基于逆向工程的产品设计

结论
通过对明基公司鼠标产品设计过程中逆向工程技术应用 的介绍，可以发现采用复杂曲面实物逆向工程建模方法实 用、可行，能够解决实际工程中存在的大量类似逆向工程建 模问题，Pro/E、UG、Rhino等CAD/CAM软件平台能够在复杂曲 面实物逆向工程中发挥重要作用，实现快速设计与加工模具 的目的。在实际产品设计中，特别是对于那些对人—机设计 要求较高或者以使用者的使用方式和方法为主导的产品进行 造型设计时，应该更多的尝试运用逆向工程技术，帮助设计 师更好的完成以使用者为中心的产品设计，相信逆向工程技 术必将会得到更为广泛的运用，成为现代工业设计师进行产 品造型设计时不可或缺的方法。∷
参考文献
[1] 丁峰：《“时尚、自我”，外设发展的主旋律与内涵》，电脑爱好者，2008．6 [2] 黄诚驹，李鄂琴，禹诚：《逆向工程项目式实训教程》，电子工业出版社，2004．9 [3] 黄诚驹：《逆向工程综合技能实训教程》，高等教育出版社，2004．12 [4] 王霄：《逆向工程技术及其应用》，化学工业出版社，2004．9 [5] 彭辉：《触摸的快感！明基逆向工程鼠标大揭密》，泡泡网，2007．4 [6] 钱越夫：《电动自行车与工业设计》，中国自行车，2004．9 [7] 武大伟，张强等：《基于逆向工程的电气盒产品设计》，沈阳航空工业学报工程的眼镜框模具设计与制造》，工程塑料应用，2006（07）
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3．逆向工程产品设计应用实例解析
在汽车、航空的领域中逆向工程得到了快速的应用，究 其原因在这类产品投入生产之前，必须经过一系列的空气 动力学实验等检验方法的不断验证，方可得知造型的设计 是否能够满足实际使用需求，所以在这类大型工业产品中 逆向工程的应用则较为广泛。而对于机床、加工中心等同 属大型设备来说，由于其产品的造型不受严格的技术参数 要求，所以只需满足基本使用功能和造型美观性的前提， 通过现有的计算机辅助手段进行表达，进行产品形态的设 计。在消费电子产品的设计中并未向前面提到的飞机、汽 车两个领域如此的普遍，原因在于消费类电子产品的造型 和结构大多数情况下并未需要进行各种严格的性能测试， 而且造型一般较为小巧。但是随着消费者对产品要求的提 高，设计师在进行产品造型设计时，不仅考虑到造型的美 观性，而且更加关注产品在使用时对使用者的影响，关注
型，而且可以对产品形态、使用等环节的进行合理的人机分 析，得到符合人体工学的产品造型，特别是针对那些对于人 机工学要求较高的产品，实体模型制作过程更加避免只能参 照电脑上虚拟现实产品形态，而无法感受产品使用感受的缺 陷。通过对实体模型的三维扫描，获取造型表面各空间点的 坐标信息，结合Pro-E、UG、Rhino等软件，进行数字模型的 重建，对数字模型进行渲染，表达材质、色彩的等信息，在 此环节对于一件产品的开发通常会采用一定的评价手段，对 设计进行分析，如与市场、销售、技术等部门的商讨，邀请 用户进行亲身体验等，得到一些有价值的修改意见，对设计 方案进行完善，所以从“比例模型”到“数据重建”这个过 程中，将是一个可循环的过程，最终得到确切的设计方案 后，进行产品的生产，然后呈现在消费者面前。
Abstract：As a modern design mode,Reverse Engineering can rebuild the data from samples and models greatly base on the integration of the hardware and software.This dissertation mainly showed how to choose the aimed product for using Reverse Engineering and the detailed process of how to use it in the product design field. Keywords: reverse engineering, design method, mode product design Internet 检索：/
Delcam、Cimatron等，一些大型CAD软件也都为逆向工程提供 了设计模块。例如Pro/E的ICEM Surf和Pro/SCANTOOLS模块， 可以接受有序点（测量线），也可以接受点云数据。而对于 工业设计专业的学生常用的三维建模软件Rhino来说，也通过 RhinoResurf插件加强其逆向工程的应用，利用RhinoResurf 可以快速地从云点数据的基础上重构出一张自由曲面或从网 格模型的基础上重构出覆盖模型的N U R B S曲面块，曲面精度 好，光滑度高。这些软件的发展为逆向工程的实施提供了软 件条件。 在逆向工程实施的过程中，包含了两项关键的技术：数 据采集与处理（数字化技术）和曲面构造（建模技术），通 过一些其他技术手段共同构成了逆向工程的技术体系。这样 方能为产品的逆向设计提供强大的技术支持和保证。
2．逆向工程技术实施的条件
2．1 逆向工程技术实施的硬件条件 在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数 据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件 条件。英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量 机和三维扫描仪被广泛的使用。通常这些硬件按测头结构原 理来可分为接触式和非接触式两种：接触式测头，测头与被 测物体直接接触，获取数据信息；非接触式测头，则是应用 光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发 展，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，精度也在不断 提高。这些类别的扫描仪为实现从实物到建立数学模型到 CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。 在使用当中，应根据不同的测量对象和测量目的，决定 测量过程和测量方法的不同。如针对表面材料较硬且形状较 为简单、容易定位的模型，应尽量使用接触式扫描仪；对橡 胶、油泥或超薄形体的模型，则需要采用非接触式测量方 法。 2．2 逆向工程技术实施的软件条件 除了一些较为专业的逆向工程软件，如S u r f a c e r、
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图1 逆向工程实物反求的四环节 图2 明基鼠标油泥模型的制作 图3 应用逆向工程技术的产品设计流程
为现代制造企业充分利用已有的设计制造成果带来了便利， 从而降低了新产品开发成本、提高了制造精度、缩短了制造 周期。逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、玩具及家电 等模具相关行业。近年来随着生物、材料技术的发展，逆向 工程技术也开始应用于人工生物骨髓等医学领域。但是最主 要的应用领域还是在模具行业。但随着技术的日趋完善，越 来越多的企业更加关注逆向工程技术对于更广泛的产品设 计的支持，越来越多的产品设计过程中，注入了逆向工程技 术，并取得了很大的成功。
人体工程学的设计。 在明基设计的鼠标产品中，首次在消费电子产品中引入 逆向工程技术。由于使用者通常使用鼠标产品的时间较长， 会带来疲劳感，特别是对手的各个部位的劳损比较严重。针 对这一点，设计师在设计鼠标过程中，更加关注人机工学的 设计，不再以计算机辅助设计的三维效果图作为产品形体的 评判标准，而是依据设计草图，制作1：1油泥模型，来把握 推敲鼠标形体的人机尺寸和造型的细节。采用逆向工程的方 式进行设计，也就是先有鼠标的实际模型，再以3D扫描仪 进行数字化轮廓测量，最后再完成整个鼠标的外观设计。在 这个过程中，最重要的一个环节便是鼠标油泥模型的制作。 如果油泥模型制作有误差，很可能会直接影响最终产品的使 用。因此明基设计师们开始日以继夜地实验与测试，以求达 到最完美的结果。设计师大部分的时间都在和油泥模型打交 道，不断进行“对话”，从而来完成设计师心中理想的设 计。如图2所示，明基设计师制作的油泥模型。 明基的鼠标产品在电子消费品领域首先运用了逆向工程 技术，在以用户为中心的产品设计中，会不断出现更多的产 品采用逆向工程这一技术来帮助产品造型设计。“以人为 本”是工业设计的根本理念。产品是为人所用的，特别是对 消费类产品，“人—机”关系则显得十分重要，一个好产品 应该功能合理、使用方便、安全舒适。 通过对逆向工程技术的介绍，以及对进行逆向工程设计 需要具备的软硬件条件的介绍，由此可以发现在产品设计的 过程中，应用逆向工程技术的一般步骤如图3所示。在整个 设计环节中，设计师根据概念草图进行比例模型制作，在此 环节设计师可以根据模型真实的空间形态来把握产品的造
不同的设计环节，不同的设计感受，消除设计师的 后顾之忧解放了产品设计师的自由度，拓展了设计 师的思维。把设计师从千篇一律的计算机建模中解 脱出来以创造出更多更好的设计方案，减少了产品 的开发周期、降低产品的开发成本。
1．逆向工程概述
逆向工程（Reverse Engineering）又称反求工 程或反求设计，是在现代产品设计制造理念的引导 下，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用专 业人员的工程设计经验、知识和创新思想，对已有 新产品进行解剖分析、深化和再创造，是对已有设 计的重新设计。根据反求对象的不同，反求工程可 分为实物反求、软件反求和影像反求三个类别。所 谓实物反求就是指根据已经存在的零件或实物原型 来构造产品数字模型的过程，其应用主要分为四个 部分的内容，如图1所示。 逆向工程技术实现了设计制造技术的数字化，
基于逆向工程的产品设计
∷齐 兵 QI Bing ∷北京信息科技大学
Reverse Engineering in Product Design
摘
要：逆向工程作为一种现代设计方法，其通过软硬件的结合，能够很好地实现对样机或模型采集的数据重建。本文
着重阐述在产品设计领域，选择应用逆向工程技术的产品类型，及具体的应用步骤。 关键词：逆向工程 设计方法 产品造型设计
引言
随着工业技术水平及人们生活质量的提高，普 通消费者对产品品质的要求也在不断提高，他们已 经不仅仅只满足于产品的基本功能，对于产品的使 用性和外观造型的要求则越来越高，这些因素决定 着产品在市场上的表现。 设计师在进行产品形态的推敲和设计时，主要 根据三维效果图对产品造型进行评判和修改，之后 会根据手板模型进行最终的方案修订，在此过程中 主要还是通过产品的三维效果图来表达设计。那么 逆向工程技术在工业设计中的应用则拓展了设计师 的设计思维，产品设计中有些时候优秀的设计方案 并不一定确实可行，迫使设计师放弃最优方案。然 而，逆向工程技术的应用，是设计师可以不被复杂 的三维建模所困扰，将一些造型复杂的设计通过实 体模型的方式表现出来，对实体模型进行造型修改 和评判，确定方案后用三维扫描仪扫描并经相应软 件的适当处理，快速、方便地生成产品的CAD模型。