1、反求工程技術(shù)介紹及其應(yīng)用舉例1 .反求工程的概念反求工程（逆向工程）是利用對實物測量的數(shù)據(jù)重新構(gòu)造實物的計算機模型，然后利用CAD/CAE/CAM1計算機輔助技術(shù)進行分析、再設(shè)計、數(shù)控編程等操作，而后進行加工。反求工程現(xiàn)己發(fā)展為CAD/CAW一個相對獨立的范疇。通過實物模型產(chǎn)生CAD真型，可以使產(chǎn)品設(shè)計充分利用CAD技術(shù)的優(yōu)勢，并適應(yīng)智能化、集成化的產(chǎn)品設(shè)計制造過程中的信息交換。實施反求工程可以充分發(fā)揮先進的測量設(shè)備的優(yōu)越性，使其既可以作為CAD/CAMS統(tǒng)所需要的三維輸入裝置，又可以作為CAD/CAMS統(tǒng)處理后的誤差檢測評估裝置，從而提高工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計，制造自動化程度，縮短產(chǎn)品的試制開發(fā)周期

2、，降低生產(chǎn)成本。將反求工程技術(shù)定義為沒有工程圖紙的情況下，對物體的物理模型進行測量，通過對測量信息的分析和處理來反求其CAD真型的過程。在這一意義下，反求工程可以定義為是將實物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱。反求工程是綜合性很強的術(shù)語，它是以設(shè)計方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計經(jīng)驗、知識和創(chuàng)新思維，對己有新產(chǎn)品進行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對己有設(shè)計的設(shè)計，特別強調(diào)再創(chuàng)造是反求的靈魂。從工程應(yīng)用的目的出發(fā)，將反求工程的研究領(lǐng)域拓寬到工藝、材料、原理等方面的反求，是廣義上的反求。應(yīng)該看到反求工程有其獨特的共性技術(shù)和內(nèi)容，還是一門新興

3、的交叉學(xué)科分支。現(xiàn)行產(chǎn)品中的各種復(fù)雜高新技術(shù)，在反求工程中都會遇到如何消化吸收并加以改進和提高。所以對于新興技術(shù)的理解、消化和推廣上，反求工程作用十分巨大。現(xiàn)代人們通稱的設(shè)計一般均指正向設(shè)計。它根據(jù)市場需要提出目標(biāo)和技術(shù)要求，使設(shè)計意圖變?yōu)楫a(chǎn)品。如何合理利用他人的設(shè)計思想，加快自身產(chǎn)品更新?lián)Q代的能力，是在市場競爭日益激烈的今天站穩(wěn)腳跟，持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。實際上，在設(shè)計制造領(lǐng)域，任何產(chǎn)品的問世，包括創(chuàng)新、改進和仿制，都蘊含著對已有科學(xué)、技術(shù)的應(yīng)用和借鑒改進。可以看出，反求思維在工程中的應(yīng)用己源遠流長，然而提出這種術(shù)語并作為一門學(xué)問去研究則出現(xiàn)于年代。反求工程是各國技術(shù)進步、發(fā)展，尤其是發(fā)展中國家迅

4、速改變技術(shù)落后狀況，提高綜合設(shè)計、決策水平、制造水平，趕超世界先進水平的迅捷之路。戰(zhàn)后日本工業(yè)恢復(fù)的需要使其首先對反求工程進行了較早的研究，日本提出“第一臺引進，第二臺國產(chǎn)化，第三臺出口”的口號，用了近二十年時間迅速崛起成為世界經(jīng)濟強國就是一個生動的歷史證明反求工程介紹及其應(yīng)用舉例2 .反求工程的作用及應(yīng)用領(lǐng)域反求工程是近年來發(fā)展起來的消化、吸收和提高先進技術(shù)的一系列分析方法以及應(yīng)用技術(shù)的組合，其主要目的是為了改善技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強經(jīng)濟競爭力。世界各國在經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)用反求工程消化吸收先進技術(shù)經(jīng)驗，給人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上的技術(shù)源于國外，反求工程作為掌握技術(shù)的一

5、種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產(chǎn)率。因此研究反求工程技術(shù)，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，具有重大的意義。反求工程的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分為以下幾種情況：2.1 在產(chǎn)品仿制中的應(yīng)用有時，擬合制作的產(chǎn)品沒有原始的設(shè)計圖檔，而是由委托單位交付樣品或型，請制作單位復(fù)制。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機或三軸仿形銃床以1:1的比例制作模具，再生產(chǎn)產(chǎn)品。這種方法屬于模擬型復(fù)制，具缺點是無法建立工件尺寸圖檔，因而也無法用現(xiàn)有的CAD軟件對其進行修改，故已漸為新型的數(shù)字化反求工程系統(tǒng)所取代。在這種情況下，在對零件原形進行三維反求的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計圖紙或CAD真型，并以此為依據(jù)生

6、成數(shù)控加工的NC代碼，加工復(fù)制出一個相同的零件。2.2 在新產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及經(jīng)濟的發(fā)展，消費者對產(chǎn)品的要求越來越高。為贏得市場競爭，不僅要求產(chǎn)品的功能先進，而且要求外形美觀。而在造型中針對產(chǎn)品外形的美學(xué)設(shè)計，己不是傳統(tǒng)訓(xùn)練下的機械工程師所能勝任的。一些具有美工背景的設(shè)計師們可利用技術(shù)構(gòu)想創(chuàng)新的美觀外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、粘土模、膠模、工程塑膠模、玻璃纖維模等，然后再以三維測量的方式建立曲面模型。在美學(xué)設(shè)計特別重要的領(lǐng)域，例如汽車外型設(shè)計廣泛采用真實比例的木制或泥塑模型來評估設(shè)計的美學(xué)效果，而不采用在計算機屏幕上縮小比例的物體投視圖的方法，此時需用反求

7、工程的設(shè)計方法。2.3 在舊產(chǎn)品改進中的應(yīng)用在對舊產(chǎn)品改進時，有時并沒有零件的CAD真型，因此需要利用反求工程技術(shù)建立產(chǎn)品的幾何模型，然后再利用傳統(tǒng)的CAD軟件對原設(shè)計進行改進。當(dāng)要設(shè)計反求工程介紹及其應(yīng)用舉例需要通過實驗測試才能定型的工件模型時，通常采用反求工程的方法。比如航天航空領(lǐng)域，為了滿足產(chǎn)品對空氣動力學(xué)等要求，首先要求在初始設(shè)計模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過各種性能測試如風(fēng)洞實驗等建立符合要求的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復(fù)雜的自由曲面外型，最終的實驗?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計這類零件及反求其模具的依據(jù)。2.4 在RPM(快速原型制造)中的應(yīng)用快速原型制造又稱RPtfc術(shù)，是年代后期興起的一種基于材料累加法的高

8、新制造技術(shù)，被認為是近年來制造領(lǐng)域的一次重大突破。RPMg合了機械、CAD數(shù)控、激光以及材料科學(xué)等各種技術(shù)，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵靡詫Ξa(chǎn)品設(shè)計進行快速評估、修改及功能試驗，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。而以RP系統(tǒng)為基礎(chǔ)的快速工裝模具制造和快速精鑄技術(shù)等則可實現(xiàn)零件的快速制造。為應(yīng)用該項技術(shù)，首先應(yīng)該有產(chǎn)品的三維幾何模型。盡管已經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的CAD三維軟件，但運用這些軟件建立一個復(fù)雜的零件模型，仍相當(dāng)費時。有時工程界提供的是實物，需要由實物制造模具或作設(shè)計上的改進，因此在中經(jīng)常利用反求工程技術(shù)來建立產(chǎn)品的幾何模型。止匕外，在計算機圖形和

9、動畫、工藝美術(shù)和醫(yī)療康復(fù)工程等領(lǐng)域，也經(jīng)常需要根據(jù)實物快速建立物體的三維幾何模型。另一個重要的應(yīng)用如修復(fù)破損的藝術(shù)品或缺乏供應(yīng)的損壞零件等，此時不需要對整個零件原型進行復(fù)制，而是借助反求工程技術(shù)抽取零件原形的設(shè)計思想，指導(dǎo)新的設(shè)計這是由實物反求推理出設(shè)計思想的一種漸近過程。因此，反求工程技術(shù)在這些領(lǐng)域中也具有重要的應(yīng)用價值。3 .反求工程的一般步驟反求工程一般可分為四個階段：(1)零件原形的數(shù)字化通常采用三坐標(biāo)測量機(CMM或激光掃描等測量裝置來獲取零件原形表面點的三維坐標(biāo)值。(2)從測量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所

10、具有的設(shè)計與加工特征。(3)零件原形CAD真型的重建將分割后的三維數(shù)據(jù)在CA而統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD真型。(4)重建CAD真型的檢驗與修正采用根據(jù)獲得的CADK型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗性能指標(biāo)的要求，對不滿對不滿足要求者重復(fù)以上過程，直至達到零件的設(shè)計要求。反求工程介紹及其應(yīng)用舉例4 .反求工程應(yīng)用舉例反求工程可用于汽車覆蓋件及其模具的設(shè)計和制造。將汽車覆蓋件的實物模型，經(jīng)過三坐標(biāo)數(shù)據(jù)掃描，進行計算機3D幾何模型的重建是整個汽車工業(yè)設(shè)計與生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)之一。根據(jù)反求工程所生成的計算機3

11、D模型，才能利用現(xiàn)有的先進的CAD/CA皿術(shù)，進行新車型的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、模具設(shè)計、模具制造及質(zhì)量檢驗等后續(xù)生產(chǎn)過程。在數(shù)據(jù)采集方面，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，在掃描中充分運用激光定向性好的特性，采用非接觸式測量方法，如光柵法、全息法、激光三角法等，可以有效地克服機械接觸式測量如三坐標(biāo)測量儀中探測桿的補償和剛性等因素所引起的系統(tǒng)誤差，使反求工程得到了新的發(fā)展。在幾何建模方面，建模過程也就是對采集的數(shù)據(jù)進行處理的過程。傳統(tǒng)的反求工程方法是將測量的點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過必要的編輯、多模型自動匹配、偏置、濾波、排序等優(yōu)化處理，人工或半人工尋找結(jié)構(gòu)特征線，根據(jù)結(jié)構(gòu)線及域內(nèi)點云擬合出各局部的曲面CAM型。不僅效率

12、低，而且3反求工程介紹及其應(yīng)用舉例幾何模型的精度與曲面的光順之間相互矛盾的關(guān)系一直無法解決。Delcam公司經(jīng)過多年的研究提出局部反求技術(shù)的概念，認為反求(反求)工程的基本原則是模型的保型性。所生成的CAD模型與實物的主要部分應(yīng)該是一致的。如果需要變化模型，一定是局部區(qū)域的變化。在此基礎(chǔ)上推出反求工程軟件CopyCAD及相關(guān)Power-SHAPEPowerMILL等一系列軟件，該系列軟件可方便快捷地生成STL模型,并通過局部特征添加、調(diào)整、工藝補充部分及拉延筋設(shè)計等，生成覆蓋件拉延模具的模型。還能自動生成粗加工、半精加工、精加工的數(shù)控程序，完成模具的數(shù)控加工，從而大大提高了反求工程的處理效率。

13、以長安汽車公司為例，其汽車設(shè)計全部是在意大利都靈完成，隨后將汽車及其各個零部件模型運回國內(nèi)，采用反求工程的方法，生成CAD模型，大大縮短了從設(shè)計到生成的周期,飛機逆向造型實現(xiàn)了國外設(shè)計一國內(nèi)制造的結(jié)合葉片掃描語生圖車燈曲造型圖發(fā)氣缸逆向通型電動工具逆睡型相具布描直型圖近具公仔逆向有盤壓鑄性投效有那5 .展望反求工程的研究已經(jīng)日益引人注目，在數(shù)據(jù)處理、曲面片擬合、幾何特征識別、商用專業(yè)軟件和坐標(biāo)測量機的研究開發(fā)上已經(jīng)取得了很大的成績。但是在實際應(yīng)用當(dāng)中，整個過程仍需要大量的人機交互工作，操作者的經(jīng)驗和素質(zhì)直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，自動重建曲面的光順性難以保證，下面一些關(guān)鍵技術(shù)將是反求工程主要發(fā)展方面：(1)