反向工程技術(shù)的概念與發(fā)展

一、反向工程的概念 
1.正向工程：將工程概念或工程設(shè)計模型，通過設(shè)計、制造，轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵨锬Ｐ突虍a(chǎn)品模型的過程。反向工程：將實物模型或產(chǎn)品模型，通過測量、分析，轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ谈拍罨蚬こ淘O(shè)計模型的過程�；蚍Q逆向工程、反求工程（Reverse Engineering）。 
2.反向工程技術(shù)，是以實物（產(chǎn)品）、軟件、圖紙、程序、技術(shù)文件、影像（圖片、照片）作為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識（測量學(xué)、信號自動處理）進行系統(tǒng)深入的分析和研究，是一種快捷的新產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。 
反向工程技術(shù)反求內(nèi)容廣泛，包括：產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作原理、產(chǎn)品的材料和力學(xué)性能、制造產(chǎn)品的技術(shù)資料（圖紙、制造工藝、裝配工藝、產(chǎn)品檢驗）、產(chǎn)品技術(shù)標準（型號、規(guī)格、標準）。其本質(zhì)是對先進產(chǎn)品進行消化、吸收，再開發(fā)和創(chuàng)新，設(shè)計和制造出具有競爭力的新產(chǎn)品。縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，從而提高企業(yè)在市場中的競爭力。 
3.反向工程技術(shù)主要應(yīng)用于：產(chǎn)品（零件）的仿制和復(fù)制，復(fù)雜產(chǎn)品（零件）的設(shè)計，產(chǎn)品（零件）的檢驗、改進設(shè)計，復(fù)雜形體的CAD建模，產(chǎn)品設(shè)計與快速成形技術(shù)等。 
二、反向工程技術(shù)的發(fā)展 
1.“反向工程”作為學(xué)術(shù)術(shù)語的提出，出現(xiàn)在20世紀60年代。而“反向工程”的思維和技術(shù)，可追溯到二戰(zhàn)結(jié)束后。 
二戰(zhàn)結(jié)束后，戰(zhàn)敗國急于恢復(fù)和振興經(jīng)濟。日本在60年代初提出科技立國方針：“一代引進，二代國產(chǎn)化，三代改進出口，四代占領(lǐng)國際市場”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最為突出。在應(yīng)用反向工程技術(shù)上，日本具有典型性： 
● 二戰(zhàn)后，1950年日本國民生產(chǎn)總值為英國的1/29、法國的1/38。目前，是世界第二經(jīng)濟強國。 
● 1945～1970年，引進國外先進技術(shù)（80%為專利、圖紙）投資60億美元。（自行研制1800～2000億美元） 
● 掌握每項技術(shù)需2～3年。（自行研制需12～15年） 
● 60年代中期，機械工業(yè)研究經(jīng)費16.9%用于引進，68.1%用于消化、改造。 
● 日本政府推算，采用反向工程技術(shù)，節(jié)省約2/3的研究時間、9/10的研究經(jīng)費。 
2.一些產(chǎn)品的設(shè)計是從實物模型開始的，例如：1）汽車設(shè)計：概念車→三維測量→工業(yè)設(shè)計。2）文物的復(fù)制：文物→三維測量→仿制。3）建筑設(shè)計：建筑模型→審查、修改→工程設(shè)計。等等。 
3.計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，大大促進反向工程技術(shù)的發(fā)展。 
1）快速成形技術(shù) ——快速設(shè)計與原型制造、復(fù)雜零件建模與制造、人體器官建模與生醫(yī)制造。 
2）影視動畫技術(shù) —— 人體模型的建立、實物建模。 
3）CAD/CAM技術(shù) —— CAD建模技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)。 
反向工程技術(shù)應(yīng)用計算機建模、仿真技術(shù)，對機械產(chǎn)品工作原理、機械性能、加工制造的反求設(shè)計進行優(yōu)化，提高新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率。采用： 
1）CAD設(shè)計、人因工程、工業(yè)設(shè)計→進行結(jié)構(gòu)、外觀優(yōu)化。 
2）運動學(xué)、動力學(xué)建模、仿真→進行工作原理優(yōu)化。 
3）制造過程建模仿真、并行工程→進行制造工藝優(yōu)化。 
4．反向工程技術(shù)的分類 
1）按產(chǎn)品的制造過程分： 
設(shè)計反求－建立產(chǎn)品的CAD模型。 
工藝反求－產(chǎn)品所使用的材料、產(chǎn)品的加工工藝（制造工藝、裝配工藝）。 
管理反求－產(chǎn)品制造過程管理和質(zhì)量控制。 
2）按反求的目標分： 
實物反求－建立產(chǎn)品的CAD模型。 
軟件反求－軟件、加工的工藝規(guī)范、技術(shù)文檔、質(zhì)量管理。 
影像反求－影視畫面。 
三、產(chǎn)品設(shè)計反向工程的關(guān)鍵技術(shù) 
1.實物（產(chǎn)品）形體尺寸的三維測量技術(shù)。 
2.測量數(shù)據(jù)的前處理技術(shù)。包括：測量數(shù)據(jù)的壞點、測量誤差的去除，多視圖測量數(shù)據(jù)的整體拼接，冗余數(shù)據(jù)的去除，測量數(shù)據(jù)的簡化和優(yōu)化，等等。 
3.測量數(shù)據(jù)的CAD反向建模技術(shù)。包括：測量數(shù)據(jù)的分割和曲面擬合，被測實物的CAD模型重構(gòu)技術(shù)等。 
4.反向工程的接口 技術(shù)。包括：測量數(shù)據(jù)與快速成形系統(tǒng)的接口（STL文件），測量數(shù)據(jù)與CNC設(shè)備的接口（DXF、IGES、點云文件），測量數(shù)據(jù)與CAD/CAM系統(tǒng)的接口（DXF、IGES、STEP文件），以實現(xiàn)與現(xiàn)有的制造設(shè)備、CAD/CAE/CAM等軟件的數(shù)據(jù)交換。 
四、形體的三維數(shù)字化技術(shù) 
三維接觸式測量 
三坐標測量機，特點：a. 測量精度高，達0.5um。b. 測量速度慢。c. 工作環(huán)境要求高。d. 需進行探頭補償。 
三維無接觸式測量 
● 激光掃描法。a.利用三角測量原理。B.分點掃描、線掃描兩種方式。c.測量速度中等。d.被測表面要求漫反射。e.精度0.1-0.5mm。 
● 密柵云紋法。分影像云紋法和投影云紋法，其工作原理為，將柵線投影到被測物體表面，柵線在被測物體上被調(diào)制，被調(diào)制圖象與基準柵圖象產(chǎn)生干涉，得到反映被測物體形狀變化的密柵云紋圖象，經(jīng)圖象處理后，得到物體的三維尺寸。