一、逆向設計的概念

    逆向工程（ReverseEngineering-RE）是對產品設計過程的一種描述。

    在工程技術人員的一般概念中，產品設計過程是一個從無到有的過程，即設計人員首先在大腦中構思產品的外形、性能和大致的技術參數等，然后通過繪制圖紙建立產品的三維數字化模型，最終將這個模型轉入到制造流程中，完成產品的整個設計制造周期。這樣的產品設計過程我們稱為“正向設計”過程。逆向工程產品設計可以認為是一個“從有到無”的過程。簡單地說，逆向工程產品設計就是根據已經存在的產品模型，反向推出產品設計數據（包括設計圖紙或數字模型）的過程。從這個意義上說，逆向工程在工業(yè)設計中的應用已經很久了。早期的船舶工業(yè)中常用的船體放樣設計就是逆向工程的很好實例。隨著計算機技術在制造領域的廣泛應用，特別是數字化測量技術的迅猛發(fā)展，基于測量數據的產品造型技術成為逆向工程技術關注的主要對象。通過數字化測量設備（如三維掃描儀、三坐標等）獲取的物體表面的空間數據，需要利用逆向工程技術建立產品的三維模型，進而利用CAM系統完成產品的制造。因此，逆向工程技術可以認為是將產品樣件轉化為三維模型的相關數字化技術和幾何建模技術的總稱。逆向工程的實施過程是多領域、多學科的協同過程。

    作為一種新產品開發(fā)以及消化、吸收先進技術的重要手段,逆向工程和快速原型技術可以勝任消化外來技術成果的要求。它們的出現改變了傳統產品設計開發(fā)模式,大大縮短了產品開發(fā)的時間周期,提高產品研發(fā)的成功率。

    當今，各個行業(yè)越來越注重產品的外觀設計，以此來吸引顧客，最終在商業(yè)上取得成功。這點在消費產品的設計中體現的尤為突出。特別是手機、數碼相機、汽車等行業(yè)。

二、順、逆向工程在設計流程中的比較與分析

    逆向工程，顧名思義與順向工程的設計流程不同，其過程是依靠已經存在的零件或是產品原型的表面所得到的資料來建立3DCAD模型，而不是透過設計圖。

圖1：兩個設計流程的主要差別在于傳統的順向工程是概念設計、產品規(guī)范到產品設計圖，

而逆向工程則是由測量到的資料來反推得到3DCAD模型。

    如圖1所示，其兩個設計流程的主要差別在于傳統的順向工程是概念設計、產品規(guī)范到產品設計圖，而逆向工程則是由測量到的資料來反推得到3DCAD模型。順向的產品開發(fā)程序是設計師依據產品企劃時所定的規(guī)劃與設計構想，繪制草圖及效果圖，并且依據效果圖制作手工模型，或以建構CAD幾何模型，最后進行NC或RP（RapidPrototype）的加工程序。然而導入逆向工程設計程序后，設計師仍是依據產品設計企劃時所定的規(guī)范與設計構想，但效果圖或精細描繪則已不是必備的程序了，取而代之的將是直接運用逆向工程對PU泡沫或油土模型進行點資料掃描，并交由CAD系統進行編修與重建，最后進行NC或RP的加工程序，從開發(fā)角度看，這個流程中可以明顯發(fā)現順、逆向工程的差異如圖2所示。

圖2

    單純全流程逆向工程會產生以下問題：資料量大、調取數據麻煩、曲面定位（Location）、曲面的連續(xù)性控制等。采用混合式設計流程，僅需要對修改部分作局部逆向工程快速重建、從而能縮短整個設計制造的程序。如圖3所示。

圖3

三、逆向設計的基本流程

圖4 汽車設計項目實際流程

    逆向工程是將實物轉變?yōu)镃AD模型的數字化技術、幾何模型重建技術和產品制造技術的總稱，逆向工程是汽車產品開發(fā)的新方式。目前基于CAD/CAM系統的三維掃描儀(數字掃描技術)為實物逆向工程提供了有力的支持，在進行數字化掃描、完成實物的3D重建后，通過NC加工就能快速地制造出模具，最終注塑得到所需的產品，通過逆向工程技術，在消化、吸收先進技術的基礎上，建立和掌握自己的產品開發(fā)設計技術，進行產品的創(chuàng)新設計，是提高汽車設計能力和制造效率的捷徑。

    逆向工程的簡單過程是：利用三維掃描儀掃描實體模型，將數據導入計算機，利用逆向工程軟件處理獲取的點云數據，行程曲線、曲面、實體模型，對實體模型進行修正，形成最終的三維模型。相比正向建模，逆向工程建模的速度更快，效率更高。逆向工程隊對計算機處理器、內存和顯卡的性能有綜合要求，特別是要保證實時數據采集和處理，必須配置較高的內存和性能強大的顯卡。

1、逆向工程的結構體系

    逆向工程系統主要由三部分組成:產品實物幾何外形的數字化、CAD模型重建、產品或模具制造。逆向工程中的關鍵技術是據采集、數據處理和模型的重建。

逆向工程流程圖

(1)數據采集

    數據采集是逆向工程的第一步,其方法的得當直接影響到是否能準確、快速、完整地獲取實物的二維、三維幾何數據,影響到重構的CAD實體模型的質量,并最終影響產品的質量。

圖6 數據采集

(2)數據處理

    對于獲取的一系列點數據在進行CAD模型重建前,必須進行格式轉換、噪聲濾除、平滑、對齊、歸并、測頭半徑補償和插值補點等處理。

圖7 運用CATIA軟件進行數據處理

(3)模型重建

    將處理過的測量數據導入CAD系統,依據前面創(chuàng)建的曲線、曲面構建出原型的CAD模型。

圖8 重新建模

    簡單理解汽車逆向設計流程：拿到實物產品----進行產品公析掃描------三維掃描儀進行掃描輸出數據文件STL格式-----Surfacer或Geomagic進數據處理格式為igs------進行Pro/E等三維軟件中進行繪圖，當今主要流行的三維CAD軟件如UG、IMAGEWARE、CATIA、I-DEAS、Pro/Engineer。