第1章 逆向工程技术概述

用于模型重构的软件有三种：
一是用于正向设计的CAD/CAE/CAM软件；
二是集成有逆向功能模块的正向CAD/CAE/CAM软件；
三是专用的逆向工程软件。 这些软件一般具有数据处理、参数化、曲面重构等功能。支撑的 硬件平台有个人计算机和工作站。
3.CAE软件
计算机辅助工程分析，包括机构运动分析、结构分析、 流场及
料进行快速且大量的模型制作，将所要表达的意向以实体的方式
表现出来，而不采用在计算机屏幕上显示缩小比例的物体投影图 的方法。此时，如何根据造型师制作出来的模型快速建立三维CA D模型，就需要引入逆向工程技术。
2)当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆
向工程的方法。 在航空航天、汽车等领域，为了满足产品对空气动力学的要求， 首先要求在实体模型、缩小模型经过风洞试验等各种性能测试的 基础上建立符合要求的产品模型。此类产品通常是由复杂的自由 曲面拼接而成，最终确认的实验模型需借助逆向工程转换为产品 的三维CAD模型及模具。
美国莱特兄弟 发明了飞机；
英国人亚历山大· 贝尔（和莱斯）发明的电话； 德国人卡尔· 佛里特立奇· 奔驰在1885年研制出世界上第一辆 马车式三轮汽车，并于1886年1月29日获得世界第一项汽车发 明专利，这一天被大多数人称为现代汽车诞生日，奔驰也被后 人誉为“汽车之父”。
2、基于原型的创新设计 对引进的国内外先进技术和产品进行深入分析研究、探索掌 握其关键技术，在消化吸收的基础上进行再设计和再创作，进 而开发出同类型的创新产品。 1858年，一个叫汉密尔顿· 史密斯的美国人在匹茨堡制成了 世界上第一台洗衣机。 1910年，美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电 动洗衣机。
产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有 关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术 软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件； 只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技 术软件
（3）影像逆向
设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、 广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料 去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向
第1章 逆向工程技术概述
1.1 逆向工程的定义 1.2 逆向工程的应用 1.3 逆向工程的工作流程 1.4 逆向工程系统的组成
1.5 逆向工程与产品创新
1.6 专用逆向工程软件简介 1.7 逆向工程技术存在的问题
1.1 逆向工程的定义
逆向工程（Reverse Engineering，RE） 是对产品设计过程的一种描述。
RQ-170“哨兵”隐形无人侦察机 战争规则破坏者
中国无人机
服役机型：翔龙
概念机型：暗剑
◎译 ◎片 ◎年
名 安德的游戏 名 Ender's Game 代 2013
◎国
◎类 ◎语
家 美国
别 动作/科幻/冒险 言 英语 免费下载
◎电影天堂
从广义讲，逆向工程可分以下三类 ：
（1）实物逆向
它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而 再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、 材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零 部件和组件 （2）软件逆向
6.产品制造设备
包括各种注塑机、钣金成型机、轧机等
1.5 逆向工程与产品创新 1.5.1 创新设计
产品的创新设计：
是指充分发挥设计者的能力，利用人类已有的相关科学 技术（包含：理论、方法、技术原理）进行创新构思，设 计出科学性、创造性、新颖性及实用性产品的一种实践活 动，是创造具有市场竞争优势商品的过程。
1.4 逆向工程系统的组成
1、测量机与测量探头 2、模型重构软件 3、CAE软件 4、CNC加工设备
5、快速成型机
6、产品制造设备
1.测量机与测量探头
测量机与测量探头是进行实物数字化的关键设备。
测量机有三坐标测量机、多轴专用测量机、多轴关节式机械臂等。 测量探头分接触式和非接触式两种。
2.模型重构软件
在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无 到有的过程：
设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等， 然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这 个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。 这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。
逆向工程则是一个“从有到无”的过程。 简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推 出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程. 随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量 技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工 程技术关注的主要对象。 通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获 取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才 能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制 造。
8)特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始设计依据，此 时，需要利用逆向工程技术建立人体的几何模型。
9)在快速成型制造(RPM)中通过逆向工程，可以方便地对快速成
型制造的原型产品进行快速、准确的测量。
图1-2 逆向工程应用案例
1.3 逆向工程的工作流程
图1-3 逆向工程工作流程及其系统框架
逆向工程的一般过程可分为：
1、样件的三维数据测量、
3、CAD三维模型重构、
2、数据处理
4、模型制造
在整个逆向工程工作流程中，样件的三维数据测量是基础和前 提，测量数据的好坏直接影响到原型CAD模型重建的质量； 数据处理是关键，从测量设备所获得的测量数据带有误差和噪 声且数据量庞大，只有通过数据处理才能提高精度和曲面重建 的算法效率；
• 逆向工程是对产品设计过程的一种描述。2007年初，我国相 关的法律为逆向工程正名，承认了逆向技术用于学习研究的 合法性 ，并不是简单仿制！
•
中国军方从什么时候开始逆向工程技术的呢？
• 中国军工经历了三个时期： • 1、建国后由苏联老大哥援助的时期，到60初中苏关系恶 化，中国军工除了个别独立自主研发外，一大批常规武器， 如坦克、战机、军舰、等等都还处于仿制阶段； • 2、改革开放以后，中国开始引进技术，当时由于美苏争 霸，美国愿意支援中国，中国和西方建立了外交关系，中 国获得了一批军事和民用技术，但很快在80年代末被一场 风波，而遭到美国的制裁，直到今天欧盟对华还没有武器 解禁。 • 3、现在，中国已经通过独立自主地研发新型世界一流战 机，例如J-20战机。 • 可以说，中国军工发展三个阶段任何一个阶段都有一种工 程存在，那就是逆向工程。
3)在没有设计图样或者设计图样不完整，以及没有CAD模型的情
况下，通过对零件原型进行测量，形成零件的设计图样或CAD模 型，并以此为依据生成数控加工的NC代码或快速成型加工所需的
数据，复制一个相同的零件。
4)在模具行业，经常需要反复修改原始设计的模具型面，以得到 符合要求的模具。
5)很多物品很难用基本几何形状来表现与定义，例如流线型产品、 艺术浮雕及不规则线条等，利用通用CAD软件，以正向设计的方
• 逆向工程技术不是传统意义上的“仿制”，而是综合应用 现代工业设计的理论方法、生产工程学、材料工程学和有 关专业知识，进行系统得地分析研究，进而快速开发制造 出高附加值、高技术水平的新产品。 • 该项技术与快速成型技术相结合，可以实现产品的快速三 维拷贝，并经过 CAD重新建模修改或快速成型工艺参数的 调整，还可以实现零件或模型的变异复原 • 逆向工程定义：逆向工程是将实物转变为CAD模型的相关 数字化技术、几何模型重建技术、产品制造技术的总称。
是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊 装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现 特殊的目的。
虚拟现实用以下3种基本技术进行了概括
1、三维计算机图形学技术
2、采用多种功能传感器的交互式接口技术； 3、高清晰度显示技术 虚拟现实的关键是传感技术。
各行业的应用：
城市规划；旅游景观 ；医学 ；娱艺教 ；军事与航天； 房产开发 ；工业仿真 ；游戏 ；文物保护与修复；地理； 教育等
• 4、适合单件、小批量的零件制造，特别是模具的制造 。
整个过程经历5个阶段：
1、最初的概念产品； 2、油泥实物模型； 3、利用测量仪获得实 物数据； 4、根据数据进行模型 重构与结构设计；
5、最后制造出产品。
图1-1 汽车仪表盘逆向设计开发的过程
1.2 逆向工程的应用
1)在对产品外形的美学有特别要求的领域。 为方便评价其美学效果，设计师广泛利用油泥、黏土或木头等材
温度场分析等。 目前较流行的分析软件有Ansys、Nastron、Ideas、ADMAS等。
C加工设备
各种用来制作原型和模具的CNC加工设备，主要有数控车床、数 控铣床、加工中心、电火花线切割机床等。
5.快速成型机
按制造工艺原理可分为光固化成型、分层实体制造、选择性激光 烧结、熔融沉积制造、三维喷涂粘结、焊接成型和数码累积造型 等快速成型机。可采用快速成型机快速形成模型样件，缩短产品 开发周期。
USA
F-16
CHINA
J-10
•
据俄罗斯军事工业综合体网站2012年12月24日报道，中 国最终将有可能接触到被伊朗拦截的美制RQ-170无人机。
• 如果这种情况真的发生，中国将有望借此掌握多项关键技 术并将它们用于自己的航空航天计划，其中包括开发用于 探测飞临中国边境的美国隐形战机和无人机的反制手段。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的 逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向工程”
逆向工程被广泛地应用到新产品开发和产品改型设计、产 品仿制、质量分析检测等领域 。
逆向工程作用
• 1、缩短产品的设计、开发周期，加快产品的更新换代速 度； • 2、降低企业开发新产品的成本与风险 ； • 3、加快产品的造型和系列化的设计 ；