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面向复杂工程约束的车身A级曲面重建及优化研究

赵子云  
【摘要】:在工程实践中基于点云数据的自动曲面重构,是目前车身造型设计、改型设计、零部件结构设计中的关键技术手段。逆向设计缩短了新产品的研发周期,显著提升了逆向设计的效率。在车身开发过程中,通过云点数据重建A级曲面是工程设计人员无法绕过的重要环节。A级曲面是车身模型中对曲面质量具有较高要求或特殊要求的一类曲面。但在车身逆向重构过程中,自动化的重构功能并未的到广大设计人员的接受。设计师仍然要手动进行建模,耗时耗力的进行调整模型。造成这种现象的原因主要有以下方面:A级曲面质量总体上仍属于美学范畴,其定义和概念是模糊的。虽然在工程上定义了A级曲面必须满足的标准,但满足标准的曲面是否为A级曲面则基于设计师和造型师的主观评价。因此在构建A级曲面的过程中,工程设计人员的充分参与是必要的。另一方面,当前商业化的逆向工程软件更倾向于提供一种简单、高效、统一的解决方案。但车身曲面重构是一件具有强烈工程背景的设计过程,难以通过简单地形态、单一的方式呈现。同时,一般的逆向软件所提供的结果为非参数化的模型,这限制了工程师进一步的修改和调整,不便于工程设计人员接手。因此,目前商业化的解决方案无法适应这种复杂的工程情境的。针对以上问题,本文尝试在逆向工程领域使用优化迭代的思路来解决实际问题。通过对数模设置约束、目标的方式,将工程约束复杂评价指标引入逆向过程中,将传统的逆向问题转化为优化问题。同时,将优化目标和设计约束的控制权交给工程师,确保了工程师对曲面质量的全面把握。本文利用计算机快速计算的优势进行优化迭代,取代工程设计人员基于复杂约束和评价指标的反复修改。另外,本文从建模方式入手,对建模方式进行归纳、分类,形成模板,针对不同模板对应的手工建模,设计不同的迭代方法。本研究是基于汽车行业广泛应用的Siemens NX平台,引入知识工程(Knowledge Fusion)的理念,结合常规二次开发技术进行开发。本文通过车身上较为典型的两种曲面为例,介绍了模板的构建方式和优化流程。根据不同的曲面模板,给出配套的自动化建模方式,以及工程目标以及优化库。最终的实例表明,本研究所构建的数模曲面,可以产生“基本满足”各种要求的结果,大大减少了设计师后期的修改、迭代次数。相对于传统的逆向过程,大幅提高了逆向的效率。同时,本文将基于参数化模型的优化理念进行派生,应用于其他场景,也达到了满意的效果。


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