基于逆向工程的機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)方法探析

黃珠芹

摘 ?要：現(xiàn)如今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(jì)、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(duì)一些計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造等工具的運(yùn)用已經(jīng)成為現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)計(jì)型員工必須掌握的基本技能，然而也正是在這樣一個(gè)“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(jì)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(duì)逆向工程在機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：逆向工程;機(jī)械產(chǎn)品;造型設(shè)計(jì);方法

1 逆向工程概述

1.1 逆向工程技術(shù)定義

逆向工程技術(shù)是現(xiàn)代社會(huì)中較為先進(jìn)的一種設(shè)計(jì)方法，是指利用一些基本的測(cè)量和工程分析的手段從實(shí)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(jì)開發(fā)出同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)理念和制造理念在逆向反求過程中的應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)物樣品大致的CAD模型。再利用三維掃描技術(shù)對(duì)實(shí)物樣品進(jìn)行高速度、精確化的掃描，得到實(shí)物的精確化數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類處理，并按照實(shí)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(shí)體模型，利用得到的三維實(shí)體模型對(duì)這些模型進(jìn)行加工制作、模型設(shè)計(jì)制作等生產(chǎn)出新的產(chǎn)品[1]。工藝反求和材料反求類似，根據(jù)實(shí)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(duì)工藝的設(shè)計(jì)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)。

2 機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)基本要求

2.1 功能性

主體功能需求是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的首要要求，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)其機(jī)械功能的根本條件就是通過結(jié)構(gòu)的拼接與零件的聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品原型整體實(shí)現(xiàn)機(jī)械工作原理，踐行安全可靠的機(jī)械工藝標(biāo)準(zhǔn)。在初步的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)將機(jī)械產(chǎn)品的功能需求作為設(shè)計(jì)實(shí)施的基本框架，在此基礎(chǔ)上對(duì)產(chǎn)品的材料、選配與組裝進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。

2.2 質(zhì)效性

產(chǎn)品質(zhì)量與效能價(jià)格比是機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要著重考慮的影響因素，也是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行所提出的基本要求。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成本、美觀因素、安全環(huán)保等綜合效能考量，為機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量與效能提升提供了可行性方案。

2.3 創(chuàng)新性

在當(dāng)前的現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)條件下，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一成不變會(huì)成為行業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重阻礙。新型技術(shù)條件的支撐與創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念的推行，為機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新提供了重要契機(jī)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如何通過工藝與材料的綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，體現(xiàn)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思維，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

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

3.1在新產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

工業(yè)制品也蘊(yùn)含著一種藝術(shù)氣息，尤其是一些對(duì)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(duì)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(jì)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(gè)樣品模型，對(duì)這些模型從美觀的角度進(jìn)行評(píng)價(jià)、修改、完善，并開展風(fēng)阻實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)其是否符合空氣動(dòng)力學(xué)的要求，在實(shí)驗(yàn)中加以改進(jìn)，確定最終的模型[2]。該類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作不是利用的簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)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。

3.2 在模具制作中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的模具制作一般是對(duì)模型經(jīng)過反復(fù)的修改、加工和實(shí)驗(yàn)才最終確定出來的，但是這一過程往往需要耗費(fèi)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(shì)。一是利用對(duì)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(duì)實(shí)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(jì)方面有著重要的作用。

3.3 在產(chǎn)品仿制方面的應(yīng)用

當(dāng)前社會(huì)，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(jì)方面[3]。利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行掃描，利用得到的數(shù)據(jù)建立實(shí)物的3D模型，這樣就可以對(duì)其進(jìn)行仿制和造型的修改，最后，利用3D打印技術(shù)實(shí)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。

3.4 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(duì)尺寸和規(guī)格要求都極為嚴(yán)格，在生產(chǎn)中需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)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(duì)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(duì)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(yùn)用一定的分析能力對(duì)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。

3.5 在藝術(shù)品復(fù)制方面的應(yīng)用

藝術(shù)品的設(shè)計(jì)和制作是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎绕涫菍?duì)一些有價(jià)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(jì)，制作出精美的藝術(shù)品，再借由該項(xiàng)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[4]。

結(jié)束語

總而言之，應(yīng)用逆向工程在產(chǎn)品研發(fā)過程中可以極大的縮短研發(fā)周期，尤其是對(duì)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，該項(xiàng)技術(shù)必定會(huì)成為機(jī)械制造企業(yè)和工業(yè)設(shè)計(jì)中的一顆璀璨明星，為社會(huì)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(gè)更高的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]白暖.工業(yè)設(shè)計(jì)中的工程機(jī)械產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)研究[J].藝術(shù)科技，2019，32（02）：219.

[2]何燦群，張雙雙.基于產(chǎn)品DNA的工程機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)研究[J].人類工效學(xué)，2018，24（06）：66-71.

[3]李江波，陳俊，王凱.分析工程機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].低碳世界，2017（32）：314-315.

[4]那雪姣.淺談機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)[J].美術(shù)大觀，2016（06）：124-125.