逆向工程范文

逆向工程范文（精选12篇）

逆向工程 第1篇

逆向工程的产生背景之一:对于我国引进的产品, 进行深入研究、消化、吸收, 探索引进产品中的关键技术, 在此基础上改进、创新、开发出符合我国国情的先进产品, 形成自己的技术体系。

逆向工程的产生背景之二: (1) 在消费者高质量的要求下, 功能上的需求已不再是赢得市场的唯一条件。 (2) 产品不仅要具有先进的功能, 还要有流畅、富有个性的产品外观, 以吸引消费者的注意。 (3) 流畅、富有个性的产品外观要求必然会使得产品外观由复杂的自由曲面组成。 (4) 正向CAD设计难以实现。

顾名思义, 逆向工程就是反其道而行之, 基于已有的实物或模型, 利用数字化接触式测量设备 (CMM) 或非接触式测量设备获取被测物表面三维数据, 经过相关软件进行曲面重构建立三维数模, 再由模具CAD/CAE/CAM处理生成数控加工指令传至CNC上加工出模具或将三维产品数模直接送至快速成型机制作出产品样件, 最终完成产品快速开发的整个过程。

2 逆向工程应用的不同层次

2.1 产品逆向产品

利用逆向工程对产品进行仿制, 这种需求可能发生于原始设计图文件遗失、部分零件重新设计或是委托厂商交付一件样品或产品, 如木鞋模、高尔夫球头等, 请制造厂商复制出来, 这个过程已成为我国沿海地区许多家用电器、玩具、摩托车、仪表板等企业的产品开发及生产模式, 这是逆向工程的初级应用。

2.2 产品逆向+改进设计产品

这是一个基于逆向工程的典型设计过程:利用逆向工程技术, 直接在已有的国内外先进的产品基础上, 进行结构性能分析、设计模型重构、再设计优化与制造, 吸收并改进国内外先进的产品和技术, 极大地缩短了产品开发周期, 有效地占领了市场。这一般适用于复杂外形或外形要求较高的产品, 是逆向工程的中级应用。

2.3 创意模型 (零件) 逆向+设计产品

在飞机、汽车和模具等行业的设计和制造过程中, 产品通常由复杂的自由曲面拼接而成, 在此情况下, 设计者通常先设计出概念图, 再以油泥、粘土模型或木模代替3D-CAD设计, 并用测量设备测量外形, 建构CAD模型, 在此基础上进行设计, 最终制造出产品, 这是逆向工程的高级应用。

逆向工程在新产品开发、创新设计上具有相当高的应用价值。

3 逆向工程在汽车工业领域的应用

3.1 汽车仪表板开发流程实例

3.2汽车车身开发流程实例

为方便评价其美学效果, 设计师广泛利用油泥、粘土或木头等材料进行快速且大量的模型制作, 将所要表达的意象以实体的方式呈现出来。此时, 如何根据造型师制作出来的模型, 快速建立三维CAD模型, 就必须引入逆向工程的技术。

4 逆向工程在医学领域的应用

4.1 应用于颅骨修补

4.2 用于牙齿矫正及假牙设计

对牙齿进行扫描可以协助牙科医师来进行牙齿矫正、假牙设计, 扫瞄的牙齿模型更可进行模拟与测量, 以作为临床试验之用。

5 逆向工程主要设备与软件

5.1 ATOS光学三维扫描仪

ATOS系统是德国GOM公司的产品, 该系统包括系统主机、ATOS扫描头和TRITOP数码相机。

5.2 逆向工程软件及其选型

逆向工程毕业设计总结 第2篇

题目名称：风扇叶片的非接触测量和三维建模研究

年 级：2004级 ■本科 □专科 学生学号：20045659 学生姓名：都方军 指导教师：乐莉 学生单位：制造科学与工程学院 技术职称：副教授 学生专业：机械0408 教师单位：制造学院

西 南 科 技 大 学 教 务 处 制 风扇叶片的非接触测量和三维建模研究

摘要： 随着计算机技术的迅速发展，计算机三维造型技术特别是逆向工程技术在工业 上已经得到了广泛的应用。为了解决风扇叶片难以精确测量的问题，本文研究了风扇叶 片外形的逆向工程造型方法，并对逆向工程概念、方法进行系统的阐述。通过光学扫描 仪的非接触测量获取风扇叶片表面的云状数据,并利用imageware和geomagic软件对测 量数据进行处理,且基于nurbs曲面重构理论进行叶片造型表面重构,最终实现了风扇的 曲面重构，产生风扇的三维模型及二维图。与传统的正向设计方法相比,该方法提高了 工作效率,缩短了新产品的开发周期。

关键词：逆向工程； 非接触测量； 点云； 建模

fan blade non-contact measurement and 3d modeling geomagic, the measurement data is processed and nurbs surface reconstruction based on the theory blade shape surface reconstruction, the ultimate realization of a fan surface reconstruction, being designed with the traditional method, the method improves the working efficiency, shorten the development cycle of new products.key words: reverse engineering;non-contact measurement;point cloud;modeling 目录

第1章 绪论.............................................................1 1.1 引言............................................................1 1.2 课题提出的背景及意义............................................1 1.21逆向工程在国内外研究状况....................................1 1.22逆向工程的原理及特点........................................2 1.23逆向工程的流程及应用领域....................................3 1.24课题的目的及意义............................................5 1.3 研究内容........................................................5 第2章 逆向工程软硬件设备及过程.........................................5 2.1 扫描设备........................................................5 2.2 点云处理软件....................................................8 2.3 曲面处理软件....................................................8 2.4 实体建模软件...................................................10 2.5 实体三维数据的扫描.............................................12 2.6 点云处理.......................................................13 2.7 曲面重构.......................................................14 2.8 实体建模.......................................................19 2.9 后续加工处理...................................................20 第3章 建立风扇叶片数模的具体步骤......................................22 3.1 风扇叶片逆向开发的流程.........................................22 3.2 模型分析.......................................................22 3.3 扫描...........................................................22 3.4 点云数据处理...................................................34 3.4.1 清除噪点....................................................343.4.2 手动注册...................................................35 3.4.3 全局注册...................................................36 3.4.4 合并.......................................................36 3.4.5 补洞.......................................................37 3.4.6 边界优化...................................................37 3.4.7 简化数据及保存.............................................37 3.5 曲面造型.......................................................38 3.5.1 对齐点云...................................................39 3.5.2 建立圆柱面.................................................40 3.5.3 建立球面...................................................40 3.5.4 建立球底面.................................................40 3.5.5 偏移球面及上下底面.........................................41 3.5.6 剪切中间凹槽及洞...........................................41 3.5.7 建立小圆柱及洞.............................................42 3.5.8 提取一个叶片及建立曲面.....................................42 3.5.9 偏移扇叶曲面并倒角.........................................43 3.5.10 建立另外2个叶片面........................................43 3.5.11 数据转化导出通用格式......................................44 3.6 实体造型.......................................................44 3.6.1 数据导入...................................................45 3.6.2 曲面缝合及模型实体化.......................................46 3.6.3 产生风扇叶片的二维图.......................................46 结论....................................................................48 参考文献................................................................53 致谢....................................................................54篇二：逆向工程毕业设计开题报告 毕业论文开题报告

题 目 某典型零件的逆向工程与注塑模设计

学生姓名学号 所在院(系)专业班级 指导教师

2013 年 3月 5 日篇三：逆向工程的毕业设计 目录 毕业设计.......................................................................................................错误！未定义书签。0 摘要...........................................................................................................................................1 1 逆向工程..................................................................................................................................2 1.1 定义..........................................................................................................................................2 1.2 逆向工程的研究与发展.........................................................................................................3 1.3 逆向工程系统..........................................................................................................................4 1.4 逆向工程的关键技术..............................................................................................................4 1.5 逆向工程与正向工程的区别.................................................................................................6 1.6 逆向工程的应用......................................................................................................................7 2 maxscan激光扫描仪................................................................................................................8 3 geomagic studio.....................................................................................................................10 4 imageware...............................................................................................................................13 5 其它.........................................................................................................................................14 6 后记.........................................................................................................................................14 0 摘要

随着中国加入wto，经济迅速发展，改革开放不断深入，工业发展越来越快，就要求我们能够快速制造，提高生产力，从而降低成本，基于maxscan逆向工程就是在这个大背景下迅速发展起来的，它是通过扫描小物体，获取点云数据，再通过一些软件处理，得到我们想要的东西。

逆向工程，也有称逆向技术，是通过对某种产品的结构、功能、运作进行分析、分解、研究后，制作出功能相近，但又不完全一样的产品过程。逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害，但是在实际应用上，反而可能会保护知识产权所有者。例如在积体电路领域，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。1逆向工程

1.1 定义 逆向工程（又名反向工程，reverse engineering-re）是对产品设计过程的一种 描述。在2007年初，我国相关的法律为逆向工程正名，承认了逆向技术用于学习研究的合法性。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从设计到产品的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后在详细设计阶段完成各类数据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整个设计研发周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个从产品到设计的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据（包括各类设计图或数据模型）的过程。从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。比如早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。随着计算机技术在各个领域的广泛应用，特别是软件开发技术的迅猛发展，基于某个软件，以反汇编阅读源码的方式去推断其数据结构、体系结构和程序设计信息成为软件逆向工程技术关注的主要对象。软件逆向技术的目的是用来研究和学习先进的技术，特别是当手里没有合适的文档资料，而你又很需要实现某个软件的功能的时候。也正因为这样，很多软件为了垄断技术，在软件安装之前，要求用户同意不去逆向研究。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。软件的逆向工程可以用多种方法实现，主要的三类软件逆向工程是：通过观察信 息交换进行分析。主要流行于对协议做逆向工程，它使用总线分析器和数据包嗅探器，例如，为了访问一个总线连接或一个计算机网络连接并揭示其上的通信数据就可以使用这种方法。通过分析总线或网络的活动，做出一个独立的实现用以模拟那些活动。此法对设备驱动的逆向工程特别有用。在进行嵌入式系统的逆向工程时，厂商特意引进的工具有时能产生极大的促进作用，例如jtag端口或其他的调试法。在microsoft windows中，底层的调试器很受欢迎，例如softice。使用反汇编器进行反汇编。仅借助机器码助记符读取和理解已经被编译成原始机器码的程序。此法对任何计算机程序都有效，但是相当耗时，特别是对于不熟悉机器码的人。interactive disassembler是一个很受欢迎的反汇编工具。使用反编译器进行反编译。对只有机器码或字节码形式的程序，重建高级语言形式的源代码。这种方法得到的源代码结果不是唯一的。

1.2 逆向工程的研究与发展1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向工程的硬件最早是运用仿制加工设备，制作出来的成品品质粗糙。后来有接触式扫瞄设备，运用探针接触工件取得产品外型。再来进一步开发非接触式设备，运用照相或激光技术，计算光线反射回来的时间取得距离。

逆向工程软件部分品牌包括surfacer(imageware)、icem、copycad、rapid form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用catia等cad/cam高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。逆向工程在台湾的发展轨迹持续在进行，工研院曾写过一套逆向工程软件，学术界不少研究团队也将逆向工程领域作为研究主题，开发出具不同功能的系统软件，但是最后这些软件都没有真正落实到产业界应用。工研院的团队后来也结束逆向工程研究，转而开发其它主题。原有的研发成果后继无人，殊为可惜。1998年，newpower启动了逆向工程的一些项目，要求是把客户的现有源代码转变成设计，如果需要的话，进一步转化成产品需求规约。这恰恰与类似于v模型的标准开发过程模型相逆。这样一来，客户就可以容易地维护他们的产品（需求，设计，源代码等等），而不需要想以前那样，每次改动产品都需要直接修改源代码。

是指从实物上采集大量的三维坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的先进技术。逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。仿形加工就是一种典型的逆向工程应用。目前，逆向工程，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。通俗说，从某种意义上说，逆向工程就是仿造。这里的前提是默认我们传统的设计制造为“正向工程（当然，没有这种说法）”。

软件的逆向工程是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程，逆向工程是设计的恢复过程。逆向工程工具可以从已存在的程序中抽取数据结构、体系结构和程序设计信息。

1.3 逆向工程系统 目前研究或应用中的系统可分以下几类：

(1)针对具体应用开发的系统开发了一种针对机械零件识别的逆向工程系统，此系统只能识别由平面组成的零件。开发了基于微机的逆向工程系统主要用于仿制空军部门淘汰的零件。(2)专用曲面拟合软件系统曲面拟合是逆向工程的关键过程，开发了拟合3d激光扫描数据的软件包，数据点被交互的划分区域，拟合曲面输入通用cad系统进行相交、延伸、过渡、建立完整的cad模型。此系统只处理标准的二次曲面。

(3)与商用cad系统的结合有些系统直接把数字化系统与商用cad系统结合，kwok开发的系统将cmm与autocad结合起来，每测一个点的坐标，自动转化为iges格式，系统具有实时可视化功能。

(4)测量与拟合的集成

以上系统中数字化与曲面拟合是两个分离的过程，为了提高测量精度，用拟合结果指导测量，减少测量数据，出现了测量与拟合的集成系统。liang-chia提出的集成系统，首先由用户交互地划分测量边界，每个面片的测量中实时进行b2样条曲面拟合，用拟合结果进行下一个测量点的位置预测，用实测值与预测值的误差控制测量精度和拟合精度。(5)与快速原形制造的结合

缩短产品制造的周期是逆向工程的目的之一，近年来出现了数字化系统直接用子制造的逆向工程与快速制造的集成系统，jones c开发了由激光扫描结果产生螺旋线数控加工路径的系统。

1.4 逆向工程的关键技术

当前使用的逆向工程系统存在以下不足之处：

(1)大多数系统是针对具体的应用而开发，数据处理往往针对特定的测量设备、测量对象，通用性差。

(2)曲面拟合系统大多是对于代数二次曲面，对自由曲面，特别是由大数据量散乱点拟合自由曲面，系统一般没有此功能

(3)数据区域分割往往要交互操作，降低了cad建模的速度，自动化程度低；(4)系统集成化程度低，有些系统只侧重与曲面的拟合，有些系统只侧重于与特定制造技术的结合，系统只包含简单几何数据，不符合现代设计制造的并行思想。几何建模是逆向工程的关键环节，同时也是影响逆向工程速度的瓶颈问题，因此，提高逆向工程几何建模的自动化程度和通用性是目前逆向工程研究的一个重点方向。作者提出了一种逆向工程几何建模自动化系统，具有体现设计意图的特征建模的特点，数据点的组织方式不限，输出的b-rep模型与现有商用cad系统完全兼容。系统的关键技术在于特征的自动提取、组合自由曲面的光滑连接。

提高系统的集成性，有些情况cad 模型并不是必需的，或者为了最快的制造产品，需要数字化系统与cmm 的直接结合；另外，有些产品(例如注塑模、注塑件的设计)需要多次进行cae 分析，由数据点直接产生cae 模型，可极大地提高产品的设计、分析过程，在上一节已有一些集成系统的应用实例，大多是根据具体情况的部分集成，邢渊提出了完整的逆向工程集成系统框架，具有cad、cae、cam 多个数据接口，采用了面向对象的集成方法。关键技术是通用、开放的产品数据库结构。

三坐标测量可分为接触式测量和非接触式测量两大类。接触式测量方法通过传感测量头与样件的接触而记录样件表面的坐标位置，可以细分为点触发式和连续式数据采集方法。对于航空航天、汽车等行业，大型样件的测量一般可以选用接触式测量，以满足精度要求。因为，接触式测量中的点触发式测量可以通过人为规划，使得在大曲率或曲率变化剧烈的区域获得较多的测量点，而在相对平坦的区域则可以测量较少的点。结合造型方法，人工对被测物体进行区域规划，测量对物体形状起关键作用的特征线和曲线网格，数据点可以根据需要组织成模型重建软件所需要的形式，然后根据特征线及曲线网格重建物体的cad模型，减少了数据处理的难度和工作量。其唯一的缺点是测量效率较低。

逆向工程灯罩曲面的测量与重构 第3篇

关键词：灯罩零件曲面测量 曲面重构 GeomagicStudio软件

逆向工程（Reverse Engineering），又称反求工程，与传统的产品设计制造——从概念设计到图样设计，再制造出产品，称之为正向工程（或顺向工程）相反，它起源于精密测量，是将已有实物模型或产品模型转化为工程设计的CAD模型，特别适合于复杂的三维曲面的测量与重构。可在此基础上对已有实物或者产品进行分析、改造、再设计[1]，是在已有设计基础上的再设计，是集测量技术、计算机软硬件技术、现代产品设计与制造技术的综合应用技术。

1 曲面的测量

逆向工程技术要从现有实体模型进行再模仿和改进设计，首先必须对于现有实体模型或者油泥模型进行测量，因此曲面数据的采集是逆向工程的最重要的步骤和工作内容。只有曲面的三维点云数据通过各种数据采集设备采集测量到后，才能根据点云数据进行曲面的重构和三D模型的再创建[2]。

1.1 曲面数据采集方法及其特点

曲面数据的采集方法大致可分为两大类，一种是接触式测量，另一种是非接触式测量，这是按照被测量工件与测量设备仪器在具体测量过程中是否相接触来进行的一种基本分类方法，此外根据测量原理等的不同，在基本分类基础上还可细分出一些不同的曲面数据采集测量方法。

曲面测量时，测量数据的准确性、方便性、快捷性是衡量比较测量方法的优劣的主要指标。如果需要高精度的数据采集，接触式测量是最佳的选择，不但接触精度高抗干扰性好，操作也简便，总体的测量成本不高；但是接触式测量由于存在工件与测量设备之间的接触产生的接触压力，使得对于某些质地柔软的零件必然产生较大的测量误差，且测头半径三维补偿问题仍然存在。而在非接触式测量中，因为测量设备与实测工件间，测头与工件间是处于少接触或者完全正确不接触，仅仅通过中间介质如：激光，声波，电磁场等来传递信息，几乎不存在接触力的问题，同时也没有测头半径三维补偿问题，因而特别适合于采集那些质地柔软或弹塑性材料制成的零件的相关数据。

1.2 光为介质的非接触式数据采集方法

光为介质的非接触式数据采集方法通常具有数据采集速度快、精度高，排除了由测量摩擦力和接触压力造成的测量误差，避免了接触式测头与被测表面由于曲率干涉产生的伪点；能得的密集的数据点云，最大限度地反映被测表面的真实形状，因而光学原理的方法来采集数据的方法在当今逆向工程中获得了大量的应用。

1.3 天远三维光学扫描设备的构成及数据采集

天远三维光学扫描仪是北京天远三维科技有限公司与清华大学联合开发的、具有自主知识产权的非接触光学三维扫描仪，基于结构光法原理进行数据的采集。

1.3.1 系统关键操作

摄像机定标。摄像机定标是得到三维世界中物体点的三维坐标与其图像上对应点的函数关系的过程。摄像机定标的精度是决定系统扫描精度的重要因素。

通过改变标定块位置与角度或者是摄像机上下的位置与角度，将标定块光点拍摄六次，点位置定标完成之后把定标块翻到背面拍摄三次进行平面位置定标，从而建立起默认的空间座标系。

标志点设定与拼接。标志点拼接扫描是利用两次拍摄之间的公共标志点信息来对实现两次拍摄的数据的拼接。使用标志点前，要对待测物体进行分析，在需要、合适的位置上贴上标志点，通过多次的扫描及拼接得到需要的数据。标志点贴法有如下注意事项：

标志点只能贴在物体平面部分上，如果贴在不是平面部分，会产生较大的误差。

每两次扫描的公共标志点个数要不少于4个，如果公共标志点个数少于4个，那么系统会提示拼接错误。

1.3.2 灯罩零件点云数据的测量

灯罩工件是一个完全均匀的薄臂曲面工件，因而只需要实测出灯罩工件三维曲面的外部数据点云，在曲面重构软件上重构外部曲面后，抽壳加厚就可以形成工件的三D实体模型，从而简化了测量过程。以下是利用天远三维测量系统完成并输出的灯罩ASC点云文件格式-灯罩的点云数据图。

2 曲面的重构

2.1 曲面重构方案的分类

按照最终生成曲面的类型来划分，目前应用最为广泛的曲面重构方案主要可分为二类，这二种方案重构曲面的质量、流程操作的方便性、适应的实体模型的范围都有所不同。

四边形B-Spline或NURBS曲面为基础的曲面构造方案。这类曲面较为适合通常的工业制成品如：汽车、飞机、轮船等对曲面品质要求高的场合，数据的拟合对于点云数据要求较高，要求单向有序。曲面类型通常为Bezier、B-Spline、NURBS曲面，这三种曲面可以统一由NURBS曲面来表示，NURBS曲面可以通过控制點和权值方便灵活地控制修改曲面形状，达到再设计的目标。

三角Bezier曲面为基础的曲面构造方案。此种方法最适合表现无规则曲率变化大、曲面变化密集的复杂型面的物体，特别是表面复杂的工业品、艺术品、玩具等对象，它的理论基础是三角Bezier曲面，特点是构造灵活，适应性好。

2.2 快速曲面重构造型方式

快速曲面造型方式顺应了当前的CAD造型系统与快速原型多边形表示的需要，简单直观，适于快速和实时显示领域，已经成为目前曲面造型的一种主流。缺点是存在计算量大，对于计算机的硬件设置要求高，所产生的拓扑结构未考虑有实体的曲面拓扑关系，使得两种拓扑结构不相一致。曲面对于点云的快速适配要使用高阶的NURBS曲面，面片间难以实现曲率连续。

通过对点云数据的网格化处理，建立多边形化表面，是实现快速曲面造型的方式。其具体有以下几个步骤：首先从处理好的数据点云中封装好三角网格，再对多边形的三角网格曲面进行一系列编辑处理、分片，得到一系列有四条边界的子网格曲面；后对四条边界的子网格曲面逐一参数化；最后用NURBS曲面片来拟合每片子网格曲面，得到保持了一定连续性的曲面。

2.3 GeomagicStudio软件与曲面重建的流程

由美国雨滴公司出品的GeomagicStudio逆向系统是当今最流行的逆向工程专用软件之一，从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形网格并转换为NURBS曲面可轻易实现。它能快速地整理点云数据并进行封装从而产生多边形网格，并能够方便地处理这些网格达到要求来构建任何复杂模型的曲面。

用许多细小的空间三角片来逼近还原实体模型是GeomagicStudio软件进行逆向设计的基本原理。在建模策略上，GeomagicStudio采用的是用NURBS曲面片拟合直接创建面模型的策略，其具体的曲面重建流程可划分为点云处理-多边形处理-曲面造型三个前后紧密联系的阶段来进行[3]。

2.4 GeomagicStudio灯罩曲面重构实例

对来自于天远三维数据测量系统获得的灯罩点云数据信息，进行点云数据的降噪、等距采样等处理，将灯罩点云数据处理成整齐、有序，达到可提高处理效率的高质量的点云数据，最后封装三角网格数据。

灯罩的多边形处理阶段必须对于已经封装好的点云处理数据进行删除特征、砂纸打磨松驰、填充孔等方法对于表面数据进行光顺与优化处理，以便获得光顺的、完整的三角片网格，提高后续的曲面重构质量。

在多边形处理阶段获得灯罩光顺完整的多边形曲面后，在曲面重构造型阶段，完成探测轮廓边界线并编辑，根据曲率的变化情况探测曲率线并编辑，构造曲面片并编辑，定义面板达到均匀化曲面片，建构栅格并编辑，最终拟合出NURBS灯罩曲面。

参考文献：

[1]袁根华.RE与RP技术在模具行业中的应用[J].模具制造，2011，2：85-90.

[2]黄诚驹等.逆向工程项目式实训教程[M].北京：电子工业出版社，2004.

[3]成思源，谢韶旺.GeomagicStudio逆向工程技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2010.

逆向工程与产品设计 第4篇

在人们常规的概念中, 产品的生产一般是要经过设计人员和制造人员的构思—绘图—制造等过程, 产品是从无到有。这样的产品设计生产过程被称为“正向设计”过程。而逆向工程则是一个产品“从有到无”的过程。简要地说, 逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型, 反向推出产品设计数据的过程。随着计算机技术在制造领域的广泛应用, 特别是数字化测量技术的迅猛发展, 基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备 (如坐标测量机、激光测量设备等) 获取的物体表面的空间数据, 利用逆向工程技术建立产品的三维模型, 再利用CAM系统完成产品的制造。因此, 逆向工程技术是一门将产品样件转化为三维模型数字化技术和几何建模技术。

一、逆向工程技术的分类

从目前的情况来看, 逆向工程技术的运用有下面三类种。

1. 实物逆向技术。

它是在己有实物 (产品) 的条件下, 通过试验、测绘和分折, 提出再创造的关键条件。其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质、精度等多方面的逆向。

2. 软件逆向技术。

利用产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等材料作为逆向技术软件。另外, 软件逆向技术还可以分为:既有实物又有全套技术软件、有实物而无技术软件、仅有全套或部分技术软件三种情况。

3. 影像逆向技术。

在无实物, 无技术软件, 仅有产品相片、图片、广告介绍、参观印象和影视画面等的情况下, 要设计人员从其中去构思、想象来逆向, 这是逆向对象中技术难度最大的。影像逆向本身也是一个创新过程。但目前该逆向技术的应用还不够成熟。

二、逆向工程的原理

新型的逆向工程系统为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。它是高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确高速的扫描, 得到其三维轮廓数据, 再配合反求软件进行曲而重构, 并对重构的曲而进行在线精度分析、评价构造效果, 最终生成IGES或ST L数据, 据此就能进行快速成型或CNC数控加工.IGES数据可导入一般的CAD三维处理软件中 (如:UG, PRO-E等) , 将IGES格式转化为三维实体模型, 再进行进一步的修改和再设计。另外, 也可传给一些CAM系统 (如:UG, MASTERCAM, SMART-CAM等) , 做刀具路径设定, 产生NC代码, 由数控机床将实体直接加工出来。逆向工程流程如下图所示。

三、逆向工程技术实施的条件

1. 逆向工程技术实施的硬件条件

在开展逆向工程技术设计时, 需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前, 国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说, 可分为接触式和非接触式两种, 其中, 接触式测头又可分为硬测头和软测头两种, 这种测头与被测头物体直接接触, 获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。激光测头的扫描精度达0.05mm, 接触式扫描测头精度可达0.02mm, 扫描范围可达到8m×8m, 可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。

2. 逆向工程技术实施的软件条件

目前常见的逆向工程软件有美国Rain D rop公司的Gecrnagic和Imageware逆向工程软件;英国DELCAM公司的Copy CAD逆向工程软件;韩国NUS公司开发的Rap idFom逆向工程软件。我国逆向工程软件方面的研究主要集中在高等学校, 如清华大学、浙江大学、南京航空航天大学等, 并获得了一些应用, 但开发的软件产品目前还没具备与国外商业化软件竞争的条件。

四、逆向工程技术在产品设计中的应用

本文主要介绍实物逆向技术在产品外形设计中的应用。对于实物模型的产品外形设计, 逆向工程技术的作用主要有以下几种。

1. 对于复杂的艺术造型、人体和其他动植物外形的难以直接用计算机进行三维几何设计时, 需要通过逆向工程将实物模型转化为三维CAD模型;2.由于工艺、美观、使用效果等原因, 经常要对己有的产品作局部的修改, 井对CAD模型进行修改以后再进行加工;3.对无法得到图纸的己有产品实现数字化。如传统手工产品往往无图纸可用, 需要采用逆向工程的方法来实现传统产品的数字化;4.对己有产品为基准点进行的设计。借鉴别人的成功设计, 进行再创新设计是在激烈竞争中赶超同行先进水平的一个捷径;5.对磨损或损坏物体的还原。某些大型设备, 如航空发动机、汽轮机组, 常会因为某一零件部件的损坏而停止运行, 通过逆向工程手段, 可以快速生产这些零部件的替代件;6.对医学模型制作, 可以通过CT, M RT等临床检测手段获取人体扫描的分层截面图像, 并将数据传送至RFM系统, 制作出人体局部或内脏器官的模型。

随着计算机技术的发展, CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具, 三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中, 设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型, 但很多时候, 却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径, 将这些实物信息转化为CAD模型的。

五、结束语

与传统的正向设计相比, 逆向工程是从产品原型出发, 进而获取产品的三维数字模型, 使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。与传统设计方法的不同之处在于设计的起点不同, 相应的设计自由度和设计要求也不相同。

逆向工程 第5篇

分部工程代号

分部

工程

子分部

工程代号

子分部工程

分项工程

备注

地

基

与

基

础

01

无支护土方

土方开挖、土方回填

应单独组卷

02

有支护土方

排桩，降水、排水、地下连续墙、锚杆、土钉墙、水泥土桩、沉井与沉箱，钢及混凝土支撑

应单独组卷

03

地基及基础处理

灰土地基、砂和砂石地基、碎砖三合土地基，土工合成材料地基，粉煤灰地基，重锤夯实地基，强夯地基，振冲地基，砂桩地基，预压地基，高压喷射注浆地基，土和灰土挤密桩地基，注浆地基，水泥粉煤灰碎石桩地基，夯实水泥土桩地基

04

桩基

锚杆静压桩及静力压桩，预应力离心管桩，钢筋混凝土预制桩，钢桩，混凝土灌注桩（成孔、钢筋笼、清孔、水下混凝土灌注）

应单独组卷

05

地下防水

防水混凝土，水泥砂浆防水层，卷材防水层，涂料防水层，金属板防水层，塑料板防水层，细部构造，喷锚支护，复合式衬砌，地下连续墙，盾构法隧道；渗排水、盲沟排水，隧道、坑道排水；预注浆、后注浆，衬砌裂缝注浆

06

混凝土基础

模板、钢筋、混凝土，后浇带混凝土，混凝土结构缝处理

07

砌体基础

砖砌体，混凝土砌块砌体，配筋砌体，石砌体

08

劲钢（管）混凝土

劲钢（管）焊接、劲钢（管）与钢筋的连接，混凝土

09

钢结构

焊接钢结构、栓接钢结构，钢结构制作，钢结构安装，钢结构涂装

应单独组卷

主

体

结

构

01

混凝土结构

模板，钢筋，混凝土，预应力、现浇结构，装配式结构

02

劲钢（管）混凝土结构

劲钢（管）焊接，螺栓连接、劲钢（管）与钢筋的连接，劲钢（管）制作、安装，混凝土

03

砌体结构

砖砌体，混凝土小型空心砌块，石砌体，填充墙砌体，配筋砖砌体

04

钢结构

钢结构焊接，紧固件连接，钢零部件加工，单层钢结构安装，多层及多层钢结构安装，钢结构涂装、钢结构组装，钢结构预拼装，钢网架结构安装，压型金属板

应单独组卷

05

木结构

方木和原木结构、胶合木结构、轻型木结构，木构件防护

06

网架和索膜结构

网架制作、网架安装、索膜安装、网架防火、防腐涂料

应单独组卷

建

筑

装

饰

装

修

01

地面

整体面层：基层、水泥混凝土面层、水泥砂浆面层、水磨石面层、防油渗面层、水泥钢（铁）屑面层、不发火（防爆的）面层；

板块面层：基层、砖面层（陶瓷锦砖、缸砖、陶瓷地砖和水泥花砖面层）、大理石面层和花岗岩面层，预制板块面层（预制水泥混凝土、水磨石板块面层）、料石面层（条石、块石面层）、塑料板面层、活动地板面层、地毯面层；

木竹面层：基层、实木地板面层（条材、块材面层）、实木复合地板面层（条材、块材面层）、中密度（强化）复合地板面层（条材面层）、竹地板面层

02

抹灰

一般抹灰，装饰抹灰，清水砌体勾缝

03

门窗

木门窗制作与安装、金属门窗安装、塑料门窗安装、特种门安装、门窗玻璃安装

04

吊顶

暗龙骨吊顶、明龙骨吊顶

05

轻质隔墙

板材隔墙、骨架隔墙、活动隔墙、玻璃隔墙

06

饰面板（砖）

饰面板安装、饰面砖安装

07

幕墙

玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙

应单独组卷

08

涂饰

水性涂料涂饰、溶剂型涂料涂饰、美术涂饰

09

裱糊与软包

裱糊、软包

细部

橱柜制作与安装，窗帘盒、窗台板和暖气罩制作与安装，门窗套制作与安装，护栏和扶手制作与安装，花饰制作与安装

建筑工程分部（子分部）工程、分项工程划分

分部工程代号

分部

工程

子分部

工程代号

子分部工程

分项工程

备注

建

筑

屋

面

01

卷材防水屋面

保温层，找平层，卷材防水层，细部构造

02

涂膜防水屋面

保温层，找平层，涂膜防水层，细部构造

03

刚性防水屋面

细石混凝土防水层，密封材料嵌缝，细部构造

04

瓦屋面

平瓦屋面，油毡瓦屋面，金属板屋面，细部构造

05

隔热屋面

架空屋面，蓄水屋面，种植屋面

205

建筑给水排水及采暖

01

室内给水系统

给水管道及配件安装、室内消火栓系统安装、给水设备安装、管道防腐、绝热

02

室内排水系统

排水管道及配件安装、雨水管道及配件安装

03

室内热水供应系统

管道及配件安装、辅助设备安装、防腐、绝热

04

卫生器具安装

卫生器具安装、卫生器具给水配件安装、卫生器具排水管道安装

05

室内采暖系统

管道及配件安装、辅助设备及散热器安装、金属辐射板安装、低温热水地板辐射采暖系统安装、系统水压试验及调试、防腐、绝热

06

室外给水管网

给水管道安装、消防水泵接合器及室外消火栓安装、管沟及井室

07

室外排水管网

排水管道安装、排水管沟与井池

08

室外供热管网

管道及配件安装、系统水压试验及调试、防腐、绝热

09

建筑中水系统及游泳池系统

建筑中水系统管道及辅助设备安装、游泳池水系统安装

供热锅炉及辅助设备安装

锅炉安装、辅助设备及管道安装、安全附件安装、烘炉、煮炉和试运行、换热站安装、防腐、绝热

应单独组卷

206

建

筑

电

气

01

室外电气

架空线路及杆上电气设备安装，变压器、箱式变电所安装，成套配电柜、控制柜（屏、台）和动力、照明配电箱（盘）及控制柜安装，电线、电缆导管和线槽敷设，电线、电缆穿管和线槽敷设，电缆头制作、导线连接和线路电气试验，建筑物外部装饰灯具、航空障碍标志灯和庭院路灯安装，建筑照明通电试运行地，接地装置安装

02

变配电室

变压器、箱式变电所安装，成套配电柜、控制柜（屏、台）和动力、照明配电箱（盘）安装，裸母线、封闭母线、插接式母线安装，电缆沟内和电缆竖井内电缆敷设，电缆头制作、导线连接和线路电气试验，接地装置安装，避雷引下线和变配电室接地干线敷设

应单独组卷

03

供电干线

裸母线、封闭母线、插接式母线安装，桥架安装和桥架内电缆敷设，电缆沟内和电缆竖井内电缆敷设，电线、电缆穿管和线槽敷线，电缆头制作、导线连接和线路电气试验

04

电气动力

成套配电柜、控制柜（屏、台）和动力、照明配电箱（盘）及安装，低压电动机、电加热器及电动执行机构检查、接线，低压电气动力设备检测、试验和空载试运行，桥架安装和桥架内电缆敷设，电线、电缆导管和线槽敷设，电线、电缆穿管和槽敷线，电缆头制作、导线连接和线路电气试验，插座、开关、风扇安装

05

电气照明安装

成套配电柜、控制柜（屏、台）和动力、照明配电箱（盘）安装，电线、电缆导管和线槽敷设，电线、电缆头制作、导线连接和线路电气试验，普通灯具安装，专用灯具安装，插座、开关、风扇安装，建筑照明通电试运行

06

备用和不间断电源安装

成套配电柜、控制柜（屏、台）和动力、照明配电箱（盘）安装，柴油发电机组安装，不间断电源的其他功能单元安装，裸母线、封闭母线、插接式母线安装，电线、电缆导管和线槽敷线，电缆头制作、导线连接和线路电气试验，接地装置安装

应单独组卷

07

防雷接地安装

接地装置安装，避雷引下线和变配电室接地干线敷设，建筑物等电位连接，接闪器安装

建筑工程分部（子分部）工程、分项工程划分

分部工程代号

分部

工程

子分部

工程代号

子分部工程

分项工程

备注

207

智能建筑

01

通信网络系统

通信系统、卫星及有线电视系统、公共广播系统

应单独组卷

02

办公自动化系统

计算机网络系统、信息平台及办公自动化应用软件、网络安全系统

03

建筑设备监控系统

空调与通风系统、变配电系统、照明系统、给排水系统、热源和热交换系统、冷冻和冷却系统、电梯和自动扶梯系统、中央管理工作站与操作分站、子系统通信接口

应单独组卷

04

火灾报警及消防联动系统

火灾和可燃气体探测系统、火灾报警控制系统、消防联动系统

应单独组卷

05

安全防范系统

电视监控系统、入侵报警系统、巡更系统、出入口控制（门禁）系统、停车管理系统

应单独组卷

06

综合布线系统

缆线敷设和终接、机柜、机架、配线架的安装、信息插座和光缆芯线终端的安装

应单独组卷

07

智能化集成系统

集成系统网络、实时数据库、信息安全、功能接口

08

电源与接地

智能建筑电源、防雷及接地

09

环境

空间环境、室内空间环境、视觉照明环境、电磁环境

应单独组卷

住宅（小区）智能化系统

火灾自动报警及消防联动系统、安全防范系统（含电视监控系统、入侵报警系统、巡更系统、门禁系统、楼宇对讲系统、住户对讲呼救系统、停车管理系统）、物业管理系统（多表现场计量及远程传输系统、建筑设备监控系统、公共广播系统、小区网络及信息服务系统、物业办公自动化系统）、智能家庭信息平台

应单独组卷

208

通风与空调

01

送排风系统

风管与配件制作；部件制作；风管系统安装；空气处理设备安装；消声设备制作与安装，风管与设备防腐；风机安装；系统调试

02

防排烟系统

风管与配件制作；部件制作；风管系统安装；防排烟风口、常闭正压风口与设备安装；风管与设备防腐；风机安装；系统调试

03

除尘系统

风管与配件制作；部件制作；风管系统安装；除尘器与排污设备安装；风管与设备防腐；风机安装；系统调试

04

空调风系统

风管与配件制作；部件制作；风管系统安装；空气处理设备安装；消声设备制作与安装；风管与设备防腐；风机安装；风管与设备绝热；系统调试

05

净化空调系统

风管与配件制作；部件制作；风管系统安装；空气处理设备安装；消声设备制作与安装；风管与设备防腐；风机安装；风管与设备绝热；高效过滤器安装；系统调试

06

制冷设备系统

制冷机组安装；制冷剂管道及配件安装；制冷附属设备安装；管道及设备的防腐与绝热；系统调试

07

空调水系统

管道冷热（媒）水系统安装；冷却水系统安装；冷凝水系统安装；阀门及部件安装；冷却塔安装；水泵及附属设备安装；管道与设备的防腐与绝热；系统调试

209

电

梯

01

电力驱动的曳引式或强制式电梯安装工程

设备进场验收，土建交接检验，驱动主机，导轨，门系统，轿厢，对重（平衡重），安全部件，悬挂装置，随行电缆，补偿装置，电气装置，整机安装验收

02

液压电梯安装工程

设备进场验收，土建交接检验，液压系统，导轨，门系统，轿厢，平衡重，安全部件，悬挂装置，随行电缆，电气装置，整机安装验收

03

自动扶梯、自动人行道安装工程

设备进场验收，土建交接检验，整机安装验收

建筑工程分部（子分部）工程、分项工程划分

分部工程代号

分部

工程

子分部

工程代号

子分部工程

分项工程

备注

311

建

筑

节

能

01

墙体节能工程

主体结构基层；保温材料；饰面层。

02

幕墙节能工程

主体结构基层；隔热材料；保温材料；幕墙玻璃；单元式幕墙板块；遮阳设施。

03

门窗节能工程

门；窗；玻璃；遮阳设施。

04

屋面节能工程

基层；保温隔热层；保护层；防水层；面层。

05

地面节能工程

基层；保温隔热层；隔离层；保护层；防水层；面层。

06

采暖节能工程

散热器；设备、阀门与仪表；保温材料；热力入口装置；调试。

07

通风与空调节能工程

风机、空气调节设备；空调末端设备；阀门与仪表；绝热材料；调试。

08

空调与采暖系统的冷热源及管网节能工程

冷、热源设备；辅助设备；管网；阀门与仪表；绝热、保温材料；调试。

09

配电与照明节能工程

低压配电电源；照明光源、灯具；附属装置；控制功能；调试。

监测与控制节能工程

冷、热源、空调水的监测控制系统；通风与空调系统的监测控制系统；监测与计量装置；供配电的监测控制系统；照明自动控制系统；综合控制系统。

1032

建

筑

高

级

装

修

01

基层施工

吊顶基层，墙面基层，地面基层

02

门窗工程

木门窗制作与安装工程，铝合金门窗安装工程，塑料门窗安装，自动门安装，旋转门安装，门窗玻璃安装

03

吊顶工程

金属板吊顶工程，纸面石膏板、木质胶合板吊顶工程，纤维板块材饰面板吊顶工程，花栅吊顶工程，玻璃吊顶工程

04

轻质隔墙

板材隔墙工程，骨架隔墙工程，活动隔墙工程，玻璃砖隔墙工程

05

墙饰面

高级抹灰工程，饰面砖工程，饰面板安装工程，裱糊饰面工程，软包饰面工程，玻璃板饰面工程

06

涂饰工程

水性涂料涂饰工程，溶剂型涂料涂饰，彩色喷涂涂饰工程，美术涂料涂饰工程，细木制品涂饰工程

07

地面工程

实木地板工程，复合地板工程，塑料地板工程，地毯工程，石材面层地板，地砖面层地板，楼梯踏步工程，活动地板工程

08

细部工程

木橱柜制作与安装，木窗帘盒、窗台板和暖气罩制作与安装，木门窗套制作与安装，隔断制作与安装，栏杆、扶手制作与安装，装饰线、花饰制作与安装

09

厕浴间工程

楼板孔洞细石砼浇筑，水泥砂浆找平层与保护层，聚氨酯涂膜防水，五金配件、细木制品安装，玻璃镜安装，10

幕墙工程

框架式、隐框玻璃幕墙，全玻式玻璃幕墙，单元式幕墙，点支式幕墙，采光顶工程，石材幕墙工程，金属幕墙工程

仿古建工程

干摆、丝缝墙砌筑工程，异形砌体砌筑工程，砖雕刻砌筑工程，琉璃砌筑工程，石砌体砌筑工程，摆砌体砌筑工程，墙帽工程，仿古面砖镶贴工程，石作工程，各种花罩的制作与安装，碧纱厨的制作与安装，板壁护墙板的制作与安装，木楼梯的制作与安装，天花、藻井制作与安装，木装修雕刻工程，地仗工程、油漆工程，贴金工程，大漆工程，烫蜡、擦蜡工程，花墙边、色墙边饰面工程，大木彩画工程，斗拱彩画工程，天花、支条彩画工程，楣子、芽子、雀替、花活彩画工程，椽头彩画工程

人防工程分部、分项工程划分

分部工程代号

分部工程

分项工程

备注

500

01

结构工程

土石方，爆破掘进，盾构，沉井，地下连续墙，打（压）桩，灌注桩，模板，钢筋绑扎，钢筋焊接，混凝土，混凝土设备基础，喷射混凝土，构件安装，钢结构焊接，钢柱制作，钢梁制作，钢管构件，钢柱安装，固定式钢梯、栏杆、平台安装，钢结构油漆，砌砖，砌石

02

防水工程

防水混凝土，水泥砂浆防水层，涂料防水层，卷材防水层，金属防水层，油膏嵌缝防水，止水带防水

03

孔口防护工程

防护门、防护密闭门、密闭门门框墙制作，钢筋混凝土防护门、防护密闭门、密闭门安装，钢质防护门、防护密闭门、密闭门安装，防爆波活门、防爆超压排气活门安装，进、出工程管线的防护密闭

04

建筑装修工程

一般抹灰，水磨石，假面砖、拉条灰、拉毛灰、仿石和彩色抹灰，喷涂、滚涂和弹涂，混色油漆，清漆，美术油漆和地面打蜡，刷（喷）浆，裱糊，饰面，罩面板，钢、铝合金骨架安装，整体地面，板块地面，木质板地面，木门窗安装，钢门窗安装，铝合金和塑钢门窗安装

05

给排水工程

给水管道安装，给水硬聚氯乙烯（PVC）塑料管、铝塑复合管道安装，给水管道附件及卫生器具给水配件安装，给水附属设备安装，排水管道安装，排水硬聚氯乙烯（PVC）塑料管道，卫生器具安装，洗消器具安装，立式污水泵安装

06

建筑电气工程

电缆线路，配管及管内穿线，护套线配线，槽板（桥架）配线，变压器安装，成套配电柜（盘）及动力开关柜安装，低压电器安装，电气照明器具及配电箱（盘）安装，接地装置安装，柴油发电机组安装

07

采暖、通风与空调

采暖管道安装，散热器及太阳能热水器安装，采暖附属设备安装，金属风管制作，无机玻璃钢风管制作，通风部件制作，风管及部件安装，非金属风管（风道）制作与安装，过滤器、除尘器、过滤吸收器安装，密闭阀门安装，消声（减振）设备制作与安装，通风机和除湿机安装，防腐与油漆

08

防火设备安装工程

防火门和防火卷帘门安装，灭火器具安装（1、2），防烟排烟部件的制作与安装，火灾自动报警装置安装，火灾事故广播、消防通信设备安装

建筑工程分部（子分部）工程、分项工程划分

分部工程代号

分部

工程

子分部

工程代号

子分部工程

分项工程

备注

601

消防工程

自动喷淋系统

给水管道及配件安装分项

自动报警系统

电线导管、电缆导管和线槽敷设安装,电线、电缆穿管和线槽敷设安装,成套配电柜、控制柜（屏、台）和电力配电箱安装分项工程

消火栓系统

给水管道及配件安装分项

消防防排烟系统

风管与配件制作；部件制作；风管系统安装；防排烟风口、常闭正压风口与设备安装；风管与设备防腐；风机安装；系统调试

602

防雷接地安装

接地装置安装，避雷引下线和变配电室接地干线敷设，建筑物等电位连接，接闪器安装

412

分户验收

“面子工程”和“里子工程” 第6篇

建议从“修清史”的2亿资金中拨出1．95亿用于义务教育，而以500万修清史。

我们的施政方针和思想需要有一个根本性的转变，就是从重视“面子工程”转向重视“里子工程”。媒体的关注也应有同样的转变。应当集中人力、物力和财力，做雪中送炭的事，而少做或不做锦上添花的事。

不妨将奥运与义务教育作一对比。我一点也不想贬损奥运健儿为国争光的拼搏精神，但人们，特别是媒体，对奥运的关注和炒作无疑是过热了。举办奥运固然对改善北京人的生活质量等有重要作用，但本质上是一项“面子工程”。相形之下，真正值得人们关注的重要的“里子工程”，应是义务教育。

我对农村教育是十分隔膜的。一次会议上，一位关注祖国教育的外籍华人学者直言，说自己还是文革时期受初等教育而成长起来的，但据其本人近年来调查，我们的义务教育竟不如“文革”时，小学生和初中生中途辍学的情况不少。这个发言使我吃惊。此后，我向一些人，包括地方官员进行询问，他们证实，那位华人学者的批评决非危言耸听。

法律具有严肃性和强制性。我们既然制订和颁布了义务教育法，政府就没有任何打折扣的余地。近年来流行的所谓“希望工程”、“献爱心”固然是好事，但从另一方面看，就意味着不依法办事。许多地方政府对教育经费挤占挪用，竟成了家常便饭。在重视教育方面，东邻日本值得我们效法。在二次世界大战后的艰难岁月，日本尽管财政艰窘，还为中小学生供应免费午餐。中国近年来的财力有了极大增长，已完全具备了实行义务教育的条件。只要把许多面子工程的钱撙节下来，义务教育应是完全有财力保证的。例如耗资2亿(一说为8或9亿)的所谓“盛世修史”，就是一项标准的面子工程。我没有资格参加论证，但曾求一位论证者在会上提出建议，将1．95亿用于义务教育，500万用于修清史。事实上，修清史已存在恣意挥霍民脂民膏的情况：请台湾学者来京，大摆阔气，住五星级豪华饭店，连台湾学者也感到过分奢侈。与此形成鲜明对照者，《北京晨报》2003年10月28日报道，一位清华大学学生王红球连续三年资助湘西贫困生：当地一个女孩，仅因缺少3元钱，“不得不放下自己心爱的书包”。我们将修清史等的巨额资金，转用于义务教育，是多么必要!

我国是发展中国家，人均国民生产总值低，但多年以来，许多锦上添花的面子工程却又侈靡成风，用钱如泥沙不惜。为了装饰“盛世”，上报政绩，甚至不惜侵害群众利益。另一方面，许多雪中送炭的里子工程缺乏资金，办得不理想，甚至颇糟。这自然又与“盛世”不符。

要“面子”而不顾“里子”，确是中国人世代相传的应当彻底革除的陋习。《资治通鉴》卷一八一记载，隋炀帝曾规定洛阳“整饰店肆，檐宇如一，盛设帷帐，珍货充积，人物华盛，卖菜者亦藉以龙须席。胡客或过酒食店，悉令邀延就坐，醉饱而散，不取其直，绐之曰：‘中国丰饶，酒食例不取直。’胡客皆惊叹。其黠者颇觉之，见以缯帛缠树，曰：‘中国亦有贫者，衣不盖形，何如以此物与之，缠树何为?’市人惭不能答”。要面子的结果，无非是面子和里子一概丢光。隋炀帝虚夸“华盛”，大搞形式主义，自欺而不能欺人，难道不值得作为千古鉴诫?

温家宝总理说，本届政府要将办教育作为首要的任务。这是令人鼓舞的。但关键在于落实。如今教育部提出一费制。据一位地方官员说，他曾在一个贫困县调查和核算过，如果要实行此项制度，即使动用本县的全部财政收入，也还是不够一费制的教育支出。

依我之见，既然颁布了义务教育法，循名责实，就不该收小学和初中生一文钱，一费制是远远不够的，而应实施完全的免费教育。只要我们大力整顿和砍削各种面子工程的经费，今后原则上不搞面子工程，各地的义务教育经费有严格核算和中央的财政资助，并且严防各地政府挤占挪用教育经费，这件造福于我们民族千秋万代的德政是可以办成的，其重大意义无疑要超过举办奥运千百倍。

已进入21世纪，我们的民族在实行义务教育方面，再也延误不得，如果再产生新的文盲，我们将成为历史的罪人!目前，媒体正在刮起所谓奥运旋风，为什么就不能刮起一阵更为重要的义务教育旋风?我们大家都要为贯彻义务教育法出谋划策，监督各级政府执行此法，力争不让一个少年儿童失学。

逆向工程技术及工程应用研究 第7篇

关键词：逆向工程,三维测量,模型重构,快速原型

逆向工程, 又称反求工程, 是一项涉及多学科、多种技术交叉的综合工程。逆向工程已经作为一种先进的新产品快速开发的有效工具, 受到人们的广泛重视。国内外有许多企业应用逆向工程技术, 对竞争对手的产品进行改进, 以避开艰苦的原型设计阶段, 这是一种产品的再设计过程。也就是通过观察和测试某一种产品, 对其进行初始化, 然后拆开产品, 逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程, 目的就是要充分理解产品的制造过程, 并以此为基础在子系统和零件层面上, 优化设计出一种更好的产品。逆向工程具有产品开发周期短、成本低等优点, 曾为日本的经济振兴立下汗马功劳。发展到现在, 这一技术己成为世界各国在制造业中不可缺少的重要手段或对策。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程, 教授学生用再设计代替原型设计, 作为解决设计问题的一种方法。近年来, 逆向工程技术在汽车、电子产品等领域应用日益广泛。

1 逆向工程的概念及其关键技术

1.1 逆向工程的概念

传统的产品实现通常是从概念设计到图样, 再制造出产品, 我们称之为“正向设计”, 是一个“从无到有”的过程。而产品的逆向工程是按照产品的引进、消化、吸收与创新的思路, 以“实物原理功能三维重构再设计”框架进行工作, 是一种逆向思维的工作过程, 是一个“从有到无”的过程。

逆向工程 (Reverse Engineering, RE) , 是一种以先进产品设备的实物、样件、软件 (包括图样、程序、技术文件等) 或影像 (图像、在照片等) 作为研究对象, 应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究, 探索掌握其关键技术, 进而开发出同类的更为先进的产品的技术[1]。其中实物反求的应用最为广泛。简单地说, 逆向工程就是根据已经存在的产品模型, 反向推出产品的设计数据 (包括设计图纸或数字模型) 的过程。

随着计算机技术在制造领域的广泛应用, 特别是数字化测量技术的迅猛发展, 基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备 (如坐标测量机, 激光测量设备等) 获取的物体表面的空间数据, 需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型, 进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此, 逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术”的总称。

1.2 逆向工程的基本步骤

逆向工程的其基本过程是:采用某种测量设备和测量方法对实物模型进行测量, 以获取实物模型的特征参数, 将所获取的特征数据借助于计算机重构反求对象模型, 对重建模型进行必要的创新改进、分析, 进行数控编程并快速地加工出创新的新产品。其基本步骤如图1[1]所示, 可分为以下几个设计阶段。

(1) 分析阶段:对反求对象的功能原理、结构形状、材料性能、加工工艺等方面有全面深入的了解, 明确其关键功能及关键技术, 对涉及特点和不足之处做出评估。

(2) 再设计阶段:包括对样本模型的测量规划、模型的重构、改进设计、仿制等。

(3) 产品制造阶段。

1.3 逆向工程的关键技术

逆向工程的关键技术有:数字化技术和模型重构技术[2]。

1.3.1 反求对象的数字化方法与技术

反求对象的数字化是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据。即样件表面的数据采集, 使反求工程CAD缄默的首要环节。数据采集要求高效、高精度。

一般来说, 三维表面的数据采集方法有接触式和非接触式。接触式有基于力变形原理的触发式和连续扫描式数据采集和基于磁场、超声波的数据采集等;非接触式主要有激光三角测量法、激光测距法、光干涉法、结构光学法、图像分析法等。另外, 随着工业CT技术的发展, 断层扫描技术也在逆向工程中取得了应用。在接触式测量方法中, 三坐标测量机 (coordinate measuring machine, CMM) 是应用最广泛的一种测量设备。

三坐标测量机是一种以精密机械为基础, 集光、机、电、计算机综合为一体的多功能精密计量测试设备, 它可以在工件一次装夹的情况下, 通过探头的有效组合, 完成零件中几乎所有几何元素的测量工作。借助其中自带的测量软件可以完成测量过程中对所测元素尺寸的计算与误差分析。

采集到的数据称为“点云”, 点云的数据量非常庞大, 常达几十万甚至上百万个数据点, 密集、散乱。

数据采集过程中, 为使数据真实、完整, 应重视并解决以下测量问题:标定、精度、可观性、阻碍、固定、多视图、噪声、不完整数据、零件的统计分布、表面粗糙度、数据通信、探头半径补偿等。

1.3.2 三维模型重构技术

所谓三维模型重构, 就是根据所采集的样本几何数据在计算机内重构样本模型的技术。

三维模型重构是反求工程中最关键的部分。其基本步骤如下。

(1) 数据预处理:对点云数据进行过滤、筛选、去噪、平滑、编辑等操作, 并使数据格式转变为专用反求工程软件或CAD软件能够处理的格式, 如SAT、IGES等。

(2) 网格模型生成:点云处理, 生成三角网格模型, 用重构软件进行三维模型重构。

(3) 网格模型后处理:简化、修补三角网格模型。

2 逆向工程软件

专门的逆向工程软件有:如美国的SDRC公司的IMAGEWARE SURFACER;英国DELCOM公司的COPYCAD;英国RENISHAW公司的TRACE。

许多主流的CAD/CAM软件中集成了反求工程模块, 如UG/Quick Shape;PRO/E中的PRO/ICEM SURF、PRO/DESIGNER、PRO/SCANTOOLS;CIMATRON中的REVERSE ENGINEERING等。

国内也有如浙江大学、南京航空航天大学、西安交通大学等开展了反求工程软件的研究与开发, 并取得了一定的成果。如浙江大学的RESOFT反求软件系统。

3 逆向工程技术的应用

(1) 由于某些原因, 在只有产品或产品的工装, 没有图纸和CAD模型的情况下却需要对产品进行有限分析、加工、模具制造或者需要对产品进行修改等等, 这时就需要利用反求工程手段将实物转化为C A D模型。

(2) 对外形美学要求较高的零部件设计, 例如在汽车的外形设计阶段是很难用现有的CAD软件完成的。通常都需要制作外形的油泥模型, 再用反求工程的方法生成CAD模型。

(3) 将反求工程和快速原型制造 (RPM) 相结合, 组成产品设计、制造、检测、修改的闭环系统, 实现快速的测量、设计、制造、再测量修改的反复迭代, 高效率完成产品的初始设计[3]。

(4) 计算机辅助检测。企业在进行质量控制时, 对于外形复杂的产品检测往往非常困难, 这时使用逆向工程的方法对产品进行测量, 并把测量到的大量数据点与理论模型进行比较, 从而分析产品制造误差。

(5) 损坏或磨损零件的还原:当零件损坏或磨损时, 可以直接采用反求工程的方法重构出CAD模型, 对损坏的零件表面进行还原和补修。由于被检测零件表面磨损、损坏等原因, 会造成测量误差, 这就要求反求工程系统具有推理和判断能力。例如, 对称性、标准尺寸、平面间的平行和垂直等特性。最后, 加工出零件。

(6) 数字化模型检测:对加工后的零件, 进行扫描测量, 再利用反求工程法构造出CAD模型, 通过将模型与原始设计的CAD模型在计算机上进行数据比较, 可以检测制造误差, 提高检测精度。

(7) 其它应用:在汽车、航天、制鞋、模具和消费性电子产品等制造行业, 甚至在休闲娱乐行业也可发现反求工程的痕迹。

参考文献

[1]刘梦群, 等.先进制造技术导论[M].国防工业出版社, 2005, 5.

[2]张舜德, 等.逆向技术及其工业应用[J].甘肃工业大学学报, 2001, 27 (2) .

基于逆向工程的手柄模型设计 第8篇

新兴技术的快速崛起导致市场竞争的日益激烈, 传统的产品开发模式已经很难满足新的市场竞争需求。逆向工程技术在这种背景下就以快速产品开发中的独特优势, 得到了广泛重视和迅速发展。它可以在只有零件模型, 没有图纸和详细数据信息的情况下, 针对表面形状复杂的零件, 提供一种可行的设计解决方案:样品数据产品, 这为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。

1 逆向工程的含义及特征

逆向工程 (reverse engineering) 也成反求工程, 是从实物模型到电子模型或理论概念的一个反向推理、修改、优化的系统过程。该方法基于实体模型、文件 (图片、程序、技术文件等) 或影像资料 (照片、动态视频等) 获得模型外型数据, 获取模型相关参数, 应用现代设计方法、工程学、材料学等方面的专业知识进行系统地分析和研究, 运用相关专业人员的工程设计经验、知识和创造性思维, 对已经存在的产品进行分解、重构和再创造, 探索、掌握其关键技术, 进而开发出同类的先进产品, 并通过模型重构来吸收和消化先进的设计思路、制造理念及产品制造过程中的综合性CAD技术。

逆向工程的特征是从现有实物模型入手, 通过多种测量方式获取模型的数字参数, 利用曲面重构技术快速、准确地重塑三维数模, 优化设计后, 利用先进设备制造出产品外型。下面就以操作手柄的反求设计过程为例, 介绍曲面零件反求设计与重构技术的方法。

2 逆向工程的设计思路

逆向工程技术包括几何逆向反求、材料逆向反求、工艺逆向反求等。本次的手柄设计主要针对曲面轮廓外形进行设计, 所以应采用第一种。几何逆向反求是根据实物样品的表面轮廓的数字化信息反求出样件的CAD模型, 尤其适用于重要复杂零部件的修复以及中小型企业的产品仿形和快速反求设计。由于对象的不同, 可以分为实物、软件以及影像等信息实现模型重构。根据已有操作手柄模型进行曲面重构属于实物反求, 它是在已有实物的条件下, 通过试验、测绘和分析, 提出重构所需关键点、线、面等信息, 结合曲面构造方法实现模型再现, 并在逆向反求的过程中理解并吸收其结构、功能、材质、精度、工艺方案以及设计规范等多方面信息。

2.1 获取处理点云数据

逆向工程实施过程中, 完成实物产品模型的物理数据采集的测量设备与方法有很多种, 本次设计数据采集是利用三坐标测量仪 (CMM) 。它是利用传感器实现探头直接触探产品模型的表面, 通过电子设备记录路径点的坐标信息, 这种测量方式具有较高的准确性和可靠性, 可以快速准确地测量出目标零件的几何特征。采集原始物理数据后, 可以形成高密度点云图。

三维模型重建是依据三维扫描坐标仪得到的点云数据重新建立实物对象的几何模型, 根据零件外形的数字信息, 将测量所得的点云数据分为两类, 有序点云和无序点云, 根据不同的数据类型, 采用不同的模型重建方式。目前比较成熟的方式是通过重构轮廓曲面来实现实物重建。

在本次设计中, 采用Pro/E的独立几何设计模块可以读入以.igs、.stl、.pts、.ibl为后缀名的点云数据。根据实体模型获得密集点云图的轨迹, 再结合实体模型的几何特征 (如尺寸、曲率等) , 对高密度点云数据进行必要的去噪处理。需要特别注意的是, 此时仅能获得实体表面外形的近似点集, 如果零件上有重要的二次曲线比如渐开线、抛物线等, 通常是采用短小直线或小圆弧进行拟合逼近的, 获得的是近似形状。要想得到零件完整的近似外形, 设计者还必需结合产品的相关特征参数对所获得的近似图形进行修复, 最终获得零件完整的近似轮廓图形。

2.2曲线修补与重构

在获取并精简了点云数据后, 某些重要的曲线和曲面都需要精确求解, 直接采集得到的点云数据精度可能达不到标准, 工作性能无法符合设计要求。在Pro/E的独立几何设计模块中提供了自由曲线修改模块, 可以在曲线模式下通过输入公差值, 是的曲线在公差之内进行调整。修改后的结果如图1所示。

另外, 设计人员也可以根据产品说明书、网络资讯、电子文献等资料上获得产品的一些基本原理, 结合行业专家的设计知识和经验, 最终得到产品最初设计时使用的是哪种类型的曲线或是曲面, 如渐开线、抛物线也可能是两者的混合曲线, 在进行反求设计时就可以有针对性地进行验证验算并绘制出标准曲线, 在使得由云图绘制的曲线通过拟合到指定点的方法进行修改, 如图2所示。

2.3 产品的仿制和改型设计

采用逆向工程技术进行三维数据测量和处理, 重新构建与实体相符的数字模型, 以此为基础进行后续的设计制造。设计人员根据反求得到的零件数模进行运动仿真、有限元分析、虚拟加工等, 从中掌握反求模型的性能, 发现设计的不足, 对模型进行有针对性的改进, 如零件再设计、结构分析、误差分析、数控加工指令生成等, 最终实现产品的仿制和改进, 达到良好的效果。

3 展望

逆向工程设计能有效地继承和吸取现有产品的成果, 快速开发出性能优化的新产品, 它促进科技成果进步, 实现技术创新的目的。从以上实例可以看到, 逆向工程为零件产品设计与制造提供了一种新的技术与方法, 提高了产品设计与制造精度, 实现了无图纸化加工并缩短了产品开发周期, 是发展高新技术、提升经济效益的重要技术手段。

摘要：逆向工程是数字化产品开发方法的重要手段。本文利用逆向工程技术针对操作手柄曲面进行几何逆向反求设计, 利用三维坐标测量仪准确、快速地测量出工件的轮廓坐标, 通过Pro/E软件自带的独立几何逆向造型方法获取零件模型各个面的轮廓点云数据, 再通将各个面的轮廓点云数据修补整合进行曲面重构, 并对重构的曲面进行分析和优化, 最终生成零件曲面模型。

关键词：逆向工程,独立几何,曲面重构

参考文献

[1]张三元等.基于产品反求工程的产品创新设计方法[J].北京:计算机辅助设计与图形学学报.2000, 12

[2]王霄, 逆向工程技术及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[3]肖尧先等.基于实物模型的反求工程造型应用[J].机械设计与制造, 2002, 3.

基于逆向工程分析构造ECU系统 第9篇

ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元,是整个汽车系统的控制中心,它处理由多个传感器输入的各种模拟和数字信号,并且以这些信号为基础,根据相应的控制策略,给出控制执行机构的信号,控制和驱动各个执行器,从而实现对发动机的有效控制。当今汽车广泛利用微处理器使控制功能智能化,将多种控制功能集中到一个ECU上。通过智能控制可以改善发动机的经济性、动力性、排放性及行驶性,将点火系统和防爆震系统综合在一起进行启动控制;将发动机管理系统和自动变速器控制系统,集成为动力传动系统的综合控制(PCM);将制动防抱死控制系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)和驱动防滑控制系统(ASR)综合在一起进行制动控制[1]。目前ECU设计技术被国外垄断,其中软件部分是实现功能的核心,体现ECU科技含量的主要部分,同时也是汽车利润的主要来源。ECU软件作为系统开发的核心机密,进行了加密。国内自主研发ECU的意义就极其重大,本文根据汽车系统的控制需求,参考对现有的国外ECU加以分析研究,基于逆向工程理论分析探究ECU控制系统的重构,为下一步ECU的独立研发打下基础。

2、ECU软件系统分析

2.1 逆向工程

逆向工程(Reverse Engineering)也称反求工程,是针对现有样品模型或结果,通过分析来推导出具体的实现方法。逆向工程是对已有产品原型消化吸收,并挖掘蕴含在产品中的涉及产品设计、制造和管理等技术,它是分析方法和技术的综合,是对已有设计的再设计[2]。通读所有的文档和源代码,是非常困难的,而且软件逆向工程的初期也不应该陷于具体的细节,而是获取整个软件系统的架构,在架构的指引下进行软件逆向工程的实现。力图在程序编译更高抽象层次上建立相应的控制策略,逆向工程是数据结构、体系结构和程序设计信息的恢复再设计过程。

2.2 ECU控制结构

如图1:

3、反求ECU内部模块

ECU软件设计是发动机控制的核心部分,其内部资料不对外公开。软件逆向工程根据ECU实现功能,反求推导ECU的控制结构。

3.1 油门控制模块

汽车行驶速度是驾驶人给定的,ECU只能在给定速度的基础上控制燃油供给和空气供给来完成汽车行驶要求。

(1)燃油供给控制:根据油门踏板的位置结合行车状况进行修正控制对发动机供油量。燃油泵的单位时间供油量与燃油泵转速有关,而燃油泵的转速相对发动机转速独立,只取决于燃油泵驱动电压大小。当发动机工作时,ECU根据发动机的转速和负荷,控制功率管VT使之以高频(约20kHz)导通或截止,其占空比决定了加载在燃油泵上的平均电压,它与燃油泵的泵油率成正比,以此来计算控制供油量。当发动机在低速,中小负荷下工作时,需要的供油量较小,ECU结合油门踏板的位置修正控制燃油泵低转速,小油量供油。当发动机在大负荷、高转速下工作时,需要的供油量大,ECU结合油门踏板的位置修正控制燃油泵高速运转,大油量供油。

(2)供气控制:供气控制采用双节气门开度传感器,在接到驾驶员踩加速踏板的指令时,并不会直接将节气门全开,而是根据发动机的负荷及转速增加的速度,节气门先打开一个基本角度,然后逐渐增加开度。ECU修正节气门控制系统应该保证按混合气成分特性预定的最佳方式控制喷油量,从而使发动机的综合性能达到最佳。在一定量的混合气中所含空气与燃料的质量比例逼近14.7:1时达到理论空燃比。从而实现燃烧高效率,尾气排放低污染。

3.2 点火模块

(1)点火控制策略:点火提前角控制属于复杂多变量求解问题,影响发动机的主要因素是发动机的转速和负荷,目前普遍采用实验方法来获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的最佳点火提前角,以此来确定三维控制模型图[3]。再将该模型图转换成表格数据存储在ECU中,用来控制实际的点火提前角,如图2:

(2)逼近爆燃控制策略:发动机是否产生爆燃,可用ECU中爆燃信号识别电路来判定,先用滤波电路将爆燃信号进行过滤,只允许特定频率范围的爆燃信号通过滤波电路。再将滤波后信号的峰值电压与爆燃强度基准值进行比较,若其值大于爆燃强度基准值,系统可以判定产生爆燃,并以某一固定值(1.5°2°曲轴转角)逐渐减小点火提前角,直至无爆燃信号产生,在一段时间内保持其值不变;爆燃消除后则又以相同的固定值逐渐增大点火提前角,一直到爆燃重新产生,周而复始。控制过程如图3:

3.3 怠速模块

怠速控制模块对发动机实际怠速转速和冷却液温度、空调负载以及变速器负荷等状态设定的目标怠速转速进行比较,根据二者之差确定要达到目标怠速转速所需要的控制量。在怠速以外的其他工作状况下,若系统对发动机实施怠速控制,会与驾驶员通过油门踏板对进气量的调节发生干涉。因此,在怠速控制系统中,ECU需要根据节气门位置信号和车速信号确认怠速工况,只有在节气门全关、车速为零时,才进行怠速控制。

3.4 自适应模块

(1)自适应都是一个寻优问题,汽车轮胎新旧程度、胎压、空气过滤器、机油过滤器、汽油过滤器、离合器磨损程度、变速箱磨损程度、外界气温、空气湿度等等都会使发动机的运行状况发生漂移,自适应模块需要在这些外界因素影响的条件下使发动机的运行工况保持在较优或最优状态,这需要经过积累性标记高燃烧效率,低尾气排放的所有数据,两个指标进行比较和记忆较优点。

(2)被动寻优是指ECU的无源寻优,不允许在全状态空间内寻找某一目标函数或最优状态,使达到燃烧高效率、尾气低排放。驾驶人没发出操作动作ECU不能进行主动寻优。被动寻优是ECU在行驶的工况中搜索一圈记录较优点,这种寻优方法对控制对象的先验知识要求非常少,同时ECU中也不断记录新的工况数据。行驶中外界环境一直在变,不允许ECU遍历各种工况只能根据驾驶人既有的动作对各种工况进行寻优,这是被动寻优和普通寻优不同的地方。

4、故障诊断

ECU检测汽车故障要能适应环境的变化,汽车在行驶过程中ECU构建自适应策略,故障诊断检测。汽车在不同工况下高速行驶,汽车会出现损坏和老化的器件。ECU接收各个传感器的输入信号,同时对执行器发出输出信号[5]。传感器数量多,各控制参数随时变化,发生故障时很难排除。为此ECU内部设计了故障诊断系统,电脑把接收的各种信号与正常信号范围对比,信号数值超过正常范围的视为故障,将故障信号以故障码的方式显示出来,故障码的含义可由故障仪读出。

5、结语

基于逆向工程的ECU分析不是简单仿照现有对象,而是结合逆向工程和正向工程为重构ECU软件系统做准备。驾驶人的控制目标是车速,但他只能通过油门踏板给出油门控制命令。结果缺乏一个明确的速度给定命令。ECU需要根据发动机的工况,没有机械装置的情况下,用电子装置控制传感器。我们希望ECU在给定燃油下达到最优或较优,给发动机正时点火,提高发动机的动力性,减少尾气污染。

参考文献

[1]林学东,王霆.车用发动机电子控制技术[S].北京:机械工业出版社,1￣15,94￣104,2008.

[2]孔祥松.软件逆向工程的研究与实践[D].北京:北京交通大学,83￣92,2006.

[3]周云山,钟勇.汽车电子控制技术[S].北京:机械工业出版社,63￣74,2004.

[4]曾科,刘兵.汽油机电子控制单元(ECU)的开发.上海:内燃机工程,5,2005.

逆向工程关键技术的研究与应用 第10篇

随着科学技术的高度发展,科技成果的应用已经成为推动生产力和社会进步的重要手段。如何更快、更好地发展科技和经济,世界各国都在研究对策,充分利用别国的科技成就加以消化吸收与创新,进而发展自己的技术已成为普遍的手段。事实证明,技术引进是吸收国外先进技术,促进民族经济高速度增长的战略措施,据有关统计资料表明,各国百分之七十以上的技术都是来自国外,要掌握这些技术,正常的途径都是通过逆向工程(Reverse Engineering,RE)。实际上,任何产品问世,不管是创新、改进还是仿制,都蕴涵着对已有科学、技术的继承、应用和借鉴。因此研究逆向工程技术,对国民经济的发展和科学技术水平的提高都具有重大的意义[1]。

1 概念

逆向工程,也称为反求工程,它的思想最初是来自从油泥模型到产品实物的设计过程。它指的是针对已有产品原型,消化吸收和挖掘蕴涵其中的涉及产品设计、制造和管理等各个方面的一系列分析方法、手段和技术的综合。它以产品原型、实物、软件(图样、程序、技术文件等)或影像(图片、照片等)作为研究对象,应用系统工程学、产品设计方法学和计算机辅助技术的理论和方法,探索并掌握产品全生命周期设计、制造和管理的关键技术,进而开发出同类的或更先进的产品[2]。目前,国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向,即重建产品实物的CAD,称为“实物逆向工程”。下面对逆向工程的研究与应用及其在国内外的研究进展进行介绍和讨论。

2 数据采集

数据采集也称零件的数字化,是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据,在此基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。根据测量探头是否与零件表面接触,数据采集的方法主要可分为接触式和非接触式两种。

2.1 接触式

接触式数据采集方法包括使用基于力触发原理的触发式数据采集和连续扫描数据采集、磁场法、超声波法等,最常用的就是机械接触式三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,CMM)。触发式数据采集采用触发探头,当探头的探针接触到样件的表面时,由于探针尖受力变形触发采样中的开关,这样通过数据采集系统记下探针尖的当时坐标,逐点移动,就能采集到样件表面轮廓的坐标数据。这种方法具有精度高、适应性强的优点,但效率低,数据需进行测头半径补偿,而且由于测量力的存在,对一些软质表面或易损伤物体表面无法进行测量。

2.2 非接触式

非接触式测量根据测量原理的不同,分为光学测量法、工业CT测量法、核磁共振(MRI)测量法、超声波测量法、电磁测量法、层析法等方式,较为成熟的是光学测量法。光学测量法又分为结构光法、激光三角形法、激光干涉法、图像分析法等。最常用的是激光三角形测量法,其基本原理是利用激光源投射到被测表面,反射光在图像传感器上成像,按照预设计的三角形光路原理得到被测点的位置坐标。这种方法测量速度非常快,软工件、薄工件、不可接触的高精密工件都可直接测量,但易受光线的影响,测量精度不高,对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难。而其他方法包括CT测量法、核磁共振测量法、层析法、超声波法等,在逆向工程中应用较少[3]。

3 数据预处理

由于测量设备的缺陷、测量方法和零件表面质量的影响,通过测量所获得的数据不可避免地引入了误差,尤其是尖锐边和边界附近的测量数据,测量数据中的坏点,可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面,所以要对原始点云数据应进行预处理。其主要的预处理工作包括:去除噪声点、数据插补、数据平滑、数据精简、数据分割、多视点云的对齐等。

3.1 去除噪声点

无论何种数据采集方式,获得的数据中均存在一定的超差点或错误点,统称为噪声点,通常是由于测量设备的标定参数或测量环境发生变化所造成。常用的检查方法是将点云显示在图形终端上,或者生成曲线采用半交互半自动的光顺方法对点云数据进行检查调整,但对于数量较大的点云并不适宜。此外,去除噪声点的方法还可以采用:(1)考虑两个连续点之间的角度,若某点与它前一点的角度超过某一规定值,则剔除该点以;(2)将这些点移动到一个平均值;(3)将测量点沿给定的轴在规定的距离范围内向上或向下移动[4]。

3.2 数据插补

对于一些测量不到的区域,会造成数据空白现象,这使得逆向建模变得困难,需要通过数据插补的方法来补齐缺失数据。目前应用于逆向工程的数据插补方法或技术主要有实物填充法、造型设计法和曲线、曲面插值补充法。

3.3 数据平滑

数据平滑通常采用标准Gaussian(高斯)、平均(Averaging)或中值(Median)滤波算法。高斯滤波器在指定域内的权重为高斯分布,其平均效果较小,故在滤波的同时能较好地保持原数据的形貌。平均滤波器采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计值,这种滤波器消除数据毛刺的效果很好。实际使用时,可根据点云质量和后续建模要求灵活选择滤波算法。

3.4 数据精简

在重构曲面时,过密的点云会导致计算机运行、存取和操作的效率降低,生成曲面模型需要消耗更多的时间,并且还要影响重构曲面的光顺性。为了避免上述问题,就需要对扫描得到的点云进行数据简化。不同类型的“点云”可采用不同的精简方式,散乱“点云”可通过随机采样的方法来精简;扫描线“点云”和多边形“点云”可采用等间距缩减、倍率缩减、等量缩减等方法;网格化“点云”可采用等分布密度法和最小包围区域法进行数据缩减[5]。数据精简操作只是简单的对原始“点云”中的点进行了删减,不产生新点。

3.5 数据分割

数据分割是根据组成实物外形曲面的子曲面的类型,将属于同一子曲面类型的数据成组,这样全部数据将划分为特征单一、互不重叠的区域,为后续的曲面模型重建提供方便。基于实物样件点云数据的区域分割方法分为基于测量的分割和自动分割两种:(1)基于测量的分割指在测量过程中,操作人员根据实物外形特征划分子曲面,并对各种特征进行标记,在此基础上规划测量路径,在将不同的曲面特征数据输入CAD软件的时候,可以实现不同数据的分层显示及处理。(2)自动分割方法有基于边(Edge-Base)和基于面(Surface-Based)2种方法。基于边的方法认为测量点的法矢或曲率的突变是一个区域与另一个区域的边界,并将封闭边界的区域作为最终的分割结果。基于面的方法是将具有相似几何特征的空间点划分为同一区域,根据方法不同又可细分为基于曲面法矢、曲率相似特性的方法和拟合误差控制的方法[1]。

3.6 多视点云的对齐

在数据采集的实际操作中,零件的外形数据往往不是一次测量的结果,这就需要将不同坐标系下的数据统一到同一坐标系中,这个处理过程称为数据的对齐,或数据拼合。数据对齐处理可分为对数据的直接对齐和基于图形的对齐2种方法:(1)数据的直接对齐是直接对数据点集操作,实现点数据的对齐,以获得完整的数据信息和一致的数据结构;(2)基于图形的对齐是对各视图数据进行局部造型,最后拼合对齐这些几何图形,其优点是可以利用图形几何特征(点线、面等)进行对齐,过程快捷、结果准确,但通常情况下,一个特征往往会被分割在不同的视图中,由于缺乏完整的拓扑和特征信息,局部造型往往十分困难。

4 模型重建

在逆向工程中,三维CAD模型重建是利用产品表面的散乱点数据,通过插值或者拟合构建一个近似模型来逼近产品原型。一种曲面重建方法是先将数据点通过插值或逼近拟合成曲线,再利用造型工具将曲线构建成曲面;另外一种方法则是直接对测量数据点进行曲面片拟合,再经过对曲面片的过渡、拼接、裁剪等操作完成曲面模型的构建。

上述介绍的两种曲面重建方法都将模型重建分割为孤立的曲面片造型,忽略了产品模型的整体属性,无法清晰地表述零件的几何特征及特征之间的约束关系,然而基于产品几何特征及约束的模型重建的技术则很好地解决了这一问题,可通过如下方法实现[6]:

(1)基于截面形状特征的蒙皮截面重构:首先基于测量数据获取截面数据,并按照原始的截面曲线组成对截面数据进行分割,然后将截面曲线表达为特征曲线元和特征点的组合,并基于特征点的微分特性利用动态规划法建立不同截面曲线之间的初始对应关系,最后基于对应特征间连续性逼近蒙皮生成曲面模型。

(2)基于截面形状特征的拉伸面、旋转面、扫成面特征重构:首先基于测量数据获取截面数据并在几何约束下进行截面形状特征重构,最后由拉伸、旋转、扫成等方法生成基体或曲面特征。

(3)简单二次曲面特征重构:工业产品设计中常见的平面、球面、柱面等可以利用特征提取与运算技术来实现曲面的重建。

(4)自由曲面重构:从散乱数据直接构建复杂拓扑的工业级自由曲面比简单曲面参数提取的过程困难,一般通过满足边界条件的曲面拟合方法实现。

(5)实体模型重构:基于提取的特征参数与重构曲面特征,建立完整的实体模型。

5 模型精度评价

在反求过程中,我们从产品的实物模型,重建得到了产品的CAD模型,根据这个CAD模型,一方面可以对原产品进行仿制或者重复制造,另一方面可以对原产品进行工程分析、优化结构,实现改进、创新设计。两个方面都存在这样一个问题,即重构的CAD模型能否表现产品实物,两者之间的误差有多大?因此,应予以考虑的模型精度评价主要解决以下问题:

(1)由逆向工程中重建得到的模型和实物样件的误差到底有多大;

(2)所建立的模型是否可以接受;

(3)根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。

前两个问题评价数学模型的精度,即重建得到的CAD模型,第三个问题是评价制造零件的制造误差(形状误差)。可以将精度评价分成两个过程,一是比较实物模型和CAD数学模型的差异;二是检验制造产品和CAD数学模型的差异,两个过程的精度相加即为逆向工程的总精度或总误差。

5.1 误差模型

在反求工程的每一个环节,从产品原型制造、数据测量、处理到模型重建,均会产生误差,从而导致相当数量的积累误差。逆向模型与实物样件的总误差即是各个环节的传递累积误差,用数学式表达如下:

其中:εt为总误差;εp为原型误差;εs为测量误差;εd为数据处理误差;εm为造型误差;εf制造误差。

5.2 模型精度评价及量化指标

精度反映逆向模型和实物以及模型和产品差距的大小,在确定评价指标时仍为两种情况,即单纯仿制和创新设计。评价指标分为整体指标和局部指标,还可分为量化指标和非量化指标。整体指标指的是实物或模型总体性质,如整体几何尺寸、体积、面积(表面积)以及几何特征间的几何约束关系,如孔、槽之间的尺寸和定位关系;局部指标指的是曲面片与实体对应曲面的偏离程度。量化指标指精度的数值大小,非量化指标主要用于曲面模型的评价,如表面的光顺性等,主要通过曲面的高斯曲率分布、光照效果、法矢和主曲率图检验光顺效果,并参照人的感官评价[7]。

另外,实物样件与模型曲面直接的误差,可以通过采样点与模型曲面之间的误差表示。模型与实物的对比问题转换为计算点到曲面的距离,其精度指标可采用最大距离、平均距离和距离误差估计等几个距离指标表示。

6 逆向工程的应用

逆向工程技术由于其本身具有快捷、方便、直观的特点,其应用领域已经不仅仅局限于新产品开发方面。随着与逆向工程相关的软硬件技术的发展和普及,其应用范围也越来越宽广。可大致分为以下几个方面[8]:

(1)基于实物模型的产品外形设计:当设计师难以直接用计算机进行某些物体,如复杂的艺术造型、人体和其他动植物外形的三维几何设计时,常用黏土、木材或泡沫塑料进行初始外形设计(概念设计),这就需要通过逆向工程将实物模型转化为三维CAD模型。

(2)对现有的产品进行局部的修改:由于工艺、美观、使用效果等原因,经常要对已有的产品作局部的修改。在原始设计没有三维CAD模型的情况下,将实物构件通过数据测量与处理产生与实际相符的CAD模型,并对CAD模型进行修改以后再进行加工。

(3)对无法得到图纸的已有产品实现数字化:传统产业的产品往往无图纸可用,需要采用逆向工程的方法来实现传统产品的数字化。

(4)对已有产品为基准点进行的设计借鉴别人的成功设计,进行再创新设计是在激烈竞争中赶超同行先进水平的一个捷径。

(5)磨损或损坏物体的还原:某些大型设备,如航空发动机、汽轮机组,常会因为某一零部件的损坏而停止运行。通过逆向工程手段,可以快速生产这些零部件的替代件。

(6)医学模型制作:可以通过CT、MRT等临床检测手段获取人体扫描的分层截面图像,并将数据传送至RPM系统,制作出人体局部或内脏器官的模型。

(7)工业产品的无损探伤:借助于层析X射线摄影法(CT技术),逆向工程还可以快速发现、度量、定位物体的内部缺陷,从而成为工业产品无损探伤的重要手段。

(8)产品的检测:通过逆向工程技术,利用CAD信息自动生成测量程序,通过三坐标测量机完成对产品的测量任务,获得测量结果再与CAD信息进行比较来评价产品的加工准确度。

7 常用的逆向造型软件简介

逆向工程技术在理论上受到了学术界的广泛关注,其成果的商业应用也倍受重视。而商业应用的关键就是逆向工程CAD建模软件的开发,下面介绍几种比较著名的逆向工程软件。

(1) ImageWare是由美国某公司提供的逆向工程造型软件,具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。可以处理几万至几百万的点云数据。根据这些数据构造的A级曲面具有良好的品质和曲面连续性。它的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据之间的误差以及平面度、圆度等几何公差。

(2) GeoMagic是美国某公司的逆向工程软件,具有丰富的数据处理手段,可以根据测量数据快速地构造出多张连续的曲面模型。软件的应用领域从工业设计到医疗仿真等,用户包括通用汽车、BMW等大制造商。

(3) CopyCAD是CAD系列产品之一,是一个功能强大的逆向工程系统。用户利用CopyCAD可以快速编辑数字化数据,并能生成高质量的复杂表面。CopyCAD可以完全控制表面边界的选择,自动形成符合规定公差的平滑、多面块曲面,还能保证相邻表面之间相切的连续性。

(4) RapidForm是逆向工程软件。主要用于处理测量、扫描数据的曲面建模以及基于CT数据的医疗图像建模,还可以完成艺术品的测量建模以及高级图形生成。它提供一整套模型分割、曲面生成、曲面检测的工具,用户可以方便地利用以前构造的曲线网格,经过缩放处理后应用到新的模型重构过程中。

(5)RE-SOFT是由我国浙江大学和某有限公司联合推出的完全具有自主知识产权的逆向工程CAD建模系统。它不仅具有大多数的商业逆向工程建模软件具有的特征识别及处理的功能,其系统构架和数据定义、功能模块划分和操作管理等方面都充分体现了以产品的特征抽取、运算、再现和质量评价为核心的技术特色和先进性,是一个比较完善的基于特征的逆向工程CAD建模系统。

8 结论

逆向工程技术在我国经过短短十几年的发展,其宽广的应用前景已受到工程技术人员的关注。作为CAD技术的一个重要组成部分,逆向工程的内涵超出了仿制的发展阶段,它对我国消化吸收先进技术、解决产品快速开发和创新设计、提高产品的市场竞争力有着重要的推动作用。

摘要：随着逆向工程技术的不断发展，其应用领域也日益广泛。文章阐述了逆向工程的基本概念、数据采集、数据处理、模型重建、模型精度分析等关键技术及其在国内外的最新发展，并介绍了几种主要的商用逆向造型软件。

关键词：逆向工程,数据采集,数据预处理,模型重建,逆向软件

参考文献

[1]金涛，童水光等．逆向工程技术[M]．北京：机械工业出版社，2003．8．

[2]金涛，陈建良，童水光．逆向工程技术研究进展[J]．中国机械工程，2002，8：1430-1437．

[3]王霄．逆向工程技术及其应用[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[4]鞠华．逆向工程中自由曲面的数据处理与误差补偿研究[D]．浙江：浙江大学，2003．

[5]武剑洁，王启付，黄运保等．逆向工程中曲面重建的研究进展．工程图学学报，2004，(4)．

[6]柯映林．反求工程CAD建模理论、方法和系统[M]．北京：机械工业出版社，2005，7．

[7]Vanco Mark,Brunnett Guido.Direct segmentation of alge braic models for reverse engineering.Computing(Vienna/ New York),2004,72(1-2):207-220.

逆向工程 第11篇

摘 要：作为汽车内饰当中最为重要的构成部分，仪表板上集中了各种仪表与信号、操作开关，汽车所有操作控制和显示都集中在仪表板上。对于驾驶员来说，设计优良的仪表板能够在其行驶过程中为其提供各种内部信息，让驾驶变得更加方便、安全。同时，仪表板在一定程度上也能够体现出一辆车的风格和个性特点，更是衡量仪表板制作厂家技术与工艺水平以及艺术风格的重要指标。为此，本文就基于逆向工程的汽车仪表板开发问题展开了分析。

关键词：逆向工程；汽车仪表板；开发

中图分类号： U463 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-186-2

0 引言

作为构 成汽车的重要零部件，汽车仪表板呈现出的外表面较为复杂，不但产品的更新速度很快，对仪表板表面的质量也有着很高的要求。为此，如何在提高产品开发速度的同时使仪表板表面质量得到有效保障成为了实际生产当中亟待解决的一个问题。此种情况下，通过对已有产品进行逆向分析、研究，进而推导出该产品处理流程和功能特性以及技术规格、组织结构等设计要素的逆向工程技术被逐渐应用到汽车仪表板新产品开发当中。下面就逆向工程的汽车仪表板开发做进一步分析。

1 汽车仪表板设计方法和路线

早期的仪表板设计较为侧重于功能，所以，在造型设计上较为规则和简陋，缺少美观性。但是随着人们物质生活水平的提升，人们在注重性能的同时，越来越看重外观，也就是汽车仪表板造型的美观。同时，对仪表板表面的质量要求也从原本的B级上升到现在的A级[1]。

从仪表板的造型设计来看，最开始的时候要像整个车辆设计那样确立一个初始布置方案，然后经由造型师在参照最初车辆总体布置中轮廓的大致尺寸分别制作出二维的效果图与三维的油泥模型。

2 仪表板逆向设计

2.1 前期的准备

第一，剖析产品，将其结构的主要特征、整体设计思路以及建模顺序确定下来。在仪表板结构主要特征的确定过程中需要对配合面和产品外形轮廓特征这样的基本特征同诸如面和面之间过渡、凹腔、凸台以及倒圆角这类的构造特征有明确区分，在此基础上以基本特征为着手点生成仪表板模型的基本形状，在此过程中要保证重点。当基本形状生成之后，再继续进行诸如过渡面以及凹腔、凸台、筋条和孔等细节部位的设计。

第二，把仪表板设计过程中应遵守的指导原则确定下来。对于汽车的整体来说，任何一个零部件都是不可或缺的重要构成部分，因为有它们的存在才构成了一个有机整体。所以，在正式重构仪表板曲面之前首要考虑的问题就是在整车装配上其与其他零部件间的协调问题，也就是说，应给那些在装配着中具有重要作用的部位或是边界位置设立一个统一标准[2]。

2.2 数据的获取

要想获得完善的数据，就需要使用ATOS进行扫描，然后把得到的数据输入到相关的软件当中，使用的格式是*.asc以及*.stl，所输入的软件一定要是Imageware的软件当中。下附测量点云图示图1：

2.3 数据的预处理方式

因为汽车的仪表板中，所拥有的油泥在尺寸方面比较大，并且所呈现的形状也非常复杂，这样只有经过多次的反复的扫描并且配合着TRITOP相机的数码系统。但是此种相机会拍摄到多种参考点的作标位置，因此可以对这些坐标点和各种云间点进行联系和对应，然后在对应的基础上让ATOS系统中自己所带领的软件实现各个云点之间的融合和拼凑。结束这些工作以后还需要在Imageware软件当中进行噪声点的删除项目，最后使用等距离的方法对点云进行精简，并且把点云放在汽车装拼中的指定位置上，以此确定产品所出模的方向。

2.4 曲面的重构

在利用逆向工程重构曲面的时候，要以面在仪表板产品上的重要程度为依据规划好构建顺序，通常来说，构建的顺序为基础面、大一点的过渡曲面、细微特征与圆角特征[3]。构建顺序的不同会对整个模型重构时间以及仪表板外表面最终的质量产生直接影响。曲面的生成方法有两种，分别是由曲线生成的曲面和由点云直线生成的曲面；曲面重构的步骤有如下几步：一是曲面的分块；二是创建基础面；三是创建过渡面；四是分析、检查曲面；五是完善模型。

若最开始的数据分块分得好，在点云基础上拟合曲面的方法就会很快速和直接，而且曲面生成过程中曲面的光顺性以及其与点云之间的误差都能够得到有效控制。但此种方法的缺点是曲面的调整需要从低控制点分布的3×3调整到高阶的n×n，其中n的值一般不会超过10，以致这个过程会消耗大量的时间成本。对于利用曲线生成曲面的方法来说，其关键点在与架构线要生成良好，若有了好的架构线，即使没有点云做支撑，也完全可以通过这些架构线做成曲面，并能够使精度要求得到满足。

2.5 曲面的检查

当曲面创建完成之后，还需要对其做误差分析以及光顺性与连续性的检查，其中误差的分析在曲面创建的过程当中就完成了，所以，只需要进行光顺性与连续性检查以及触摸方向的检测即可。下面具体介绍下光顺性检查与连续性检查：

①光顺性检查。若一条曲线曲率半径图连续，各部分都是单调段，那么就可以称其是光顺的。在分析曲面光顺性时主要从以下几方面入手：一是精度要求；二是与曲率方向尽量保持一直；三是曲率比即将要做的圆角过渡半径值大。

②连续性检查。曲面间光顺的连接有两种，分别为整边连接、部分连接，对两曲面连续性做局部调整时，可对正切比例的因子进行适当调整。

2.6 三维结构的设计

当重构完表面模型以后，就能够开始结构设计工作。汽车当中仪表板本体是由骨架与发泡部分构成的。通常发泡层的实际厚度约7毫米，能够使基础面向里便宜，使发泡层的厚度增加，之后再进行过渡面的添加，形成表面，最后对内表面进行封闭处理，并把曲面模型变成实体模型[4]。其中，骨架可以使用钢骨架的形式来构成，通常实际厚度为1毫米左右，并且还要在其上布设相应的工艺孔，使得发泡层可以顺利进行流通。同时骨架的设计不仅满足实际装配需要，还要具备一定的刚度，有效确保仪表板不会出现变形等现象。下附产品骨架图示（图2）：

3 结束语

汽车仪表板的造型以及表面展现出来的质量将会对车辆整体的美感与性能以及产品销售量造成直接影响。在汽车仪表板的开发当中逆向工程已经成为了主流形式，它的应用不但有效缩短了仪表板的设计、开发周期，还使得仪表板的造型、质量得到了优化，同时，降低了新产品开发的风险和成本，大大提升了企业的竞争实力。

参 考 文 献

[1] 汪洪清.汽车仪表板手套箱开发研究[J].汽车实用技术，2015（3）：52-55.

[2] 侯桂芳.汽车仪表板的模块化设计[J].专用车与零部件，2015（8）：71-72.

[3] 宫文峰，黄美发.逆向工程技术的应用与研究[J].机械设计与制造，2013（1）：110-112.

逆向工程中的难点问题浅析 第12篇

机械制造领域中的逆向工程 ( Reverse Engineer, 简称RE) 概念是从软件工程中的“逆向工程”概念发展而来的。它是从已有产品模型出发, 通过一定的测量手段获取产品几何数据并通过这些数据在CAD环境下重建产品的数字化或参数化模型, 最后通过CAM/CNC或快速成型等技术得到最终产品实物。

在传统的产品开发和制造过程中, 是先进行产品的概念设计或者提出技术要求, 然后根据概念或技术要求建立CAD模型, 最终制造出样品 ( 产品) 。这样的正向设计过程虽已可以满足很多产品要求, 但仍有许多产品出于种种原因最初并不是由计算机辅助设计模型描述的, 并没有设计图纸或者图纸不完整, 而设计和制造者面对的只是实物的样件。此时如果想采用CAM的制造方法, 就只能通过逆向工程得到其CAD模型。在进行产品改进时, 也可在逆向工程的数字化模型基础上进行编辑, 在原型的基础上进行二次创新, 不仅优化了设计, 而且缩短了设计周期。因此逆向工程技术在产品的仿制和改型设计、新产品的开发、工业设计、模具设计和制造等领域得到了广泛的应用。但在技术实施工程中, 也伴随着一些难点问题。

1零件原型数据的获取

在逆向工程技术中, 产品原型的数字化是最为关键的一步。只有获取正确的表面测量数据, 才能进行误差分析和曲面比较, 进一步建立CAD模型和曲面重构。而实际的测量方法, 无外乎接触式和非接触式两种, 由于各自原理的差异, 精度不一致在所难免; 在实际的测量过程中, 受到人为或随机因素的影响, 也都不可避免会引入大量的噪音点, 以非接触式测量方法中常见的激光三角测量法为例, 由于其光视觉传感器是利用光学反射原理进行测量的, 测量结果也难免会受到室内光照条件、测量工件表面的光学反射特性和传感器噪声干扰等因素的影响, 从而产生一定量的噪声点, 对数据获取产生不利影响; 对于一些外形结构较为复杂零件或者薄壁零件而言, 由于表面复杂曲面较多, 并且一些部位凹陷较大, 难以进行反射测量, 表面数据的取得有一定的困难。因此在测量中, 要尽量营造优良的数据采集环境, 室内湿度, 光线强度等都需达到要求, 工件表面可喷涂专有的显像剂; 对于特殊部位, 还需改变方位多次测量尽可能获取丰富的表面参数。

2对扫描数据的处理

通过3D扫描, 得到的是一系列离散的点云数据, 由于误差的存在, 噪音点的出现在所难免; 对于样件的某些特殊部位, 由于表面形状的限制, 会出现测量不到位、数据缺失的情况; 有些部位由于进行了不同方位的多次扫描, 会出现数据重复或者不一致、产生冗余数据, 这些情况都要进行相应的技术处理, 才能进行后期建模。对于明显的偏离主点云区域的点或屏幕上的孤点, 可根据图形显示直接删除; 对于多次测量不一致的冗余数据, 可通过曲线检查法和角度检查法进行筛选删除; 为了减少或消除数据中的噪声点, 还可以依据点云特点, 通过平滑滤波操作消除部分噪声点, 尽可能使点云数据能够还原样件的原有轮廓, 提高后期曲面重构的质量; 如果测得的点云数据过多, 会对后期的造型处理和数据的存储编辑带来诸多不便, 增加处理时间和成本, 因此可在不影响精度的前提下对部分点云数据通过随机采样、等量缩减、等间距缩减以及分布密度法和最小包围区法等方式进行数据精简, 以利于最终建模。

3曲面重构与光顺处理

通过3D扫描测量得到的点云数据, 最终要处理得到产品的三位模型, 获得零件的表面形状, 也就是说要从离散的点生成连续的面, 用点云数据得到空间曲面。而曲面的造型方式, 又有传统造型方式和快速造型方式之分。传统曲面造型方式是通过“点- 线- 面”的流程, 先利用离散点通过拟合法或插值法得到拟合曲线, 再通过曲线来重建曲面片进而建立曲面模型。该方式重构曲面的质量较高, 但在操作过程中需要大量的人工交互, 建模过程时间较长, 对操作人员的技能要求也比较高。而快速曲面造型则是采用Bezier或NURBS曲面模型对曲面进行重建, 在建模过程中只需要设计人员进行曲面转换、对点云数据和由其所得到的多边形模型进行处理并对系统参数进行预设即可, 建模速度快但重构曲面的精度较传统造型方式有所降低。不论采取哪种方法, 一般都要分区进行曲面重构, 之后还要进行曲面的连接和过渡以形成整块曲面, 对曲面的精度会造成较大影响。

此外, 在逆向工程技术中还存在着诸如CAD模型精度评价、误差分析等难点问题, 这些问题也正是现如今逆向工程的研究热点, 当然这些问题也并不会成为逆向工程发展的羁绊, 随着技术的不断进步, 逆向工程的优点也越来越凸显, 在产业转型的大背景之下, 逆向工程将会成为我们消化、吸收先进技术, 实现技术升级的重要手段。

参考文献

[1]弋江淼.逆向工程空间复杂曲面重构技术研究[D].西安:陕西科技大学, 2013.

[2]李青蒙.激光扫描点云处理技术研究[D].大连:大连海事大学, 2013.