產品設計中逆向工程技術應用

徐英凱，呂鵬騰

（江西財經大學 現代經濟管理學院，江西 南昌 330000）

隨著改革開放的進程不斷加快，我國的數字技術也在不斷發展，以前各行業利用電腦計算機輔助產品設計的模式已經不能滿足逆向工程技術的要求，所以我們必須要對有需要的產品設計的技術及理念進行升級，以此幫助逆向工程技術的順利實施。

一、了解逆向工程技術

20世紀90年代，逆向工程就作為一種再現產品設計原理的逆向技術而聞名。它能夠通過對產品成品(包括實物、軟件、硬件等 )進行逆向研究分析，并在此過程當中應用材料學、設計方法學及其他專業學科知識將產品在研發過程當中的技術規格、組織結構等以基本模型的形態而呈現出來。

1.數據采集技術

逆向工程技術的一大特色就是可以將有復雜的造型和曲面的產品建立實體模型，通過掃描測量得到數據，這個過程中的測量就是指借助專業的測量設備和方法對產品的特征點的坐標數據進行采集，然后用數字化的形式顯示出來，目前測量方法主要有接觸式和非接觸式兩種。

（1）接觸式測量采集，初代的測量儀器使用的是探針式，通常這種探針式儀器是由3-6個自由度的桿式機構和機構末端的探針組成，然后通過相應的計算方法得到坐標信息。這種方法是最為成熟的技術，在逆向工程技術的實際應用初期的重要測量方法就是接觸式數據采集法，具有精度高、適應性強的優勢，但是這種方法效率低，而且具有一定的局限性。

（2）非接觸式測量，非接觸式測量是根據測量的具體情況，設有光學、核磁共振、工業CT、超聲波等方法。其中光學測量法是最成熟的技術，在實際作用中光學測量法又包括結構光法、三角形法等方法。結構光法應是目前測量方法中較好的，因為結構光法測量有可大范圍測量、效率高、成本低等優勢，結構光法的缺點是對突變較大的物體進行測量時會有明顯的相位突變，而且被測物體的物理性質比如光澤、表面粗糙度等因素都會對測量結果產生影響，不過可以通過噴漆等方法提高測量精度。

2.數據預處理

由于在進行掃描時采集的點是亂點，因此我們在進行下一步工作之前需要對數據進行處理，處理步驟有去除噪聲點、補齊遺漏、數據平滑、精簡數據、多視點云的對齊等，其中多視點云的對齊環節尤為重要。在實際操作中，復雜曲面數據的采集由于以下兩點原因是不能一次性采集完成的：

（1）測量儀器測量范圍有限，不能對尺寸超出限制的物體一次性測量采集完成，需要分塊或者分區進行。

（2）光測量法有測量盲區，在利用光測量法進行測量時是有測量盲區出現的，即被測物某些表面是看不見的。因此，我們在實際工作中需要對被測物進行多角度的測量，通過把被測物分成多個區域，然后從不同角度完成對物體的測量獲得相應數據信息，由于是通過不同區域完成測量工作的，各區域測量結果的坐標系不同，因此我們需要將所測得數據的坐標系進行統一，然后進行建模。數據的預處理工作是逆向工程技術的重要預備工作之一。

3.表面重建技術

逆向工程技術中對曲面的重建是利用產品表面的點的數據，通過擬合構建一個和原產品相仿的模型，目前可以通過以三角曲面構建和非均勻有理B樣條曲面的矩形域參數曲面擬合方法完成自由曲面的建模工作，其中矩形域參數曲面的擬合是較為成熟且應用廣泛的技術。非均勻有理B樣條的優勢就在于可以精確的表示自由曲面和二次規則曲面并且可以把二次規則曲面和自由曲面通過統一的數學形式表達出來。

二、逆向工程技術現狀

逆向工程技術是上世紀八十年代的產物，在那時日本、美國等國家的學術界、企業界就已經著手對逆向工程技術進行研究，所以國外的逆向工程技術及相關技術都已達到較高的水平。現在逆向工程技術已經成為國際性課題，關于逆向工程技術的研究受到國內外相關組織和機構的廣泛關注，其中相當一部分國家還就逆向工程技術成立了研發部門、代工廠還有制造公司甚至還有專項基金組織。所以國外大量企業都憑借逆向工程技術的時效性、經濟型等特點使得企業的綜合競爭力得到了顯著提升。

中國對于逆向工程技術研究雖然起步晚，但是在我國，關于逆向工程技術研究的各方面都受到大力支持，因此我國的逆向工程技術水平正在不斷提升，現在我國已經誕生了多項相關研究成果，而且我國也有從事相關研發的企業單位。雖說我國對于逆向工程技術的研究水平已經與世界水平日趨接近，但是就數據處理軟件而言，中國與發達國家之間的差距還很明顯，不過現階段已有清華、交大等名校的數據處理專業學者參與研發，相信在不久的將來一定會有所改觀的。

三、逆向工程技術的應用

在機械制造領域，逆向工程技術有如下運用領悟：

1.沒有或者設計圖紙缺損的情況，在這種情況下我們需要掃描測量零件的相關數據，然后經過軟件處理得出設計圖紙或者相應的模型，然后通過加工得到一個相同的零件。

圖1.逆向工程技術總體步驟圖

2.產品有特殊要求，譬如需要在實驗測試以后才可以定型，通常這種情況只有在航空航天這類要求精度高的領域才會發生。因為產品的零件需要滿足不同的要求，達到不同的條件以后才可以確定產品的模型，一般來說，這種零件的曲面都比較復雜。

3.對于特別復雜的曲面或者造型，雖然現階段行業中所使用的三維立體構建的軟件已經滿足大多產品的設計，但是還有一小部分的復雜曲面不能通過其完成，比如說人體的外形、動物外形、植物外形等。由于這些外形都很難設計，所以我們可以先打造需要設計的對象的草模，然后進行人工精修符合設計要求后運用逆向工程技術掃描、軟件處理以后得到三維模型。

以汽車制造行業為例，汽車工業作為新興產業之一，CAD和CAM技術都已得到普及，所以就目前而言，怎么高效準確地對產品樣件的數據進行采集并將數據快速地轉化成三維模型便成了研究熱點。因為在汽車車身和其他的產品設計中使用傳統測量技術測量時，由于由手工修改后的樣品或是仿制產品時周期長、效率低、精度差，運用傳統測量技術加大了工作者的工作量還對設計人員有較高要求，而且建立完成的CAD模型與實際數值有很大偏差，所以此時就應使用逆向工程技術完成經過手工修改后及產品仿制品的測量工作。

雖然汽車行業中的CAD和CAM等技術都比較先進但是與國外相比仍存在相當的差距，并且我國重要的覆蓋件模具依然是依靠進口，譬如說別克轎車的覆蓋件模具便是進口來的，所以逆向工程技術的成功應用對我國的汽車工業是具有重要意義的。

結束語

直至現在，逆向工程技術仍然是工業設計的新模式，其經濟性、時效性、在加快產品更新換代的同時使得企業的風險和成本得到控制等一系列優勢，讓逆向工程技術在誕生以后迅速得到了廣泛的關注和應用。逆向工程技術在實際運用中極大的推進了新的產品設計理念的發展和進步，尤其是在快速成型技術和逆向工程技術結合以后使得產品設計技術得到了進一步的提升。隨著時代的發展，逆向工程技術會與越來越多的新潮技術結合，相關的技術也會越來越成熟，屆時逆向工程技術會得到更廣泛的運用。

圖2.逆向工程技術具體步驟