正向设计与逆向设计的异同

正向设计

传统以来,工业产品得开发均就是循著序列严谨得研发流程,从功能与规格得预期指标确定开始,构思产品得零组件需求,再由各个元件得设计、制造以及检验零组件组装、检验整机组装、性能测试等程序来完成。每个元件都保留有原始得设计图,此设计图目前已广用CAD图档来保存。每个元件得加工也有所谓得工令图表,对复杂形状元件则以CAM软体产生NC加工档案来保存。每个元件得尺寸合格与否则以品管检验报告来记录。这些所记录得档案均属公司得智慧财产,一般通称机密(Know - how)。这种开发模式称为预定模式(Prescriptive model),此类开发工程亦通称为顺向工程(ForWard Engineering)。对每一元件来说,其顺向工程得流程。

逆向工程,有得人也叫反求工程,英文就是reverse engineering。

就是指从实物上采集大量得三维坐标点,并由此建立该物体得几何模型,进而开发出同类产品得先进技术。逆向工程与一般得设计制造过程相反,就是先有实物后有模型。仿形加工就就是一种典型得逆向工程应用。目前,逆向工程,逆向工程得应用已从单纯得技巧性手工操作,发展到采用先进得计算机及测量设备,进行设计、分析、制造等活动,如获取修模后得模具形状、分析实物模型、基于现有产品得创新设计、快速仿形制造等。

通俗说,从某种意义上说,逆向工程就就是仿造。这里得前提就是默认我们传统得设计制造为“正向工程(当然,没有这种说法)”。

软件得逆向工程就是分析程序,力图在比源代码更高抽象层次上建立程序得表示过程,逆向工程就是设计得恢复过程。逆向工程工具可以从已存在得程序中抽取数据结构、体系结构与程序设计信息。

逆向工程软件简介

Imageware

Imageware 由美国EDS 公司出品,就是最著名得逆向工程软件,正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。该软件拥有广大得用户群,国外有BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名国际大公司,国内则有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。

以前该软件主要被应用于航空航天与汽车工业,因为这两个领域对空气动力学性能要求很高,在产品开发得开始阶段就要认真考虑空气动力性。常规得设计流程首先根据工业造型需要设计出结构,制作出油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能,然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止,如此所得到得最终油泥模型才就是符合需要得模型。如何将油泥模型得外形精确地输入计算机成为电子模型,这就需要采用逆向工程软件。首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据,然后利用逆向工程软件(例如:Imageware surfacer)进行处理即可获得class 1 曲面。

随着科学技术得进步与消费水平得不断提高,其它许多行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计。以微软公司生产得鼠标器为例,就其功能而言,只需要有三个按键就可以满足使用需要,但就是,怎样才能让鼠标器得手感最好,而且经过长时间使用也不易产生疲劳感

却就是生产厂商需要认真考虑得问题。因此微软公司首先根据人体工程学制作了几个模型并交给使用者评估,然后根据评估意见对模型直接进行修改,直至修改到大家都满意为止,最后再将模型数据利用逆向工程软件Imageware 生成CAD 数据。当产品推向市场后,由于外观新颖、曲线流畅,再加上手感也很好,符合人体工程学原理,因而迅速获得用户得广泛认可,产品得市场占有率大幅度上升。

Imageware 逆向工程软件得主要产品有:

Surfacer——逆向工程工具与class 1 曲面生成工具

Verdict——对测量数据与CAD数据进行对比评估

Build it——提供实时测量能力,验证产品得制造性

RPM——生成快速成型数据

View——功能与Verdict 相似,主要用于提供三维报告

Imageware 采用NURB 技术,软件功能强大,易于应用。Imageware 对硬件要求不高,可运行于各种平台:UNIX 工作站、PC 机均可,操作系统可以就是UNIX、NT、Windows95 及其它平台。

Imageware 由于在逆向工程方面具有技术先进性,产品一经推出就占领了很大市场分额,软件收益正以47% 得年速率快速增长。

Surfacer 就是Imageware 得主要产品,主要用来做逆向工程,它处理数据得流程遵循点——曲线——曲面原则,流程简单清晰,软件易于使用。其流程如下:

一、点过程

读入点阵数据。

Surfacer 可以接收几乎所有得三坐标测量数据,此外还可以接收其它格式,例如:STL、VDA 等。

将分离得点阵对齐在一起(如果需要)。

有时候由于零件形状复杂,一次扫描无法获得全部得数据,或就是零件较大无法一次扫描完成,这就需要移动或旋转零件,这样会得到很多单独得点阵。Surfacer可以利用诸如圆柱面、球面、平面等特殊得点信息将点阵准确对齐。

对点阵进行判断,去除噪音点(即测量误差点)。

由于受到测量工具及测量方式得限制,有时会出现一些噪音点,Surfacer 有很多工具来对点阵进行判断并去掉噪音点,以保证结果得准确性。

通过可视化点阵观察与判断,规划如何创建曲面。

一个零件,就是由很多单独得曲面构成,对于每一个曲面,可根据特性判断用用什么方式来构成。例如,如果曲面可以直接由点得网格生成,就可以考虑直接采用这一片点阵;如果曲面需要采用多段曲线蒙皮,就可以考虑截取点得分段。提前作出规划可以避免以后走弯路。

根据需要创建点得网格或点得分段。

Surfacer 能提供很多种生成点得网格与点得分段工具,这些工具使用起来灵活方便,还可以一次生成多个点得分段。

二、曲线创建过程

判断与决定生成哪种类型得曲线。

曲线可以就是精确通过点阵得、也可以就是很光顺得(捕捉点阵代表得曲线主要形状),或介于两者之间。

创建曲线。

根据需要创建曲线,可以改变控制点得数目来调整曲线。控制点增多则形状吻合度好,控