逆向工程，也称为反求工程，是一项新兴的产品设计技术。逆向工程设计技术是现代化设计中重要的设计手段之一。在飞速发展的21世纪，汽车工业面临新的挑战与机遇，为了适应新的变化，产品开发成为汽车工业技术的核心^[1]。而逆向工程技术对提高我国汽车产品的设计水准，缩短设计周期，加速产品的换代更新，增强我国汽车产品在国际市场上的竞争力有着重要意义。

早在逆向设计之前，汽车产品开发采用的正向工程走过了两个发展阶段。一是20世纪70年代以前传统的正向开发，二是70年代末至今的计算机辅助正向设计。传统的正向设计以制作模型和绘制二维图来设计模具，夹具。开发实车来验证设计。这种方法开发周期长、制造精度低、开发成本高、劳动强度大。没有大批量的生产规模，漫长的开发周期，巨额的研发经费，无法开展设计。现代汽车的正向开发随着计算机辅助设计（CAD）和计算机图形学的迅速发展，在计算机里面构建三维模型，在计算机里面仿真分析，尽可能的在设计阶段发现问题。

逆向设计最初应用于产品的质量检测和公差检查，对数模进行对比从而改进产品。最后演变为对实物模型的数字重构及检验。逆向设计是从已有的产品到改进的一步一步反求的过程。面对竞争激烈的市场，对产品进行逆向设计不失是一个好的选择。逆向工程方便了CAD模型的建立，也提高了后期CAE/CAM的分析和制造的效率。

广西大学的卢聪在其论文中介绍了逆向工程技术的发展以及国内外的研究水平，卢聪描述了模型重构过程中关于特征约束还原的方法。通过对光栅式三维扫描仪测量系统的原理分析阐述了实物表面数字化的方法。研究扫描仪扫描不同物体采用不同的贴点方式，实验对比不同的拼接方式，以取得最佳的扫描数据。对所取得的点云数据进行预处理以建立三角网格模型。使用Imageware的特征提取并用UG建模重构了变速箱箱体^[1]。

华泰汽车集团的陈晓峰等人讨论了自动变速器壳体总成的设计思路、步骤、技术路线，以及如何利用有限元仿真设计手段对其进行优化。通过壳体材料选择、设计边界条件、细节设计来完成变速器的结构设计^[9]。使用有限元分析对壳体设计进行合理优化。改善了壳体在高周疲劳和低周疲劳两种失效情况下强度。

美国福特汽车公司的Dropps, S.等人采用X射线扫描以及计算机断层扫描技术成功的应用于排气岐管的开发^[10]。介绍了这种可行的低成本逆向设计过程。尤其在缺少CAD数据库的条件下，X射线扫描以及计算机断层扫描实现了对实物外表面和内部结构的的点云数据的获取。

从文献中可以看出逆向工程技术可以节约开发成本，缩短开发周期，方便构建复杂的数字模型并用于CAE应力分析。本课题可以有效的获取变速器的三维模型，并对其进行优化设计，是将逆向工程应用于产品开发的一次尝试。

2. 研究的基本内容与方案

已知某自动变速器壳体的实体为研究对象，利用三维激光扫描仪对其进行三维激光扫描，利用三维软件CATIA对变速器壳体完成点云预处理、创建特征线和曲面重建等工作，建立壳体的三维几何模型，并完成其总装配图、部分零件图和分总成图；并利用有限元分析软件ABAQUS对该变速器壳体进行模态分析，判断其动态特性是否符合要求，为壳体的改进优化设计提供切实可行的依据。总体方案流程图见图1.1。

其主要工作如下：

制定三维扫描计划，对自动变速器壳体进行三维扫描以取得壳体的点云数据并对数据进行预处理；