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1、13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 showe
2、d 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 designInternet 检索：http:/ Engineering in Product Design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
3、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
4、成产品的CAD模型。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
5、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，齐 兵 QI Bing 北京信息科技大学艺术设计5 0 . in d d 17 32 0 0 8 . 11. 2 4 2 : 4 8 : 3 4 P M14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
6、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。2逆向工程技术实施的条件21 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
7、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。22 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Surfacer、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
8、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NURBS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。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
9、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，关注图
10、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12 3艺术设计5 0 . in d d 17 42 0 0 8 . 11. 2 4 2 : 4 8 : 3 5 P M1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
11、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
12、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，200862 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，200493 黄诚驹：逆向工程综合技能实训教程，高等教育出版社，2004124 王霄：逆向工程技术及其应用，化学工业
13、出版社，200495 彭辉：触摸的快感！明基逆向工程鼠标大揭密，泡泡网，200746 钱越夫：电动自行车与工业设计，中国自行车，200497 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，200848 宁树林，范士娟，付伟：基于逆向工程的眼镜框模具设计与制造，工程塑料应用，2006（07）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、
14、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。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。艺术设计5 0 . in d d 17 52 0 0 8 . 11. 2 4 2 : 4 8 : 3 6 P M
