基于逆向工程的機械產品造型設計方法探析

黃珠芹

摘 ?要：現如今智能制造逐漸成為了現代生產企業的主流，數字化設計、制造工具系統、專業定制式服務型制造等廣泛應用現代化機械的生產中，對一些計算機輔助設計、輔助制造等工具的運用已經成為現代化生產設計型員工必須掌握的基本技能，然而也正是在這樣一個“熟練工種”逐漸被現代化的“數據工程師”取代的背景下，基于逆向工程的機械產品造型設計制造逐漸進入了人們的視野中，并在機械生產制造中發揮了越來越重要的作用。文章就主要針對逆向工程在機械產品造型設計中的應用進行探析。

關鍵詞：逆向工程;機械產品;造型設計;方法

1 逆向工程概述

1.1 逆向工程技術定義

逆向工程技術是現代社會中較為先進的一種設計方法，是指利用一些基本的測量和工程分析的手段從實物樣品中獲取必要的數字模型數據，并根據所得到的數據信息設計開發出同類產品的設計方法。這是一種反向推理、優化、挖掘的系統化過程，不論是從實物模型到電子模型還是理論概念上的反向推導，都體現了先進的設計理念和制造理念在逆向反求過程中的應用，該項技術對于我國的機械制造業和科技發展有著重要的作用。

1.2逆向工程技術分類

逆向工程技術利用反求數據的劃分來實施操作，具體可以分為：工藝反求、材料反求、形狀反求等方面。形狀反求又可稱為幾何反求，是指利用從實物樣品的表面獲取的數字化信息進行分析，再根據這些信息反求出實物樣品大致的CAD模型。再利用三維掃描技術對實物樣品進行高速度、精確化的掃描，得到實物的精確化數據，對這些數據進行歸類處理，并按照實物樣品的數據要求，利用專門的軟件做輔助，將其導入到CAD模型中進行重構，這樣就可以得到樣品的三維實體模型，利用得到的三維實體模型對這些模型進行加工制作、模型設計制作等生產出新的產品[1]。工藝反求和材料反求類似，根據實物樣品的工藝造型和所用材料進行反向推理，利用獲取的數據對工藝的設計和材料的成分，用量進行加工制作，最終得到產品的制作方法和工藝技術。

2 機械產品造型設計基本要求

2.1 功能性

主體功能需求是機械產品設計的首要要求，產品實現其機械功能的根本條件就是通過結構的拼接與零件的聯結，實現產品原型整體實現機械工作原理，踐行安全可靠的機械工藝標準。在初步的產品結構設計中，應當將機械產品的功能需求作為設計實施的基本框架，在此基礎上對產品的材料、選配與組裝進行進一步的設計。

2.2 質效性

產品質量與效能價格比是機械產品結構設計中要著重考慮的影響因素，也是現代工程設計對于機械結構運行所提出的基本要求。產品結構的設計成本、美觀因素、安全環保等綜合效能考量，為機械產品的質量與效能提升提供了可行性方案。

2.3 創新性

在當前的現代工業生產條件下，機械產品結構的一成不變會成為行業發展的嚴重阻礙。新型技術條件的支撐與創新設計理念的推行，為機械產品結構的創新提供了重要契機。在機械結構設計中，如何通過工藝與材料的綜合應用實現結構優化，體現創新性設計思維，是現代機械設計的要點。

3 逆向工程技術在機械產品造型設計中的具體應用

3.1在新產品的開發和設計中的應用

工業制品也蘊含著一種藝術氣息，尤其是一些對外觀或是造型要求嚴格的機械制品，為了使其更加美觀化、藝術化，逐漸向著藝術的方向發展。例如一些常見的機械制品：汽車，輪船、飛機等的零部件的制作。這些對外形要求較為嚴格的零件在制作的過程中，通常是有機械外形設計師根據產品的數據利用油泥、泡沫、木材等材料先制作出一個樣品模型，對這些模型從美觀的角度進行評價、修改、完善，并開展風阻實驗，檢測其是否符合空氣動力學的要求，在實驗中加以改進，確定最終的模型[2]。該類產品的設計、制作不是利用的簡單的計算機軟件設計出來的，而是利用復雜的自由曲面進行拼接加工制作，這些最終都是要利用逆向工程技術來完成，將制作好的模型利用CAD等技術轉換為產品的三維模型或是模具，利用模具開展的大批量、大規模的生產加工制作，這樣一來，不僅大大提高了機械加工企業的生產效率還大大降低了新產品研發周期，為機械制造企業帶來了巨大的經濟效益。

3.2 在模具制作中的應用

傳統的模具制作一般是對模型經過反復的修改、加工和實驗才最終確定出來的，但是這一過程往往需要耗費大量的人力、物力。逆向工程技術則在模具之中展現了巨大的優勢。一是利用對符合要求的模具進行數據分析，根據所得到的數據建立生產工序，這樣就可以根據模具快速生產出更多符合標準的模具。除此之外，還可以利用逆向工程技術對實物樣品進行分析，再以反求技術制作出CAD三維模型，這樣可以大大的減少模具在制作過程中的修改頻率，使模具的制作更加精準，因此，逆向工程技術在機械產品的改型設計方面有著重要的作用。

3.3 在產品仿制方面的應用

當前社會，逆向工程技術在產品的復制和仿制方面的應用最為廣泛，尤其是在產品的外觀造型設計方面[3]。利用數字化技術對產品進行掃描，利用得到的數據建立實物的3D模型，這樣就可以對其進行仿制和造型的修改，最后，利用3D打印技術實現最終物品的形態和樣貌。通過NC加工可以快速制造出符合要求的模具，經過注塑得到最后所需要的產品。這一技術在制作工程中利用數字化技術，大大提高了模型制作的精確度，在生產和發展過程中逐漸被我國許多生產制造企業所應用，成為產品生產和開發的主要應用模式。

3.4 在磨損零件修復或還原方面的應用

不論是生產加工型企業還是制造型企業，零件的磨損和損害是不可避免的，尤其是一些大型企業的生產設備中的精細零件，這些零件往往需要專門定制，且對尺寸和規格要求都極為嚴格，在生產中需要耗費較長時間。利用逆向工程技術就可以提高這些零件的生產加工速度和精確度，降低零件的損壞率。利用改性技術對損壞的零件進行數據分析，提取出相應的零件參數和特征，再根據獲得到的這些數據對零件損壞部分進行修補和完善。逆向工程技術還可以運用一定的分析能力對零件的磨損程度，損害因素等進行剖析，減少零件的生產誤差，提高零件的加工質量。

3.5 在藝術品復制方面的應用

藝術品的設計和制作是一項嚴謹的工作，尤其是對一些有價值的優秀藝術品的仿制生產，在一些考古文物的仿制和修復工作中也常用到這一技術。例如在一些工藝品生產加工企業中，先由優秀的藝術品制作者設計，制作出精美的藝術品，再借由該項技術進行數據分析和模具制作，最后根據這些制作的模具生產出精美的工藝品，這樣不僅可以提高工藝品的質量，還能提高生產效率，利于企業降低成本[4]。

結束語

總而言之，應用逆向工程在產品研發過程中可以極大的縮短研發周期，尤其是對于專業定制產品的生產加工企業來說，該技術的發展為其提供了有力的保障。相信隨著技術的不斷進步，該項技術必定會成為機械制造企業和工業設計中的一顆璀璨明星，為社會中更多領域的發展帶來巨大的驚喜，使我國的數字化技術邁向一個更高的領域。

參考文獻

[1]白暖.工業設計中的工程機械產品外觀造型設計研究[J].藝術科技，2019，32（02）：219.

[2]何燦群，張雙雙.基于產品DNA的工程機械產品造型設計研究[J].人類工效學，2018，24（06）：66-71.

[3]李江波，陳俊，王凱.分析工程機械產品的造型設計要點[J].低碳世界，2017（32）：314-315.

[4]那雪姣.淺談機械產品的造型設計[J].美術大觀，2016（06）：124-125.