逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中的運(yùn)用

1、逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中的運(yùn)用陳駿 張強(qiáng) 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)在當(dāng)今在設(shè)計(jì)流程中的介入無(wú)疑成為工的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域是一大潮流。形業(yè)設(shè)計(jì)師進(jìn)行曲面造型的有力武態(tài)獨(dú)特而又具有優(yōu)美曲線的器。產(chǎn)品也日益成為廣大消費(fèi)者的追逆向工程是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中求。基于此，在眾多的產(chǎn)品設(shè)計(jì)最常用的 CAID 手段之一，作為之中融入了設(shè)計(jì)師無(wú)限的想進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)教育的教學(xué)單位，象和創(chuàng)造力，曲面造型的產(chǎn)品亦亦是工業(yè)設(shè)計(jì)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(xué)領(lǐng)域活動(dòng)向生產(chǎn)現(xiàn)在人們面前。力的轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中不斷嘗試，均取在具有曲面特征

2、的產(chǎn)品設(shè)計(jì)得了良好效果，先后與營(yíng)口尹氏過(guò)程之中，前期對(duì)產(chǎn)品形態(tài)的創(chuàng)商貿(mào)有限公司合作進(jìn)行了帕薩意、構(gòu)思，是設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品本身特、中華、高爾夫轎車(chē)用擋泥板造型特征的感性把握；而進(jìn)入產(chǎn)設(shè)計(jì)，以及沈飛日野新一代豪華品設(shè)計(jì)的后期，即工程、結(jié)構(gòu)設(shè)大巴的前圍造型設(shè)計(jì)，在這兩大計(jì)階段，此時(shí)設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品造型項(xiàng)目中，逆向工程的運(yùn)用使得設(shè)特征曲線、曲面的思考就應(yīng)帶有計(jì)生產(chǎn)周期大大縮短，有效節(jié)約了人力、物力資源。關(guān)鍵詞CAID 、逆向工程、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 曲面1 向工程使產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程產(chǎn)生重大變革 在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，許多 具有曲線曲面設(shè)計(jì)涉及到運(yùn)動(dòng) 物體的外形， 例如汽車(chē)、 飛機(jī)、 船舶的造型設(shè)計(jì)，這些交通工 具的造型光滑

3、與否直接影響到 其運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì) 的各個(gè)領(lǐng)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(kāi)發(fā) 概念，逆向工程技術(shù)是一項(xiàng)綜 合了三維測(cè)量、快速成型等高 新技術(shù)，在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙或者 設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒(méi)有 CAD 模型的情況下，按照現(xiàn)有零件 的模型（稱(chēng)為零件原形） ，利用 各種數(shù)字化技術(shù)及 CAD技術(shù)重 新構(gòu)造原形 CAD模型的過(guò)程。 逆向工程是近年來(lái)發(fā)展起來(lái) 的，并消化和吸收了一系列先 進(jìn)分析方法和應(yīng)用技術(shù)，其主 要目的是為了改善產(chǎn)品生產(chǎn)的 技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強(qiáng) 企業(yè)及其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

4、力。 世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中， 應(yīng)用逆向工程消化吸收先進(jìn)技 術(shù)經(jīng)驗(yàn)，給人們有益的啟示。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國(guó)百分之七十以上 的技術(shù)源于國(guó)外，逆向工程作 為掌握技術(shù)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(shù)，對(duì)我國(guó) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水 平的提高，具有重大的意義。逆向工程技術(shù)對(duì)整個(gè)工業(yè) 設(shè)計(jì)的意義是重大的。擁有此 技術(shù)，設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖將被 真實(shí)的再現(xiàn)。以轎車(chē)的設(shè)計(jì)為 例，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期，設(shè)計(jì)師 的意圖形成里草圖效果圖，膠 帶圖，直至模型制作完成，設(shè) 計(jì)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(lái)的事交給 逆向工程技術(shù)。

5、以三坐標(biāo)測(cè)量 儀為源頭，對(duì)設(shè)計(jì)師的模型進(jìn) 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(diǎn)云，結(jié)合專(zhuān)門(mén)的逆 向工程軟件對(duì)其進(jìn)行曲面重 建，生成實(shí)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(shè)計(jì)流程如果針對(duì) 一些小型產(chǎn)品，那么還可以通 過(guò)快速成型機(jī)制造出樣品，甚 至可以硅膠制模進(jìn)行小批量生 產(chǎn)，快速地將產(chǎn)品投向市場(chǎng)， 以驗(yàn)證市場(chǎng)，既可以為商家搶 占商機(jī)，也為贏得市場(chǎng)節(jié)省大 量寶貴時(shí)間，并且有效地減少 了風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，可以說(shuō)現(xiàn)代工 業(yè)設(shè)計(jì)流程中，逆向工程已然 成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)不可缺少的 有力手段。2 工程在設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)中 的運(yùn)用沈陽(yáng)是聞名全國(guó)的裝備制 造業(yè)基地，

6、放眼全國(guó)，制造業(yè) 的競(jìng)爭(zhēng)是激烈且殘酷的，南方 一些地區(qū)之所以在改革開(kāi)放之后成為制造業(yè)的又一生立軍， 是因?yàn)榇罅扛咝录夹g(shù)、裝備的 采用。而對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)而言， CAD/CAM技術(shù)的運(yùn)用無(wú)疑是設(shè) 計(jì)向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的紐帶。沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院工業(yè)設(shè) 計(jì)系作為我國(guó)東北地區(qū)較早開(kāi) 設(shè)的工業(yè)設(shè)計(jì)系之一，借助我 學(xué)院以工科為主的優(yōu)勢(shì)，除了 進(jìn)行常規(guī)的教學(xué)，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化 為產(chǎn)品的技術(shù)研究上也進(jìn)行了 一些有益的嘗試。以我系與遼寧省營(yíng)口尹氏 商貿(mào)有限公司合作開(kāi)發(fā)轎車(chē)用 擋泥板為例，這是一次典型的 以逆向工程為主要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)手 段的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程（見(jiàn)圖） 。首 先，在設(shè)計(jì)輸入階段，客戶(hù)先 確定希望開(kāi)發(fā)擋泥板的車(chē)型 （以帕薩特車(chē)型為

7、例） ，設(shè)計(jì)師 在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，抓住此 款車(chē)型的造型風(fēng)格要素：圓潤(rùn) 飽滿(mǎn)的車(chē)體輪廓，車(chē)身造型中 曲線曲面居多， 卻又不失剛強(qiáng)。 很快設(shè)計(jì)草圖、方案得到客戶(hù) 的認(rèn)可，接下來(lái)就直接在實(shí)車(chē) 上進(jìn)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?yàn)閾跄喟逍螒B(tài) 復(fù)雜，曲面較多，難于用圖紙 表達(dá)，而且因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的局 限（車(chē)身下方） ，因此尺寸圖或 者膠帶圖顯得毫無(wú)意義。依據(jù) 效果圖，在實(shí)車(chē)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(hù)的認(rèn)可， 下一步就進(jìn)入后期的逆向工程 階段。通過(guò)激光測(cè)量?jī)x，油泥模 型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為離散點(diǎn)云形式 的三維數(shù)據(jù)的形式，通常它是 由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的空

8、間點(diǎn)構(gòu)成的， 將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入例如 I-DEAS, Surfacer, UG 等逆向工程軟件 之中，進(jìn)行曲面的重新構(gòu)件。 大致步驟是這樣的： 導(dǎo)入點(diǎn) 云，移除雜點(diǎn)；提取特征點(diǎn) 云，用來(lái)構(gòu)建曲線；以購(gòu)建 完成的數(shù)條曲線構(gòu)建曲面； 將曲面物體經(jīng)過(guò)一定工序構(gòu)建 為實(shí)體；對(duì)此實(shí)體進(jìn)行其他 相應(yīng)的操作， 例如加筋板，開(kāi) 安裝孔等。當(dāng)然這只是大概的 步驟，曲面重建是一項(xiàng)辛苦的 工作，點(diǎn)、線、面構(gòu)建時(shí)的質(zhì) 量好壞，關(guān)系到實(shí)體構(gòu)建的好 壞，也直接關(guān)系到快速成型的 成敗。在實(shí)體 CAD模型構(gòu)建完 畢之后，即可進(jìn)行快速成型， 制成試驗(yàn)件，裝配在實(shí)車(chē)上進(jìn) 行驗(yàn)證，如不符合設(shè)計(jì)要求應(yīng) 修改 CAD數(shù)字模型直至符合要 求

9、，在進(jìn)行快速成型并驗(yàn)證， 待完善之后便可以進(jìn)行數(shù)控模 具加工。這樣擋泥板的設(shè)計(jì)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(chē)公 司的新型豪華大巴設(shè)計(jì)中。這 些造型包括車(chē)前臉、前部的大 燈燈罩、兩側(cè)車(chē)體以及保險(xiǎn)杠 等，這些構(gòu)件均是玻璃鋼件。 在整個(gè)的設(shè)計(jì)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(jué)到模型對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要 性，可以說(shuō)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意，思 想均是由模型完全的體現(xiàn)出 來(lái)：實(shí)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(gè)事件進(jìn)行觀察 評(píng)價(jià)，而且他的形體是實(shí)實(shí)在 在的，可以觸摸的。所以要搞

10、 好后期的曲面重建，必須對(duì)模 型本身的造型有較深層的了 解，這樣在能忠實(shí)再現(xiàn)設(shè)計(jì)師 的創(chuàng)意。在利用 ATOS照相掃描系 統(tǒng)測(cè)取了等比例車(chē)體模型點(diǎn)云 數(shù)據(jù)之后，同樣對(duì)其進(jìn)行了曲 面的重新構(gòu)建，重新構(gòu)面是為 了在這之后玻璃鋼車(chē)體的加工 過(guò)程之中有尺寸參照的依據(jù)： 客車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可以在三 維曲面車(chē)體上截取任意的截面 線，用來(lái)制作裝配圖紙指導(dǎo)生產(chǎn)。在曲面重建過(guò)程中，我們 采用了處理大規(guī)模點(diǎn)云的專(zhuān)用 軟件 Surfacer ，這個(gè)軟件的優(yōu) 勢(shì)在于：可以將一整體點(diǎn)云視 為一個(gè)物體，運(yùn)算進(jìn)程大大加 快；針對(duì)點(diǎn)云的方便有效的功 能大大加快了造型進(jìn)度。鑒于 該點(diǎn)云數(shù)據(jù)量較大，根據(jù)原車(chē) 造型，我們將其分為若干

11、塊進(jìn) 行構(gòu)建，如燈罩、保險(xiǎn)杠、前 臉、側(cè)車(chē)體等，每個(gè)部件之間 的裝配關(guān)系，以及相應(yīng)的必要 尺寸應(yīng)事先由廠方提供，這些 既定尺寸輕易不能更改，在建 模中應(yīng)嚴(yán)格遵循。逆向建模工 作是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)的工作，和前面 所講述的方法一樣， 由點(diǎn)到線， 再進(jìn)行構(gòu)面，每一步都是需要 耐心去調(diào)整的，因?yàn)槭浅醮紊?及這樣的工程，因此不是一蹴而就的，經(jīng)過(guò)和廠方結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 人員的多次協(xié)調(diào)尺寸，最終才 能通過(guò)。3 向工程對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的深 遠(yuǎn)影響作為教育單位，除了教書(shū) 育人之外，將理論結(jié)合實(shí)踐， 將設(shè)計(jì)付諸于生產(chǎn)是每個(gè)搞工 業(yè)設(shè)計(jì)教育者的心聲。我系在 教學(xué)之余（這些項(xiàng)目大都是在 假期完成的）曾多次和廠家進(jìn) 行合作開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，將學(xué)院的 科研優(yōu)勢(shì)付諸實(shí)踐，同時(shí)借此 提高自身設(shè)計(jì)、科研水平，以 提高教學(xué)質(zhì)量。工業(yè)設(shè)計(jì)的活動(dòng)是與商業(yè) 化、制造、市場(chǎng)緊密聯(lián)系的， 而逆向工程正是順應(yīng)了制造業(yè) 發(fā)展的需求而產(chǎn)生的，利用這 項(xiàng)技術(shù)，商家可以快速搶占商 機(jī)，贏得市場(chǎng)，有效規(guī)避投資 風(fēng)險(xiǎn)?？偠灾?，逆向工程對(duì)工 業(yè)設(shè)計(jì)本身而言只是一項(xiàng)先進(jìn) 的工具手段，僅此而已，和設(shè) 計(jì)師本身的理念、創(chuàng)意并沒(méi)有 太大的關(guān)