什么是逆向工程技术？

逆向工程的概念是对产品设计过程的描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计师首先在脑海中构思产品的形状、性能和大概的技术参数，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字模型，最后将这个模型传递到制造过程中，完成产品的整个设计制造周期。这个产品设计过程称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个从无到有的过程。简单来说，逆向工程产品设计就是根据已有的产品模型，逆向推导出产品设计数据(包括设计图纸或数字模型)的过程。从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用由来已久。早期造船业常用的船体放样设计就是逆向工程的一个很好的例子。随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的快速发展，基于测量数据的产品建模技术已经成为逆向工程技术的主要对象。数字测量设备(如坐标测量机、激光测量设备等)获得的物体表面的空间数据。)需要利用逆向工程技术建立产品的三维模型，然后利用CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是将产品样品转化为三维模型的相关数字技术和几何建模技术的总称。逆向工程的实施过程是一个多领域、多学科的协同过程。从图1可以看出，逆向工程的整个实施过程包括从测量数据采集和处理到常规CAD/CAM系统，最后与产品数据管理系统(PDM系统)集成的过程。项目的实施需要人员和技术的高度合作和整合。

二、逆向工程的实施原理:逆向工程在CAD/CAM系统中的作用逆向工程技术不是一项孤立的技术，它与测量技术和现有的CAD/CAM系统有着千丝万缕的联系。但在实际应用过程中，由于大多数工程技术人员对逆向工程技术了解不够，将逆向工程技术等同于现有的CAD/CAM技术，以现有的CAD/CAM系统的技术水平要求逆向工程技术，往往造成人们对逆向工程技术的不信任和误解。从理论上讲，逆向工程技术可以根据产品的测量数据，重建出与现有CAD/CAM系统完全兼容的三维模型，这是逆向工程技术的终极目标。但我们要看到，目前人们掌握的技术，包括工程和纯理论(如曲面造型理论)，都达不到这个要求。尤其是对于目前流行的大规模“点云”数据建模，还远远没有直接应用到CAD系统中。因此，我们认为逆向工程CAD技术与现有CAD/CAM系统的关系只能是互补关系。经过几十年的发展，现有的CAD/CAM系统无论在理论上还是在实际应用中都已经非常成熟。在这种情况下，现有的CAD/CAM系统不会也不可能改变系统底层来满足逆向工程建模的特殊要求。另一方面，逆向工程技术中使用的大量建模方法可以借鉴现有的CAD/CAM系统，无需搭建新的平台。基于此分析，我们认为逆向工程技术在整个制造系统链条中处于从属和辅助建模的地位，逆向工程技术可以利用现有的CAD/CAM系统帮助其实现其无法完成的工作。有了这个认识，就可以理解为什么逆向工程技术(包括相应的软件)一直不是市场上的主流，大多数CAD/CAM系统都包含逆向工程模块或者第三方软件包。

三、逆向工程技术在模具行业的应用从逆向工程的概念和技术特点可以看出，逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、玩具、家电等与模具相关的行业。近年来，随着生物和材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用于人工生物骨等医学领域。但其主要应用领域还是在模具行业。因为在模具制造过程中经常需要反复尝试对模具表面进行打孔和修改。如果对最终符合要求的模具进行测量，得到其数字模型，就可以利用这个备用的数字模型来生成重复制造模具时的加工程序，这样可以大大提高模具的生产效率，降低模具的制造成本。逆向工程技术在中国有着非常广阔的应用前景，尤其是在生产各种汽车和玩具配件的地区和企业。这些地区和企业往往需要根据客户提供的样品制造模具或直接加工产品。在这些企业中，测量设备和CAD/CAM系统必不可少，但逆向工程技术的应用并不完善，严重影响了产品的精度和生产周期。因此，逆向工程技术与CAD/CAM系统的结合对这些企业的应用具有重要意义。我们在多年的技术服务过程中对此深有体会。各模具企业一方面欢迎逆向工程技术在企业中的推广，但另一方面又苦于缺乏必要的指导和合适的软件产品。这种情况严重制约了逆向工程技术在模具行业的推广。相对于CAD/CAM系统在中国几十年的应用时间，逆向工程技术只有十几年甚至几年才被工程师所知。虽然时间很短，但逆向工程技术广阔的应用前景已经引起了大多数工程技术人员的关注，对提高我国模具制造业的整体技术含量，进一步提高产品的市场竞争力具有重要作用。

4.逆向工程软件逆向工程的实施需要逆向工程软件的支持。逆向工程软件的主要功能是接收来自测量设备的产品数据，通过一系列的编辑操作得到优秀的曲线或曲面模型，并将这些曲线和曲面数据通过标准的数据格式传输到现有的CAD/CAM系统中，在这些系统中完成最终的产品建模。由于不能完全满足用户对产品建模的需求，逆向工程CAD软件很难与现有的主流CAD/CAM系统竞争，如CATIA、UG、Pro/ENGINEER、SolidWorks等。许多逆向工程软件成为这些CAD/CAM系统的第三方软件。比如UG在UG系列产品中使用ImageWare作为软件完成逆向工程建模，Pro/ENGINEER使用ICEM Surf作为逆向工程模块的支撑软件。另外还有一些独立的逆向工程软件，比如GeoMagic，一般功能都比较多样化。例如，GeoMagic不仅可以处理几何表面建模，还可以处理以CT和MRI数据为代表的横断面界面数据建模，从而使该软件在医学影像领域颇具竞争力。其他逆向工程软件，作为整个系列软件产品的一部分，无论是数据模型还是几何引擎都与该系列产品中的其他组件保持一致。这样做的好处是逆向工程软件生成的模型可以直接进入CAD或CAM模块，实现了数据的无缝集成。这类软件的代表是DELCAM公司的CopyCAD。下面是一些著名的逆向工程软件。GeoMagic(www . GeoMagic . com)美国雨滴公司的逆向工程软件具有丰富的数据处理手段，可以从测量数据快速构建多个连续的曲面模型。该软件的应用领域包括工业设计、医学仿真等多个方面。用户包括通用汽车和宝马等大型制造商。ImageWare(www.imageware.com)是UG NX中提供的逆向工程建模软件。ImageWare具有强大的测量数据处理、曲面建模和误差检测功能。它可以处理数万到数百万的点云数据。由这些点云数据构建的A类曲面具有良好的质量和曲面连续性。ImageWare的模型检查功能可以方便直观地显示构建的曲面模型与实际测量数据之间的误差，以及平面度、圆度等几何公差。CopyCAD(www。DELCAM.com)CopyCAD是英国DELCAM公司的CAD系列产品之一，主要处理测量数据的曲面建模。DELCAM的产品涵盖了从设计到制造和测试的全过程。包括PowerSHAPE、PowerMILL、PowerINSPECT、ArtCAM、CopyCAD、PS-Team等众多软件产品。作为系列产品的一部分，CopyCAD可以很好地与系列中的其他软件集成。rapid form(www.rapidform.com)rapid form是由南韩的INUS公司开发的逆向工程软件。主要用于测量扫描数据的表面建模和基于CT数据的医学图像建模，也可以完成艺术品的测量建模和高级图形生成。RapidForm提供了一整套用于模型分割、表面生成和表面检测的工具。用户可以很容易地使用以前构建的曲线网格进行缩放，并应用到新的模型重建过程中。上述逆向工程软件目前比较常见，国内能看到的商业化逆向工程软件都是国外的。虽然国内也有逆向工程软件的研究，但主要集中在几所大学。其中，清华大学、浙江大学和南京航空航天大学在这方面进行了深入的研究，这些研究成果中的一部分已经以软件产品的形式出现。由于系统的稳定性和可操作性，这些研究软件并不完全具备与国外商业软件竞争的条件。国内逆向工程领域的专业人士开发的逆向工程软件QuickForm是国内比较好的一款。系统采用先进的几何引擎，运行稳定性好，可操作性好。由于开发人员具有丰富的逆向工程经验，系统的功能设置和操作方式符合国内用户的习惯，这是国外软件所不具备的。QuickForm的另一个优势是价格优势。QuickForm的价格在同类软件中很有竞争力。同时，使用国产软件也是对国内制造业和软件业的支持。