智能制造曲面應(yīng)用領(lǐng)域逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計1.工業(yè)設(shè)計

（1）概述隨著工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，消費者對產(chǎn)品的要求已不僅僅局限在功能上。產(chǎn)品不僅不僅要有優(yōu)良的性能，還要有美觀的外形，就需要工業(yè)設(shè)計。對于工業(yè)設(shè)計的概念，國家工業(yè)設(shè)計協(xié)會理事會做出了如下的定義：“就批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品而言，憑借訓練、技術(shù)知識、經(jīng)驗及視覺感受，而賦予材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、形態(tài)、色彩、表面加工、裝飾以新的品質(zhì)和規(guī)格，叫做工業(yè)設(shè)計。”美觀的外形必然會增加產(chǎn)品外觀的復雜程度，產(chǎn)品的外形往往由復雜的自由曲面構(gòu)成。但是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式下，很難用嚴密、統(tǒng)一的數(shù)學語言來準確描述這些自由曲面。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計（2）曲面的作用及意義在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中，三維CAD，特別是曲面造型技術(shù)的發(fā)展，很好的解決了自由曲面的問題，不僅使工業(yè)設(shè)計的整個周期大大縮減，而且使設(shè)計結(jié)果能夠準確、迅速的體現(xiàn)設(shè)計者的意圖。通常稱指針對工業(yè)設(shè)計的軟件為CAID（即計算機輔助），工業(yè)設(shè)計也可以理解為是CAD中的一種。這類軟件的共同特點是能夠提供工業(yè)設(shè)計師進行概念設(shè)計、創(chuàng)意模建模和真實效果渲染等所需的功能，但缺乏結(jié)構(gòu)建模的能力，不能直接支持制造生產(chǎn)。為了滿足工業(yè)設(shè)計的需要，一些高端CAD軟件都加入了專業(yè)的工業(yè)設(shè)計模塊，這不僅減少了從CAID軟件到CAD軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換造成的數(shù)據(jù)異常丟失，更為種重要的是使整個工業(yè)設(shè)計的流程更為集成和一體化。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中，需要大量的三維CAD建模，特別是曲面建模。工業(yè)設(shè)計的基本知識是CAD建模工程師的必備知識。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計（3）工業(yè)設(shè)計知識1）工業(yè)設(shè)計的原則及內(nèi)容工業(yè)設(shè)計的內(nèi)容有三個基本原則：實用、美觀、經(jīng)濟。實用是指產(chǎn)品具有先進和完善的物質(zhì)功能，即產(chǎn)品的功能設(shè)計應(yīng)該體現(xiàn)科學性和先進性、操作的合理性和使用的可靠性；美觀是指產(chǎn)品造型美，是產(chǎn)品整體體現(xiàn)出來的全部美感的綜合。它主要包括產(chǎn)品的形式美、結(jié)構(gòu)美、工藝美和材質(zhì)美等；經(jīng)濟是指設(shè)計中要遵循價格規(guī)律，努力降低成本。2）工業(yè)設(shè)計研究的內(nèi)容工業(yè)設(shè)計的任務(wù)是使工業(yè)產(chǎn)品的外觀設(shè)計充分體現(xiàn)產(chǎn)品功能的先進性和科學性，使工業(yè)產(chǎn)品具有突出的物質(zhì)功能、人機高度協(xié)調(diào)關(guān)系，又宜人的精神功能，實現(xiàn)技術(shù)和藝術(shù)的緊密結(jié)合，使美學融入工業(yè)設(shè)計中。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計3）工業(yè)設(shè)計的主要步驟工業(yè)設(shè)計的步驟主要包括：調(diào)查、繪制形象草圖、繪制概念草圖、制作真實感渲染圖、評審、確定方案，細化設(shè)計、提交最終的設(shè)計模型。其中確定方案，細化設(shè)計是在評確定評審效果圖的基礎(chǔ)上，進一步進行設(shè)計。對于復雜的產(chǎn)品，為了更真實反映效果圖的表達意圖，往往要制作模型，進一步確認方案的正確性。此階段進行三維建模和結(jié)構(gòu)設(shè)計。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計2.曲面在逆向工程中的應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，逆向工程已成為產(chǎn)品開發(fā)中不可缺少的一環(huán)，其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下幾個方面：1）新產(chǎn)品的設(shè)計在對產(chǎn)品外形的要求比較高，或者其他外形對空氣動力學性能影響較大的情況下，為方便評價其美學效果或進行相關(guān)實驗，設(shè)計人員常利用油泥等材料進行模型制作，然后用逆向工程的方法對定型的產(chǎn)品進行設(shè)計，進而采用數(shù)控技術(shù)對其模具進行制造。如飛機、汽車、摩托車和拖拉機等產(chǎn)品的覆蓋件設(shè)計。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計2）產(chǎn)品的改型設(shè)計為了滿足研究上和快速開發(fā)的需求，許多企業(yè)都會應(yīng)用逆向工程協(xié)助產(chǎn)品開發(fā)研究。利用逆向工程可以直接在已有的國內(nèi)外先進產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)性能分析、優(yōu)化設(shè)計、吸收及改進。這樣極大的縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，有效的占領(lǐng)市場3）已有零件的復制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計意圖再沒有設(shè)計圖或設(shè)計圖不完整的情況下，對零件原型進行測量，形成零件設(shè)計圖，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計意圖。如右圖所示，某型號汽車車燈的逆向設(shè)計。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計4）損壞或磨損零件的還原對于損壞或磨損零件，利用逆向工程的先進技術(shù)，不需要復制整個零件，只對受損部件進行過渡補面。5）數(shù)字化模型的檢測利用逆向工程技術(shù)，可以檢測產(chǎn)品的變形分析、焊接質(zhì)量等，以及進行模型的比較。通用汽車采用光學測量技術(shù)，通過測量數(shù)據(jù)與CAD設(shè)計數(shù)據(jù)的直接比較對其OEM配套產(chǎn)品進行數(shù)字化檢測，評測產(chǎn)品制造精度。6）代替難用基本幾何來表達的產(chǎn)品對于很多產(chǎn)品，例如浮雕，如果只是以正向設(shè)計的手段來重建這些物體的CAD模型，在精度和速度等方面都會異常困難，因