反求工程的理解及应用
反求工程
确定产品的造型
对产品的外形构型,色彩设计等进行分析,从美学 原则,顾客需求心里,商品价值等角度进行构型设计和色 彩设计.
பைடு நூலகம்
三.应用领域
反求工程（逆向工程）是近年来发展起来的消化，吸收 和提高先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合， 其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经 济竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用反求工程 消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计， 各国百分之七十以上的技术源于国外，反求工程作为掌 握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十 以上，极大提高了生产率。因此研究反求工程技术，对 我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大 的意义。
①实物类:主要是指先进产品设备的实物本身; ②软件类:包括先进产品设备的图样,程序,技术文件等; ③影像类;包括先进产品设备的图片,照片或以影像形式出 现的资料.
反求工程包含对产品的研究与发展,生产制造过程,管理
和市场组成的完整系统的分析和研究.主要包括以下几个方面:
探索原产品设计的指导思想 掌握原产品设计的指导思想是分析了解整个产品设计的前提.如 微型汽车的消费群体是普通百姓,其设计的指导思想是在满足一般功 能的前提下,尽可能降低成本,所以结构上通常是较简化的. 探索 原产品原理方案的设计各种产品都是按定的使用要求设计的,而满足 同样要求的产品,可能有多种不同的形式,所以产品的功能目标是产 品设计的核心问题.产品的功能概括而论是能量, 物料信号的转换.例 如,一般动力机构的功能通常是能量转换,工作机通常是物料转换,仪 器仪表通常是信号转换.不同的功能目标,可引出不同的原理方案.设 计一个夹紧装置时,把功能目标定在机械手段上,则可能设计出斜楔 夹紧,螺旋夹紧,偏心夹紧,定心夹紧,联动夹紧等原理方案;如把功能目 标确定扩大,则可设计出液动,气动,电磁夹紧等原理方案.探索原产品 原理方案的设计,可以了解功能目标的确定原则,这对产品的改进设 计有极大帮助.
现代设计理论与方法第7章反求工程设计
验证和评估。
反求工程设计的流程
1 2
数据采集
利用测量、扫描等技术手段获取产品实物数据。
数据处理
对采集的数据进行预处理、降噪、拼接等操作， 得到完整、准确的数据。
3
逆向建模
利用反求工程软件进行逆向建模，生成三维模型。
反求工程设计的流程
创新设计
在逆向建模的基础上，结合设计需求和创意， 进行产品的创新设计。
03 反求工程设计的方法与流 程
反求工程设计的方法
逆向建模
通过测量和扫描等手段获取产品实 物数据，然后利用反求工程软件进
行逆向建模，生成三维模型。
创新设计
在逆向建模的基础上，结合设 计需求和创意，进行产品的创 新设计。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优 化等方面的设计，提高产品的 性能和品质。
快速原型制造
现代设计理论与方法第7章反求工 程设计
目录
• 反求工程设计概述 • 反求工程设计的基本原理 • 反求工程设计的方法与流程 • 反求工程设计案例分析 • 反求工程设计的挑战与展望
01 反求工程设计概述
反求工程设计的定义与特点
反求工程设计的定义
反求工程设计是指通过分析、研究已有的产品或模型，获 取其设计参数、设计思想和制造技术，进而开发出相似或 新的产品的一种设计方法。
快速原型制造
利用快速原型制造技术，将设计模型转化为 实物模型，进行验证和评估。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优化等方面的设 计，提高产品的性能和品质。
设计评估与改进
对实物模型进行测试和评估，根据评估结果 进行设计改进和优化。
反求工程设计的软件工具
反求工程
二、点云数据的预处理 取样及点云的修整， 取样及点云的修整，是反求工程重要步骤
1、点云数据中噪音点的剔除 、 噪音点的剔除指令： 噪音点的剔除指令：Poind Extranct Point Circle-Select Poind。或见图 所示方式操作。 。或见图3-14所示方式操作。 所示方式操作
上述扫描机的测量精度为± 上述扫描机的测量精度为±0.05mm，各直线运动坐标轴的分辨率为 ， 0.005mm，旋转测量台的分辨率为 ，旋转测量台的分辨率为0.004°，被扫描物体的最大尺寸为： ° 被扫描物体的最大尺寸为： Φ457m m×457mm ×
所示为英国3D Scanners 图2.5所示为英国 所示为英国 公司生产的Reversa扫描头的原理 图， 公司生产的 扫描头的原理 这种扫描头可安装在CNC加工机或 加工机或CMM 这种扫描头可安装在 加工机或 测量机上，构成激光扫描机。 测量机上，构成激光扫描机。
常用的扫描机有传统有： 常用的扫描机有传统有：
ห้องสมุดไป่ตู้
坐标测量机(Coordinate Measurement Machine， 坐标测量机 ， 简称(MM) 简称 激光扫描机(Iaser Scanner) 激光扫描机 零件断层扫描机(Croos Section Scanner) 零件断层扫描机 CT(Computer Tomography，计算机 线断层照相术 线断层照相术) ，计算机X线断层照相术 MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像 ，磁共振成像)
二、结构光法 结构光法： 结构光法：是基于相位偏移测 量原理的莫尔条纹法。 量原理的莫尔条纹法。 该种方法将光栅条纹投射到 被测物体表面，光栅条纹受被 被测物体表面， 测物体表面形状的调制， 测物体表面形状的调制，其条 纹间的相位关系会发生变化， 纹间的相位关系会发生变化， 用数字图像处理的方法解析出 光栅条纹图像的相位变化量来 获取被测物体表面的三维信息。 获取被测物体表面的三维信息。
反求工程 案例分享
反求工程案例分享反求工程是指根据已知结果或现象推导出相关的工程设计、参数或方法。
下面将列举10个反求工程的案例分享：1. 案例一：根据已知建筑物的设计需求，通过逆向计算得出所需的基础承载力。
根据建筑物的重量、地基土壤的承载能力等因素，通过反求工程得出合适的基础设计参数。
2. 案例二：根据已知的流量和管道长度，反求出管道的直径。
通过流体力学的计算方法，根据所需的流速和管道材料的摩擦阻力等因素，反向计算出合适的管道直径。
3. 案例三：根据已知的电路参数，反求出电路中的未知元件值。
通过电路分析和计算，根据已知的电压、电流和电阻等参数，反向推导出电路中的未知元件值。
4. 案例四：根据已知的机械系统的运动学参数，反求出系统的动力学参数。
通过动力学分析和运动学方程，根据已知的速度、加速度和质量等参数，反向计算出系统的力和力矩。
5. 案例五：根据已知的声音信号和传感器的响应特性，反求出信号源的特性。
通过声学信号处理和传感器的响应模型，根据已知的接收信号和传感器响应，反向计算出信号源的频率、幅度和相位等特性。
6. 案例六：根据已知的地震波形和结构的响应，反求出结构的刚度和阻尼参数。
通过地震工程分析和振动响应计算，根据已知的地震波形和结构的响应，反向计算出结构的刚度和阻尼参数。
7. 案例七：根据已知的气象数据和建筑物的能耗，反求出建筑物的能源利用效率。
通过能源分析和气象数据统计，根据已知的气温、湿度和建筑物的能耗数据，反向计算出建筑物的能源利用效率。
8. 案例八：根据已知的水质和污染源的位置，反求出污染源的排放浓度。
通过水质模型和污染扩散方程，根据已知的水质监测数据和污染源的位置，反向计算出污染源的排放浓度。
9. 案例九：根据已知的交通流量和道路参数，反求出道路的通行能力。
通过交通流模型和道路设计参数，根据已知的交通流量和车速，反向计算出道路的通行能力。
10. 案例十：根据已知的物料流量和工艺要求，反求出生产线的生产能力。
反求设计及应用
反求设计及其应用1反求设计概述技术引进是促进民族经济高速增长的战略措施。
要取得最佳技术和经济效益,必须对引进技术进行深入研究、消化理解和创新,开发出先进产品,形成自已的技术体系。
反求工程是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的组合。
反求工程包括设计反求、工艺反求、管理反求等各个方面。
以先进产品的实物、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,应用现代设计的理论和方法,进行系统地分析研究,探索掌握其关键技术,进而开发出同类产品。
反求工程首先要进行反求分析,针对反求对象的不同形式———实物、软件或影像,采用不同的方法。
实物如机器设备的反求,可用实测手段获得所需参数和性能、材料、尺寸等;软件如图样等可直接分析了解产品及各部分的尺寸、结构和材料,但掌握使用性能和工艺,则要通过试制和试验;影像可用透视法与解析法求出主要尺寸间的大小相对关系,与已知参照物对比,求出几个绝对尺寸,推算其他尺寸。
材料和工艺等都需通过试制和试验才能解决。
在以上充分分析的基础上,才能进行不同的反求设计。
2反求设计的过程2.1实物反求设计的一般过程①准备工作。
广泛了解国内外同类产品的结构、性能、产品的技术水平、生产水平、管理水平和发展趋势,以确定是否具备引进价值。
根据反求工程设计的项目分析、产品水平、市场预测、用户要求、发展前景和经济效益,写出可行性分析报告。
在收集的技术资料中,结构说明书、维修手册、标准资料是最重要的。
②功能分析。
对实物进行功能分析,找出相应的功能载体和工作原理。
③实物性能测试。
包括整机性能、运转性能、动态特性、寿命、可靠性等。
测试时要把实际测试与理论计算结合起来。
④实物分解。
分解工作必须保证能恢复原样。
不可拆连接一般不分解,尽量不解剖或少解剖。
一般先拍照并绘制外廓图,注明总体尺寸、安装尺寸和运动极限尺寸等,然后将机器分解成各个部件。
拆卸前画出装配结构示意图,在拆卸过程中不断修正,注意零件的作用和相互关系。
反求工程及其关键技术概述
反求工程及其关键技术概述逆向工程(Reverse Engineering)，又称反求工程或反求设计，是将已有产品模型或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造，是对已有设计的设计。
其目的是为了改善技术水平，缩短产品生产周期，提高生产率，增强经济竞争力。
在科学技术高速发展的今天，世界范围内新的科技成果层出不穷，它们为发展生产力、推动社会进步做出了杰出的贡献。
中国在机械工程领域起步较晚，基础较为薄弱，因此充分地、合理地利用这些科技成果，更快的获得世界上较为先进的技术成果。
反求工程的应用对于我国科技进步，推动经济建设和发展有着重要的现实意义。
在我国最早提出“反求工程”概念并倡导推广的学者是著名的科学学专家夏禹龙、刘吉、冯之浚、张念椿等。
早在1983 年第三次全国科学学和科技政策学术讨论会上他们就提出了“反求工程”的概念。
近20 多年来，随着数字技术的快速发展和应用，给反求工程提供了前所未有的技术手段，直接导致反求工程的实践水平越来越高，反求工程的研究成果也越来越多，与之相配套的各种技术手段也趋于成熟。
反求工程的关键技术包括数据采集、数据处理，模型重建、模型精度分析等。
为了更加全面的了解当今我国学者在各个领域所取得的进展，我选读了2010年至2011年所发表的部分论文，并将读后收获记录如下。
一、数据采集方面数据采集即获取实体模型的几何参数，是反求工程CAD建模的首要环节。
对自由曲面零件的测量是实现数据采集的有效手段。
根据被测物的CAD模型是否已知，可将自由曲面的测量分为CAD模型已知的测量和CAD模型未知的测量。
这两种测量的目的不同，测量的策略也有所不同：前者主要是为了检验和保证产品的精度要求；而后者主要是根据测量所获得的零件表面的测点数据实现曲面重建，以便利用CAD/CAM技术进行模型修改、零件设计、数控加工指令的生成及误差分析等处理。
对于CAD模型已知的自由曲面的测量，其关键问题是如何高效、可靠、安全地获取待测曲面的几何形状信息。
逆向工程技术
被集成到逆向软件中
三、数据处理
2．多视对齐
Polyworks的IMAlign模块
三、数据处理
2．多视对齐
粘贴特征点
三、数据处理
3．数据光顺
在汽车、摩托车覆盖件的应用中，对表面的光顺性往往有很高的 要求，通常要求达到A级(Class A)曲面品质。
逆向工程技术
一、逆向工程技术概述
1. 概念
正向工程（或顺向工程） 逆向工程(Reverse Engineering)(也称反求工程、反向工程等)：将实物 转化为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术 的总称。
一、逆向工程技术概述
2. 应用领域
对产品外形有特殊美学要求的领域，为了方便产品的美学评价，需 要由造型设计师用油泥等材料制作真实尺寸模型.
G0连续：位置连续，即曲面间没有缝隙，但可能有锐利边缘，不常用。
G1连续：切线连续，制作简单，成功率高，常用于小家电面的相交处。
G2连续：曲率连续，视觉效果光滑流畅，是A级曲面的最低标准。
G3连续：曲率的变化率连续 G4连续：曲率变化率的变化率连续
反光效果完美，通常用于汽车设计
数据光顺：对点云进行滤波。常用的滤波算法有高斯(Gaussian) 滤波、平均(Averaging)滤波和中值(Median)滤波，在Imageware软件 中即提供了这三种滤波方式
二、数据获取
2. 测量设备
三坐标测量机(CMM)
悬臂式
桥式
便携式
龙门式
二、数据获取
2. 测量设备
非接触式扫描仪 德国：GOM公司的ATOS，Steinbichler公司的COMET 瑞士：FARO公司的激光扫描仪 韩国：SOLUTIONIX公司的REXCAN系列扫描仪 美国：Cyberware公司的人体三维彩色扫描仪，CGI公司的
逆向工程技术及其应用
Unigraphics NX
Unigraphics(UG),是美国 EDS公司 推出的CAD/CAE/CAM一体化软 件，广泛应用于航空、汽车、机 械、家电等各行各业。
UG具有独特的复合建模方法，这 使它在建模方面更加灵活，在产 品设计初期可以将主 要精力放在设计思想 和设计方案上，可以 提高设计效率。
谢 谢！
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。
数据预处理
在数据采集阶段，几乎所有的测量方式、测量系统在 测量过程中都不可避免地存在误差。对于大型或复杂 的零件我们也不得不进行多次扫描。这样就需要对采 集后的数据进行拼合处理。由光学方法得到的极为密 集的测量数据称为“点云”，对于点云我们也要做必 要的精简处理。数据的预处理是十分必要的。对于点 云的预处理主要包括以下几个方面：
Pro Engineer
Pro/E是美国参数技术 公司(PTC)推出的3D CAD/CAE/CAM软件， 它采用参数化行为建模 技术，在实体造型方面 功能更强大，因此在制 造业尤其是机械制造业 获得了广泛的应用。
由于采用“全尺寸”约 束，所以约束尺寸不能 漏注也不能多注，从而 设计过程过于呆板。
逆向工程实例
这是一个具体的应用实 例，主要步骤如下：
1、根据客户要求制定 相应的数据采集方案。 本案例采用激光扫描仪 一次扫描完成数据采集。
2、对点数据进行去除 杂点、过滤精简等处理。
逆向工程实例
3、根据样件的特点提取 特征线，本案例按照一条 曲线取截面线。
4、对拟合曲线进行误差 分析，确定在允许范围内， 可进行下面的工作，否则 要重新以更多的控制点进 行拟合，直到把误差控制 在允许范围之内。控制点 不宜过多，这样会影响曲 线质量。
第六讲反求工程设计
数据预处理内容
❖ 数据拼合 ❖ 数据光滑 ❖ 数据简化 ❖ 数据修复 ❖ 数据分块
数据拼合
也叫多视拼合，因为一次测量完成对全体件的 数字化是很困难的
❖ CMM中多次装夹 ❖ 光学测量仪中，多视角测量 可以在测量过程中由软件自动拼合，也可以在
测量结束后输入到反求工程软件中拼合
拼合方法
点位法：测量点中确定三个非共线点，作为分视图 的局部坐标系标准
❖ 测量点没有明显的几何分布特征，呈散乱无 序状态
❖ 随机扫描下的CMM，光学测量系统多张数据 拼合后
散乱点云数据
扫描线点云
❖ 点云由一组扫描线组成，扫描线上的所有点 位于扫描平面内
❖ CMM、激光三角形测量系统沿直线扫描、线 结构光扫描测量
扫描线点云数据
扫描线点云数据
网格化点云
❖ 点云中所有点都与参数域中一个均匀网格的 顶点对应
CyberWare测量机
构成： •平台 •传感器（光学系统） •计算机 •处理软件
Cyberware
激光测距法
❖ 激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面 间的距离
投影光栅法
❖ 采用普通白光将矩形光栅投影于物体表面， 摄取变形光栅图像，根据灰度值变化，算出 空间坐标
ATOS流动光学三坐标测量系统
6.1 反求工程的概念
在机械领域中，反求工程(Reverse Engineering)是在没有设计图 纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件 的模型（称为零件原形），利用各种数字化技术及CAD技术重新构 造原形CAD模型的过程。
据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，应用反求工程消 化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。其主要目的是为了改善 技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。
反求工程技术
配备软件
软件组成 LKCEMS软件包：进行尺寸、形位公差测量 3D scanning：能实现高速度驱动、高精度 扫描，能达到10点/秒的扫描速率
CMM触头误差补偿
三坐标测量机在进行测量时，是用测针的宝石球接触被测零件的测量部位，此时 测头(传感器)发出触测信号，该信号进入计数系统后，将此刻的光栅计数器锁存 并送往计算机，工作中的测量软件就收到一个由X、Y、Z坐标表示的点。这个坐 标点我们可以理解为是测针宝石球中心的坐标，它与我们真正需要的测针宝石球 与工件接触点坐标是不同的。为了准确计算出我们所要的接触点坐标，必须通过 测头校正得到测针宝石球的半/直径。
测量机检测一个点的完整过程
测头快速移动到定位点，以一定精度定位。 测头从定位点慢速向工件的被测点趋近，当接触 状态达到要求后发出过零的信号，对测量进行检 测，读数头在X、 Y、 Z三个轴上分别取出测量数 据。 将该数据送入计算机中进行处理，输出测量结果。 测量方法一般有点位测量法和连续轮廓扫描 法两类。
反求工程的功能
目标：实现一种智能化的三维扫描识别重建系 统，不仅要获得物体的基本数据,而且要对数 据进行必要的处理,建立相应的计算机模型等 。 功能：样件的仿制、样件的修改、模具制造、 旧产品的改进、新产品的设计、单件产品快速 定制。 以现代设计理论,方法,技术为基础, 对已有的 产品进行解剖,分析,重构和再创造,避开艰苦 的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。
国内外在该方向的研究现状及分析
国外：美国华盛顿大学、南澳大利亚大学、 新加坡国立大学和英国曼彻斯特大学。 国内：浙江大学、西北工业大学、南京航 空航天大学、西安交通大学、清华大学、 上海交通大学、华中科技大学和哈尔滨工 业大学等先后开展了反求工程CAD问题的研 究。
反求工程技术介绍
●核心技术和功能有待进一步开发和完善。主要包括：
■有效去除噪声 ■数据补全及可控制压缩 ■点云快速三角化 ■内外边界特征提取 ■关键工艺特征提取和描述 ■特征尖锐边提取 ■二次曲面约束提取 ■旋转曲面特征提取 ■拉伸曲面特征提取 ■曲线约束逼近 ■曲面小波光顺 ■复杂多边域混合约束逼近 ■任意局部曲面再设计 ■曲面交互裁剪算法 ■曲面光顺性分析 ■曲面重构误差分析 ■最佳曲面匹配分析 ■基于点云的细分曲面造型
数据补全过程和实例
■数据压缩：随着激光测量技术的广泛应用，测量结果往往是 大规模的，因此可能存在大量的冗余数据，在曲面造型前需要 按一定要求减少测量点的数量，即进行数据压缩。不同类型的 数据其压缩方法也不同。
扫描点（68531个点）
均匀压缩（8298个点）
均匀压缩处理（0.31mm压缩至1.13mm）
4.曲面重构技术
■曲面重构是反求工程的最重要的一步，也是反求工程CAD建 模的主要目的之一。重构曲面的品质和精度直接影响最终产品 的CAD模型的优劣。 ■反求工程中的曲面造型不同于传统的曲面设计造型，它有着 自身的特点：数据海量、不规则散乱分布、大量噪声和冗余数 据、多次测量结果的拼合、特征提取、数据分块等。 ■按曲面模型的表达形式分类，反求工程中的曲面重构方法大 致分为以三角Bezier曲面为基础的非拓扑矩形曲面构造方案， 以四边域B样条曲面、NURBS曲面为基础的曲面造型方案，以及 直接函数逼近和神经网络理论等综合方法。 ●三角曲面造型：（1）Bernstein-Bezier插值和全局G1协调； （2）Hope分片细分；（3）其他局域插值
裁剪曲面与一组平面求交
曲面/曲面求交
曲面/平面求交、裁剪
名词解释反求工程
名词解释反求工程名词解释反求工程，又称为反向工程，是指通过对已经存在的产品、软件、系统等进行逆向研究和分析，来破解它的设计原理、技术细节和实现过程的一种技术手段。
由于反求工程是一种非常有效的技术手段，在很多场合都可以得到广泛的应用。
比如在产品设计领域上，有时候为了提高产品的质量、降低成本和缩短开发时间，可以通过对竞争对手的产品进行逆向研究来了解它的设计思路、材料选型、工艺流程等，并进而优化自己的产品。
在软件研发方面，反求工程也可以帮助开发人员理解软件的编程逻辑、交互方式、数据结构等重要细节，这样可以更好地维护软件、优化算法，甚至实现部分功能的再开发。
那么，反求工程具体的操作流程是怎样的呢？1. 收集目标信息做任何事情首先需要明确目标，反求工程也是一样。
在进行反向工程之前，需要先收集目标对象的样本、数据、图片、文档等信息。
比如，如果是要研究一个机械零部件，那么就必须要收集它的三维模型图、加工工艺文件、零部件标准等。
如果是一个软件系统，就可以收集它的二进制程序、源代码、API文档、用户手册等。
2. 分析目标信息一旦收集到了足够的信息，就需要对这些信息进行分析，找出其中的规律、特点和突破口。
这一步需要对目标信息进行分类、比较、过滤、归纳等操作，并对其进行模拟、演示、试验和验证等。
3. 构建模型在分析目标信息的基础上，需要根据发现的规律和特点来构建目标对象的模型。
这一步可以使用一些模型构建的工具，比如SketchUp、Blender、SolidWorks等，也可以自己编写一些程序来实现模型构建。
4. 模型验证和优化在构建出模型之后，需要对模型进行验证和优化。
这一步可以使用一些CAD软件、集成开发环境（IDE）或者其他专门的工具来进行，主要是为了确保模型的精度和可靠性，达到真正的反向工程效果。
总之，反求工程是一项技术非常复杂而且需要极高技术素质的技术工作，需要结合多种科学技术来实现。
它对于产品设计、软件研发、电子元器件维护和复制、防伪和反盗版等领域都具有重要的应用价值。
试析ProE软件的反求工程技术与应用
试析Pro/E软件的反求工程技术与应用1 反求工程与Pro/E软件特点概述反求工程，指的是在没有具体工程图纸的条件下，依据实际物体模型并进行测量，对测量信息进行分析与处理，构造其CAD模型过程，通过实际模型反求出设计模型的一种过程。
具体而言，反求工程是通过对实际物体的测量，获得一个实体模型或一个曲面，通过应用CAD/CAM技术进行修改与重构，在重构自由曲面与建立相应CAD模型后，通过相应操作可以进行零件设计、模型修改、模具设计、生成数控加工指令等。
反求工程，即逆向工程，其与传统产品设计存在着较大差异，主要包括形状反求、工艺反求与材料反求等内容，属于一种消化与吸收先进技术的方法与技术组合，在提高技术水平、生产效率、增强企业核心竞争力等方面发挥着重要作用，在现代工业与医学领域获得广泛应用。
Pro/E软件完全建立于CAE/CAM集成软件的基础之上，在三维造型领域发挥着重要作用。
Pro/E软件改变了传统应用线框与表面模型转换实体模型的方法，而是通过三维实体模型对产品模型进行描述。
Pro/E软件本身具有着唯一的关系数据库，在设计过程中，其设计环节均是在一个数据库之下进行，如工程图出现修改或变动，则三维模型会出现改变，NC加工刀具路径则会自动更新。
Pro/E软件具有参数化与特征设计三维实体造型技术，可以实现产品概念设计，有利于构建零件族概念库。
Pro/E软件与CAD系统存在着很大差异，其功能更为强大，并提供工业机械设计、模型设计、机构分析、有限元分析及关系数据库，其软件支持与绝大部分CAD/CAM软件进行数据交换，可以输入输出数十种数据文件，属于一种十分理想的反求工程设计与制造软件。
2 Pro/E软件的反求工程技术研究2.1 Pro/E软件的反求数据获取Pro/E软件反求中的数据获取是关键所在，指的是采取一定的测量方法或测量设备，对实体表面若干组点的空间三维坐标进行测量作业，从而获得“数据点云”。
Pro/E软件的反求数据获取方法主要包括以下途径：（1）三坐标测量。
简述反求工程技术的原理
简述反求工程技术的原理反求工程技术是一种通过逆向分析和研究现有产品或系统的运行原理和结构，以实现逆向设计、逆向制造或逆向仿制的技术方法。
它应用于多个领域，如工业、电子、软件和通信等。
反求工程技术的原理基于以下几个方面：1. 逆向工程原理：反求工程的核心原理是通过逆向分析目标系统或产品的结构、功能和行为，以揭示其内部机制和开发过程。
逆向工程主要包括逆向设计、逆向工程和逆向仿制三个方面。
逆向设计是通过反向设计产品的外观、结构和材料等方面的特征，推导出产品的设计思路和制造工艺。
逆向工程是通过对产品或系统的运行原理和行为进行逆向分析，揭示其内部结构和功能。
逆向仿制是基于逆向工程的结果，进行类似或相似产品的制造和生产。
2. 逆向分析原理：逆向分析是反求工程技术中最关键的步骤之一。
通过逆向分析，可以了解产品或系统的功能、结构和性能等关键指标，确定其工作原理和核心技术。
逆向分析通常包括以下几个主要步骤：收集目标产品或系统的各种信息和数据；通过逆向工程技术手段，对这些信息和数据进行处理和解析；根据解析结果，推导出产品或系统的内部结构和功能；通过模拟和测试等方法，验证逆向分析的正确性和可靠性。
3. 逆向工程技术手段：为了实现反求工程，需要运用一系列逆向工程技术手段。
逆向工程技术手段可以分为硬件逆向工程和软件逆向工程两大类。
硬件逆向工程主要是针对电子产品、机械设备等物理实体进行逆向分析和研究，常用的技术手段包括：X光扫描和成像技术、光学显微镜和电子显微镜等。
软件逆向工程主要是针对软件系统进行逆向分析和研究，常用的技术手段包括：反汇编、逆向编译和调试等。
4. 数据获取和处理：反求工程技术需要大量的目标产品或系统的数据和信息来进行分析和研究。
数据获取主要分为可用数据和潜在数据两种类型。
可用数据是指可以直接获得的产品或系统的信息和数据，如产品的外观、组成部分和测试数据等。
而潜在数据是指无法直接获取的、但可能对逆向分析有用的信息，如产品的故障现象、工作环境和材料特性等。
反求工程的原理以及应用
反求工程的原理以及应用概述反求工程（Reverse Engineering）是一种通过对已有产品、系统或软件进行分析和逆向工程，来获取其设计和功能实现方式的过程。
它主要通过观察、测试和分析目标产品的结构、行为和性能来推断其工作原理和设计思路，从而帮助开发人员理解和改进现有产品，或者开发出相似的产品。
原理反求工程的主要原理是将已有的产品或软件分解成其组成部分，并对这些组成部分进行逆向分析。
具体来说，反求工程通常包括以下步骤：1.逆向分析：通过分析目标产品的功能、结构和性能来理解其工作原理。
这一步骤包括动态分析和静态分析两种方法。
–动态分析：在运行时观察和分析目标产品的行为。
这可以包括调试程序、监视网络通信、记录系统调用等。
–静态分析：对目标产品的代码和二进制文件进行分析，包括反汇编、反编译、静态分析工具等。
2.重构设计：根据对目标产品的分析，重新设计产品的结构和功能。
这可以包括改进现有产品的性能、优化代码、修复漏洞等。
3.定位差异：将已有产品与目标产品进行对比，找出它们之间的差异，从而更好地理解目标产品的设计思路和实现方式。
这可以包括比较代码、分析算法等。
应用反求工程有着广泛的应用领域，下面列举了几个常见的应用场景：1. 逆向工程逆向工程是反求工程的一种具体应用，主要用于对已有的硬件设备、软件程序或网络协议进行分析。
逆向工程可以帮助开发者理解已有的产品或系统，并推断其工作原理和设计思路，从而根据需求进行修改、优化或开发类似的产品。
2. 恶意代码分析恶意代码分析是反求工程在安全领域的应用之一，它通过对恶意软件进行逆向工程，分析其行为和功能，以发现并抵御潜在的威胁。
恶意代码分析可以帮助安全专家了解恶意软件的特征、传播途径和攻击方式，从而提供有效的保护措施。
3. 数据恢复当一个软件产品或文件损坏或者无法访问时，反求工程可以帮助恢复被损坏的数据。
通过对损坏文件进行逆向分析，可以尝试修复文件或从损坏文件中提取出有用的数据。
反求工程在机械设计中的应用
反求工程在机械设计中的应用摘要本文在论述反求工程的概念及基本原理的基础上,对反求工程在机械设计中的应用问题进行了探讨。
叙述了表面数字化技术、表面重建技术、零件形体尺寸反求设计、公差反求设计、零件材料的反求设计等反求工程的一些关键技术，阐明了反求工程的应用,为快速、有效地开发新产品提供了新的思路,对设计工作有一定的指导意义。
关键词：反求工程；机械设计；零件测绘；设计技术1 反求工程的概念反求工程(Reverse Engineering, RE) ,也称逆向工程、反向工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程,是一个从样品生成产品数字化信息模型,并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。
传统的产品设计过程是一个从无到有的过程,即设计人员首先在大脑中形成对该产品的总体构思,然后综合各方面的要素和因素,对产品的功能、性能、结构、尺寸、形状和技术参数等借助计算机建立其三维数字化信息模型,最终有可能将这个模型转入到制造流程中,指导生产过程,这样的产品设计过程我们称为正向设计过程。
而在整个产品的设计过程中,所建立的三维数字化信息模型在后续的设计及制造环节中几乎没发挥作用,后期模型的制作还是依靠传统的手工方法制作,造成前后工作脱节。
基于反求工程的产品设计从物质形态上来讲可以认为是一个从有到无再到有的过程。
简单地说,反求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(包括设计图纸和数字模型)的过程。
从这个意义上说,反求工程在工业设计中的应用已经很久了。
早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是反求工程的很好实例。
在工业设计的领域内,反求工程主要应用于新产品的造型设计中,以及产品的改型及更新换代的设计过程中,结合快速成型技术, 快速的制造出产品样品的实物模型或模具,供设计者进行性能测试、直观评估和验证分析,完成产品的设计及制造。
2 反求工程出现和发展的时代背景二次大战中，几十个国家卷入战祸，饱受战争创伤。
第21讲 反求工程设计
4. 反求工程设计的基本原理
反求工程可以看成是一个系统，因此具 有输入-处理-输出三要素。 反馈是输入经过处理后将其结果再送回 到输入，并对再输入产生影响的过程。 反馈的处理方法是反求。
1）数据采样
从已有的实物获取产品数据，通常采用 三维激光扫描仪等数字化方法来快速， 准确地获取数据。 将较完整的采样数据，通过三维图形处 理技术以三维图形的方式显示出来，以 得到直观简略的产品结构外形。
实物反求的分类
整机反求：反求对象是整台机器或设备。 如一架飞机，一部汽车等。 部件反求：反求对象是组成机器的部件。 如机器上的阀泵，机床的尾架等。 零件反求：反求对象是组成机器的基本 单元。如减速箱的齿轮，传动轴等。
实物反求的一般进程
工作准备：对产品的性能参数等作广泛了解； 对反求工程设计的项目进行分析研究；写出可 行性分析报告。 功能分析：找出相应的功能载体和工作原理。 反求实物性能测试：对整机性能，运转性能， 可靠性等进行性能测试，测试时应把实际测试 和理论计算结合起来。 反求实物分解：分解工作必须保障能恢复原机。 测绘零件：完成零件工作图，部件装配图和机 器总装图。
零件模型
CAD模型
数字化技术 CAD技术等
3. 反求工程研究内容及对象
设计反求 原型 研究对象 实物 软件
研究内容
工艺反求 材料反求
管理反求
影像
4. 研究方法
实物 实测 参数，性能 材料，尺寸 尺寸，结构等 性能，工艺
图样
直接分析 试制试验
影像 材料 工艺
透视法 解析法
尺寸间的大 小相对关系
试制 试验
第十章 反求工程技术
第10章 反求工程技术10.1反求工程的基本概念反求工程（Reverse Engineering ）也称为逆向工程，它以先进产品或设备的实物、软件（图纸、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）作为研究对象，应用现代设计理论与方法、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，进而开发出同类的先进产品，是针对消化吸收先进技术的一系列方法和应用技术的组合。
反求工程含义广泛，包括设计反求、工艺反求和管理反求等方面。
（1）反求工程的一般步骤反求工程一般按以下步骤进行：1)引进技术的应用过程 学会引进产品或生产设备的技术操作和维修，使其在生产中发挥作用并创造经济效益。
在生产实践中，了解其结构、生产工艺、技术性能、特点以及不足之处，做到“知其然”；2)引进技术的消化过程 对引进产品或生产设备的设计原理、结构、材料、制造工艺、管理方法等项内容进行深入的分析研究，用现代的设计理论、设计方法及测试手段对其性能进行测定和计算，了解其材料配方、工艺流程、技术标准、质量控制、安全保护等技术条件，特别要找出它的关键技术，做到“知其所以然”；3)引进技术的创新过程 在上述基础上，消化综合引进的技术，取众家之长，进行创新设计，开发出适合我国国情的新产品。
最后完成从技术引进到技术输出的过程，创造出更大的经济效益。
这一过程是利用反求工程进行创新设计的最后阶段，也是反求工程中最重要的环节。
（2）传统设计与反求设计如图10-1（a ）所示，传统设计是通过工程师的创造性劳动，将一个事先并不知道的事物变为人类需求的产品。
为此，工程师首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，再进行功能设计，创造新方案，在经过一系列的设计活动之后，得到预期的新产品。
概括地说，传统设计是由未知到已知、由想象到现实的过程，回答的是“怎么做？”的问题。
反求设计则是从已知事物的有关信息（包括实物、技术资料文件、照片、广告、情报等）出发，去寻求这些信息的科学性、技术性、先进性、经济性、合理性等，并充分消化和吸收，在此基础上进行改进和再创造。
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其流程图如下：
样品
3D 扫描
资料 处理
实物原型的数字化技术
七、超声波断层法测量技术 对超声波而言，不同的介质有它特定 的声阻抗和衰减特性，当超声波脉冲 到达被测物体时，其在两种介质边界 表面会发生回波反射，通过测量回波 与零点脉冲的时间间隔，即可计算出 各面到零点回波的距离，利用这些特 征便可对物体进行断层数字化测量。
实物原型的数字化技术
3。点云处理软件：滤杂讯、曲线曲面重构、曲面修改、插补 4。CAD/CAM软件：PC级CAD/CAM系统 5。CNC机械：进行模具加工制造 6。快速成型机：SLS、LOM、SLA等
1.3反求工程的关键技术
反求工程包括实物表面三维坐标数据的测量技术(即实物原 型的数字化技术)和CAD模型重建两个关键的技术。 原型数字化技术是指通过坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,简称CMM)或激光扫描器等测量装置 获取零件原型表面点三维坐标值的过程。通过测量实物表 面特征点，记录下反映实物外形的特征数据，实现实物模 型的数字化离散。一般测量装置仅能获取原型表面点的坐 标值(x,y,z)经过特殊设计的测量装置和测头系统还可以获 取表面点处原型表面的法矢方向。 CAD模型重建是指在原型数字化所获得的测量坐标点的基 础上，应用计算机辅助几何设计(Computer Aided Geometric Design,简称CAGD)的有关技术，构造原型CAD 模型的过程。一般包括数据点的预处理、特征线的提取、 曲面生成、曲面光顺、CAD模型生成等过程。
八、核磁共振图像法测量技术 核磁共振断层成像法（MRI）是20世纪70年代 末发展起来的一种新式医疗诊断影像技术，其 理论基础是核物理学的核磁共振理论：用特定 频率的射频脉冲进行激发，作为小磁体的原子 核吸收一定的能量而共振，即发生了共振现象。 停止发射射频脉冲，则被激发的原子核就把所 吸收的能量逐步释放出来，其相位和能级都恢 复到激发前的状态，这一恢复过程称为弛豫过 程，而恢复到原来平衡态所需要的时间被称为 弛豫时间。对于不同的物体，它的弛豫时间是 有差别的，这种差别便是MRI的成像基础。
这种技术具有深入物体内部而不破坏被测物体的优点，对生物 体也无损害，在医学领域具有广泛的应用前景。这种方法的 不足之处是只停留在对生物组织的断层测量上，目前非生物 材料的工业产品不适应，空间分辨率不及ＣＴ 层析法，且 测量时间长，设备昂贵。 然而该方法测量速度慢，且 由于各种回波比较杂乱，必须精确地测量出超声波在被测材 料中的传播声速，利用数学模型的计算来定出每一层边缘的 位置，特别是若物体中有缺陷，将受物体材料及表面特性的 影响，致使测量出的数据可靠性较低测量精度不稳定。目前 该方法主要应用于医学领域，对人体器官进行断层扫描检测。 相对于ICT或MRI而言，其设备简单、成本较低，同时超声 波在高频下具有很好的方向性，它在三维扫描测量中的应用 前景正在日益受到重视。
实物原型的数字化技术
一 接触式测量法——三坐标测量机(CMM)法 RE 传统上使用三坐标测量机(Coordinete Measuring Machine, CMM)法，又称探针扫描，它主要应用于由基本的几何形 体（如平面、圆柱面圆锥面、球面等）构成的实体的数字 化过程，适用于测量实体外部的几何形状。采用该方法可 以达到很高的测量精度（±0.5ì m），但测量速度很慢，并 易于损伤探头或划伤被测实体表面，而且价格较高，对使 用环境也有一定要求。采用这种方法会使测量周期大大延 长，从而不能充分发挥快速成形技术“快速”的优越性。 一般来说，CMM有两种不同的测量方式。 1. 点对点测量（Point to Point Method） 2. 截面扫描（Section Scanning Method）
在国际市场上，不仅有许多反求测量设备，也出现了 多个与反求工程相关的软件系统，主要有:美国 Imageware公司产品Surfacer、英国DeICAM公司产 品CopyCAD、英国MDTV公司的STRIMand Surface Reconstruction、英国Renishaw公司的 TRACE，在一些流行的CAD/CAM集成系统中也开 始集成了类似模块，如Unigrahics中的PointCloud 功能、Pro/Engineering中的Pro/SCAN功能、 Cimatron90中的Reverse Engineering功能模块等。 日本开发了从MRI, CT重构三维实体的软件，英、 法等国能将扫描数据在数控设备上复制，美国开发 了CT可视化可转成IGES的软件。
实物原型的数字化技术
四、立体视觉法测量技术 立体视觉法是仿效人眼观察物体的方法。这种方法 绝大多数是采用2个摄像机摄取2幅图像并找出对应 点，通过这些点的匹配，得到物体表面某点与光学 成像中心之间的距离数据。为了得到比较稠密的数 据点，需要采用内插方法，从而得到被测物体的表 面轮廓信息。为了弥补两个摄像机的不足，有些系 统还采用3个甚至4个摄像机的测量系统。这种立体 视觉测量技术在通常情况下测量精度不高，其分辨 率在亚毫米数量级。其优点是能快速获得被测物体 信息，并可实现动态测量，因而主要应用与地形地 貌测量、机器人视觉、物体特征识别以及三维物象 分析等场合。
由于相位的变化正比于光束的光程差，所以全 息干涉法的测量分辨率可以小到光波的百分之一， 但需要相干性好的激光光源和精确的干涉光路，其 测量范围较小，在100μｍ以内。外差全息干涉法能 得到很高的测量精度，但其代价是极慢的测量速度 和价格昂贵的系统成本。准外差方法的测量精度比 外差方法低一个数量级，但其光路简单，测量速度 相对较快。全息干涉法主要应用于微应变、微缺陷、 微结构的检测，而其测量范围又决定了被测表面必 须是平滑而缓变的。
近三十年来，反求工程不但在理论上(以各种曲面 重构算法为代表)得到广泛的研究，同时还涌现出 一批商用软件，或多或少地提供了一些逆向工程的 功能。如美国的SURFACER, REVENG，英国的 DESAULT，法国STRIM10。软件DGM程序包等， 这些软件提供许多真正实用的曲面反求操作手段， 但在功能覆盖域、自动化程度、稳定性、与其他 CAD系统的兼容性等方面还不够成熟，特别是智能 化程度很低，更多的工作必须由熟练掌握反求构型 技巧的操作人员来实现，例如需要通过人机交互给 定曲面的边界、节点数、阶数等参数条件，对操作 人员的技术要求很高，所需要的造型时间也相当可 观。
实物原型的数字化技术
六、工业CT层析法测量技术 计算机断层扫描（CT）法测量技术 是利用不同物体对Ｘ射线吸收系数不 同的特点，采用数学方法经过计算机 处理重建物体断层图像。该方法最早 应用于医学领域。目前工业领域已对 工件内部形状、结构、壁厚等进行测 量，形成了工业CT(ICT)。
世界上第1台CT层析成像扫描器是由英国人 Hounsfield研制成功，并应用于医学临床诊断。随后， 美国军方首先提出研究计划，开发检测大型火箭发 动机或小型精密铸造的CT设备，经过20年的发展， 工业CT已成为专门的研究分支。20世纪80年代初， 我国的清华大学、重庆大学、中科院高能所等单位 也陆续开展了CT技术的研究，开发出了基于射线源 的工业CT装置，并进行了一些实际应用。工业CT层 析法，是目前极具发展前途的一种非接触式断层测 量方法，它可用于工业产品的无损检测和探伤，能 对物体内部结构进行测量。但特别针对中空物体的 三维无损测量，存在空间分辨率较低，获得数据需 要较长的积分时间，重建图像计算量大、造价高， 只能获得一定厚度截面的平均轮廓等缺点，因此用 它实现被测物体CAD模型的精确重构还存在着很大 的距离。
实物原型的数字化技术
二、断扫描层法测量技术 为了获取物体三维轮廓信息，包括内部形腔信息，近年来 人们提出了一种逐层去除材料逐层获取截面图像的反求测 量技术，即层去图像法测量技术。这种测量技术是一种破 坏性的测量技术，其原理是：利用一种与被测物体具有很 大灰度对比的材料，如添加了石墨或颜料的树脂材料将待 测物体进行充填包埋，待树脂固化后，利用数控铣床进行 微进刀量 （如0.1ｍｍ） 逐层去除被测物体的材料， 逐层用图像采集设备（如扫描仪或CCD摄像机）获取截面 图像，并对图像进行滤波、边缘提取、纹理分析及二值化 等，取得被测物体每层轮廓的数字化信息。这种技术可对 孔及内腔的工件进行测量，具有测量精度高、数据完整、 可自动测量等特点。
CAD 曲面构建
外形 修饰
批量 复制
模具 加工 模具 制作ห้องสมุดไป่ตู้RP 快速成型
CAM产生 NC指令
逐层产生 STL文件
图1 反求工程流程图
1.2 反求工程系统组成
建立一套完整的反求工程系统，必须配备下列设备： 1。 测量用探头：有接触式（） 非接触式（CCD扫描探头）
2。测量机构：三坐标测量机、多轴关节式机械臂
1.4 反求工程的研究现状
反求工程技术是20世纪80年代初分别由美国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。在越来越剧烈的市场竞争中， 这项技术早已被先进工业国家有远见的企业所采用， 从而使其在市场竟争中立于不败之地，特别是在家 电、汽车、玩具、轻工、建筑、医疗、航空、航天、 兵器等行业得到广泛的推广，并取得重大的经济效 益。
实物原型的数字化技术
三、全息干涉法测量技术 全息干涉法测量技术利用光的相干性原理， 当两束相干性好的光束在被测物体表面某一 点相遇时，其光波发生干涉，在形成的干涉 条纹中反映了物体表面的轮廓信息。记录这 些条纹（一般采用全息照相的方法），并用 再现光产生物光波的干涉条纹，测量出其相 位差，再由相位信息转换为物体表面的轮廓 信息。
反求工程概论
1.1反求工程的基本概念