形后的結(jié)果。過去十多年發(fā)展了很多提高變形直觀性的方法，這也在一定程度上提升了設(shè)計師通過網(wǎng)格或曲面變形來控制形體改變的能力。 產(chǎn)品逆向設(shè)計的過程及其關(guān)鍵問題產(chǎn)品的逆向設(shè)計是指設(shè)計師對產(chǎn)品實物樣件表面進行數(shù)字化處理（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理），并利用可實現(xiàn)逆向三維造型設(shè)計的軟件來重新構(gòu)造實物的模型（曲面模型重構(gòu)），并進一步用系統(tǒng)實現(xiàn)分析、再設(shè)計、數(shù)控編程、數(shù)控加工的 過程。 在逆向設(shè)計中數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)是產(chǎn)品造型設(shè)計逆向設(shè)計的三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 數(shù)據(jù)采集（樣件的表面數(shù)字化）是進行產(chǎn)品逆向設(shè)計的第一步。一般而言，數(shù)據(jù)采集可由接觸式與非接觸式兩種來實現(xiàn)。接觸式方法由于對物體的表面的顏色和光照沒有要求， 因此物體邊界的測量相對精確， 但對軟質(zhì)材料適應(yīng)差且速度慢；而非接觸式方式 （以激光為媒介的非接觸三維表面數(shù)據(jù)采集法在采集實物模型的表面資料時， 采集速度快， 可形成 “點云” 資料， 缺點是精度較低而且對樣件表面和光照有較高的要求。 數(shù)據(jù)處理的結(jié)果將影響模型重構(gòu)的質(zhì)量。在此階段一般應(yīng)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、 數(shù)據(jù)分塊、 數(shù)據(jù)光順三角化、 數(shù)據(jù)優(yōu)化、 多視拼合、 噪聲濾波、 拓?fù)浣? 特征提取等工作。模型重構(gòu)方案目前主要有三種： 1. B-spline或NURBS曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法； 2. 以三角 Bezi-er曲面片為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法； 3. 以多面體面片為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法。 3.數(shù)據(jù)采集 在反求工程中,數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵的第一步 ,只有獲得測量數(shù)據(jù) ,才能進行復(fù)雜曲面的反求 ,如建模、誤差分析、制造等。根據(jù)數(shù)字化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方式可分為接觸式和非接觸式兩類。以三坐標(biāo)測量機CoordinateMeasuringMachine,簡稱 CMM 為代表的接觸式測量方式雖然效率不如非接觸式 ,但精度高 ,智能化程度高 ,對被測樣件的材質(zhì)、色澤、光照條件等沒有特殊要求 ,因此應(yīng)用很廣泛。 產(chǎn)品逆向設(shè)計的產(chǎn)生與應(yīng)用 在飛機、汽車、工藝美術(shù)品和模具等行業(yè)的設(shè)計和制造中，通常是由復(fù)雜的自由曲面拼接而成，因此在概念設(shè)計階段難以用嚴(yán)密、統(tǒng)一的數(shù)學(xué)語言來描述，這些產(chǎn)品的初始模型是通過對事先制造出的木制或泥制模型來實現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)生的。近年來在產(chǎn)品造型設(shè)計中逐漸走向成熟形成逆向設(shè)計法。 由于產(chǎn)品造型的逆向設(shè)計有起點高、成本低、周期短、易改型、易創(chuàng)新的特性，自出現(xiàn)以來便受到了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計師的關(guān)注。目前該技術(shù)在下面幾方面得到了廣泛應(yīng)用：用于汽車、摩托車等具有較復(fù)雜曲面外型產(chǎn)品的修復(fù)與改型設(shè)計中； 用于設(shè)計與制造個性化的產(chǎn)品，如人體擬合、太空服裝設(shè)計、假肢設(shè)計等； 根據(jù)客戶樣件進行模具設(shè)計時，該項技術(shù)可使自動化程度大大提高； 在樣件缺少圖形文在快速原形件時，可用逆向設(shè)計來生成圖形文件；制造中逆向設(shè)計可實現(xiàn)原形產(chǎn)品的快速準(zhǔn)確建模并進行重新設(shè)計。 4．在PRO／E軟件中的模型重建 1) 導(dǎo)入測量數(shù)據(jù)文件 2) 根據(jù)數(shù)據(jù)文件建立輪廓曲線 3) 繪制基準(zhǔn)點 4) 曲線重建 5) 曲面重建 基于 Pro/ E軟件的逆向設(shè)計方法 Pro/ E是美國參數(shù)化技術(shù)公司( Parametric Tech2nology Corporation ,簡稱 PTC)的軟件產(chǎn)品。Pro/ E具有全參數(shù)化和全相關(guān)的造型技術(shù)和獨立的逆向工程模塊 ,對掃描數(shù)據(jù)在人工干預(yù)的情況下 ,運用豐富的曲線、曲面、實體造型功能和方便的編輯功能 ,可將點云數(shù)據(jù)擬合成光順、完美的曲面。接口上 ,Pro/ E軟件具有igs、 set、 vda 等多種輸入輸出數(shù)據(jù)文件 ,能與 UG、 I 2DEAS、 MasterCAM 和 Cimatron 等 CAD/ CAM軟件系統(tǒng)交換數(shù)據(jù) ,是理想的逆向設(shè)計軟件系統(tǒng)。在 PTC公司的產(chǎn)品中 ,用來處理測量點數(shù)據(jù)并進行逆向曲面設(shè)計的模塊有: ICEM Surf、 Pro/ DE2SIGER(CDRS) 、 Pro/ SCANTOOLS以及自由曲面造型。 (1)數(shù)據(jù)獲取( Data Capturing) 數(shù)據(jù)獲取是指采用各種測量方法或測量設(shè)備測出實物表面的若干組點的空間三維坐標(biāo) ,形成“數(shù)據(jù)點云”。 (2)數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)獲取中由于各種人為及隨機因素的影響 ,數(shù)據(jù)中包含影響以后工序的無用數(shù)據(jù)。在逆向工程中 ,最簡單的噪聲去除方法是人機交互 ,適合處理數(shù)據(jù)點較少的情況。常用的自動處理方法有程序判斷濾波、 N 點平均濾波以及預(yù)測誤差遞推辨識與卡而曼濾波相結(jié)合的自適應(yīng)濾波法等。目前提出的分塊濾波技術(shù)可實現(xiàn)噪聲點的快速、精確過濾 ,其基本思想是提取實體表面的特征分界線和具有明顯幾何特征的幾何元素 ,依次將整個曲面分塊 ,對平滑面片數(shù)據(jù)、特征分界線、明顯特征幾何元素分別進行噪聲判斷 ,這樣可實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的過濾。 (3)三維建模 基于離散點云數(shù)據(jù)的三維建模過程 ,實質(zhì)上就是點云數(shù)據(jù)的處理過程。其通用手段有數(shù)據(jù)調(diào)整、復(fù)制、區(qū)域修剪、數(shù)據(jù)密度修改、數(shù)據(jù)光順、尖角保留等。建立模型的好壞取決于曲線、曲面擬合是否光順以及曲面連接是否光滑。 曲線光順應(yīng)滿足 3 個條件曲線二階幾何連續(xù);曲線沒有奇點和多余拐點;曲率變化均勻。曲線光順可分為三步:尋找壞點 ,并修改壞點的坐標(biāo)值;粗光順 ,使曲線上各段的曲率符號一致 ,保證曲線單凸或單凹性;精光順 ,使曲線上各段的曲率變化均勻 ,滿足光順的要求。 滿足曲面光順的條件是:構(gòu)成曲面的關(guān)鍵曲線光順;曲面的網(wǎng)格線無多余拐點;曲面高斯曲率變化均勻。光順曲面的方法是:先光順曲面的縱向曲線然后通過型值點生成橫向樣條曲線并光順 ,重新生成縱向樣條曲線并光順 ,直至所有縱向、橫向樣條曲線都滿足光順準(zhǔn)則 ,最后利用光順的縱向、橫向樣條曲線構(gòu)造出光順曲面。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、設(shè)計的主要內(nèi)容 （1）分析機油泵的結(jié)構(gòu)特點，技術(shù)參數(shù)。游標(biāo)卡尺等測量并確定機油泵的基本尺寸數(shù)據(jù)；（2）在Pro/e下建立三維立體模型;（3）將Pro/E建模轉(zhuǎn)化成二維CAD圖形后在AUTOCAD環(huán)境下完成標(biāo)注輸出正式裝配圖、零件圖。（4）對機油泵泵油量,軸鍵的校核；（5）完成設(shè)計說明書。 2、技術(shù)要求（研究方法） （1）通過文獻資料收集，熟悉機油泵和CAD的有關(guān)知識。 （2）編寫課題研究大綱和開題報告。 （3）設(shè)計合理可行。 （4）按進度要求獨立完成畢業(yè)設(shè)計，服從指導(dǎo)教師安排；完成的畢業(yè)設(shè)計格式規(guī)范；方案選擇合理，具有可行性、經(jīng)濟性、適用性，設(shè)計思路清晰，符合實際，圖紙正確符合制圖標(biāo)準(zhǔn),內(nèi)容完整。 主要問題： （1）逆向設(shè)計中零件的數(shù)據(jù)測量與數(shù)據(jù)處理計算 （2）Pro\E的三維立體建模 （3）Pro\E的立體圖像CAD平面圖的轉(zhuǎn)換和繪制 （4）所設(shè)計油泵的功率，泵油量等各項指標(biāo)的計算 三、技術(shù)路線（研究方法） 產(chǎn)品樣件 數(shù)據(jù)測量 Pro\E建模 CAD圖紙轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)的處理計算 打印圖紙，說明書 四、進度安排 （1）調(diào)研、資料收集、完成開題報告 第4周（3月24日～3月30日） （2）參數(shù)選擇方案確定，列文稿大綱 第5周（4月1日~4月7日） （3）設(shè)計計算 第6,7周（４月8日~4月21日） （4）完成設(shè)計說明書，完成圖紙繪制 第８,14周（4月22日~６月１日） （5）交稿，預(yù)答辯 第14周（６月２日~6月８日） （6）畢業(yè)設(shè)計（論文）審核、修改 第15,16周（6月9日～6月22日） （7）畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月23日～6月 29日） 五、參考文獻 [1] 李寶順，液壓與氣動，2005年第4期。 [2] 黃安貽，董啟順，液壓傳動。西安交通大學(xué)出版社，2005.5 [3] 張利平，液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2005.4 [4] 馬蘭，機械制圖。機械工業(yè)出版社，2006.5 [5] 馬秋生，機械設(shè)計基礎(chǔ)。機械工業(yè)出版社，2005.12 [6] 賈志欣 陳俊華 童森林 陳維杰，基于 Pro/ E軟件的逆向工程技術(shù)研究與應(yīng)用。浙江大學(xué)，2006 [7] 姜楠，產(chǎn)品的逆向設(shè)計法研究。揚州大學(xué)工學(xué)院，2002 [8] 劉紅政， 產(chǎn)品設(shè)計重用中的創(chuàng)新方法研究。浙江大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，2008 [9] 周振寶，齒輪泵殼體加工工藝分析。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 [10] 尹青松，基于PRO／E軟件的逆向工程產(chǎn)品設(shè)計。深圳創(chuàng)維集團研究院，2008 [11] 王宵 逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用 2004 [12] 林清安 PRO/ENGINEER零件設(shè)計(高級篇) 2000 [13] 馬軍 基于PRO-E的逆向工程關(guān)鍵技術(shù)研究 2008 [14] 趙福臣.鄭袖.張水車 基于CMM及Pro/E的集成逆向工程系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用研究 -機械工程師2006(4) [15] Taman Varady, Ralph R Martin, Jordan Coxt Reverse engineering of geometric models-an introduction [J], Computer-Aided Design. 1997(29) [16] SDRC/Imageware. Basic reverse engineering with surfacer training guide. 1999 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日