1、1毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化反求工程上机指导书设计【摘要】本文阐述了反求工程的基本概念，分析了反求工程的主要技术，对IMAGEWARE软件进行了概括性的介绍，对反求工程的国内外研究历史和现状作出论述，并提出其发展方向。【关键词】反求工程；三维模型重构；IMAGEWARE软件。1前言在信息化的现代社会中，随着市场全球化的进展，企业面临着越来越激烈的竞争，各国都在充分利用别国的先进成果并消化、吸收、改进以发展自己的水平。反求工程作为一种新产品开发、消化、吸收的重要手段，在20世纪90年代初受到各国工业界和学术界的高度重视。所谓反求工程（REVERSEENGINEERING）是以先进产品
2、的实物、软件、影像为研究对象，应用现代设计理论、生产工程学、材料学、计量学和相关专业知识，对其进行认识、再现及创造性地开发1。逆向工程的灵魂是创新2,3。广义上的逆向工程基本上包括形状（几何）反求、工艺反求和材料反求等诸多方面4，是一个集合多种先进技术的复杂的系统工程。目前大多数的逆向工程的研究和应用都集中在重建实物CAD模型和最终产品的制造方面，即“实物逆向工程”方面5。这是因为实物是最容易获得的研究对象，而且在某种情况下设计者面对的只有实物样件。实物逆向工程是将实物转化为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称6。2反求工程技术简介逆向工程的关键技术包括数据获取、数
3、据处理和模型重建。基于逆向工程的产品开发流程如图1所示。数据获取是逆向工程中的第一个环节，是产品进行建模、评价、改进和制造的基础。数据获取大致可以分为两大类接触式数据采集和非接触式数据采集。不同的测量方式，不但决定了测量本身的精度、速度和经济性，而且会造成测量数据的类型和数据处理方式的不同。要根据工作的具体需要来选择合适的测量设备和测量方法。高效率、高精度地实现数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一。数据处理是逆向工程的一项重要的技术环节，它决定了后续的模型重建工作能否方便准确地进行。数据处理的主要工作包括数据过滤及平滑、多视数据整合对齐、数据精简等。在模型重建前进行数据处理，可以获得完
4、整、准确的数据，方便后续模型重建2工作的进行。三维CAD模型的重建是逆向工程中最关键、最复杂和工作量最大的一个环节，是后续产品加工制造、快速原型制造、虚拟制造仿真、工程分析、产品再设计等应用的基础。目前成熟的模型重建方法根据曲面表示方法的不同可分为两大类第一种是以三角BEZIER曲面为基础的三边域曲面构建方法；第二种是主要以NURBUS（非均匀有理B样条）图1逆向工程流程图曲线和曲面为基础的四边域曲面构建方法。这两种曲面重构方法各有利弊。NURBS方法应用统一的数学形式表示规则曲面和自由曲面，是曲面拟合方面研究的重点，能够与传统的CAD/CAM系统兼容，已经成为产品外形描述的工业标准。精度和光
5、顺一直是逆向模型重建追求的目标，但是两者在大多数情况下是冲突的。设计人员要明确对于创建的模型来说，精度和光顺哪个更加重要，是否可以牺牲一方以满足另一方的要求。逆向工程是数字化与快速响应制造大趋势下的一项重要技术，是CAD领域中一个相对独立的范畴。据相关资料表明，各国有70以上的技术来自于国外，逆向工程是掌握这些技术的有效途径。逆向工程可以使产品的研制周期缩短40以上。逆向工程能够改善技术水平、提高生产效率、增强企业竞争力，特别是对于具有复杂形状的物体以及由自由曲面组成的物体效果尤其明显。逆向工程与快速原型制造RPM、计算机辅助设计与制造CAD，CAM相结合并形成产品设计制造的闭环系统，能够有效
6、提高产品的快速响应能力，丰富几何造型方法和产品设计手段7。33IMAGEWARE软件简介IMAGEWARE是最著名的逆向工程软件，因其强大的点云处理能力、曲面编辑能力和A级曲面的构建能力而被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。IMAGEWARE拥有广大的用户群，国外有BMW、GM、CHRYSLER等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海DELPHI等大企业。IMAGEWARE为自由曲面产品设计方面的所有关键领域提供了应用驱动的解决方案。空前先进的技术保证了用户能在更短的时间内进行设计、逆向工程，并精确地构建和完全地检测高质量自由曲面。最新的产品版
7、本更注重于高级曲面、3D检测、逆向工程和多边形造型，为产品的设计、工程和制造营造了一个直觉的柔性设计环境。IMAGEWARE提供了模块化的产品来满足用户的不同需求，这样的设计完全围绕产品从概念设计、工模具设计和检测、样机，以至生产加工这一产品全生命周期，目的在于提高产品质量，缩短上市时间。用户在第一次使用时就可以配置最适合其流程的产品，使用这些工具是保证产品开发周期顺利进行的关键。4国内外研究历史和现状世界各国在经济技术发展中应用反求工程消化吸收先进技术的经验，给人们以有益的启示。日本在第二次世界大战结束时，国家经济几乎处于瘫痪状态，经济落后于欧美先进国家二三十年。20世纪60年代初，日本在提
8、出科技立国方针“一代引进、二代国产化、三代改进出口、四代占领国际市场”，其中在汽车、电子、光学设备和家电等行业上最突出。反求工程技术的大量采用为日本的经济振兴、进而创造和开发各种新产品奠定了良好基础，使日本在以后的发展过程中以惊人的速度一跃成为仅次于美国的世界第二号经济强国。日本战后把引进国外先进技术的“吸收性战略”作为坚定不移的国策来维持。19451970。年期间日本投资60亿美元，引进国外先进技术；而花150亿美元对其进行消化、吸收、改造和国产化若自行研制则需18002000亿美元。通过反求工程的研究，推广应用并使技术更完善和实用，在此基础上建立自己的技术体系。到70年代初，日本主要工业部
9、门的技术装备已达到欧美发达国家的先进水平。据日本政府推算，成功的技术引进为日本节省了约2/3的研究时间和约9/10的研究费用。日本在消化、吸收引进技术的同时，采用移植、改造等方法开发出许多创新产品。例如20世纪5060年代，日本相继从奥地利、美国、瑞士、前苏联等国引进高炉、热轧、冷轧等钢铁技术，几家大钢铁公司联合组成专门的反求工程研究机构，对引进技术消化、改造、补充、调整，建立了具有世界一流水平的日本式钢铁技术。重视反求工程研究工作4的不仅仅是日本，其他国家同样如此。当今科学技术日新月异，相互渗透。有关资料统计表明，各国有70以上的技术都来自国外，要掌握这些技术，正常的途径是通过反求工程研究。
10、我国改革开放以来，至1992年为止，从国外引进技术和设备总数达2万多项，总金额约15亿美元。许多单位在引进消化吸收过程中，有了不少经验和教训，需要总结提高，不断提高国产化、创新的比例8。姜寿山9等1995年提出了从曲面凸保形的角度进行散乱数据优化划分的条件。柯映林10实现了CHOI提出的三维直接三角化方法，并将自己提出的平面域内三角化方法作为复杂情况下的补充。高国军11提出了检测点数按曲率分布的方法，并采用实验方法给出了在一定的加工工艺能力和检测精度前提下不同曲率的加工曲面对应检测点数量的确定系数。王平江12则提出了参数曲面形状误差计算的迭代逼近方法，较之于最佳匹配方法，其计算的相对误差大大减
11、少，但实现起来过程复杂；还提出了等弧长均匀网格划分技术，并通过人机交互实现非均匀网格的划分，该方法不仅要求己知曲面的边界曲线，而且不能实现真正的等弧长。自作霖13等对基于坐标测量机的自由曲线曲面的测量进行了研究。在决定初始测量方向后沿零件某一截面自动扫描测量，测量步长设定在一定的范围内，初值取最小，自动测量过程中按照被测曲线相对于测量方向的变化快慢对步长进行动态调整。来新民专家以曲面上某一点处的主曲率的几何平均值为测度来对测点进行更具几何不变性的物理域上的规划，并通过采用非线性规划方法来实现在给定采样精度下自适应地选取最少的采样点；还提出了基于曲面曲率的自适应压缩方法，该方法首先用SPEARD
12、局部插值法拟合曲面，产生给予盐率信息的抽样拓扑矩阵阵列，应用质心原理生成实际的拓扑矩阵阵列。5小结逆向工程技术，特别是三维模型重建，仍然是一项专业性很强的工作，除需了解产品特点、制造方法和熟练使用CAD软件、逆向造型软件外，另一方面应熟悉上游的测量设备及测量过程，以了解数据结构，以及对后续处理对重建模型的要求。因此，模型重构的质量仍直接受到操作者经验、水平的影响。如何提高软件的智能化程度，减低对设计人员的依赖，是未来发展的方向。参考文献1刘之生反求工程技术机械工业出版社，1993（宋体，五号字）2MOTAVALLIS，VALINZUELAJAUTOMATICGENERATIONOFDIMENS
13、IONALLYACCURATETHREEDIMENSIONALCADMODELFORREVERSEENGINEERINGDESIGNAUTOMATION1998，428510053SARKARB,MENQCHSMOOTHSURFACEAPPROXIMATIONANDREVERSEENGINEERINGCOMPUTERAIDEDDESIGN1991，2396236284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）77785RBARONSONFORWARDTHINKERSTAKETOREVERSEENGINEERINGMANUFACTURINGENGINE
14、ERING1996，1134446王霄，刘会霞，粱佳洪逆向工程技术及其应用化学工业出版社，20047赵艳平逆向工程在摩托车覆盖件建模中的应用（D）西南交通大学西南交通大学20068张起民反求工程在料层挤压粉碎技术及装备研究中的应用J国外建材科技，2002（2）42459姜寿山，杨海威，侯增选用空间形状优化标准完成散乱数据的三角剖分J计算机辅助设计与图形学学报，1995，7524124510柯映林，周儒荣实现3D离散点优化三角划分的三维算法J计算机辅助设计与图形学学报，1994，64343511高国军，陈康宁，林治航等用三坐标测量机检测自由曲面时检测点和路径规方法研究J西安交通大学学报，1996，3030576312王平江，陈吉红，李作清等参数曲面形状误差计算迭代逼近法J华中理工大学学报，1997，2531413白作霖，赵汝嘉，张定红等基于坐标测量机的自由曲面评定误差方法J中国机械工程，1995612741280
