4.3正向工程与逆向工程
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逆向工程(Reverse Engineering)指将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称,是将已有产品或者实物模型转换为工程设计模型和概念模型,并在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再制造的过程。
产品实物的逆向设计过程首先通过对实物或者模型的测量扫描以获得实物或模型的数据信息,然后采用先进的CAD软件对所得数据进行前期处理,之后根据不同的产品和实物具体要求快速、准确地建立实体几何模型。
在工程分析地基础上进行快速原型制造、数控加工生产制造或计算机辅助分析等工作,实现从产品或模型-设计-产品的整个生产流程。
1 逆向工程中应用的曲面重构技术逆向工程有两个主要的研究内容:一是实物模型表面数据获取技术;二是曲面重构技术。
数据获取和整合技术的发展为处理复杂物理模型提供了可能。
曲面重构技术就是根据测量获取的点云数据来恢复原始曲面的几何模型,是逆向工程中的最重要的一步,也是逆向工程中CAD建模的关键技术之一。
曲面重构是逆向工程中的重点研究内容。
根据实物外形的数字化信息,可以将测量得到的数据点分成两类:有序点和无序点(散乱点),由不同的数据类型,形成了不同的模型重建技术。
目前较成熟的方法是通过重构外形曲面来实现实物重建。
常用的曲面模型有Bezier,B-Spline,NURBS和三角Beizer曲面。
在逆向工程的CAD建模中,曲面重构是最为重要和关键的一步。
重构曲面的品质和精度直接影响最终产品CAD模型的优劣。
通过处理测量数据,建立产品表面模型或实体模型的方法有很多,根据不同的应用对象和应用范围有不同的处理手段。
按曲面模型的表达形式分类,逆向工程中的曲面重构方法大致可分为”21:以B样条或NURBS曲面为基础的四边域曲面重构方法和以三角Bezier曲面为基础的三边域曲面重构方法。
基于B样条或NURBS曲面的四边域曲面重构方法适用于汽车、飞机、轮船等的曲面零件。
在目前的CAD/CAM系统中,大多采用B样条和NURBS曲面作为其内部统一的几何表达形式。
正向工程与反向工程随着计算机辅助几何设计的理论和技术的发展和应用,以及CAD / CAE / CAM 集成系统的开发和商业化,产品实物或模型首先通过扫描测量以及各种先进的数据处理手段获得产品的几何信息,然后充分利用CAD / CAM 技术快速、准确地建立产品的数学几何模型,经过适当的工程分析、结构设计和CAM 编程,就可数控加工出产品模具,最后制成产品,实现从产品(样件)-一再设计― 产品(批量)的过程。
这种实物测量反求技术始于用油泥模型(通常称为主模型)设计汽车、摩托车外形,并借助仿形技术完成零部件的设计制造;现已广泛应用于产品改型、模具翻制等生产活动中;特别是对于具有复杂曲面外形的产品,以类似的方法进行设计,可以大大地缩短产品的开发周期,提高产品与样件的几何相似度,是消化、吸收先进技术进而改造和开发各种新产品的重要手段,它已成为反向工程的主要内容。
反向工程(Reverse Engineering , RE )也称逆向工程或反求工程,是相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程(Forward Engineering , FE )而提出的。
正向工程是泛指按常规的从概念(草图)设计到具体模型设计再到成品的生产制造过程。
反向工程常指从现有模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念模型和工程设计模型,如利用三坐标测最机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散数据转化成NC 程序进行数控加工而获取成品的过程,是对已有产品的再设计、再创造的过程。
作为获取成品的两种不同途径,正向工程和反向工程的设计流程如图7 一1 所示。
正向工程与反向工程的本质区别在于对“设计从哪里开始”这一问题的回答。
在正向工程中,设计是从为了实现某一功能的概念开始的,这时,设计者首先要对产品进行功能分析,在满足功能要求的前提下选择合适的结构组合成一个产品雏形,再根据各种约束条件(几何约束、整体协调性、人机工程、美学要求等等)来修正这一雏形,直到产品定型为止,其难点或关键在于对所设计产品的使用要求(功能)要了如指掌,并能找到合理的物化过程和物化结构。
逆向工程技术§1 逆向工程概述(1)逆向工程问题的提出①由于零件形状十分复杂,很难准确地在CAD软件上设计出实体模型②通过手绘或手工捏塑来设计产品,其原型很难完全在CAD软件中现③在没有图样和参数情况下,用传统方法仿制产品困难也不够准确④计算机模型比实体模型缺少“真实感”和可“触摸性”⑤市场上的许多三维CAD软件可能对某些产品造型设计而言,并不十分适用⑥计算机模型本身也需要检验(2)定义正向设计是由未知到已知,由想象到现实的过程而逆向工程是已有设计的设计。
下面给出逆向工程的定义。
①广义定义:在已知某种产品的有关信息(包括硬件、软件、照片、广告、情报等)的条件下,以方法学为指导,以现代设计理论、方法、技术为基础,运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维,回溯这些信息的科学依据,即寻求这些信息的先进性、积极性、合理性、改进的可能性等,达到充分消化和吸收,然后在此基础上改进、挖潜进行再创造。
②狭义定义:根据实物模型的坐标测量数据,构造实物的数字化模型(CAD模型),使得能利用CAD/CAM、RPM、PDM及CIMS等先进技术对其进行处理或管理,主要指几何形状的反求。
(3)逆向工程所需软硬件①测量设备,如接触式三坐标测量仪、非触式三坐标测量仪和工业CT测量机。
②逆向设计软件,包括逆向工程软件(Imageware、Raindrop、Copy CAD 等)以及CAD/CAM 系统类似模块(UG—Unigrahics、ProE—Pro/SCAM等)。
(4)逆向工程流程逆向工程流程图如图:§2 逆向工程关键技术(1)数字化测量数字化测量是逆向工程的基础,在此基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。
数据的测量质量直接影响最终模型的质量。
①数字化测量分类数字化测量的可以分为接触式与非接触式,其根据不同原理,还可以继续进行分类。
数字化测量的分类如下图所示:②测量方法的比较对于接触式测量,其优点有:●接触式探头发展已有几十年,其机械结构和电子系统已相当成熟,故有较高的准确性和可靠性。
逆向工程的名词解释
逆向工程(又称逆向技术)是一种产品设计技术再现过程,即对一项目标产品进行逆向分析及研究,从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素,以制作出功能相近,但又不完全一样的产品。
逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析,其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下,直接从成品分析,推导出产品的设计原理。
逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害,但在实际应用上,反而可能会保护知识产权所有者。
例如在集成电路领域,如果怀疑某公司侵犯知识产权,可以用逆向工程技术来寻找证据。
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