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反求工程在工业设计中的研究与应用 孙 倩 天津大学机械学院工业设计工程专业2011级硕士生 摘要：反求工程技术在工业设计中存在着巨大的应用潜力，而工业设计中三维造型设计技术的广泛应用, 为反求工程技术的应用奠定了良好的基础。本文以一个常见的工业产淋浴喷头为例，基于Pro/ENGINEER开发的模具设计流程对其进行数据采集、数据分析处理和模型重构，最后实现淋浴喷头三维模型的设计。Pro/ENGINEER曲面重构 0 前言* 反求工程，又称逆向工程技术，是以设计方法学为指导，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，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计，再创造是反求设计的灵魂。 反求工程技术是20世纪80年代分别由美国3M公司、日本名古屋工业研究所以及美国UVP公司提出并研制开发成功的。进入20世纪90年代以来，逆向工程被放到大幅度缩短产品开发周期和增强企业竞争能力的主要位置上，由此引发了反求设计与反求工程。国内目前一些中大型公司也已经建立起了反求实验室。 相对于传统的正向设计方式，反求工程适用于只有产品或实物模型，没有产品图纸的条件下实现产品的制造反求工程医疗, 为反求工程技术的应用奠定了良好的基础。工业设计是提高产品市场竞争力的有力工具，然而在我国，工业设计仍未发挥其应有的作用，其中有一个重要的原因，就是由于设计环境和设计手段的局限，限制了设计师的创造能力的发挥以及和工程技术人员有效的交流与协调。使得新产品的开发效率低下，进展缓慢 此阶段工作的核心是创意，设计人员将前一阶段调查所得的信息、资料进行分析总结，提出具有创新性的解决方案。提出概念、创意和设想，完善并改进创意。制作具体的工程设计图纸和草模。选定材料，确定生产工艺和技术结构。 第四步:确定方案 设计人员对其创意的可行性加以论证，并通过优化，协调该产品，在外观、颜色、细节、特性以及功能等方面的复杂关系，从而使该创意更具可操作性。运用三维辅助设计完成外观模型以及概念设计原型的制作。制造手板模型并请用户试用检验。 第五步:结果探讨 在此阶段产品设计方案己确定，接下来讨论并制定出详细的生产计划书。提交最终的设计样本，确定生产中所需的规格和技术，测算材料和制造成本，制定生产、营销方案，策划后期产品上市包装，宣传等。 由以上的步骤可以看出，在第一和第二阶段，主要是调查、收集和酝酿，确定开发方案。明确产品是与老产品存在较大区别还是在老产品的基础上加以创新性改进，正向设计是主动创造，而反求则是先被动后主动的创造过程，需要规划好反求设计和正向设计相应负责的部分，使产品设计能够并行地进行。 下图为集成了反求工程的产品开发系统模型。 已有产品 分析认识 评估 实物样件 表面数字化 曲面重建 产品创意 设计草图 CAID 快速制造 生产 数据库 图1 集成反求工程的产品开发系统模型 反求工程技术与产品调查、设计创意几何建模、数控加工、快速原型制造以及生产一起组成有机整体，从而可以不断进行产品改良，促进新产品的诞生的同时，能够保持本品牌产品的纯正血统。 2 反求工程在产品开发中的步骤 建立一套完整的工程系统，需要下列基本配置：立体扫描仪;点群数据处理软件，即逆向工程软件;CAD/CAM/CAE软件;CNC机床;快速成型机或其他成型设备。本文以一个常见的工业产淋浴喷头为例，基于Pro/ENGINEER开发的模具设计流程对其进行数据采集、数据分析处理和模型重构，最后实现淋浴喷头三维模型的设计。 2.1 产品外形数据的获取 外观造型在工业产品设计中十分重要，为了获 取实物的外观数据，需要采用合适的反求测量方法。反求工程的第一步，就是运用各种手段，采集实物 模型的有关数据。这也是反求工程最关键的一步， 如果没有采集到足够和满足需要精度的物体外形的 数据，反求工程将无法继续进行下去。目前，获取 产品外形数据的测量方式和测量设备有很多种，它 们的原理各不相同，使用起来也各有利弊。为了使 反求达到最佳效果，必须根据具体需要采用合适的 反求方法和设备。 测量设备是反求工程中的核心硬件之一。反求 工程采用的测量方法主要有两种，一是传统的接触 式测量法，如三坐标仪测量法;二是无接触测量法，如投影光栅法、激光三角形法、全息法、深度图像 三维测量法;而逐层扫描测量法，如工业CT法、核 磁共振法(MRI)、自动断层扫描法等，由于扫描测 头不与工件接触，也可被归到非接触测量中，但其 建模重构过程与一般的非接触测量是不同的，为了使反求工程在工业设计中得到广泛的应用，测