反求工程

反求工程的概述

摘要：本文阐述了反求工程的基本概念，反求设计过程等，对关键技术进行了

分析，对目前逆向工程研究存在的问题及对策进行了讨论，最后简述了反求工程的发展现状与发展趋势。

引 言

反求工程(Reverse Engineering，RE)这一术语起源于20世纪60年代但它从工程的广泛性去研究，从反求的科学性进行深化还是从20世纪90年代初刚刚开始.反求工程类似于反向推理,属于逆向思维体系。

反求工程技术是测量技术,数据处理技术,图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。随着计算机技术的飞速发展,该技术逐渐成熟,近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用,因为在产品开发过程中需要以实物(样件)作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术,所以在汽车,摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计,家电产品外形设计,艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。

一．基本概念

反求工程是综合性很强的术语，它是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品或者技术进行解剖、深化，仿型或开发出同类型创新产品的设计技术。是已有设计的设计，这就是反求工程的含义，特别强调再创造是反求的灵魂。反求设计中要紧紧抓住两个关键,一是在剖析原产品或技术中的“求”,二是在“再设计”中的“改”或“创”。通过反求, 进行工程设计,起点高,更容易得到创新的产品。

反求工程的设计过程与传统的设计过程是完全不同的。传统设计过程是在市场调研的基础上,根据功能和用途来设计产品,得到图纸或CAD模型,经检查满意后制造出产品来。而反求工程是从一存在的零件或原型入手,首先对其进行数字化处理(即将整个零件用一个庞大的三维点的数据集合来表示) ,然后是构造CAD模型。CAD模型经检查满意后,根据需要可输出图纸,最后制造产品。二者的比较如图：

传统设计方法

反求技术

简单说来,传统设计和制造是从图纸到零件(产品) ,而反求工程的设计是从零件(或原型)到图纸,再经过制造过程到零件(产品)。这就是反求的含义。

二．反求设计的过程

反求设计分为反求和再设计两个阶段。反求阶段主要是通过对原有产品或技术的剖析,吸取关键技术,达到为我所用;查证原有产品或技术存在矛盾及问题,为改进或创新设计明确方向。再设计阶段也称二次设计阶段,主要是仿型或开发出同类型的创新产品。

反求设计过程

下面,以反求工程三维实体重构的系统为例,说明实体的三维重构过程：

2.1.数据获取

数据获取又称零件数字化,实物的数字化是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据,开发高精度、快速的数字化测量系统和测量软件。如何根据几何外形选取不同的测量方法和测量路径,一直是数字化技术的主要研究内容,目前的3维数字化方法,根据测量探头或传感器是否和实物接触,可分为接触式和非接触式2类：

2.1.1 接触式测量方法

三坐标测量机(coordinate measuring machine,CMM)是广泛采用的接触式测量设备, 作为一种大型精密的测量仪器, CMM开始是用于制造产品的检测,可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行测量。在逆向工程应用的初期,CMM是数据采集的主要手段,具有测量精度高、适应性强的优点,但一般接触式测头测量效率低,而且对一些软质表面无法进行测量,数据需进行测头半径补偿。

2.1.2 非接触式测量方法

非接触式测量根据测量原理的不同,有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。较为成熟的是光学测量方法,有激光扫描、莫尔条纹、结构光、数字图像处理等方法。

2.1.3数字化方法的发展及应解决的问题

目前测量设备的发展趋势是向着高速、高精度、系统化、集成化、智能化的方向发展,对传统的三坐标测量机,一方面是提高测量速度,另一方面发展了三坐标机与光学系统组合的自动测量系统,由3D视觉系统获得实物的初始外形,用以定制和规划CMM扫描路径。他的测量手段也在开发研制中,如测量3维形状的计算机辅助投射条纹系统等。激光测量同样也采取组合技术,为实现测量自动化, 将CCD 相机和3D激光扫描相结合,CCD相机用来确定实物的空间位置,用以指导测量路径编程。测量软件也日趋丰富,针对特殊的零部件几何外形,各生产厂商相继开发了专用的测量软件,以及增加支持逆向工程数据处理、曲线面拟合的模块,与设备配套运行。但文献提出的一些问题依然存在,如测量定位、可测性、阻碍等。对目前用于逆向工程的数字化技术,最大的不足还在于,各种测量方法的测量过程仍是一个孤立的行为,测量方案并没有考虑后续的模型重建和数字化加工的要求,如果能根据几何外形和逆向工程的要求进行测量规划和基于特征进行模型扫描和测量,不仅可以减少测量数据和实现测量自动化,对CAD模型重建也是至关重要的,因此测量技术的发展除了先进仪器设备和测量手段多样化的要求外,还应重视面向逆向的测量软件的研究与开发,软件应具备人工交互及自动编程、规划及优化测量路径,以及特殊曲线、曲面的自动测量等功能。