逆向工程在产品设计中的应用百色

逆向工程在产品设计中的应用

逆向工程在产品设计中的应用 2011： 1 逆向工程的内容及其应用范围

随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程(Reverse Engineering).所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。

逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。

一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容:

(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或仿型设计。

(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。

(3)损坏或磨损零件的还原。

(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。

逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。

而传统的产品造型设计，一般是在市场调研，制定需求表之后，先展开平面简图的构思，形成稍微完整的方案之后，开始绘制三维简图，完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。在造型设计的过程中，需要工程技术人员、产品造型人员与工人的通力合作，用样品实物模型来表达设计者的构思，但对每一种方案都制作实物样品，要付出大量的劳动，还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题。

2 CAD技术应用于产品设计

计算机技术的发展，带来第三次技术革命浪潮，计算机辅助设计(computeraideddesign,简称CAD)技术则是计算机在工业领域应用中最为活跃的一支。它集数值计算、仿真模拟、几何模型处理、图形学、数据库管理系统等方面的技术为一体，把抽象的、平面的、分离的设计对象具体化、形象化，它能够通过“虚拟现实”技术把产品的形状、材质、色彩，甚至加工过程淋漓尽致地表现出来，并能把产品的设计过程，通过数据管理，实现系统化、规范化，这正是工业设计与CAD技术必然结合的基础所在。

逆向工程技术实施的软件条件

目前比较常用的通用逆向工程软件有Surfacer, Delcam. Cimatron以及Strim。具体应用的反向工程系统主要有以下几个:Evans开发的针对机械零件识别的逆向工程系统;Dvorak开发的仿制旧零件的逆向工程系统:H.H.Danzde CNC CMM系统。这些系统对逆向设计中的实际问题进行处理，极大地方便了设计人员。此外，一些大型CAD软件也逐渐为逆向工程提供了设计模块。例如Pro/E 的ICEM Surf和Pro/SCANTOOLS模块，可以接受有序点(测量线)，也可以接受点云数据。其它的象UG软件，随着版本的提高，逆向工程模块也逐渐丰富起来。这些软件的发展为逆向工程的实施提供了软件条件。而这些软件相对与尽管目前一些高端的设计软件，已经具备了产品复杂造型的设计与渲染功能，但要艺术类的设计师掌握并运用这类软件，至今还不是一件容易的事。所以从事结构设计的设计师们大都是机械工程师出身，设计的思维与方式完全不同于造型设计师，他们思维是一种完全符合机械设计标准的设计思维方式。

那么，两种设计将如何在产品的设计中得到结合，且得到较好的结合，并且更好地完成从设计到加工程序的转换成为我们进行产品设计所要考虑的问题。

3 产品设计一逆向工程CAD技术

(1) Pro/E参数化设计在工程中的应用

参数化设计(Parametric)(也叫尺寸驱动Dimension-Driven)是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以及参数化几何模型的构造。1988年，美国参数技术公司首先推出参数化设计CAD系统Pro/Engineer(简称Pro/E)，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。它的主要特点就是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。

这样我们可以采用PTC公司的工业设计软件Pro/Designer(简称Pro/D)进行曲面设计，由于Pro/D与Pro/E采用的是同一数据库，两者之间是无缝连接的，因而在设计中造型设计师和结构工程师可以更好的协作

(2)Pro/D的曲面设计能力

对于工业设计人员和那些想构建曲面模型的工程人员来说，Pro/D正是他们需要的工具，Pro/D可以构建高质量的自由曲面模型，并且可以很容易的转换到其它基于制造工程的CAD系统中。Pro/D能够创建真实而精确的几何体，利用它可以更加容易的创建模型，缩短设计周期。利用Pro/D可以把视觉上的美学要求和模具制造过程中的工程要求很好的结合起来，这一点在创建自由曲面模型的过程中现得尤其显着

(3)Pro/D与Pro/E之间的致据传抽

Pro/Designer与Pro/Engineer之间交换数据有两种方式:一种是与Pro/Engineer直接交换数据，另外还有一种就是以文件的方式与Pro/Engineer交换数据。

(4)造型复杂产品三维设计的CAD应用

对于造型装饰性强，特别是包含复杂曲面的产品，可以使用Pro/D与Pro/E组合起来进行，造型设计师在Pro/D里面做ID、做曲面建模，直接从Pro/D里启动Pro/E，把数据导到Pro/E由结构设计师进行结构设计，在整个设计过程中甚至结构设计全部做完了，由于客户的要求或设计师对方案的局部要进行更改，这时只须在Pro/D里面改动，改好后存好再原名称送给Pro/E，那么Pro/E里也得到改变，而结构不用重做(当然修改要使结构有存在的条件，即它的父特征不会有问题)。

4 结语

逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术己经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，它不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品。这对于CAD 技术的产品设计，不仅意味着设计手段的改变，同时改变了工业设计的思维方式。推动着制造业从产品设计、制造到技术管理一系列深刻、全面、具有深远意义的变革，这是产品设计、产品制造业的一场技术革命，实现产品设计的系统化，缩短产品开发周期，从而创造出实用、经济、美观宜人的产品。

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