关于逆向工程技术的研究与工程应用的探讨

关于逆向工程技术的研究与工程应用的探讨

黄群

摘要：社会经济的发展促成制造行业的变革，传统的产品设计与开发制造模式难以适应激烈的市场经济。而逆向工程通过缩短产品的开发周期，节约开发成本在企业中的占到越来越重要的地位。本文首先探析逆向工程的相关理论知识，然后分析其工艺流程，最后探讨逆向工程技术在内燃机气道开发中的应用。 关键词：逆向工程；数据测量；工程应用

进入到二十一世纪之后，知识经济取代传统的经济发展模式，制造业面临着非常大的挑战。为了适应社会经济发展的需求，产业界提出多种先进的产品开发与制造技术，逆向工程技术就是其中一种，作为一种重要的设计方式，逆向工程技术能够有效的所见产品的设计与开发周期，对于提高产品的市场竞争力具有非常重要的意义。 1、逆向工程技术概述

逆向工程也被称为反向工程或者是反求工程，将已经开发成型的产品、零部件作为原型，基于先进的技术进行扫描、信息收集和数字化处理，然后对处理结果进行分析，实现对现有产品或者零部件的优化和改造，通过先进的制造技术就能够进行产品的生产。因此，逆向工程技术可以说是一种再设计技术，能够对产品进行重构和创造。尤其是对于结构或者表面非常复杂的物体也能够实现快速的建模与设计，对于产品开发行业的改革起到了巨大推动作用。

进一步说，逆向工程就是与正向工程相反的开发技术，没有图纸参考的情况下，收集产品的模型和参数信息，并对其进行分析处理，使用CAD/CAM等技术使产品转化成为模型。逆向工程的流程为：产品模型——数字化处理与优化——CAD处理——设计评估——CAE——工艺评估——CAM——CAD处理。 2、逆向工程技术的构成

逆向工程主要包含三大模块，即数据测量模块、数据处理模块与曲面建模模块。数据测量又分为接触式与非接触式两种测量方式，前者包含连续式测量与触发式测量，而后者分为光学与非光学测量，还能够进一步细分；数据处理模块就

是对获取的数据实施优化，让数据能够满足系统处理的需要，其流程为数据的预处理、分块处理、光顺处理和数据优化处理等，是逆向工程中最为关键的部分；曲面建模可以说是整个逆向工程技术中最为复杂的环节，当前应用较为广泛的有曲线拟合的方式。

2.1数据测量模块

接触式测量方式中常用的设备为三坐标测量仪，采集参数信息的精确度非常高，产生的误差较小，但是需要耗费的人力较大，对于大面积的产品的采集而言不适用。接触式测量方式中触发式数据测量是指对采样的探针和产品之间的距离进行控制，随着探针的移动就会收集到逆向工程技术需要的参数；连续式采集方式使用的是模拟量的采样探头，同样对其进行控制能够产生电信号。非触发式的测量方式利用声学、光学等物理学原理，将模拟量转化成为坐标参数，使用较为广泛的设备有机关数据测量机和光学数据测量机。总的来说，逆向工程技术中的测量方式非常多，但是每一种都有着各自的适用范围，因此在实际工程中，需要根基样品的规格大小、测量的精度要求以及测量的时间等因素选择合适的测量方式。

2.2数据处理模块

由数据采集得到的原始数据都为三维坐标值，点和点之间的关系不明确，需要对于进行进一步处理才能够达到计算机处理需要的要求。首先，对数据实时预处理，通过过滤、去噪和编辑等手段优化元数据，使其满足下一步处理的新要求；然后实时网络模型生成，利用相关的软件对数据进行拟合，形成曲面；进一步输出STL文件或者其格式的文件到相关的软件、硬件系统当中。数据处理的过程中有很多需要注意的问题，结构化的处理就是对非扫描线数据的处理，建立点数据之间的关联；压缩处理则是在测量过程中，由于采集的数据过多，因此需要进行压缩，才能够保证处理工作的效率。在曲面变化较小的地方数据压缩的比例反而要比较大，而曲面变化较大的地方压缩要小，这样才能够减少数据的丢失；相关性识别则是指标识物体表面的元数据或者是点数据，用于表现物体的某一个部位。

2.3曲面建模模块

曲面建模就是指利用现代化的计算机软件的建模功能将产品实物转化成为模型，当前设计行业中绝大多数产品设计都需要通过建模才能完成。曲面建模的优势就是能够创造出标砖建模难以得到的复杂形状的模型。建模流程为：首先进行曲线的创建，然后根基曲线创建物体的曲面，最后对各个曲面过度与桥接面等实施光顺处理。光顺处理是非常重要的环节，要求在曲线中没有任何奇点和拐点，而曲面上的横向与纵向方面上每一个截面都能够达到光顺标准，不经过这一步骤的产品不能满足设计规范。此外，在逆向工程的各个处理阶段都可能出现数据误差现象，因此还需要进行误差的计算。 3、逆向工程技术的实际应用

本文以内燃机为例探讨逆向工程的实际应用，内燃机的气道分为很多种，常见的有螺旋气道，在对气道实施优化设计过程中，需要与以往的修理和设计经验相结合，同时获得试验相关数据。通过对实验数据的分析和探讨，发现内燃机的气道评价过程中最重要的就是稳流试验参数，用于参考的性能指标主要是涡流比与流量系数，而相关实验表明这两者之间存在密切的联系，也就是当流量上升时，内燃机的涡流也会增大，因此，内燃机的流量系数也会随着流量与涡流的上升而上升。

气道CAD的基础理论为横截面的曲线序列以及流动空气的理论流线，在进行内燃机气道曲面设计的过程中，需要使用到两种数学方法，分别是FERGUSON与COONS。基于本文中的内燃机气道的模型与相关参数，选择使用前一种数学方式进行曲面设计。其流程为通过气道的交互式设计以及将气道的数据参数输入到软件中；能够得到三维曲面的数据，生成三位图像；进一步能够建立出流动分析几何模型，将流动分析的边界条件输入就能够得到三维流动分析数据。

随后需要进行反求起到模型，反求也就是起到模型的测量、处理和曲面模型的重构过程：首先实施起到模型测量，基于前文中提到的各种测量方式，基于内燃机气道尺寸规格以及测量精度等要求，选择使用非接触式的光学测量机或者是激光测量机进行测量，对于非常微小的细部构造，可以选择使用其他测量方式进

行辅助。尽可能的降低测量数据出现的误差，以满足后期处理的要求；随后进行数据处理与曲面重构，将内燃机气道的正向与反向设计相结合，利用上文中的方法与软件构建出相对完整的气道模型；最后是气道的成型，成型的技术方式也有很多，常见的熔丝沉积成型与叠层实体制造，基于不一样的成型条件与要求选择使用不一样的方式，在本文中选择熔丝沉积成型与叠层实体制造技术相结合的方式，也就是将CAD三维模型构造中的STL文件一一实施层次划分，实现构造“分层处理”，然后增加适当的支撑，使用熔丝沉积成型的方式就能够快速实现模型成型。 结束语

综上所述，逆向工程技术利用是一种基于传统顺向工程的反向思维方式，实现物体从实物转化为模型的过程。对于工业制造中的产品的复制起到了非常重要的作用，尤其是对于标准建模方式难以获得的复杂结构物体，能够有效的辅助开发设计，其作用非常关键。总而言之，逆向工程技术对于提高企业机械制造的设计开发水平，缩短开发周期，增强市场竞争力具有非常重要的作用。 参考文献：

[1] 祖文明.逆向工程技术的应用及国内外研究的现状及发展趋势[J].价值工程,2011,30(21):30-31.

[2] 逯垚迪.我国工程技术服务企业逆向创新的关键影响因素研究[D].大连理工大学,2014.

[3] 孟祥杰,葛世荣.基于逆向工程技术的人体股骨近端形态参数误差分析[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(35):6471-6474.