基于逆向工程的特殊多孔零部件的快速修復的研究探索

徐慶川

摘要：本文將結合逆向工程的優勢與企業的運營特點，通過發現我國相關企業在特殊多孔零部件處理過程中切實存在的問題，闡述了幾點基于逆向工程的特殊多孔零部件快速修復的過程，希望相關企業能夠盡快突破技術方面的瓶頸，早日實現最大程度降低成本、提升服務質量的愿景。

關鍵詞：逆向工程;特殊多孔零部件;3D打印;快速修復

1 ?逆向工程優勢

首先，逆向工程的實質是為了更清楚的了解產品，一旦將其應用于如特殊多孔零部件的快速修復這樣的領域之中，會極大的提高產品的二次應用率，減少產品損耗，維護企業與客戶之間的利益。其次，3D打印技術在近幾年備受推崇，無論是在國內還是國外，其研發力度都是十分大的。3D打印技術發源于美國，早在20世紀80年代就得到了推廣與發展，經過歷時沉淀，在一些領域已取得了巨大成就。一旦逆向技術應用于特殊零部件的發展，研究更成熟，將會極大的縮短產品的生產周期，提高整個社會的經濟效益，實現“中國智造”也只是時間問題。當然，逆向工程的成熟，亦是對知識產權者的保護，這樣可以追根溯源到企業生產產品的過程，尋找更有力的證據，打擊侵犯知識產權的公司及個人。

2 ?逆向工程下特殊多孔零部件快速修復的實踐過程

基于逆向工程，快速多孔零部件想要實現快速修復，離不開企業的管理與逆向技術流程的規范，通過基于逆向工程和3D打印技術的重構方法，想要實現快速修復，需要企業的支持、技術的開發，這樣才能早日完成 “中國制造”到“中國智造”的轉變。

2.1 基于逆向工程，進行數據采集

逆向工程技術，不同于產品的正向生產與與設計，其需要從完整或者殘缺的已存在產品來進行研究與構造，只有在原產品模型數據資料的基礎上進行參數等的調整，不僅是對產品的復制，更是要求在當前已有的設計上進行再設計，從而進一步提升產品的各方面性能與價值。

基于逆向工程，想要實現特殊多孔零部件的快速修復，其中很重要的一點就是對產品進行數字化，不同的產品，其數字化的方法與原理不同，相似產品同樣存在著些微區別。一般而言，數字獲取的方法有接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量主要是基于力與變形的原理，對產品進行逐點測量，得到一個完整的坐標系，形成產品的點云數據。這種測量方法只適用于材質堅硬的產品，而非接觸式測量則適用的產品更廣泛，如我們經常采用的激光三角法、圖像分析法、激光測距法等。特殊多孔零部件的形狀復雜，存在著不規則曲面，因此常規方法無法滿足其整體的數據測量，建議采用先進的非接觸測量法進行數據采集。

應用離散、堆積原理是3D打印技術的特點，即任何零部件，都可以將其看成是由許多等厚度的二維平面疊加而成的。三維實體模型經過切片處理后，會生成新的數控代碼，這些代碼由數控系統控制3D打印機以平面逐層掃描順序地連續加工，使它們在高度方向自動黏接成立體原型，就可以實現最終的三維實體零件修復與重構，與其他先進制造技術相比，3D打印技術具有數字化、快速成型等的特點，適合特殊多孔零部件這類復雜結構的快速修復與個性化定制。

2.2 反推特殊零部件的點云數據，進行預處理

3D打印技術的加工原理是通過計算機設計，或由逆向工程所獲得的三維模型數據，通過軟件進行逐層的加工與處理，實現層層疊加，就達到了原型復制或生產的目的，是一種高效的、低成本的數字化生產技術。一旦技術成熟，將其應用于特殊多孔零部件的快速修復領域，那最終的效果與效益可想而知。

在對零部件數據獲取的過程中，會因各種人為原因及隨機因素的影響，而出現數據中包含一些之后的工序所無用的數據，因此技術人員需要對獲取的零部件點云數據進行預處理，其中包括噪聲的去除、數據精簡、多視對齊、數據光順、數據分割等。一旦點云數據經過了預處理，不僅可使產品后續的曲面恢復如初，構造簡單，而且可以更精確地保證產品各個方面的最終精度，如曲面的要求。逆向技術一旦在特殊多孔零部件修復領域變得成熟，只需在對有缺損的零部件進行掃描，即使在沒有圖紙的情況下，也可實現對其三維實體的重構與修復，當然，這些最后是在3D打印機上對原產品進行的快速修復。

2.3 依據數據處理，進行零部件的修復與重構

將預處理過的點云數據利用ProE等技術對其進行結構重造，以此得到所需要的零部件曲面以及結構，實現快速修復。在整個數據擬合的過程中，單純的用一張曲面來擬合所有的數據，這顯然是行不通的。一般來講，需要深入了解零部件原型所具有的特征，只有將這些前期測量到的點數據分割成不同的區域，再依次將各個區域分別進行擬合與修復，才能實現整體構成。在ProE中造型得到零部件的三維模型，通過MasterCAM軟件本身提供的標準圖形轉換接口，如DWG、STL、DXF、IGES等格式將Po/E三維模型導入MasterCAM。根據模型特點依次設置毛壞尺寸、工作原點、選擇刀具，確定工藝參數以及合理的加工工藝，通過加工仿真功能，來驗證數控程序的合理性與正確與否。根據相應數控系統程序特點，經過適當調整后，生成適合數控機床對應數控系統的程序。最終，生成的數控程序，可以利用MasterCAM等系統的通訊模塊，或者采用專門的數據通訊軟件與數控機床通訊結合，進行最終的數控加工，實現對缺損或有瑕疵的零部件的修復。

2.4 模型實體化

將創建好的模型曲面進行合并后，使多個曲面之間組合成一個封閉的空間曲面體，并對模型做輪廓面反射分析（如圖1），以檢查模型表面縫合是否光滑;最后選中曲面體，用建模軟件的實體化工具，將曲面實體化（如圖2）。

2.5 重構實體模型數據與實際物體對比

因本課題中的掃描點云數據存在不可見部分，無法像傳統造型方式那樣，將重構后的模型和點云數據利用軟件進行數據比對，以判斷逆向工程實現的結果是否達到要求。項目組只能利用其它方式來實現，項目組的做法是給重構的模型賦予和現實物體相同的材料密度，通過軟件的工具測量重構模型的重量、體積、表面積等參數，并和實際中的參數比對，判斷最終結果。

3 ?企業對于此領域逆向工程創新人才的需求

3.1 實際調研

據本人對8家相關企業的研究表明，7家企業都表示非常愿意在逆向工程下嘗試對特殊多孔零部件進行修復，為更多人才提供機會，當然，會對員工入職后進行較為全面的考核，一旦符合崗位標準，那后期的入職合同隨之就可以簽訂。

逆向工程是源于商業以及軍事領域對硬件進行分析，一旦將其應用于特殊多孔零部件領域，勢必會為企業及社會帶來更大的應用價值。

3.2 技術設備更新慢，跟不上需求

新技術的突破與發展，離不開企業設備的及時更新與換代。目前，我國部分企業雖然已經為特殊多孔零部件的快速修復發展購入了大量的設備，但仍存在設備落后、老化的情況，一旦企業只是追求形式化，反而會是對先進設備對于技術人才動手能力培養目的的忽視。針對技術人員創新意識及動手能力的培養與實踐，設備真的是落后或者是老齡化，那員工的參與度與積極性便會降低，實踐過程中對于人才實踐能力提高的作用也不會很大，浪費彼此時間，造成惡性循環。

3.3 管理者思想落后，未能協調理論與實踐

企業在管理的過程中，如果理論的開設與實踐的指導是為了應付或者陪襯，如技術人員每周安排的理論課程培訓很少，只進行一些簡單理論的實驗操作輔導，缺少計劃性的實驗課程安排，不設置對理論知識的抽考，沒有實踐檢驗的測試安排，長此以往，技術人員不僅難以將所學的專業理論知識應用于實踐當中，還會讓其思維慢慢固定，放松對實踐的理解，影響培養他們長期實踐動手的能力。如何協調技術人員理論與實踐的培養，是特殊多孔零部件行業領導應該關注的問題。

4 ?結論

對于特殊多孔零部件，出現了不可避免的缺損或意外損壞，一旦沒有產品的三維數據，就很難通過一般的技術與方法對其進行修復，而這也是逆向工程的出現與長期以來備受各個行業關注的主要原因，市場經濟的發展規則因為“優勝劣汰，適者生存”。基于逆向工程，特殊多孔零部件的快速修復無疑面臨著巨大的挑戰，這一領域想要實現突破性的發展，不僅對于制造企業而言是技術方面的挑戰，更是對行業新技術的研究與突破提出了更高的要求，這就意味著企業需要及早地發現并培養出符合特殊多孔零部件市場需求的“智造型”創新人才。當然，新技術的發展對于所有企業而言，都是一個新的開始，所以，對于企業而言，要敢于嘗試，一旦通過建立科學的實踐體系、嚴格制定制度、聯合外力等措施，就不會被新的發展浪潮所淹沒;而在面對新技術的突破與發展的道路上，敢于求變，以變制變，方能在未來的行業競爭中謀得一席之地。期待特殊多孔零部件的快速修復，在逆向工程的支持下，能夠得到更快速的發展。

參考文獻：

[1]張欣宇.基于逆向工程的汽車外形設計方法的應用研究[D].武漢理工大學，2008.

[2]白榕，王辰堯，程功軍.逆向工程在產品創新設計中的應用[J].內燃機與配件，2019（24）：191-192.

[3]楊晨.基于逆向工程的汽車車身數字化曲面質量提高方法研究[D].西南科技大學，2019.