1、反求工程技術介紹及其應用舉例1 .反求工程的概念反求工程（逆向工程）是利用對實物測量的數據重新構造實物的計算機模型，然后利用CAD/CAE/CAM1計算機輔助技術進行分析、再設計、數控編程等操作，而后進行加工。反求工程現己發展為CAD/CAW一個相對獨立的范疇。通過實物模型產生CAD真型，可以使產品設計充分利用CAD技術的優勢，并適應智能化、集成化的產品設計制造過程中的信息交換。實施反求工程可以充分發揮先進的測量設備的優越性，使其既可以作為CAD/CAMS統所需要的三維輸入裝置，又可以作為CAD/CAMS統處理后的誤差檢測評估裝置，從而提高工業產品的設計，制造自動化程度，縮短產品的試制開發周期

2、，降低生產成本。將反求工程技術定義為沒有工程圖紙的情況下，對物體的物理模型進行測量，通過對測量信息的分析和處理來反求其CAD真型的過程。在這一意義下，反求工程可以定義為是將實物轉變為CAD模型相關的數字化技術和幾何模型重建技術的總稱。反求工程是綜合性很強的術語，它是以設計方法學為指導，以現代設計理論、方法、技術為基礎，運用各種專業人員的工程設計經驗、知識和創新思維，對己有新產品進行解剖、深化和再創造，是對己有設計的設計，特別強調再創造是反求的靈魂。從工程應用的目的出發，將反求工程的研究領域拓寬到工藝、材料、原理等方面的反求，是廣義上的反求。應該看到反求工程有其獨特的共性技術和內容，還是一門新興

3、的交叉學科分支。現行產品中的各種復雜高新技術，在反求工程中都會遇到如何消化吸收并加以改進和提高。所以對于新興技術的理解、消化和推廣上，反求工程作用十分巨大。現代人們通稱的設計一般均指正向設計。它根據市場需要提出目標和技術要求，使設計意圖變為產品。如何合理利用他人的設計思想，加快自身產品更新換代的能力，是在市場競爭日益激烈的今天站穩腳跟，持續發展的關鍵。實際上，在設計制造領域，任何產品的問世，包括創新、改進和仿制，都蘊含著對已有科學、技術的應用和借鑒改進。可以看出，反求思維在工程中的應用己源遠流長，然而提出這種術語并作為一門學問去研究則出現于年代。反求工程是各國技術進步、發展，尤其是發展中國家迅

4、速改變技術落后狀況，提高綜合設計、決策水平、制造水平，趕超世界先進水平的迅捷之路。戰后日本工業恢復的需要使其首先對反求工程進行了較早的研究，日本提出“第一臺引進，第二臺國產化，第三臺出口”的口號，用了近二十年時間迅速崛起成為世界經濟強國就是一個生動的歷史證明反求工程介紹及其應用舉例2 .反求工程的作用及應用領域反求工程是近年來發展起來的消化、吸收和提高先進技術的一系列分析方法以及應用技術的組合，其主要目的是為了改善技術水平，提高生產率，增強經濟競爭力。世界各國在經濟技術發展中，應用反求工程消化吸收先進技術經驗，給人們有益的啟示。據統計，各國百分之七十以上的技術源于國外，反求工程作為掌握技術的一

5、種手段，可使產品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產率。因此研究反求工程技術，對我國國民經濟的發展和科學技術水平的提高，具有重大的意義。反求工程的應用領域大致可分為以下幾種情況：2.1 在產品仿制中的應用有時，擬合制作的產品沒有原始的設計圖檔，而是由委托單位交付樣品或型，請制作單位復制。傳統的復制方法是用立體雕刻機或三軸仿形銃床以1:1的比例制作模具，再生產產品。這種方法屬于模擬型復制，具缺點是無法建立工件尺寸圖檔，因而也無法用現有的CAD軟件對其進行修改，故已漸為新型的數字化反求工程系統所取代。在這種情況下，在對零件原形進行三維反求的基礎上形成零件的設計圖紙或CAD真型，并以此為依據生

6、成數控加工的NC代碼，加工復制出一個相同的零件。2.2 在新產品設計中的應用隨著工業技術的發展以及經濟的發展，消費者對產品的要求越來越高。為贏得市場競爭，不僅要求產品的功能先進，而且要求外形美觀。而在造型中針對產品外形的美學設計，己不是傳統訓練下的機械工程師所能勝任的。一些具有美工背景的設計師們可利用技術構想創新的美觀外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、粘土模、膠模、工程塑膠模、玻璃纖維模等，然后再以三維測量的方式建立曲面模型。在美學設計特別重要的領域，例如汽車外型設計廣泛采用真實比例的木制或泥塑模型來評估設計的美學效果，而不采用在計算機屏幕上縮小比例的物體投視圖的方法，此時需用反求

7、工程的設計方法。2.3 在舊產品改進中的應用在對舊產品改進時，有時并沒有零件的CAD真型，因此需要利用反求工程技術建立產品的幾何模型，然后再利用傳統的CAD軟件對原設計進行改進。當要設計反求工程介紹及其應用舉例需要通過實驗測試才能定型的工件模型時，通常采用反求工程的方法。比如航天航空領域，為了滿足產品對空氣動力學等要求，首先要求在初始設計模型的基礎上經過各種性能測試如風洞實驗等建立符合要求的產品模型，這類零件一般具有復雜的自由曲面外型，最終的實驗模型將成為設計這類零件及反求其模具的依據。2.4 在RPM(快速原型制造)中的應用快速原型制造又稱RPtfc術，是年代后期興起的一種基于材料累加法的高

8、新制造技術，被認為是近年來制造領域的一次重大突破。RPMg合了機械、CAD數控、激光以及材料科學等各種技術，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接制造零件，用以對產品設計進行快速評估、修改及功能試驗，大大縮短了產品的研制周期。而以RP系統為基礎的快速工裝模具制造和快速精鑄技術等則可實現零件的快速制造。為應用該項技術，首先應該有產品的三維幾何模型。盡管已經出現了許多成功的CAD三維軟件，但運用這些軟件建立一個復雜的零件模型，仍相當費時。有時工程界提供的是實物，需要由實物制造模具或作設計上的改進，因此在中經常利用反求工程技術來建立產品的幾何模型。止匕外，在計算機圖形和

9、動畫、工藝美術和醫療康復工程等領域，也經常需要根據實物快速建立物體的三維幾何模型。另一個重要的應用如修復破損的藝術品或缺乏供應的損壞零件等，此時不需要對整個零件原型進行復制，而是借助反求工程技術抽取零件原形的設計思想，指導新的設計這是由實物反求推理出設計思想的一種漸近過程。因此，反求工程技術在這些領域中也具有重要的應用價值。3 .反求工程的一般步驟反求工程一般可分為四個階段：(1)零件原形的數字化通常采用三坐標測量機(CMM或激光掃描等測量裝置來獲取零件原形表面點的三維坐標值。(2)從測量數據中提取零件原形的幾何特征按測量數據的幾何屬性對其進行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所

10、具有的設計與加工特征。(3)零件原形CAD真型的重建將分割后的三維數據在CA而統中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD真型。(4)重建CAD真型的檢驗與修正采用根據獲得的CADK型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗性能指標的要求，對不滿對不滿足要求者重復以上過程，直至達到零件的設計要求。反求工程介紹及其應用舉例4 .反求工程應用舉例反求工程可用于汽車覆蓋件及其模具的設計和制造。將汽車覆蓋件的實物模型，經過三坐標數據掃描，進行計算機3D幾何模型的重建是整個汽車工業設計與生產過程中最重要的環節之一。根據反求工程所生成的計算機3

11、D模型，才能利用現有的先進的CAD/CA皿術，進行新車型的產品設計、工藝設計、模具設計、模具制造及質量檢驗等后續生產過程。在數據采集方面，隨著激光技術的發展，在掃描中充分運用激光定向性好的特性，采用非接觸式測量方法，如光柵法、全息法、激光三角法等，可以有效地克服機械接觸式測量如三坐標測量儀中探測桿的補償和剛性等因素所引起的系統誤差，使反求工程得到了新的發展。在幾何建模方面，建模過程也就是對采集的數據進行處理的過程。傳統的反求工程方法是將測量的點云數據，經過必要的編輯、多模型自動匹配、偏置、濾波、排序等優化處理，人工或半人工尋找結構特征線，根據結構線及域內點云擬合出各局部的曲面CAM型。不僅效率

12、低，而且3反求工程介紹及其應用舉例幾何模型的精度與曲面的光順之間相互矛盾的關系一直無法解決。Delcam公司經過多年的研究提出局部反求技術的概念，認為反求(反求)工程的基本原則是模型的保型性。所生成的CAD模型與實物的主要部分應該是一致的。如果需要變化模型，一定是局部區域的變化。在此基礎上推出反求工程軟件CopyCAD及相關Power-SHAPEPowerMILL等一系列軟件，該系列軟件可方便快捷地生成STL模型,并通過局部特征添加、調整、工藝補充部分及拉延筋設計等，生成覆蓋件拉延模具的模型。還能自動生成粗加工、半精加工、精加工的數控程序，完成模具的數控加工，從而大大提高了反求工程的處理效率。

13、以長安汽車公司為例，其汽車設計全部是在意大利都靈完成，隨后將汽車及其各個零部件模型運回國內，采用反求工程的方法，生成CAD模型，大大縮短了從設計到生成的周期,飛機逆向造型實現了國外設計一國內制造的結合葉片掃描語生圖車燈曲造型圖發氣缸逆向通型電動工具逆睡型相具布描直型圖近具公仔逆向有盤壓鑄性投效有那5 .展望反求工程的研究已經日益引人注目，在數據處理、曲面片擬合、幾何特征識別、商用專業軟件和坐標測量機的研究開發上已經取得了很大的成績。但是在實際應用當中，整個過程仍需要大量的人機交互工作，操作者的經驗和素質直接影響著產品的質量，自動重建曲面的光順性難以保證，下面一些關鍵技術將是反求工程主要發展方面：(1)