逆向工程与产品创新设计

0 引言

随着逆向工程技术的不断发展,逆向工程已经成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带,被广泛应用于家用电器、汽车、摩托车、飞机、模具等产品的改型与创新设计,成为消化、吸收先进技术,实现新产品快速开发的重要技术手段。特别是随着现代计算机技术及测试技术的发展,利用CAD/CAM技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程,已经不局限于产品的仿制,已拓展到医学界人体的骨头、关节等复制,艺术界、考古界艺术品、考古文物的复制,并且该技术已与计算机辅助集成技术、虚拟现实技术、神经网络、人工智能、知识工程等现代现代设计、制造与控制技术溶于一体,形成当今的前沿科技。

1 逆向工程的应用范围

1.1 新零件的设计

在工业领域中,有些复杂产品或零件很难用一个确定的设计概念来表达,或为r与客户交流,以获得优化的设计,设计者常常通过创建基于功能和分析需要的一个物理模型,来进行复杂或重要零部件的设计,然后用逆向工程方法从物理模型构造出CAD模型,在该模型的基础卜可以作进一步的修改,实现产品的改型或仿型设计。

1.2 已有零件的复制

在缺乏二维设计图样或者原始设计参数情况下,需要将实物零件转化为产品数字化模型,从而通过逆向工程方法对零件进行复制,以再现原产品或零件的设计意图。并可利用现有的计算机辅助分析(CAEl、计算机辅助制造(CAM)等先进技术,进行产品创新设计。

1.3 损坏或磨损零件的还原

当零件损坏或磨损时,可以直接采用逆向工程方法重构该零件CAD模型,对损坏的零件表面进行还原或修补。从而可以快速生产这些零部件的替代零件,从而提高设备的利用率并延长其使用寿命。

1.4 模型精度的提高

设计者基于功能和美学的需要对产品进行概念化没计,然后使用一些软材料,例如木材、石膏等将设计模型制作成实物模型,在这个过程中,由于对初始模型改动得非常大,没有必要花大量的时间使物理模型的精度非常高,可以采用逆向工程的方法进行模型制作、修改和精练,提高模型的精度,直到满足各种要求。

1.5 数字化模型的检测

对加工后的零件进行扫描测量,再利用逆向工程方法构造出CAD模型,通过将该模型与原始设计的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。

1.6 特殊领域产品的复制

如艺术品、考古文物的复制,医学领域中人体骨骼、关节等的复制,具有个人特征的太空服、头盔、假肢的制造时需要首先建立人体的几何模型,这些情况下都必须从实物模型出发得到产品数字化模型。

2 逆向工程是实现创新设计的重要途径

在经济全球化的压力下,国家、企业面临的竞争日趋激烈,市场竞争机制已渗透到各个领域,随着科学技术的高度发展,科技成果的应用已成为推动生产力发展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。

由于技术保密,除非购买转让,否则要获得产品的图样、技术文档、工艺等技术资料几乎是不可能实现的,而产品实物作为商品和最终的消费品,是最容易获得的一类“研究”对象。在只有产品原型或实物模型条件下,可以基于产品实物逆向工程对产品零件进行生产制造,除实现对原型的仿制外,通过重构产品零件的CAD模型,在探询和了解原设计技术的基础上,实现对原型的修改和再设计,以达到设计创新、产品更新之目的。对于其他具有复杂曲面外形的零部件,逆向工程更成为其主要的设计方式。

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,战后日本通过仿制美国及欧洲的产品,在采取各种手段获取先进的技术和引进技术的消化和吸收的基础上,建立了自己的产品创新设计体系,使经济迅速崛起,成为仅次于美国的制造大国。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外国,要掌握这些技术,正常的途径都是通过逆向工程。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。