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逆向設(shè)計專題(一):逆向設(shè)計的概念和基本步驟

魔猴君  知識堂   1751天前

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一、逆向設(shè)計的概念:

講逆向設(shè)計前,先來看下傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的流程:構(gòu)思—設(shè)計—產(chǎn)品原型。顧名思義,所謂逆向設(shè)計理念恰好與正向設(shè)計相反。

逆向設(shè)計,又反求設(shè)計,逆向工程,是一種基于逆向推理的設(shè)計,通過對現(xiàn)有樣件或者原型生成圖樣,然后按照預(yù)想的效果進行改進,并最終超越現(xiàn)有產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計過程。簡單來說流程為:實物零件—表面輪廓數(shù)字化—數(shù)據(jù)處理——模型重構(gòu)或創(chuàng)新設(shè)計——產(chǎn)品。


逆向設(shè)計絕不僅僅是產(chǎn)品的仿制,它更肩負著數(shù)學(xué)模型的還原和再設(shè)計的優(yōu)化等多項重任。

目前逆向設(shè)計的應(yīng)用領(lǐng)域已擴展到包括機械、電子、汽車、自動化、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、文物考古、光學(xué)設(shè)備和家電等相關(guān)行業(yè)。

二、逆向設(shè)計的基本步驟

逆向設(shè)計的基本步驟包括以下幾個。

(1)被設(shè)計、加工對象的試驗樣品制作。在對被設(shè)計加工對象進行樣品數(shù)據(jù)采集前,要考慮到數(shù)據(jù)采集的設(shè)備和方式。為了保證數(shù)據(jù)精度,減少數(shù)據(jù)誤差,要先對樣品進行清洗、風(fēng)干等預(yù)處理,對于激光掃描的工件要進行噴涂處理。對于特殊的零部件還要進行夾具設(shè)計,考慮數(shù)據(jù)采集的完整性。

(2)零件原型的三維數(shù)字化測量。采用三坐標測量機( coordinate measuring machine,CMM)或激光掃描等測量裝置,通過測量采集零件原型表面點的三維坐標值;使用逆向設(shè)計軟件處理離散的點云數(shù)據(jù)。復(fù)雜零件多呈現(xiàn)多種形態(tài)的不規(guī)則特征,一次掃描只能針對一個表面進行。對于復(fù)雜的表面,很難從一個角度進行掃描而得到所需的全部數(shù)據(jù)。因此,在進行掃描時,需要根據(jù)特定零部件樣品制作能夠翻轉(zhuǎn)的支架,轉(zhuǎn)換各種角度進行掃描。掃描完成后要對多視掃描數(shù)據(jù)重新進行整合。


(3)零件原型三維重構(gòu)。按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對零件進行分割,采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原型所具有的設(shè)計與加工特征。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中做曲面擬合,并通過各曲面片的求解與拼接獲取零件原型的CAD模型。

(4) CAD模型的分析與改進。對于重構(gòu)出的零件CAD模型,根據(jù)產(chǎn)品的用途及零件在產(chǎn)品中的地位、功能等進行原理和功能分析、優(yōu)化,確保產(chǎn)品良好的人-機性能,并進行產(chǎn)品的改進創(chuàng)新。

(5) CAD模型的校驗與修正。根據(jù)獲得的CAD模型,采用重新測量和加工樣品的方法,來校驗重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗性能指標的要求。對不滿足要求的樣品找出原因,重新進行掃描、造型,直到達到零件的功能、用途等設(shè)計指標的要求。

(6)正向與逆向融合的產(chǎn)品創(chuàng)新。“產(chǎn)品一逆向一產(chǎn)品”,即對產(chǎn)品的簡單的仿制,這是逆向工程的初級應(yīng)用?!爱a(chǎn)品逆向一改良設(shè)計一改良產(chǎn)品”,即對產(chǎn)品改良設(shè)計,吸收國外先進技術(shù),這是逆向工程的中級應(yīng)用?!案拍畈輬D一比例模型一三維測量(逆向)一數(shù)據(jù)重建 (設(shè)計評價修改的過程)一模具一真實產(chǎn)品”,這是逆向工程的高級應(yīng)用。如在飛機、汽車和模具等行業(yè)的設(shè)計和制造過程中,產(chǎn)品通常由復(fù)雜的自由曲面拼接而成,在此情況下,設(shè)計者通常先設(shè)計出概念圖,再以油泥、黏土模型或木模代替3D-CAD設(shè)計,并用測量設(shè)備測量外形,建構(gòu)CAD模型,在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計,最終制造出產(chǎn)品。

 

逆向設(shè)計只是設(shè)計的一個環(huán)節(jié),而不能作為設(shè)計的目的。設(shè)計的目的是創(chuàng)新,逆向設(shè)計技術(shù)是為設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)的,應(yīng)該確定運用逆向設(shè)計這個環(huán)節(jié)的正確位置,讓逆向設(shè)計更好地為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計服務(wù)。

   
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