一、逆向工程

逆向工程是一種利用逆向思維方式進(jìn)行反向推理的過程。它與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法*不同，通常所說的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般指的是正向設(shè)計(jì)。它是指對(duì)一個(gè)產(chǎn)品形態(tài)事先并不知道，在明確產(chǎn)品功能需求的前提下，通過設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性勞動(dòng)變?yōu)闈M足需求的產(chǎn)品 。為此，首先要根據(jù)市場(chǎng)需求，提出目標(biāo)和技術(shù)要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，提出新方案。經(jīng)過一系列設(shè)計(jì)活動(dòng)，變?yōu)楫a(chǎn)品，概括的說，正向設(shè)計(jì)是由未知到已知，由想象到現(xiàn)實(shí)的過程。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)CAD/CAM技術(shù)及高精度測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸發(fā)展起來一種新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路。人們從已有的零件或產(chǎn)品出發(fā)，通過對(duì)其數(shù)字化得到三維數(shù)據(jù)，再利用造型軟件建立其計(jì)算機(jī)模型，同時(shí)可按照設(shè)計(jì)師的意志對(duì)模型進(jìn)行不斷修改直到滿意 并且zui終生成圖紙或可用于快速原型制造的數(shù)據(jù)。這一過程是從已有的產(chǎn)品零件開始 進(jìn)行再設(shè)計(jì)的過程。

由于逆向工程的出發(fā)點(diǎn)是已有的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品一般都經(jīng)過了實(shí)際使用的考驗(yàn)，有其成功之處。通過對(duì)其進(jìn)行再造型和再設(shè)計(jì)，可以有效地節(jié)省開發(fā)時(shí)間這種方法一方面可以學(xué)習(xí)借鑒成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，另一方面能夠有效地將自己的設(shè)計(jì)思路融入對(duì)產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)(R-CAD)當(dāng)中，提高自身的設(shè)計(jì)水平。

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二、逆向工程的應(yīng)用

逆向工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造技術(shù)的數(shù)字化，同時(shí)也為現(xiàn)代制造企業(yè)充分利用已有設(shè)計(jì)創(chuàng)新帶來了便利。它降低了新產(chǎn)品開發(fā)的成本，提高了制造精度，極大地縮短了設(shè)計(jì)周期。

(1)新產(chǎn)品的開發(fā)

隨著市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)激烈，造型多變美觀、功能多樣化、個(gè)性化的產(chǎn)品越來越受歡迎，所以我們將工業(yè)美學(xué)設(shè)計(jì)和工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)相結(jié)合。我們使用油泥木模或泡沫塑料做成產(chǎn)品的比例模型，然后通過逆向工程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新過程，實(shí)現(xiàn)個(gè)人需求的專屬定制。這在家用電器、交通工具、玩具制造行業(yè)都得到不同程度的應(yīng)用。

(2)產(chǎn)品的仿制和改型設(shè)計(jì)

對(duì)于某一款熱銷的產(chǎn)品，在只有產(chǎn)品卻沒有相關(guān)圖紙和三維CAD模型時(shí)，我們又想得到這款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案和模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，這時(shí)就可以利用逆向工程技術(shù)，重建與實(shí)物相符的CAD模型。在數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行誤差分析和零件分析設(shè)計(jì)等，zui終完成產(chǎn)品的仿制和改進(jìn)。在電子、玩具等行業(yè)里，產(chǎn)品的外形修復(fù)和改良設(shè)計(jì)都有了成熟的廣泛應(yīng)用，有效的提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

(3)快速原型制造(RPM)

RPM也叫3D打印技術(shù)，多種學(xué)科的技術(shù)服務(wù)于快速原型制作，已經(jīng)成為新產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的快速有效手段。這個(gè)技術(shù)是根據(jù)模型重構(gòu)的CAD模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過不同材料方式的累積形成產(chǎn)品實(shí)體。將逆向工程技術(shù)和快速原型制造相結(jié)合，形成了對(duì)產(chǎn)品測(cè)量、建模、修改、再測(cè)量的封閉環(huán)形系統(tǒng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的快速反復(fù)迭代。

(4)快速模具制造

為了使模具制造業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中能更好的發(fā)展，利用逆向工程技術(shù)對(duì)樣本模具進(jìn)行三維測(cè)量，然后重建CAD模型，在此基礎(chǔ)上生成數(shù)控加工程序。或是對(duì)實(shí)物零件進(jìn)行三維測(cè)量，將表面輪廓信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字模型，然后進(jìn)行后續(xù)的模具設(shè)計(jì)。

(5)產(chǎn)品的數(shù)字化檢測(cè)

我們可以對(duì)加工后的零件進(jìn)行掃描測(cè)量，獲得產(chǎn)品實(shí)物的數(shù)字化模型，讓重構(gòu)后的模型與產(chǎn)品的原始CAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以成功的檢測(cè)出加工后的誤差，從而提高加工精度。而且，還可以通過CT掃描技術(shù)，檢測(cè)出產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行分析，加強(qiáng)了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性檢測(cè)。也可用于文物的保護(hù)。

(6)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

CT掃描可以掃描人體器官的信息，能夠很好的得到人體器官的CAD模型。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)個(gè)人的某個(gè)部位(比如大腿、脊柱)，通過3D掃描后制造出外骨架三維數(shù)字模型。這為患者可以進(jìn)行個(gè)人定制醫(yī)療設(shè)備，也為內(nèi)部組織器官醫(yī)治提供了輔助手段。這將開辟一個(gè)全新的領(lǐng)域，更好的為人類個(gè)性化服務(wù)。

三、逆向設(shè)計(jì)代表性軟件

1.四大逆向軟件

(1)Imageware

德國(guó)Siemens集團(tuán)的Imageware軟件是逆向領(lǐng)域zui為的逆向工程設(shè)計(jì)軟件，該軟件被廣泛應(yīng)用于涉及設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的各行業(yè)。此逆向工程設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用口碑良好，在許多國(guó)家擁有眾多的客戶群，包括很多的飛機(jī)和汽車制造公司都在使用該設(shè)計(jì)軟件。該軟件采取傳統(tǒng)曲面造型方式，逆向流程遵循點(diǎn)一曲線一曲面創(chuàng)建模式，也可以直接由點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合成曲面。在構(gòu)*面的過程中，有多種工具可以實(shí)現(xiàn)我們的要求，構(gòu)建出高質(zhì)量的曲面。

(2)Geomagic Studio

Geomagic Studio由美國(guó)Raindrop(雨滴)公司出品，是用于逆向工程和三維檢測(cè)的專業(yè)軟件，采取快速曲面造型方式，遵循點(diǎn)一多邊形一曲面的流程，可以從處理點(diǎn)云階段后進(jìn)入到多邊形處理階段，快速地形成多邊形網(wǎng)格，還可以通過一些處理工具得到四邊形網(wǎng)格，并自動(dòng)擬合為NURBS曲面，這樣重構(gòu)模型的效率比較高。

(3)CopyCAD

CopyCAD是由英國(guó)DELCAM公司開發(fā)出的逆向工程系統(tǒng)軟件，CopyCAD有強(qiáng)大的在已有的零件或?qū)嶓w模型中產(chǎn)生三維CAD模型的功能。CopyCAD pro是四大逆向軟件中可以將三角形過渡到曲面再過渡到實(shí)體的軟件，它集正向／逆向混合設(shè)計(jì)于一體。

(4)Rapid Form

Rapid Form是韓國(guó)INUS公司開發(fā)的四大逆向工程軟件之一，Rapid Form軟件將導(dǎo)入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以一種新的運(yùn)算方式轉(zhuǎn)換成多邊形曲面，這樣的多邊形曲面非常的光滑，同時(shí)Rapid Form軟件與3D掃描后實(shí)現(xiàn)接V1，不用進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。將3D掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Rapid Form軟件中，可以通過彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為處理，可以得到高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，同時(shí)無限制掃描范圍也可以很好的被解決，從而提高了逆向工作的效率。

2.具有逆向模塊的正向軟件

(1)Pro／Scan—tool

這是Pro／E軟件中于逆向建模的工具模塊，可以通過獨(dú)立幾何模塊、小平面特征模塊和重新造型模塊進(jìn)行逆向工作，常用通過獨(dú)立幾何模塊，由掃描曲線(型曲線)到曲面(型曲面)的方法建模，可以得到較光滑的曲面。

(2)PointCloud

UG軟件中的PointCloud模塊用于逆向工程建模，它可以利用某一曲面上的單一特征直接擬合曲面，不需要提取特征線，這也只是針對(duì)某些特殊情況。遵循傳統(tǒng)建模方式：點(diǎn)一線一面流程進(jìn)行逆向造型。

(3)DSE&QSR&GSD&FS

這四個(gè)模塊在CATIA建模系統(tǒng)中均可用于逆向工程建模，具有豐富全面的曲面建模功能，遵循掃描點(diǎn)云—特征線一曲面的逆向工程建模一般流程。還具有產(chǎn)品檢測(cè)功能。