前 言
随着汽车产品更新换代的加快，在原有车型上进行改进，以加快新产品的开发周期，被越来越多的汽车厂商所采用。对于汽车零部件来说，同样需要快速的开发过 程，以适应整车的开发周期。而汽车中很大部分零部件是由一系列复杂的空间曲面构成的，这些曲面是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，这种连接既要满足零件 功能、结构的要求，又要光滑过渡，达到平顺、和谐的效果。逆向工程作为一种重要的开发手段，广泛的应用于汽车改型设计中，以加快产品的开发周期。
CATIA 软件是汽车工业事实上的标准，是世界上多数汽车厂商所使用的核心CAD系统。CATIA V5软件的曲面造型技术上居有独特的优势，为汽车的设计开发提供了先进、方便、快捷的手段，极大地提高了汽车开发效率。
CATIA V5的逆向工程模块主要有数字曲面编辑模块DSE(Digitized Shape Editor) 和快速曲面重构模块QSR (Quick Surface Reconstruction) ，它涵盖逆向软件的点云输入及点云数据处理功能。这两个逆向工程模块结合并综合应用创成式曲面设计模块GSD(Generative Shape Design) 和自由曲面造型模块FSS ( Freestyle Shape) ，实现了逆向工程与正向设计曲面功能的交互应用，其使用变得更为简便、灵活。在外表面曲面完成之后，使用实体设计PDG（Part Design）模块使曲面缝合成实体，并在PDG模块中（有时需借助GSD模块）进行结构设计及脱模分析等工作。对于有配合装配关系的零部件，借助ASM 模块进行电子装配并使用DMU（电子样机）模组中的空间分析SPA（ Space Analysis）模块，对部品进行较核、检测。这些模块之间交互应用，从而使汽车零部件产品的开发更为方便、快捷。以下以一款车的后视镜的逆向开发为例 探讨CATIA环境下的产品逆向开发过程。
一、点云数据的导入与处理
使用CATIA V5 的DSE模块直接读取ATOS等扫描设备测量的点云数据，而不需要借处第三方软件进行格式转换。
在实物测量扫描过程中可能会有一些错误的点录入，所以要对点云数据进行观察，对一些数误的点云数据进行手工删除。由于所测量的点云云数据的量非常大，但并 不是都用，过多的点云数量会加重电脑系统的运算速度。所以我们使用DSE模块中的过滤（Filter）功能对点云数量进行过滤，以减小点云数量。通常使用 弦高偏差法(Adaptative)选项对点云进行过滤，使结构特征更加明显。图2为过滤后的点云数据。
二、确定设计基准
逆向工程是对原设计的一个设计还原过程，在进行逆向的过程中，不能简单的进行曲面的包裹，而应充分考虑原设计的设计意图，尽可能的与正向设计的理念向吻合，这样才能使逆向出来的曲面合理、正确。
该产品有后视镜和盖板两部分构成，且它们有共同的回转轴线，以便实现在车体上的转动。分析三角面数据，找出与盖板配合处的交线，及回转轴线，作为建模的基 准。对于塑料件来说，确定产品的分模线很重要，我们使用QSR模块的斜率分割命令（Segmentation By Slope Criterion找出分模线位置。如图3
三、曲面分块
对于逆向设计来说，曲面分块非常重要，决定着建模的效率和曲面的质量。面的分块应该将主模型作为一个整体来考虑，整体的思想可保证整个面的和谐统一,对曲 面的构建过程做到心中有数，才能保证建模的效率。点云分块是曲面建模的第一步，分块方式直接影响后续的曲面构造方式、曲面拼接和过渡效果。分块时，首先要 按照点云各部分的重要程度等级，找出基础面和过渡面。基础面是产品外形的面积较大且具有较大曲率半径和一致凸凹曲率趋势的曲面。过渡面是连接两个或多个基 础面的曲面，一般都是形状狭长、曲率较大、曲率变化剧烈的区域。就由面质量而言，基础面既要保证曲面精度，又要保证光顺性，而过渡面则要求保证光顺，不出 现褶皱。
在建模之前要先对拟合成三角面的点云数据进行网格划分，目的是要重建曲面之前，在所划分的网格上绘制3D曲线，再使用这些曲面拟合曲面。利用DSE模块的 平面曲线功能(Curve On Plane)和交线曲线功能（Curve from Scan）命令，在所设定的方向上绘制曲线。在曲面划分过程中，注意一些特征线与特征点，主特征线表达了原产品的设计意图，在某种程度上比曲面光顺更为重 要。该后视镜的曲面的大至划分及特征钱如图4。
四、基础曲面的构建
对于基础曲面，主要使用自由曲面模块（Free Style）模块对曲面进行构建，FSS模块有创建曲线及曲面的功能，而且可以对所创建的曲线和曲面通过 控制点及控制网格的调节，对曲面或曲线进行修正，并有强大的外形分析能力，可以保证所绘制的曲面质量。在该后视镜的逆向过程中主要使用曲控制点 （Control Point）命令，对曲面进行调节，以使用曲线或曲面逼近点云，当然有时候也要借助所绘制的曲线，使用网格曲面(Net Surface)命令，进行铺面。在拟合过程中尽可能的采用尽可能少的面片，面片采用贝齐尔（BEZIER）曲面，曲面使用单段面，为保证曲线或曲面的光 顺度及易于调节，线或面的阶线一般不超过6节。在曲面的调节过程中注意使用距离分析(Distance Analysis)命令，检查点云与曲面的距离，以满足逆向要求，并使用高率曲率分析(Surface Curvature Analysis)命令对曲面进行分析，以保证面的质量。逆向设计其实就是在曲面光顺度与点云之间精确度取一个最佳值，在保证曲面光顺的前提下，尽可能的 与点云贴合。
曲面拟合的顺序要遵循先基础面，后过渡面再到最后导角这一顺序，为保证后续操作的正确，对于基础大面一般都要大于实际区域，然后再使用裁剪命令进行裁剪。完成后的基础大面，图5所示。
五 过渡曲面的建立
过渡曲面是连接基础曲面的曲面，其构造方式有以下几种方式：
1)在间隔的两曲面间，用混成(Blend) 生成新的曲面把两曲面连接起来，并保持连接处的曲率连续；
2)延长两曲面使它们相交，然后对其进行倒圆角处理；
3)使用FSS模块的曲面匹配(Match Surface)功能，即保持一张面不动，另一张面变形，消除两曲面间的缝隙，并且可根据需要选用位置连续、相切连续或曲率连续三种曲面连接约束。
针对该产品，在使FreeStyle中的裁剪(Break Surface or Curve)命令对曲面裁剪后，主要使混合命令（Blend）及Class-A Fillet命令对过渡曲面进行构建。完成后的曲面如图6。同理完成盖板外观曲面如图7。
六、曲面质量分析
外表面曲面完成后，要对曲面质量进行分析，检查光顺度，手段主要是高光检查（图8）和截面曲率检查（图9），如图9，曲面间的连接是G2（曲率）连续。
七、 配合部位曲面设计
对于有装配关系的产品逆向而言，装配关系应该是最重要的考虑因素。对于该产品来说，后视镜与盖板之间的配合面只于达到G1连续即可，所以主要使用 GSD（创成式曲面设计）模块中的命令来完成。在曲面的设计过程中，注意两零件之间的配合间隙。最终完成后的曲面如图10。
八、结构设计
主体曲面及配合部分完成后，使用实体设计模块（Part Design）把曲面缝合成实体，以方面后续的结构设计，由于实物扫描中的误差，对于点云中表达不清楚的结构，可以结合实体，使用卡尺等测量设备，配合点 云进行设计，在设计过程中要充分考虑塑料产品的成型特点，保证足够的拔模斜度，以方便后续的模具设计。完成后的结构如图11。
九、脱模分析
结构设计完成后，要对产品进行拔模分析，对有负角的区域进行修改，以利于模具设计。如图12。
十、干涉检查
因该产品是有两个零件所组成，所以对其进行一下尺寸检测，以防之有不必要的干涉还是有必要的。首先对两个部件分成两个单独的零件调入到装配环境中，使用 DMU模给中的空间分析模块（SPA）中的碰撞检查(Clash)（图13）及剖截面命令(Sectioning)（图14）对产品进行干涉检测。
以下是完成后的最终数模
结束语
CATIA 可以完成产品从点云导入、曲面重构、结构设计到空间分析等整个产品开发同期的工作，在部品开发过程中将逆向模块与曲面设计、结构设计等模块交互配合使用，使产品的开发更加方便、快捷，大大缩短产品的开发周期。