1、逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中的應(yīng)用金俊長江(沈陽航空工業(yè)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)系110034)W摘要表面形態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是當(dāng)今工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一大潮流。形狀獨(dú)特、曲線優(yōu)美的產(chǎn)品也日益成為廣大消費(fèi)者的追求。在此基礎(chǔ)上，在眾多產(chǎn)品設(shè)計(jì)中包含了設(shè)計(jì)師的無限想法大象和創(chuàng)造力，表面造型產(chǎn)品也以親和力，人性化的角度出現(xiàn)在人們面前。在具有表面特征的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，對產(chǎn)品形態(tài)的早期想法、構(gòu)想是對產(chǎn)品本身建模特征的設(shè)計(jì)師感性把握。進(jìn)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)后期，即工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師需要對產(chǎn)品建模特征曲線、表面進(jìn)行理性和定量的分析。逆向工程介入設(shè)計(jì)過程無疑成為產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)者進(jìn)行表面建模的有力武器。逆向工程是現(xiàn)

2、代產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)中最常用的CAID手段之一，是開展工業(yè)設(shè)計(jì)教育的教育單位，也是工業(yè)設(shè)計(jì)探索的科研單位。我一直在教育領(lǐng)域活動(dòng)到生產(chǎn)力的切換領(lǐng)域取得了很好的效果。與永久潤氏貿(mào)易有限公司合作，進(jìn)行了帕薩特、中國、高爾夫轎車用擋泥板設(shè)計(jì)，辛維雅新一代豪華轎車的全面造型設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字CAID、逆向工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、曲面1.工程給產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程帶來了重大變化在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，有很多曲線曲面設(shè)計(jì)，包括移動(dòng)物體的外形，例如汽車、飛機(jī)和船只的造型設(shè)計(jì)。這些交通工具的光滑形狀直接影響運(yùn)動(dòng)性能。因此，提出了曲線曲面的CAD/CAM建模方法，牙齒端也影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。逆向工程是最常用的CAID手段之一。作為新式產(chǎn)品開發(fā)概念，

3、逆向工程技術(shù)綜合了3d測量、高速整形等高級技術(shù)，是在設(shè)計(jì)圖形或設(shè)計(jì)圖形不完整且沒有CAD模型的情況下，根據(jù)現(xiàn)有部件的模型(稱為部件原型)使用多種數(shù)字技術(shù)和CAD技術(shù)重建原型CAD模型的過程。逆向工程是近年來發(fā)展起來的，消化和吸收了一系列先進(jìn)的分析方法和應(yīng)用技術(shù)，其主要目的是提高產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)水平，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)及其產(chǎn)品的市場競爭力。世界各國在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用逆向工程吸收了先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，給了人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%以上的國家技術(shù)來自國外，逆向工程作為掌握技術(shù)的手段，可以將產(chǎn)品開發(fā)周期縮短40%以上，大大提高生產(chǎn)率。因此，研究逆向工程技術(shù)對我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高具有

4、重要意義。逆向工程技術(shù)對整個(gè)產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)具有重要意義。有了牙齒技術(shù)，設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖就會(huì)真實(shí)再現(xiàn)。以轎車的設(shè)計(jì)為例，在產(chǎn)品開發(fā)初期，設(shè)計(jì)師的意圖反映了設(shè)計(jì)師的意圖和理念，直到租賃效果、磁帶、模型制作完成為止。如何將這些概念模型轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品？接下來的事交給逆向工程技術(shù)。使用3坐標(biāo)測量機(jī)作為原件，對設(shè)計(jì)人員的模型進(jìn)行精確數(shù)字掃描，獲得三維輪廓數(shù)據(jù)。通常，可以將大量離散點(diǎn)云與特殊逆向工程軟件相結(jié)合，與曲面重構(gòu)、實(shí)體生成、數(shù)字加工中心一起加工模具，投入生產(chǎn)。如果相同的設(shè)計(jì)過程是針對一些小型產(chǎn)品的，可以通過快速成型機(jī)制作樣品，也可以通過硅模具進(jìn)行少量批量生產(chǎn)，可以快速將產(chǎn)品投入市場，從而驗(yàn)證市場，為商家搶占機(jī)

5、會(huì)，還可以節(jié)省很多寶貴的時(shí)間，有效地降低風(fēng)險(xiǎn)?？梢?，在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)過程中，逆向工程已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中不可或缺的強(qiáng)大手段。2.工程在設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)中的應(yīng)用沈陽是全國著名的裝備制造業(yè)基地，放眼全國，制造業(yè)競爭激烈殘酷。南方的部分地區(qū)在改革開放后成為制造業(yè)的另一個(gè)終生進(jìn)軍是由于采用了大量的高科技和設(shè)備。對于產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)，CAD/CAM技術(shù)的使用無疑是設(shè)計(jì)向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的紐帶。沈陽航空工業(yè)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)系是我國東北地區(qū)較早開設(shè)的工業(yè)設(shè)計(jì)系之一，借著我們學(xué)院以公共為主的優(yōu)勢，在正規(guī)教育之外，還對將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯唐返募夹g(shù)研究進(jìn)行了有益的嘗試。(威廉莎士比亞，美國電視電視劇，美國電視電視劇)以我系與遼寧省永久潤氏貿(mào)易有

6、限公司合作開發(fā)轎車用擋泥板為例，這是以逆向工程為主要設(shè)計(jì)開發(fā)手段的典型產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程(見圖)。首先，在設(shè)計(jì)輸入階段，顧客首先確定想開發(fā)擋泥板的車型(例如以帕薩特車型為例)，設(shè)計(jì)者在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上確定了牙齒車型的造型要素，即圓而飽滿的車身輪廓，車身造型中曲線表面很多，但不失堅(jiān)固。不久設(shè)計(jì)草圖和方案得到了客戶的批準(zhǔn)，接著在實(shí)際車上直接制作了統(tǒng)一的油土模型造型。牙齒中間省略了尺寸線圖的制作階段。擋泥板形狀復(fù)雜，表面多，難以用圖紙表達(dá)，由于工作環(huán)境的限制(車身下)，尺寸畫或磁帶畫看起來毫無意義。效果圖表明，在實(shí)差條件下，擋泥板的距離高度、寬度確定，造型也得到了客戶的認(rèn)可，下一步進(jìn)入后期的逆向工程階段。

7、(威廉莎士比亞、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程)通過激光測量儀，油泥模型中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為離散點(diǎn)云形式的三維數(shù)據(jù)，通常由數(shù)萬個(gè)空間點(diǎn)組成，將牙齒數(shù)據(jù)導(dǎo)入I-DEAS、Surfacer和UG等逆向工程軟件，重建表面。一般步驟如下：導(dǎo)入點(diǎn)云以消除噪波。提取用于創(chuàng)建曲線的特征點(diǎn)云。使用完成購買的多條曲線構(gòu)成表面。表面物體通過特定的過程構(gòu)建成實(shí)體。對牙齒實(shí)體執(zhí)行其他相應(yīng)操作，如加固板塊、安裝孔打開等。當(dāng)然，這只是大致的步驟，表面重建是一項(xiàng)艱苦的工作。點(diǎn)，線，面構(gòu)成的質(zhì)量好壞，實(shí)體建設(shè)的好壞，以及快速成型的成敗直接相關(guān)。構(gòu)建實(shí)體CAD模型后，可以快速整形、試點(diǎn)

8、生產(chǎn)、裝配到實(shí)際車輛上以執(zhí)行驗(yàn)證。如果不滿足設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)修改CAD數(shù)字模型，直到滿足要求?？焖僬魏万?yàn)證后，完成后可進(jìn)行數(shù)控模具加工。這樣宣布擋泥板的設(shè)計(jì)完成了。同樣的逆向工程過程也用于我們系和symbily yabus公司的新型豪華巴士設(shè)計(jì)。這些造型包括車前臉、前車燈燈罩、兩側(cè)車身、保險(xiǎn)杠等。這些元件都是玻璃鋼零件。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，筆者參與了1: 5和1:1比例的泥漿模型的制作，甚至參與了后期的逆向工程。在牙齒期間，我深切感受到模型對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要性。可以說是設(shè)計(jì)師的主意。思想都是由模型完全體現(xiàn)出來的。實(shí)心模型形狀的起伏，轉(zhuǎn)折點(diǎn)是全方位的感覺。在每個(gè)事件中，不僅可以進(jìn)行觀察評價(jià)，而且他的

9、形體是真實(shí)的，可以觸摸到的。因此，要想做好后期表面重建，對模型本身的造型有更深的理解，才能忠實(shí)地再現(xiàn)設(shè)計(jì)師的想法。使用ATOS照片掃描系統(tǒng)測量均勻的車身模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，也重建了曲面。在牙齒后的玻璃鋼車身加工過程中，有尺寸參考的依據(jù)。公共汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者可以從三維曲面車身截取任意剖面線，制作裝配圖，指導(dǎo)生產(chǎn)。在曲面重建過程中，我們采用了用于處理大型點(diǎn)云的專用軟件Surfacer。牙齒軟件的優(yōu)點(diǎn)是，可以將整個(gè)點(diǎn)云看作一個(gè)對象，計(jì)算過程大大加快。點(diǎn)云的方便有效的功能大大加快了建模進(jìn)度。由于牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)的楊怡很多，因此根據(jù)原車建模，將它們分為燈罩、緩沖器、正面、側(cè)面車身等幾個(gè)部分進(jìn)行制作。工廠必須預(yù)先

10、提供每個(gè)零件之間的裝配關(guān)系和相應(yīng)的必需尺寸。這些固定尺寸不能輕易更改，必須嚴(yán)格遵循建模。逆向建模工作是一項(xiàng)耗時(shí)的工作。和前面介紹的方法一樣，在占卜上站著，面子上的每一步都要耐心調(diào)整。這種工程首次涉及，不是一下子就完成的。經(jīng)過與工廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的多次調(diào)整，最終可以通過。工程對產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)的廣泛影響作為教育單位，除了教學(xué)以外，把理論與實(shí)踐相結(jié)合，把設(shè)計(jì)投入生產(chǎn)，是所有工業(yè)設(shè)計(jì)教育者的心。我們系除了教授外(大部分是假期完成的)，還多次與制造商合作開發(fā)新產(chǎn)品，將學(xué)院的科研優(yōu)勢付諸實(shí)踐，同時(shí)提高了自己的設(shè)計(jì)、科研水平，提高了教學(xué)質(zhì)量。產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)的活動(dòng)與商業(yè)化、制造、市場密切相關(guān)，逆向工程是順應(yīng)制造業(yè)發(fā)展的需要而發(fā)生的，利用牙齒技術(shù)，商家可以迅速搶占機(jī)會(huì)，戰(zhàn)勝市場，有效規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)。總之，逆向工程對于工業(yè)設(shè)計(jì)本身來說只是先進(jìn)的工具手段，與設(shè)計(jì)師本身的理念、創(chuàng)意