逆向工程技术在工业设计中的应用

逆向工程就是通过对某种产品的结构、功能、运作进行分析、分解、研究后，制作出功能相近，但又不完全一样的产品过程。随着计算机硬件和软件的发展，逆向工程（ReverseEngineering），就是在现代产品设计制造理念的引导下，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用专业人员的工程设计经验、知识和创新思想，根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型通过：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAE）或其他软件，构筑3D虚拟模型的重新设计方法。其主要任务是将原始物理模型转化为工程设计概念或产品数字化模型。 　　 　　一、数字化技术和建模技术需要应用的逆向工程软件 　　 　　在逆向工程实施的过程中，包含了两项关键的技术：数据采集与处理（数字化技术）和曲面构造（建模技术）。 　　 　　数字化技术和建模技术需要应用逆向工程软件，逆向工程软件品牌包括Surface（Imageware）、ICEM、CopyCAD、Alias等，这里主要介绍Alias。 　　 　　Alias是一个同时具备Nurbs曲面和Bezier曲面建模功能的软件。Nurbs曲面用于快速建模，而Bezier曲面主要用于高质量精准的曲面建模，它是A级曲面的基础，其通过点逼近的方法，获得B样条插值的曲面数学表达式。Alias的造型原理就是根据这种数学表达式来描述空间曲面。 　　 　　基于上述曲面造型原理，Alias具备丰富的曲面造型方法，如路径扫描、旋转成型、四边面成型、填充成型、网格成型等。其中，有3个重要的造型方法使它能将曲面性和造型自由灵活度有效地结合在一起。面造型方法，如路径扫描、旋转成型、四边面成型、填充成型、网格成型等。其中，有3个重要的造型方法使它能将曲面性和造型自由灵活度有效地结合在一起。 　　 　　二、Alias软件的逆向造型流程与点云处理 　　 　　Alias逆向造型过程实际上是使用软件所提供的各项工具，按照逆向建模的一般流程，即扫描数据-线-曲面进行的。同时，Alias又是一个A级曲面建模工具，因此，建模策略、曲面结构分析和逆向流程是紧密联系在一起的。下文将结合儿童汽车安全座椅的局部复杂曲面造型实例，阐述Alias逆向造型具体流程和方法。 　　 　　逆向造型前处理工作主要包括点云的输入和处理，如点云数据网格化、网格缺陷和漏洞的修补。在实际的逆向造型设计过程中，有下列2个重要的问题要经常面对。 　　 　　（一）逆向数据的失真 　　 　　数据的失真除了因扫描仪器精度的差异外，还会受模型本身的影响。如油泥模型数据常会因模型在手工制作过程中精度难以保而出现失真。更常见的问题是，在制作对称类型的产品时，手工难以对称。Alias的点云前处理包括了丰富的网格修改、融合、裁剪、对称的工具，可以很好地解决这一问题。 　　 　　（二）逆向造型设计的过程中，设计师和会对现有逆向数据做出修改以形成新的设计方案 　　 　　由于受产品开发时间和周期的影响，不太可能重新制作模型以获得逆向数据。为解决这一问题，Alias提供hybridmodeling（混合建模）功能，用户以网格曲面为基础，去掉需要修改的部分，构建修改后的曲面，然后将曲面转化为网格，并和已有的网格数据融合，就可以获得新的网格数据，这种方法使得单纯的逆向复制和创新设计结合起来，极大地提高了设计效率。 　　 　　三、结语 　　 　　以上结合逆向工程工作流程：数据的获取、数据的处理、曲面的划分与重构、重建CAD模型的检验与修正，简要论述了逆向工程技术的基本概念及要点，列举了部分的逆向工程设备和软件的应用。鉴于逆向工程是一门较新的高技术，无论是测量设备，还是应用软件都还存在一些不很完善的方面，能够熟练掌握、应用这门技术的技术人员还不是很多，希望本文的论述对逆向工程技术的普及有所帮助。可以预见到逆向工程技术在我国将会有巨大的发展前景。