一、逆向設(shè)計(jì)的概念

    逆向工程（ReverseEngineering-RE）是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的一種描述。

    在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，即設(shè)計(jì)人員首先在大腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后通過(guò)繪制圖紙建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個(gè)模型轉(zhuǎn)入到制造流程中，完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造周期。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程我們稱為“正向設(shè)計(jì)”過(guò)程。逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以認(rèn)為是一個(gè)“從有到無(wú)”的過(guò)程。簡(jiǎn)單地說(shuō)，逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（包括設(shè)計(jì)圖紙或數(shù)字模型）的過(guò)程。從這個(gè)意義上說(shuō)，逆向工程在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)很久了。早期的船舶工業(yè)中常用的船體放樣設(shè)計(jì)就是逆向工程的很好實(shí)例。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特別是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于測(cè)量數(shù)據(jù)的產(chǎn)品造型技術(shù)成為逆向工程技術(shù)關(guān)注的主要對(duì)象。通過(guò)數(shù)字化測(cè)量設(shè)備（如三維掃描儀、三坐標(biāo)等）獲取的物體表面的空間數(shù)據(jù)，需要利用逆向工程技術(shù)建立產(chǎn)品的三維模型，進(jìn)而利用CAM系統(tǒng)完成產(chǎn)品的制造。因此，逆向工程技術(shù)可以認(rèn)為是將產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)化為三維模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)和幾何建模技術(shù)的總稱。逆向工程的實(shí)施過(guò)程是多領(lǐng)域、多學(xué)科的協(xié)同過(guò)程。

    作為一種新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及消化、吸收先進(jìn)技術(shù)的重要手段,逆向工程和快速原型技術(shù)可以勝任消化外來(lái)技術(shù)成果的要求。它們的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模式,大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間周期,提高產(chǎn)品研發(fā)的成功率。

    當(dāng)今，各個(gè)行業(yè)越來(lái)越注重產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)，以此來(lái)吸引顧客，最終在商業(yè)上取得成功。這點(diǎn)在消費(fèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的尤為突出。特別是手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、汽車等行業(yè)。

二、順、逆向工程在設(shè)計(jì)流程中的比較與分析

    逆向工程，顧名思義與順向工程的設(shè)計(jì)流程不同，其過(guò)程是依靠已經(jīng)存在的零件或是產(chǎn)品原型的表面所得到的資料來(lái)建立3DCAD模型，而不是透過(guò)設(shè)計(jì)圖。

圖1：兩個(gè)設(shè)計(jì)流程的主要差別在于傳統(tǒng)的順向工程是概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品規(guī)范到產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖，

而逆向工程則是由測(cè)量到的資料來(lái)反推得到3DCAD模型。

    如圖1所示，其兩個(gè)設(shè)計(jì)流程的主要差別在于傳統(tǒng)的順向工程是概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品規(guī)范到產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖，而逆向工程則是由測(cè)量到的資料來(lái)反推得到3DCAD模型。順向的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)程序是設(shè)計(jì)師依據(jù)產(chǎn)品企劃時(shí)所定的規(guī)劃與設(shè)計(jì)構(gòu)想，繪制草圖及效果圖，并且依據(jù)效果圖制作手工模型，或以建構(gòu)CAD幾何模型，最后進(jìn)行NC或RP（RapidPrototype）的加工程序。然而導(dǎo)入逆向工程設(shè)計(jì)程序后，設(shè)計(jì)師仍是依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)企劃時(shí)所定的規(guī)范與設(shè)計(jì)構(gòu)想，但效果圖或精細(xì)描繪則已不是必備的程序了，取而代之的將是直接運(yùn)用逆向工程對(duì)PU泡沫或油土模型進(jìn)行點(diǎn)資料掃描，并交由CAD系統(tǒng)進(jìn)行編修與重建，最后進(jìn)行NC或RP的加工程序，從開(kāi)發(fā)角度看，這個(gè)流程中可以明顯發(fā)現(xiàn)順、逆向工程的差異如圖2所示。

圖2

    單純?nèi)鞒棠嫦蚬こ虝?huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：資料量大、調(diào)取數(shù)據(jù)麻煩、曲面定位（Location）、曲面的連續(xù)性控制等。采用混合式設(shè)計(jì)流程，僅需要對(duì)修改部分作局部逆向工程快速重建、從而能縮短整個(gè)設(shè)計(jì)制造的程序。如圖3所示。

圖3

三、逆向設(shè)計(jì)的基本流程

圖4 汽車設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)際流程

    逆向工程是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，逆向工程是汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的新方式。目前基于CAD/CAM系統(tǒng)的三維掃描儀(數(shù)字掃描技術(shù))為實(shí)物逆向工程提供了有力的支持，在進(jìn)行數(shù)字化掃描、完成實(shí)物的3D重建后，通過(guò)NC加工就能快速地制造出模具，最終注塑得到所需的產(chǎn)品，通過(guò)逆向工程技術(shù)，在消化、吸收先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立和掌握自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，是提高汽車設(shè)計(jì)能力和制造效率的捷徑。

    逆向工程的簡(jiǎn)單過(guò)程是：利用三維掃描儀掃描實(shí)體模型，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，利用逆向工程軟件處理獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，行程曲線、曲面、實(shí)體模型，對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行修正，形成最終的三維模型。相比正向建模，逆向工程建模的速度更快，效率更高。逆向工程隊(duì)對(duì)計(jì)算機(jī)處理器、內(nèi)存和顯卡的性能有綜合要求，特別是要保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，必須配置較高的內(nèi)存和性能強(qiáng)大的顯卡。

1、逆向工程的結(jié)構(gòu)體系

    逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成:產(chǎn)品實(shí)物幾何外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)是據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模型的重建。

逆向工程流程圖

(1)數(shù)據(jù)采集

    數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步,其方法的得當(dāng)直接影響到是否能準(zhǔn)確、快速、完整地獲取實(shí)物的二維、三維幾何數(shù)據(jù),影響到重構(gòu)的CAD實(shí)體模型的質(zhì)量,并最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖6 數(shù)據(jù)采集

(2)數(shù)據(jù)處理

    對(duì)于獲取的一系列點(diǎn)數(shù)據(jù)在進(jìn)行CAD模型重建前,必須進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、噪聲濾除、平滑、對(duì)齊、歸并、測(cè)頭半徑補(bǔ)償和插值補(bǔ)點(diǎn)等處理。

圖7 運(yùn)用CATIA軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

(3)模型重建

    將處理過(guò)的測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD系統(tǒng),依據(jù)前面創(chuàng)建的曲線、曲面構(gòu)建出原型的CAD模型。

圖8 重新建模

    簡(jiǎn)單理解汽車逆向設(shè)計(jì)流程：拿到實(shí)物產(chǎn)品----進(jìn)行產(chǎn)品公析掃描------三維掃描儀進(jìn)行掃描輸出數(shù)據(jù)文件STL格式-----Surfacer或Geomagic進(jìn)數(shù)據(jù)處理格式為igs------進(jìn)行Pro/E等三維軟件中進(jìn)行繪圖，當(dāng)今主要流行的三維CAD軟件如UG、IMAGEWARE、CATIA、I-DEAS、Pro/Engineer。