逆向工程在產(chǎn)品設計實踐中的運用

1、逆向工程在產(chǎn)品設計實踐中的運用陳駿 張強 沈陽航空工業(yè)學院工業(yè)設計系 110034) wtrues摘要理性的，定量的分析。逆向工程曲面形態(tài)的產(chǎn)品設計在當今在設計流程中的介入無疑成為工的工業(yè)設計領域是一大潮流。形業(yè)設計師進行曲面造型的有力武態(tài)獨特而又具有優(yōu)美曲線的器。產(chǎn)品也日益成為廣大消費者的追逆向工程是現(xiàn)代工業(yè)設計中求。基于此，在眾多的產(chǎn)品設計最常用的 CAID 手段之一，作為之中融入了設計師無限的想進行工業(yè)設計教育的教學單位，象和創(chuàng)造力，曲面造型的產(chǎn)品亦亦是工業(yè)設計探索的科研單位，更多的以親和、人性化的一面呈我系始終在教學領域活動向生產(chǎn)現(xiàn)在人們面前。力的轉(zhuǎn)化領域中不斷嘗試，均取在具有曲面特征

2、的產(chǎn)品設計得了良好效果，先后與營口尹氏過程之中，前期對產(chǎn)品形態(tài)的創(chuàng)商貿(mào)有限公司合作進行了帕薩意、構思，是設計師對產(chǎn)品本身特、中華、高爾夫轎車用擋泥板造型特征的感性把握；而進入產(chǎn)設計，以及沈飛日野新一代豪華品設計的后期，即工程、結(jié)構設大巴的前圍造型設計，在這兩大計階段，此時設計師對產(chǎn)品造型項目中，逆向工程的運用使得設特征曲線、曲面的思考就應帶有計生產(chǎn)周期大大縮短，有效節(jié)約了人力、物力資源。關鍵詞CAID 、逆向工程、 產(chǎn)品設計、 曲面1 向工程使產(chǎn)品設計流程產(chǎn)生重大變革 在工業(yè)設計領域中，許多 具有曲線曲面設計涉及到運動 物體的外形， 例如汽車、 飛機、 船舶的造型設計，這些交通工 具的造型光滑

3、與否直接影響到 其運動性能，因此，一種曲線 曲面的 CAD/CAM造型方法被提 出，由此發(fā)端也波及產(chǎn)品設計 的各個領域。逆向工程正是其 中一種最為常用的 CAID 手段 之一。作為一種新式的產(chǎn)品開發(fā) 概念，逆向工程技術是一項綜 合了三維測量、快速成型等高 新技術，在沒有設計圖紙或者 設計圖紙不完整以及沒有 CAD 模型的情況下，按照現(xiàn)有零件 的模型（稱為零件原形） ，利用 各種數(shù)字化技術及 CAD技術重 新構造原形 CAD模型的過程。 逆向工程是近年來發(fā)展起來 的，并消化和吸收了一系列先 進分析方法和應用技術，其主 要目的是為了改善產(chǎn)品生產(chǎn)的 技術水平，提高生產(chǎn)率，增強 企業(yè)及其產(chǎn)品的市場競爭

4、力。 世界各國在經(jīng)濟技術發(fā)展中， 應用逆向工程消化吸收先進技 術經(jīng)驗，給人們有益的啟示。 據(jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上 的技術源于國外，逆向工程作 為掌握技術的一種手段，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。因此研究逆向工程技術，對我國 國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術水 平的提高，具有重大的意義。逆向工程技術對整個工業(yè) 設計的意義是重大的。擁有此 技術，設計師的設計意圖將被 真實的再現(xiàn)。以轎車的設計為 例，在產(chǎn)品開發(fā)前期，設計師 的意圖形成里草圖效果圖，膠 帶圖，直至模型制作完成，設 計師的意圖、理念體現(xiàn)闡述告 一段落。如何將這些概念模型 轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品？接下來的事交給 逆向工程技術。

5、以三坐標測量 儀為源頭，對設計師的模型進 行精確的數(shù)字化掃描，得到其 三維輪廓數(shù)據(jù)，通常它將使大 量的離散點云，結(jié)合專門的逆 向工程軟件對其進行曲面重 建，生成實體，配合數(shù)字化加 工中心，即可加工出模具，投 放生產(chǎn)。相同的設計流程如果針對 一些小型產(chǎn)品，那么還可以通 過快速成型機制造出樣品，甚 至可以硅膠制模進行小批量生 產(chǎn)，快速地將產(chǎn)品投向市場， 以驗證市場，既可以為商家搶 占商機，也為贏得市場節(jié)省大 量寶貴時間，并且有效地減少 了風險。由此可見，可以說現(xiàn)代工 業(yè)設計流程中，逆向工程已然 成為產(chǎn)品設計開發(fā)不可缺少的 有力手段。2 工程在設計實踐活動中 的運用沈陽是聞名全國的裝備制 造業(yè)基地，

6、放眼全國，制造業(yè) 的競爭是激烈且殘酷的，南方 一些地區(qū)之所以在改革開放之后成為制造業(yè)的又一生立軍， 是因為大量高新技術、裝備的 采用。而對于工業(yè)設計而言， CAD/CAM技術的運用無疑是設 計向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的紐帶。沈陽航空工業(yè)學院工業(yè)設 計系作為我國東北地區(qū)較早開 設的工業(yè)設計系之一，借助我 學院以工科為主的優(yōu)勢，除了 進行常規(guī)的教學，在設計轉(zhuǎn)化 為產(chǎn)品的技術研究上也進行了 一些有益的嘗試。以我系與遼寧省營口尹氏 商貿(mào)有限公司合作開發(fā)轎車用 擋泥板為例，這是一次典型的 以逆向工程為主要設計開發(fā)手 段的產(chǎn)品設計流程（見圖） 。首 先，在設計輸入階段，客戶先 確定希望開發(fā)擋泥板的車型 （以帕薩特車型為

7、例） ，設計師 在充分調(diào)研的基礎上，抓住此 款車型的造型風格要素：圓潤 飽滿的車體輪廓，車身造型中 曲線曲面居多， 卻又不失剛強。 很快設計草圖、方案得到客戶 的認可，接下來就直接在實車 上進行等比例的油泥模型造型 制作。這中間省略了尺寸線圖 的制作步驟，因為擋泥板形態(tài) 復雜，曲面較多，難于用圖紙 表達，而且因為工作環(huán)境的局 限（車身下方） ，因此尺寸圖或 者膠帶圖顯得毫無意義。依據(jù) 效果圖，在實車的條件下，擋 泥板的距地高度，寬度得到確 定，造型也得到客戶的認可， 下一步就進入后期的逆向工程 階段。通過激光測量儀，油泥模 型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為離散點云形式 的三維數(shù)據(jù)的形式，通常它是 由數(shù)以萬計的空

8、間點構成的， 將這些數(shù)據(jù)導入例如 I-DEAS, Surfacer, UG 等逆向工程軟件 之中，進行曲面的重新構件。 大致步驟是這樣的： 導入點 云，移除雜點；提取特征點 云，用來構建曲線；以購建 完成的數(shù)條曲線構建曲面； 將曲面物體經(jīng)過一定工序構建 為實體；對此實體進行其他 相應的操作， 例如加筋板，開 安裝孔等。當然這只是大概的 步驟，曲面重建是一項辛苦的 工作，點、線、面構建時的質(zhì) 量好壞，關系到實體構建的好 壞，也直接關系到快速成型的 成敗。在實體 CAD模型構建完 畢之后，即可進行快速成型， 制成試驗件，裝配在實車上進 行驗證，如不符合設計要求應 修改 CAD數(shù)字模型直至符合要 求

9、，在進行快速成型并驗證， 待完善之后便可以進行數(shù)控模 具加工。這樣擋泥板的設計就 宣告完成。同樣的逆向工程流程也 用在了我系和沈飛日野客車公 司的新型豪華大巴設計中。這 些造型包括車前臉、前部的大 燈燈罩、兩側(cè)車體以及保險杠 等，這些構件均是玻璃鋼件。 在整個的設計流程之中，筆者 參加了 1：5 和 1:1 比例的油泥 模型的制作，直至后期的逆向 工程。在這期間，我深深的感 覺到模型對于產(chǎn)品設計的重要 性，可以說設計師的創(chuàng)意，思 想均是由模型完全的體現(xiàn)出 來：實體模型造型塊面的起伏、 轉(zhuǎn)折給人的感受是全方位的， 不僅可以在各個事件進行觀察 評價，而且他的形體是實實在 在的，可以觸摸的。所以要搞

10、 好后期的曲面重建，必須對模 型本身的造型有較深層的了 解，這樣在能忠實再現(xiàn)設計師 的創(chuàng)意。在利用 ATOS照相掃描系 統(tǒng)測取了等比例車體模型點云 數(shù)據(jù)之后，同樣對其進行了曲 面的重新構建，重新構面是為 了在這之后玻璃鋼車體的加工 過程之中有尺寸參照的依據(jù)： 客車的結(jié)構設計人員可以在三 維曲面車體上截取任意的截面 線，用來制作裝配圖紙指導生產(chǎn)。在曲面重建過程中，我們 采用了處理大規(guī)模點云的專用 軟件 Surfacer ，這個軟件的優(yōu) 勢在于：可以將一整體點云視 為一個物體，運算進程大大加 快；針對點云的方便有效的功 能大大加快了造型進度。鑒于 該點云數(shù)據(jù)量較大，根據(jù)原車 造型，我們將其分為若干

11、塊進 行構建，如燈罩、保險杠、前 臉、側(cè)車體等，每個部件之間 的裝配關系，以及相應的必要 尺寸應事先由廠方提供，這些 既定尺寸輕易不能更改，在建 模中應嚴格遵循。逆向建模工 作是一項費時的工作，和前面 所講述的方法一樣， 由點到線， 再進行構面，每一步都是需要 耐心去調(diào)整的，因為是初次涉 及這樣的工程，因此不是一蹴而就的，經(jīng)過和廠方結(jié)構設計 人員的多次協(xié)調(diào)尺寸，最終才 能通過。3 向工程對工業(yè)設計的深 遠影響作為教育單位，除了教書 育人之外，將理論結(jié)合實踐， 將設計付諸于生產(chǎn)是每個搞工 業(yè)設計教育者的心聲。我系在 教學之余（這些項目大都是在 假期完成的）曾多次和廠家進 行合作開發(fā)新產(chǎn)品，將學院的 科研優(yōu)勢付諸實踐，同時借此 提高自身設計、科研水平，以 提高教學質(zhì)量。工業(yè)設計的活動是與商業(yè) 化、制造、市場緊密聯(lián)系的， 而逆向工程正是順應了制造業(yè) 發(fā)展的需求而產(chǎn)生的，利用這 項技術，商家可以快速搶占商 機，贏得市場，有效規(guī)避投資 風險。總而言之，逆向工程對工 業(yè)設計本身而言只是一項先進 的工具手段，僅此而已，和設 計師本身的理念、創(chuàng)意并沒有 太大的關