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第01期2019年《流行色》总第390期

作者：国奖来源：本站原创发布时间：2019年03月19日点击数：

产品设计中逆向工程技术应用

徐英凯，吕鹏腾

（江西财经大学现代经济管理学院，江西南昌 330000）

摘要：近年来，随着人们生活中各方面的物质水平的不断提高以及对精神方面的要求日益提升，现在的产品在注重产品品质的同时也对产品的设计进行了严格要求，传统的产品设计理念和工艺技术已经不能完全满足现在人们对产品的需求了，因此，为使得工厂生产的产品能够满足现阶段人们对产品品质和设计的要求的，各行业就得加大创新力度，大力探索，所以我们在此提出逆向工程技术。

关键词：产品设计；逆向工程；应用探析

随着改革开放的进程不断加快，我国的数字技术也在不断发展，以前各行业利用电脑计算机辅助产品设计的模式已经不能满足逆向工程技术的要求，所以我们必须要对有需要的产品设计的技术及理念进行升级，以此帮助逆向工程技术的顺利实施。

一、了解逆向工程技术

20世纪90年代，逆向工程就作为一种再现产品设计原理的逆向技术而闻名。它能够通过对产品成品(包括实物、软件、硬件等 )进行逆向研究分析，并在此过程当中应用材料学、设计方法学及其他专业学科知识将产品在研发过程当中的技术规格、组织结构等以基本模型的形态而呈现出来。

1.数据采集技术

逆向工程技术的一大特色就是可以将有复杂的造型和曲面的产品建立实体模型，通过扫描测量得到数据，这个过程中的测量就是指借助专业的测量设备和方法对产品的特征点的坐标数据进行采集，然后用数字化的形式显示出来，目前测量方法主要有接触式和非接触式两种。

（1）接触式测量采集，初代的测量仪器使用的是探针式，通常探针式仪器组成是3-6个自由度的杆式机构和机构末端的探针，然后通过相应的计算方法得到坐标信息，这种方法是最为成熟的技术，在逆向工程技术的实际应用初期的重要测量方法就是接触式数据采集法，具有精度高、适应性强的优势，但是这种方法效率低，而且具有一定的局限性。

（2）非接触式测量，非接触式测量根据测量的具体情况设有光学、核磁共振、工业CT、超声波等方法，其中光学测量法是最成熟的技术，在实际作用中光学测量法又包括结构光法、三角形法等方法，结构光法应是目前测量方法中较好的，因为结构光法测量有可大范围测量、效率高、成本低等优势，结构光法的缺点是对突变较大的物体进行测量时会有明显的相位突变，而且被测物体的物理性质比如光泽、表面粗糙度等因素都会对测量结果产生影响，不过可以通过喷漆等方法提高测量精度。

2.数据预处理

由于在进行扫描时采集的点是乱点，因此我们在进行下一步工作之前需要对数据进行处理，处理步骤有去除噪声点、补齐遗漏、数据平滑、精简数据、多视点云的对齐等，其中多视点云的对齐环节尤为重要，在实际操作中，复杂曲面数据的采集由于以下两点原因是不能一次性采集完成的：

（1）测量仪器测量范围有限，不能对尺寸超出限制的物体一次性测量采集完成，需要分块或者分区进行。

（2）光测量法有测量盲区，在利用光测量法进行测量时是有测量盲区出现的即被测物某些表面是看不见的，因此，我们在实际工作中需要对被测物进行多角度的测量，通过把被测物分成多个区域，然后从不同角度完成对物体的测量获得相应数据信息，由于是通过不同区域完成测量工作的，各区域测量结果的坐标系不同，因此我们需要将所测得数据的坐标系进行统一，然后进行建模。数据的预处理工作是逆向工程技术的重要预备工作之一。

3.表面重建技术

逆向工程技术中对曲面的重建是利用产品表面的点的数据，通过拟合构建一个和原产品相仿的模型，目前可以通过以三角曲面构建和非均匀有理B样条曲面的矩形域参数曲面拟合方法完成自由曲面的建模工作，其中矩形域参数曲面的拟合是较为成熟且应用广泛的技术。非均匀有理B样条的优势就在于可以精确的表示自由曲面和二次规则曲面并且可以把二次规则曲面和自由曲面通过统一的数学形式表达出来。

二、逆向工程技术现状

逆向工程技术是上世纪八十年代的产物，在那时就有日本、美国等国家的学术界、企业界就已经着手对逆向工程技术进行研究，所以国外的逆向工程技术及相关技术都已达到较高的水平。现在逆向工程技术已经成为国际性课题，关于逆向工程技术的研究受到国内外相关组织和机构的广泛关注，其中相当一部分国家还有还就逆向工程技术成立了研发部门、代工厂还有制造公司甚至还有专项基金组织。所以国外大量企业都凭借逆向工程技术的时效性、经济型等特点使得企业的综合竞争力得到了显著提升。

中国对于逆向工程技术研究虽然起步晚，但是在我国关于逆向工程技术研究的各方面都受到大力支持，因此我国的逆向工程技术水平正在不断提升，现在我国已经诞生了多项相关研究成果，而且我国也有从事相关研发的企业单位。虽说我国对于逆向工程技术的研究水平已经与世界水平日趋接近，但是就数据处理软件而言，中国与发达国家之间的差距还很明显，不过现阶段已有清华、交大等名校的数据处理专业学者参与研发，相信在不久的将来一定会有所改观的。

三、逆向工程技术的应用

在机械制造领域，逆向工程技术有如下运用领悟：

1.没有或者设计图纸缺损的情况，在这种情况下我们需要扫描测量零件的相关数据，然后经过软件处理最后得出设计图纸或者相应的模型，然后通过加工得到一个相同的零件。

图1.逆向工程技术总体步骤图

2.产品有特殊要求譬如需要在实验测试以后才可以定型的情况，通常这种情况只有在航空航天这类要求精度高的领域才需要用到这种方法，因为产品的零件需要满足不同的要求，达到不同的条件以后才可以确定产品的模型，一般来说，这种零件的曲面都比较复杂。

3.特别复杂的曲面或者造型，现阶段行业中所使用的三维立体构建的软件已经满足大多产品的设计，但是还有一小部分的复杂曲面不能通过其完成，比如说人体的外形、动物外形、植物外形等，由于这些外形都很难设计，所以我们可以先打造需要设计的对象的草模，然后进行人工精修符合设计要求后运用逆向工程技术扫描、软件处理以后得到三维模型。

以汽车制造行业为例，汽车工业作为新兴产业之一，CAD和CAM技术都已得到普及，所以就目前而言怎么高效准确的对产品样件的数据进行采集并将数据快速的转化成三维模型便成了研究热点，因为在汽车车身和其他的产品设计中使用传统测量技术测量由手工修改后的样品或是仿制产品时周期长、效率低、精度差，运用传统测量技术加大了工作者的工作量还对设计人员有较高要求，而且建立完成的CAD模型与实际数值有很大偏差，所以此时就应使用逆向工程技术完成经过手工修改后及产品仿制品的测量工作。

图2.逆向工程技术具体步骤

虽然汽车行业中的CAD和CAM等技术都比较先进但是与国外相存在相当的差距，并且我国在重要的覆盖件模具依然是依靠进口譬如说别克轿车的覆盖件模具便是进口来的，所以逆向工程技术的成功应用对我国的汽车工业是具有重要意义的。

结束语

直至现在，逆向工程技术仍然是工业设计的新模式，由于其经济性、时效性、在加快产品更新换代的同时使得企业的风险和成本得到控制等一系列优势，让逆向工程技术在诞生以后迅速得到了广泛的关注和应用，逆向工程技术在实际运用中极大的推进了新的产品设计理念的发展和进步，尤其是在快速成型技术和逆向工程技术结合以后使得产品设计技术得到了进一步的提升，随着时代的发展，逆向工程技术会与越来越多的新潮技术结合，相关的技术也会越来越成熟，届时逆向工程技术会得到更广泛的运用。

参考文献：

[1]胡萍,干静.产品设计中的逆向工程技术应用研究[J].中国设备工程,2017(08):140-141.

[2]甘树坤,吕雪飞,卢尊.逆向工程技术在汽车产品设计中的应用[J].吉林化工学院学报,2016,33(11):108-112.

[3]王绍春.逆向工程技术在现代产品设计中的应用[J].辽宁经济职业技术学院(辽宁经济管理干部学院学报),2007(03):69+92.

作者简介：徐英凯（1993.12-），男，江西南昌人，江西省南昌市江西财经大学现代经济管理学院产品设计专业助教；吕鹏腾（1989.07-），男，江西丰城人，江西省南昌市江西财经大学现代经济管理学院产品设计专业助教。