逆向工程與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計
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0 引言
逆向工程技術(shù)(Reverse Engineering，RE)，也稱逆向工程，是在沒有產(chǎn)品原始圖紙、文檔的情況下，對產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行測量和工程分析，經(jīng)CAD／CAM／CAE軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、重構(gòu)幾何模型，并生成數(shù)控程序，由數(shù)控機(jī)床重新加工復(fù)制出產(chǎn)品的過程。它有別于傳統(tǒng)的由圖紙制造產(chǎn)品的順向思維模式，這項新技術(shù)一經(jīng)問世，立即受到了各國和學(xué)術(shù)界的高度重視。
隨著逆向工程技術(shù)的不斷發(fā)展，逆向工程已經(jīng)成為聯(lián)系新產(chǎn)品開發(fā)過程中各種先進(jìn)技術(shù)的紐帶，被廣泛應(yīng)用于家用電器、汽車、摩托車、飛機(jī)、模具等產(chǎn)品的改型與創(chuàng)新設(shè)計，成為消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。特別是隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)及測試技術(shù)的發(fā)展，利用CAD／CAM技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)物的逆向工程，已經(jīng)不局限于產(chǎn)品的仿制，已拓展到醫(yī)學(xué)界人體的骨頭、關(guān)節(jié)等復(fù)制，藝術(shù)界、考古界藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制，并且該技術(shù)已與計算機(jī)輔助集成技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、知識工程等現(xiàn)代現(xiàn)代設(shè)計、制造與控制技術(shù)溶于一體，形成當(dāng)今的前沿科技。
1 逆向工程的應(yīng)用范圍
1.1 新零件的設(shè)計
在工業(yè)領(lǐng)域中，有些復(fù)雜產(chǎn)品或零件很難用一個確定的設(shè)計概念來表達(dá)，或?yàn)閞與客戶交流，以獲得優(yōu)化的設(shè)計，設(shè)計者常常通過創(chuàng)建基于功能和分析需要的一個物理模型，來進(jìn)行復(fù)雜或重要零部件的設(shè)計，然后用逆向工程方法從物理模型構(gòu)造出CAD模型，在該模型的基礎(chǔ)卜可以作進(jìn)一步的修改，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的改型或仿型設(shè)計。
1.2 已有零件的復(fù)制
在缺乏二維設(shè)計圖樣或者原始設(shè)計參數(shù)情況下，需要將實(shí)物零件轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品數(shù)字化模型，從而通過逆向工程方法對零件進(jìn)行復(fù)制，以再現(xiàn)原產(chǎn)品或零件的設(shè)計意圖。并可利用現(xiàn)有的計算機(jī)輔助分析(CAEl、計算機(jī)輔助制造(CAM)等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。
1.3 損壞或磨損零件的還原
當(dāng)零件損壞或磨損時，可以直接采用逆向工程方法重構(gòu)該零件CAD模型，對損壞的零件表面進(jìn)行還原或修補(bǔ)。從而可以快速生產(chǎn)這些零部件的替代零件，從而提高設(shè)備的利用率并延長其使用壽命。
1.4 模型精度的提高
設(shè)計者基于功能和美學(xué)的需要對產(chǎn)品進(jìn)行概念化沒計，然后使用一些軟材料，例如木材、石膏等將設(shè)計模型制作成實(shí)物模型，在這個過程中，由于對初始模型改動得非常大，沒有必要花大量的時間使物理模型的精度非常高，可以采用逆向工程的方法進(jìn)行模型制作、修改和精練，提高模型的精度，直到滿足各種要求。
1，5 數(shù)字化模型的檢測
對加工后的零件進(jìn)行掃描測量，再利用逆向工程方法構(gòu)造出CAD模型，通過將該模型與原始設(shè)計的CAD模型在計算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，可以檢測制造誤差，提高檢測精度。
1.6 特殊領(lǐng)域產(chǎn)品的復(fù)制
如藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中人體骨骼、關(guān)節(jié)等的復(fù)制，具有個人特征的太空服、頭盔、假肢的制造時需要首先建立人體的幾何模型，這些情況下都必須從實(shí)物模型出發(fā)得到產(chǎn)品數(shù)字化模型。
2 逆向工程是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計的重要途徑
在經(jīng)濟(jì)全球化的壓力下，國家、企業(yè)面臨的競爭日趨激烈，市場競爭機(jī)制已滲透到各個領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，科技成果的應(yīng)用已成為推動生產(chǎn)力發(fā)展和社會進(jìn)步的重要手段。如何更快、更好地發(fā)展科技和經(jīng)濟(jì)，世界各國都在研究對策，充分利用別國的科技成就加以消化吸收與創(chuàng)新，進(jìn)而發(fā)展自己的技術(shù)已成為普遍的手段。
由于技術(shù)保密，除非購買轉(zhuǎn)讓，否則要獲得產(chǎn)品的圖樣、技術(shù)文檔、工藝等技術(shù)資料幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的，而產(chǎn)品實(shí)物作為商品和最終的消費(fèi)品，是最容易獲得的一類“研究”對象。在只有產(chǎn)品原型或?qū)嵨锬Ｐ蜅l件下，可以基于產(chǎn)品實(shí)物逆向工程對產(chǎn)品零件進(jìn)行生產(chǎn)制造，除實(shí)現(xiàn)對原型的仿制外，通過重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD模型，在探詢和了解原設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對原型的修改和再設(shè)計，以達(dá)到設(shè)計創(chuàng)新、產(chǎn)品更新之目的。對于其他具有復(fù)雜曲面外形的零部件，逆向工程更成為其主要的設(shè)計方式。
事實(shí)證明，技術(shù)引進(jìn)是吸收國外先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)民族經(jīng)濟(jì)高速度增長的戰(zhàn)略措施，戰(zhàn)后日本通過仿制美國及歐洲的產(chǎn)品，在采取各種手段獲取先進(jìn)的技術(shù)和引進(jìn)技術(shù)的消化和吸收的基礎(chǔ)上，建立了自己的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計體系，使經(jīng)濟(jì)迅速崛起，成為僅次于美國的制造大國。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明，各國百分之七十以上的技術(shù)都是來自外國，要掌握這些技術(shù)，正常的途徑都是通過逆向工程。實(shí)際上任何產(chǎn)品問世，不管是創(chuàng)新、改進(jìn)還是仿制，都蘊(yùn)涵著對已有科學(xué)、技術(shù)的繼承、應(yīng)用和借鑒。
3 結(jié)束語
目前，我國企業(yè)對于技術(shù)引進(jìn)基礎(chǔ)上的逆向工程重視還不夠，多數(shù)企業(yè)把技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)僅僅看作是提高產(chǎn)品技術(shù)含量或者增加產(chǎn)品種類的方式，而沒有考慮到技術(shù)引進(jìn)與逆向工程的結(jié)合對企業(yè)技術(shù)水平的提升，沒有從更高的戰(zhàn)略角度來考慮技術(shù)引進(jìn)問題。
逆向工程是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的重要途徑，實(shí)物原型的再現(xiàn)僅僅是逆向工程的初步階段，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的基干原型的再設(shè)計、再分析、再提高，從而實(shí)現(xiàn)重大改型的創(chuàng)新設(shè)計，才是逆向工程的真正價值和意義所在。