逆向設(shè)計專(zhuān)題(一):逆向設(shè)計的概念和基本步驟
魔猴君 知識堂 2084天前
一、逆向設(shè)計的概念:
講逆向設(shè)計前,先來(lái)看下傳統(tǒng)產(chǎn)(chǎn)品開(kāi)發(fā)(fā)的流程:構(gòu)思—設(shè)計—產(chǎn)(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(guò)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(jìn)(jìn)行改進(jìn)(jìn),并最終超越現(xiàn)有產(chǎn)(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計過(guò)程。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)流程為:實(shí)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 )(chuàng)新設(shè)計——產(chǎn)(chǎn)品。
逆向設(shè)計絕不僅僅是產(chǎn)(chǎn)品的仿制,它更肩負(fù)著(zhù)數(shù)學(xué)(xué)模型的還原和再設(shè)計的優(yōu)(yōu)化等多項重任。
目前逆向設(shè)計的應(yīng)用領(lǐng)(lǐng)域已擴展到包括機械、電子、汽車(chē)、自動(dòng)化、生物醫(yī)學(xué)(xué)、航空航天、文物考古、光學(xué)(xué)設(shè)備和家電等相關(guān)(guān)行業(yè)(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(gè)。
(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(jìn)(jìn)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(jìn)(jìn)行清洗、風(fēng)(fēng)干等預(yù)處理,對于激光掃描的工件要進(jìn)(jìn)行噴涂處理。對于特殊的零部件還要進(jìn)(jìn)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(biāo)測量機( coordinate measuring machine,CMM)或激光掃描等測量裝置,通過(guò)測量采集零件原型表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值;使用逆向設(shè)計軟件處理離散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。復(fù)雜零件多呈現(xiàn)多種形態(tài)(tài)的不規(guī)則特征,一次掃描只能針對一個(gè)表面進(jìn)(jìn)行。對于復(fù)雜的表面,很難從一個(gè)角度進(jìn)(jìn)行掃描而得到所需的全部數(shù)據(jù)。因此,在進(jìn)(jìn)行掃描時(shí),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(jìn)(jìn)行掃描。掃描完成后要對多視掃描數(shù)據(jù)重新進(jìn)(jìn)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(jìn)(jìn)行分割,采用幾何特征匹配與識別的方法來(lái)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(guò)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(jìn)(jìn)。對于重構(gòu)出的零件CAD模型,根據(jù)產(chǎn)(chǎn)品的用途及零件在產(chǎn)(chǎn)品中的地位、功能等進(jìn)(jìn)行原理和功能分析、優(yōu)(yōu)化,確保產(chǎn)(chǎn)品良好的人-機性能,并進(jìn)(jìn)行產(chǎn)(chǎn)品的改進(jìn)(jìn)創(chuàng )(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(lái)校驗重建的CAD模型是否滿(mǎn)足精度或其他試驗性能指標(biāo)的要求。對不滿(mǎn)足要求的樣品找出原因,重新進(jìn)(jìn)行掃描、造型,直到達(dá)到零件的功能、用途等設(shè)計指標(biāo)的要求。
(6)正向與逆向融合的產(chǎn)(chǎn)品創(chuàng )(chuàng)新?!愛(ài)a(chǎn)品一逆向一產(chǎn)(chǎn)品”,即對產(chǎn)(chǎn)品的簡(jiǎn)單的仿制,這是逆向工程的初級應(yīng)用?!爱a(chǎn)(chǎn)品逆向一改良設(shè)計一改良產(chǎn)(chǎn)品”,即對產(chǎn)(chǎn)品改良設(shè)計,吸收國外先進(jìn)(jìn)技術(shù)(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(jià)修改的過(guò)程)一模具一真實(shí)產(chǎn)(chǎn)品”,這是逆向工程的高級應(yīng)用。如在飛機、汽車(chē)和模具等行業(yè)(yè)的設(shè)計和制造過(guò)程中,產(chǎn)(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(jìn)(jìn)行設(shè)計,最終制造出產(chǎn)(chǎn)品。
逆向設(shè)計只是設(shè)計的一個(gè)環(huán)(huán)節(jié),而不能作為設(shè)計的目的。設(shè)計的目的是創(chuàng )(chuàng)新,逆向設(shè)計技術(shù)(shù)是為設(shè)計創(chuàng )(chuàng)新服務(wù)(wù)的,應(yīng)該確定運用逆向設(shè)計這個(gè)環(huán)(huán)節(jié)的正確位置,讓逆向設(shè)計更好地為產(chǎn)(chǎn)品創(chuàng )(chuàng)新設(shè)計服務(wù)(wù)。