1、基于逆向工程技术的工业产品再设计课程实验研究摘要本文根据工业产品再设计课程大纲的要求和专业课程递进关系，提出了一套基于逆向工程技术的产品改良设计实验方案。实验运用 MORPHING 设计方法得出设计结果。实际教学检验反映出学生对本项实验具有浓厚的兴趣，能够理解和掌握实验方法，并运用到后续专业课程和设计实践中。 关键词逆向工程；工业设计；改良设计；实验研究 DOI1013939/jcnkizgsc201519037 工业产品再设计是一门关于如何在现有产品基础上进行改进设计的工业设计专业课程。本课程针对天津工业大学工业设计专业二年级学生开设。逆向工程技术123是针对现有的产品或构造的实物或模型，基
2、于三维数据获取技术和设备进行测量，反求出包括造型、结构和材料等方面因素的初始设计意图，并对其进行改良和再设计的工程技术和产品设计研发程序。是当前企业开发新产品时所广泛使用的产品改良设计技术。因此，为工业产品再设计课程开设基于逆向工程技术的课程实验，对于培养学生的设计实践能力和就业技能，与产业前沿接轨具有实际意义。本文介绍一套难度适中，并且直观有效的产品改良设计实验。1 实验方案设计 11 实验项目 本实验为创新设计性实验，允许学生一定的自由度。因此，不限定学生的具体设计项目，但建议学生选择日用品、电子产品、文具、水具、医疗器械等产品。这些产品体量较小，工作量、难度适中，模型制作成本较低，易于实
3、施产品再设计。 12 实验目的 本实验在于使学生掌握应用逆向工程技术的工业产品改良设计方法，初步掌握 MORPHING 形态设计原理，纠正工业设计教学与实践的过度感性化倾向。因此，要求学生：第一，明确指出本实验对象设计所达到目标和程度；第二，明确指出本实验运用的具体原理；第三，明确指出本实验方法，包括算法、结论得出方法，实验步骤的设计；第四，明确记录实验数据与得出实验结果；第五，能够指出实验的局限和不足，能够提出一定的改进措施。 13 实验原理 （1）基于逆向工程技术的产品再设计原理。 基于逆向工程技术的产品再设计就是利用三维数据获取设备将产品实物与手工模型转化为三维数据，并在其基础上进行的改
4、良设计。工业设计实验室配备非接触式光学数字化三维扫描仪与逆向工程、数据处理软件，能够满足本实验需要。 （2）MORPHING 设计原理。MORPHING 设计是由 Shenchang Eric Chen4提出的产品形态设计方法。其原理是将不同形态的数据进行合成运算得到新的形态。Shih-Wen Hsiao5将四种均值算法运用于合成运算中，得到了多种设计形态。由于本实验针对二年级本科生开设，他们已掌握初级曲面建模软件，曲面建模软件中具有曲线混合并创建新曲线的功能，可以模拟展示出混合权重。故建议学生采用 Weighted Arithmetic Mean（WAM）法进行数据运算。运算公式为：C=w1
5、g1+w2g2。其中，g1、g2 为原始模型数据，C 为新模型数据运算结果，w1、w2 为加权系数，且 w1+w2=1。 2 实验案例：仿生海马牙刷造型设计 本实验案例为产品仿生设计实验，目的在于设计出具有海马形态特征的牙刷造型。由于海马形态与牙刷在线型走势上接近，故本实验在现有牙刷形态基础上，融合海马的抽象化形态特征，能够设计出视觉效果理想的仿生形态牙刷。 21 数据获取 （1）利用油泥手工制作抽象海马模型，并利用数字化三维扫描仪和Stereo 3D 获取三维模型数据（见图 1） 。 （2）利用数字化三维扫描仪和 Stereo 3D 获取牙刷三维模型数据。 22 模型合成与运算 （1）将海马
6、与牙刷模型抽离等量截面轮廓线（图 2 中上侧为步骤21（1）中海马截面轮廓线，下侧为步骤 21（2）中牙刷截面轮廓线） 。 （2）将两组截面轮廓线置于同一坐标系，调整位置与尺度。 （3）将两组轮廓线进行合成运算，并采取不同的 MORPHING 比例，观察变形结果，选择最佳变形结果， （图 2 中红色）其结果为w1=6/10，w2=4/10。 （4）运用步骤（3）中结果，生成曲面。 （5）调整和重建步骤（4）中曲面，生成新曲面，得出最终形态。 23 效果图与产品样品制作 （1）制作海马仿生牙刷渲染效果图。 （2）运用 3D 打印机制作海马仿生牙刷实物模型。 3 结论 本文介绍了适用于工业产品再设
7、计课程的基于逆向工程技术的产品改良设计实验，并列举了实验案例。本实验已应用于 2014 年天津工业大学机械工程学院工业设计专业工业产品再设计课程。实验案例表明：基于逆向工程技术，运用 MORPHING 设计方法，能够高效地完成产品改良设计学习任务，并且设计效果良好。实验结果与设计效果取决于目标产品形态与手工抽象模型形态。本实验方法能够广泛地应用于产品仿生设计与产品改良设计中，具有较高的实用价值。通过实验教学环节，使学生掌握了运用逆向工程技术进行产品改良设计的设计方法，激发了学生的学习兴趣，培养了与产业前沿接轨的专业技能，纠正了部分学生纯感性化设计的倾向，提高了学生对工业设计专业的认知度。 参考
8、文献： 1肖尧先，王细洋，柯映林基于实物模型的反求工程造型应用J.机械设计与制造，2002（3）：77-78 2李钒，武殿梁，洪军，等基于工业设计和先进制造技术的产品快速开发J.制造业自动化，2002（4）：25-29 3张明春，杨玲逆向工程技术及其在工业设计中的应用J.机电产品开发与创新，2009（2）：86-88 4Chen，S C and Parent，R E Shape averaging and its applications to industrial designJ.IEEE Computer Graphics and Applications，1989（9）：47-54 5Shih-Wen Hsiao， Jiun-Chau ChuangA reverse engineering based approach for product form designJ. Design Studies，2003，24（2）：155-171.
