3D打印應用技術與創(chuàng)新 第2版 課件 項目十六 逆向工程中的產品創(chuàng)新設計

項目十六逆向工程中的產品創(chuàng)新設計病人在醫(yī)院打點滴時，往往會因為病痛與疲憊，特別容易瞌睡，如果沒有他人陪護，就又不得不提心吊膽地關注輸液瓶的情況，這樣的感覺又增加了病痛。有時醫(yī)護人員也會因為掛水的病人太多而留心不到每一個吊瓶，常常來不及應對緊急情況導致手忙腳亂，解決這個問題便成為產品創(chuàng)新設計出發(fā)點。輸液報警器采用數(shù)碼電子感應技術，傳感器感應水和空氣的不同介質變化，從而由芯片向報警裝置發(fā)出指令，產生聲光警示信號。采用逆向工程可以對產品的外形和結構進行優(yōu)化處理，進一步進行創(chuàng)新設計。不斷發(fā)展的科學理論和新技術使產品日趨先進和完善，充分利用先進設計理論和科學技術是創(chuàng)新設計中必須要重視的問題。16.1產品模型組織、結構16.2支持創(chuàng)新的逆向建模方法逆向產品設計產品模型組織、結構

目前應用于產品設計逆向工程主要有兩種方式：一是由設計師、美工師事先設計好產品的油泥或木制模型，由坐標測量機將模型的數(shù)據(jù)掃入，再建立計算機模型，如汽車外形覆蓋件；另一種是針對已有的產品實物零件，通常是國內外一些最新的設計產品，這種產品逆向設計方法也就是我們通常所說的仿制。產品模型組織、結構

要進行產品的外觀創(chuàng)新設計，應滿足下面要求：(1)滿足內部結構要求；(2)模型可方便的修改；(3)有支持創(chuàng)新的CAD系統(tǒng)。產品模型組織、結構基于約束的實體造型技術有參數(shù)化造型理論和變量化造型理論兩種，兩種技術的區(qū)別：1）參數(shù)化造型和變量化造型技術的基本區(qū)別在于約束的處理。2）參數(shù)化技術在非全約束時，造型系統(tǒng)不允許執(zhí)行后續(xù)操作；變量化技術由于可適應各種約束狀況，操作者可以先決定所感興趣的形狀，然后再給一些必要的尺寸，尺寸是否注全并不影響后續(xù)操作。3）參數(shù)化技術的工程關系不直接參與約束管理，而是另由單獨的處理器外置處理；在變量化技術中，工程關系可以作為約束直接與幾何方程耦合，最后再通過約束解算器統(tǒng)一解算。產品模型組織、結構4）參數(shù)化技術苛求全約束，每一個方程式必須是顯函數(shù)，即所使用的變量必須在前面的方程式內已經定義過并賦值于某尺寸參數(shù)，其幾何方程的求解只能是順序求解；變量化技術為適應各種約束條件，采用聯(lián)立求解的數(shù)學手段與方程求解順序無關。5）參數(shù)化技術解決的是特定情況(全約束)下的幾何圖形問題，表現(xiàn)形式是尺寸驅動幾何形狀修改；變量化技術解決的是任意約束情況下的產品設計問題，不僅可以做到尺寸驅動(Dimension—Driven)，亦可以實現(xiàn)約束驅動(Constrain—Driven)，即由工程關系來驅動幾何形狀的改變，這對產品結構優(yōu)化是十分有意義的。由此可見，是否要全約束以及以什么形式來施加約束恰恰是兩種技術的分水嶺。產品模型組織、結構兩種技術的不同應用場合：

由于參數(shù)化系統(tǒng)的內在限定是求解特殊情況，因此系統(tǒng)內部必須將所有可能發(fā)生的特殊情況以程序全面描述。參數(shù)化系統(tǒng)特別適用于那些技術已相當穩(wěn)定成熟的零配件行業(yè)。這樣的行業(yè)，零件的形狀改變很少，經常只需采用類比設計，即形狀基本固定，只需改變一些關鍵尺寸就可以得到新的系列化設計結果。再者就是由二維到三維的抄圖式設計，圖紙往往是絕對符合全約束條件的。產品模型組織、結構VGX技術VGX是VariationalGeometryExtended(超變量化幾何)的縮寫，是變量化技術發(fā)展的一個里程碑。它的思想最早體現(xiàn)在I一DEASMasterseries第一版的變量化構圖中，歷經變量化整形、變量化方程、變量化掃掠幾個發(fā)展階段后，引申應用到具有復雜表面的三維變量化特征之中。

1．參數(shù)化、變量化建模方法在CAD造型技術中，實現(xiàn)參數(shù)化設計的方法主要有：編程、交互參數(shù)化、離線參數(shù)化和三維參數(shù)化等。支持創(chuàng)新的逆向建模方法

2．逆向建模的參數(shù)化、變量化實現(xiàn)方法根據(jù)逆向造型的特點和CAD造型實現(xiàn)參數(shù)化的幾種方法，我們可以得出適合于逆向建模的參數(shù)化實現(xiàn)方法，即離線參數(shù)化和三維參數(shù)化。

由于有關特征及約束識別及建模的研究剛開始進行，有關的研究成果還少見報導，其中亟待解決的技術問題如下：支持創(chuàng)新的逆向建模方法

(1)完全約束關系的建立。為實現(xiàn)參數(shù)化需完整地給出特征的約束關系，不僅僅是用尺寸來建立圖形元素約束的位置關系，因為無法通過尺寸標注來確定兩圖形元素相切的關系。盡管變量化方法不需要建立全約束關系，但對產品修改來說，如果產品具有裝配關系，模型的變化就是相互關聯(lián)的，這時零部件之間整體協(xié)同變形的約束關系是必需的。

由于有關特征及約束識別及建模的研究剛開始進行，有關的研究成果還少見報導，其中亟待解決的技術問題如下：支持創(chuàng)新的逆向建模方法