反求设计实验报告.doc

反求设计实验报告 一．反求设计理论的分析 1.1反求工程的概念与内容 人们通常所称的设计，一般均指正向设计。先是市场调研设计要求，然后设计师创造性的劳动，最后完成产品的设计。而反求工程则是在己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，反求工程是己有设计的设计。 反求工程涉及的内容比较广泛，包括几何形状反求、材料反求、工艺反求等许多方面。一般可以按反求对象分为以下三类: 实物反求；软件反求；影像反求。从狭义上说，反求工程主要指几何形状反求。传统的几何形状反求的工作流程如下： 图1.1传统几何形状反求的工作流程 这种反求方式往往带来以下问题：a.仿制精度不足，翻制模具和手工测绘难以保证精度；b.加工工艺复杂，需要经验丰富的熟练技工；c.处理方式有限，对于一些复杂曲面难以加工；d.花费成本太大，需要多种加工设备和工具；e.开发周期长，模具的制造要耗费大量的工时；f.改变设计困难，不便对产品进行改进。 总之传统的反求方式使得设计制造与开发产品的效率很低，而且主要是用来仿制已有产品，难以作为一种创新设计手段。这些问题使反求工程的应用范围也因此受到了很大限制。 近十几年来，随着信息技术、测控技术、计算机技术的曲面重构技术、快速原型制造等技术的发展与兴起，反求工程技术也得到了迅速的发展，并广泛地应用于机械、家电、航空、汽车、轻工、医疗等领域。较之于传统的反求技术，速度大为提高。 现有的反求工程就是指根据先进的测量设备从实物模型测得的数据，构造出该物体CAD模型，继而将这些模型和设计表征用于产品的分析和制造。它可以方便快捷地提取难以用CAD设计的零件以及艺术模型的数据。它在产品快速设计与快速制造方面具有重要意义。 目前反求工程的工作流程如下： 图1.2目前几何形状反求工程的工作路线 1.2 逆向工程工作步骤 反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据，之后再使用软件，计算出采集数据的空间坐标，并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位的扫描、然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程，可以分为四个步骤： 1) 零件原型的数字化。通常采用接触式或非接触式测量方法来获取零件原型表面点的三维坐标值。 2) 测量数据点的预处理。包括数据点噪声剔除、数据简化、数据平滑、数据分块、特征提取等。 3) 零件原型CAD模型的重建。将分割后的三维数据在CAD系统中分别进行零件原型曲面模型的拟合，并通过各曲面片的求交与拼接获取零件原型的CAD模型。 4) CAD模型的检验与修正。根据获得的CAD模型加工出样品，重新测量加工模型，检验重建的CAD模型是否满足精度或其它试验性能指标的要求，若不满足要求则重复以上过程，直至达到设计要求。 图1. 逆向工程流程图 1.3 逆向工程的应用范围 目前，随着测量技术、材料技术及先进制造技术的迅速发展，逆向工程在制造业得到了广泛的应用，尤其在航空、航天、汽车、家电、模具等行业中表现出越来越大的应用潜力和前景。逆向工程的具体应用主要表现在以下几个方面： 1) 基于实物模型的产品外型设计。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等的三维几何没计时，常用黏土、木材或泡沫塑料等材料进行初始外型设计(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) 对现有产品的局部修改。由于工艺、美观、使用效果等方面的原因，经常要对已有的产品做局部修改。在原始设计没有三维CAD模型的情况下，若能将实物通过数据测量与处理产生与实际相符的CAD模型，对CAD模型进行修改后再进行加工，将显著提高生产效率。因此，逆向工程在改型设计方面可以发挥不可替代的作用。 3) 对无法得到图纸的已有产品数字化。传统产业的很多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。因此，逆向工程技术是改造传统产业、推动产品更新换代，带动产业结构升级的重要手段。 4) 以已有产品为基准点进行的设计(benchmarking)。借鉴别人的成功设计并在此基础上进行产品创新设计是赶超同类行业先进水平的一个重要捷径，也是当今的一条新设计理念。 5) 磨损或损坏物体的还原。某些大型设备，如航空发动机、汽轮机组等，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，从而提高设备的利用率和使用寿命。 6) 医学模型制作。逆向工程系统可以通过CT、MRI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