基于逆向工程的機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計方法探析

段軍

摘? 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能制造逐漸成為了現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)的主流，數(shù)字化設(shè)計、制造工具系統(tǒng)、專業(yè)定制式服務(wù)型制造等廣泛應(yīng)用現(xiàn)代化機(jī)械的生產(chǎn)中，對一些計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助制造等工具的運用已經(jīng)成為現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)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(xiàn)代化的“數(shù)據(jù)工程師”取代的背景下，基于逆向工程的機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計制造逐漸進(jìn)入了人們的視野中，并在機(jī)械生產(chǎn)制造中發(fā)揮了越來越重要的作用。文章就主要針對逆向工程在機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行探析，為逆向工程在機(jī)械制造中的應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：逆向工程技術(shù);機(jī)械產(chǎn)品;造型設(shè)計;探究應(yīng)用

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0094-02

Abstract： With the rapid development of science and technology， intelligent manufacturing has gradually become the mainstream of modern production enterprises. In the production of modern machinery， such as digital design， manufacturing tool system， professional custom-made service manufacturing and so on， the application of some computer-aided design， auxiliary manufacturing and other tools has become the basic skills that modern production design staff must master. However， it is in the context of such a "skilled work" being gradually replaced by the modern "data engineer" sword that the modeling design of mechanical products based on reverse engineering has gradually entered the people's vision， and has played an increasingly important role in the manufacture of machinery. This paper probes into the application of reverse engineering in the modeling design of mechanical products for the application of reverse engineering in mechanical manufacturing.

Keywords： reverse engineering technology; mechanical products; modeling design; inquiry application

1 逆向工程技術(shù)簡介

1.1 逆向工程技術(shù)定義

逆向工程技術(shù)是現(xiàn)代社會中較為先進(jìn)的一種設(shè)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(shù)字模型數(shù)據(jù)，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)信息設(shè)計開發(fā)出同類產(chǎn)品的設(shè)計方法。這是一種反向推理、優(yōu)化、挖掘的系統(tǒng)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(dǎo)，都體現(xiàn)了先進(jìn)的設(shè)計理念和制造理念在逆向反求過程中的應(yīng)用，該項技術(shù)對于我國的機(jī)械制造業(yè)和科技發(fā)展有著重要的作用。

1.2 逆向工程技術(shù)分類

逆向工程技術(shù)利用反求數(shù)據(jù)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(shù)字化信息進(jìn)行分析，再根據(jù)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(shù)對實物樣品進(jìn)行高速度、精確化的掃描，得到實物的精確化數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類處理，并按照實物樣品的數(shù)據(jù)要求，利用專門的軟件做輔助，將其導(dǎo)入到CAD模型中進(jìn)行重構(gòu)，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(jìn)行加工制作、模型設(shè)計制作等生產(chǎn)出新的產(chǎn)品。

工藝反求和材料反求類似，根據(jù)實物樣品的工藝造型和所用材料進(jìn)行反向推理，利用獲取的數(shù)據(jù)對工藝的設(shè)計和材料的成分，用量進(jìn)行加工制作，最終得到產(chǎn)品的制作方法和工藝技術(shù)。該類技術(shù)經(jīng)常用在一些物品的修復(fù)和分析中，例如對歷史文物人的修補(bǔ)和保護(hù)中，如對兵馬俑的修補(bǔ)和保護(hù)，兵馬俑在墓中經(jīng)過長期的掩埋，出土后很容易因風(fēng)化而遭到損壞，利用逆向工程中的工藝反求和材料反求技術(shù)就可以對其進(jìn)行掃描和測量，將所得到的數(shù)據(jù)利用計算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行模型重構(gòu)，根據(jù)材料反求技術(shù)利用適合的材料進(jìn)行修補(bǔ)，或者是對損壞嚴(yán)重的文物根據(jù)其制作方法進(jìn)行仿制，使其恢復(fù)原始的樣貌。

2 逆向工程技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1 逆向工程技術(shù)在新產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計中的應(yīng)用

工業(yè)制品也蘊含著一種藝術(shù)氣息，尤其是一些對外觀或是造型要求嚴(yán)格的機(jī)械制品，為了使其更加美觀化、藝術(shù)化，逐漸向著藝術(shù)的方向發(fā)展。例如一些常見的機(jī)械制品：汽車，輪船、飛機(jī)等的零部件的制作。這些對外形要求較為嚴(yán)格的零件在制作的過程中，通常是有機(jī)械外形設(shè)計師根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)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(jìn)行評價、修改、完善，并開展風(fēng)阻實驗，檢測其是否符合空氣動力學(xué)的要求，在實驗中加以改進(jìn)，確定最終的模型。該類產(chǎn)品的設(shè)計、制作不是利用的簡單的計算機(jī)軟件設(shè)計出來的，而是利用復(fù)雜的自由曲面進(jìn)行拼接加工制作，這些最終都是要利用逆向工程技術(shù)來完成，將制作好的模型利用CAD等技術(shù)轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的三維模型或是模具，利用模具開展的大批量、大規(guī)模的生產(chǎn)加工制作，這樣一來，不僅大大提高了機(jī)械加工企業(yè)的生產(chǎn)效率還大大降低了新產(chǎn)品研發(fā)周期，為機(jī)械制造企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 逆向工程技術(shù)在模具制作中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的模具制作一般是對模型經(jīng)過反復(fù)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(shù)則在模具之中展現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢。一是利用對符合要求的模具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)建立生產(chǎn)工序，這樣就可以根據(jù)模具快速生產(chǎn)出更多符合標(biāo)準(zhǔn)的模具。除此之外，還可以利用逆向工程技術(shù)對實物樣品進(jìn)行分析，再以反求技術(shù)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(zhǔn)，因此，逆向工程技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品的改型設(shè)計方面有著重要的作用。

2.3 逆向工程技術(shù)在產(chǎn)品仿制方面的應(yīng)用

當(dāng)前社會，逆向工程技術(shù)在產(chǎn)品的復(fù)制和仿制方面的應(yīng)用最為廣泛，尤其是在產(chǎn)品的外觀造型設(shè)計方面。利用數(shù)字化技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行掃描，利用得到的數(shù)據(jù)建立實物的3D模型，這樣就可以對其進(jìn)行仿制和造型的修改，最后，利用3D打印技術(shù)實現(xiàn)最終物品的形態(tài)和樣貌。通過NC加工可以快速制造出符合要求的模具，經(jīng)過注塑得到最后所需要的產(chǎn)品。這一技術(shù)在制作工程中利用數(shù)字化技術(shù)，大大提高了模型制作的精確度，在生產(chǎn)和發(fā)展過程中逐漸被我國許多生產(chǎn)制造企業(yè)所應(yīng)用，成為產(chǎn)品生產(chǎn)和開發(fā)的主要應(yīng)用模式。

2.4 逆向工程技術(shù)在磨損零件修復(fù)或還原方面的應(yīng)用

不論是生產(chǎn)加工型企業(yè)還是制造型企業(yè)，零件的磨損和損害是不可避免的，尤其是一些大型企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中的精細(xì)零件，這些零件往往需要專門定制，且對尺寸和規(guī)格要求都極為嚴(yán)格，在生產(chǎn)中需要耗費較長時間。利用逆向工程技術(shù)就可以提高這些零件的生產(chǎn)加工速度和精確度，降低零件的損壞率。利用改性技術(shù)對損壞的零件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提取出相應(yīng)的零件參數(shù)和特征，再根據(jù)獲得到的這些數(shù)據(jù)對零件損壞部分進(jìn)行修補(bǔ)和完善。逆向工程技術(shù)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(jìn)行剖析，減少零件的生產(chǎn)誤差，提高零件的加工質(zhì)量。

2.5 逆向工程技術(shù)在藝術(shù)品復(fù)制方面的應(yīng)用

藝術(shù)品的設(shè)計和制作是一項嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，尤其是對一些有價值的優(yōu)秀藝術(shù)品的仿制生產(chǎn)，在一些考古文物的仿制和修復(fù)工作中也常用到這一技術(shù)。例如在一些工藝品生產(chǎn)加工企業(yè)中，先由優(yōu)秀的藝術(shù)品制作者設(shè)計。制作出精美的藝術(shù)品，再借由該項技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和模具制作，最后根據(jù)這些制作的模具生產(chǎn)出精美的工藝品，這樣不僅可以提高工藝品的質(zhì)量，還能提高生產(chǎn)效率，利于企業(yè)降低成本。

3 結(jié)束語

逆向工程技術(shù)兼具實用性和創(chuàng)新性于一體，是一項綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，在眾多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。將逆向工程技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計中，不僅可以極大的提高機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量，在產(chǎn)品造型設(shè)計中還能降低設(shè)計成本，便于產(chǎn)品的修改和再設(shè)計。此外，應(yīng)用這項技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)過程中可以極大的縮短研發(fā)周期，尤其是對于專業(yè)定制產(chǎn)品的生產(chǎn)加工企業(yè)來說，該技術(shù)的發(fā)展為其提供了有力的保障。相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及人們不斷的探索和創(chuàng)新，該項技術(shù)必定會成為機(jī)械制造企業(yè)和工業(yè)設(shè)計中的一顆璀璨明星，并且能夠為社會中更多領(lǐng)域的發(fā)展帶來巨大的驚喜，使我國的數(shù)字化技術(shù)邁向一個更高的領(lǐng)域。

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