本科逆向工程PPT电子教案课件-引言.ppt

逆向工程基本原理与方法,机电学院航空宇航制造工程系 授课教师：谭昌柏 2008年10月,教材 逆向工程基本原理与方法谭昌柏 等 编著 参考文献 逆向工程技术 金涛 编著 先修课程 “cad技术及应用”,教学计划,理论讲授 （10学时） 工程软件授课（8学时） 数据测量和曲面建模实验（6学时） 其中atosii数据测量实验1学时，由指导教师分组演示；geomagic数据处理与曲面建模5学时，由学生课后独立完成。,考核内容,本课程考核由三部分组成： 平时成绩 数据处理与模型重建实验大型作业 理论部分闭卷考试,课程主要内容,逆向工程概论 坐标测量设备 测量数据处理 测量数据曲线、曲面造型原理 surfacer软件应用 geomagic studio软件应用,第一章：逆向工程概论,1.1 引言,制造业是我国的支柱产业 制造业不仅成为我国最大的出口行业，创造了接近34的外汇收入，而且增加值占gdp的比重达到40左右，我国财政收入的一半来自于制造业。制造业在国民经济各产业中占有举足轻重的地位。 随着社会和科学技术的发展，要求制造业必须以市场为中心，采用新的技术、管理和经营手段来适应市场的变化，满足市场的要求，才能在激烈的市场竞争中生存和发展。计算机和网络化的发展加快了信息交换的速度，缩短了产品的生命周期，经济的发展与人们个性化的消费需求促使产品生产模式向多品种、小批量方向发展，产品的生产周期与产品的质量、价格一样成为企业间竞争的重要内容。,cad/cam技术给传统机械制造的生产过程带来了极其深刻的的变化 将依靠人工经验的设计过程转化为自动化或半自动化的理论与设计优化，并对生产过程作全局最优化的组织与控制。 在缩短产品上市周期，提高产品质量，降低成本，促进客户化、小批量和单件加工模式的发展等方面发挥了重要作用。,常规cad产品开发的一般流程 是面向市场需求，提出目标和技术指标，进行概念设计和功能设计，然后利用cad软件进行产品设计，建立数字化模型，然后利用数字化模型进行有限元分析、机构运动分析、虚拟装配、模型修改、数控加工编程、模具制造和批量生产等，这样一个从无到有的产品开发流程称为正向工程（forward engineering）。,然而，很多情况下有产品实物、但原始设计图纸和数字化模型并不可得。 为了充分利用数字化制造技术的优势，需要根据产品样件或实物的坐标测量数据，重新建立其三维数字化模型，然后进行力学分析、改型设计、数控加工。这种根据实物、样件重新建立cad模型的方法，与传统的正向设计的过程正好相反，它与数字化制造技术相结合，大大加快了产品的研制过程。近年来，这种从实物样件获取产品设计、制造工艺等相关信息的技术，已成为cad/cam中相对独立的范畴，统称为逆向工程或反求工程（reverse engineering）。,逆向工程与正向工程,正向工程 市场需求/设计要求 设计师的创造性活动 产品 逆向工程 已知事物 工程人员的消化、再创造 具有竞争力的新产品,逆向工程与正向工程,逆向工程与正向工程概念图 逆向工程 样品 数据获取 数据处理 产品 cam 模型重建 正向工程 cad 快速制造 产品,逆向工程起源及发展,反求思维在工程中的应用源远流长。 人类取得的每一项成果都是在前人研究的基础上，模仿自然界和人类社会在相关领域、具有相应特长、特性的事物、动物或人来实现的。 提出逆向工程这种术语并作为一门学问去研究，则出现于上世纪60年代初的日本。 战后日本提出了科技立国的方针：一代引进、二代国产化、三代改进出口、四代占领国际市场。通过仿制美国及欧洲的产品，在采取各种手段获取先进的技术和引进技术的消化和吸收的基础上，建立了自己的产品创新设计体系，使经济迅速崛起，成为仅次于美国的制造大国。作为消化吸收先进技术的一种手段。,20世纪90年代初，起源于工业上精密测量和质量检测的逆向工程技术开始引起包括我国在内的很多国家工业界和学术界的高度重视。 当前，随着现代计算机技术和测量技术的发展，利用cad/cam技术、先进制造技术来实现实物的逆向工程，已成为逆向工程技术应用的主要内容。逆向工程这个具有勃勃生机的新技术在产品仿制、模具快速制造、三维服装设计、玩具设计、电影特技、动画制作、艺术品制作、动植物模拟、人体器官复制、地理地形测量与数字化再现等领域发挥了重要作用，推动了经济的发展和技术的革新。,1.2 逆向工程定义,广义定义 广义的逆向工程包含了针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术，其研究对象包括产品实物、软件（图纸、程序、技术文件）或影像（图像、照片）等，应用现代设计方法学原理、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入的分析和研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品。它是通过综合运用设计人员的工程设计经验、知识和创造性思维，对已有产品进行解剖、消化吸收和再创造的过程，是对已有设计的再设计。 包括 几何逆向、工艺逆向、材料逆向和软件逆向等。,狭义定义 针对实物样件的几何形状反求的“实物逆向工程”，即通过实物数字化技术和模型重建技术将实物模型转化为数字化模型，还原实物模型中包含的材料、工艺、形状等诸多方面的原始设计意图的过程，而后进行分析、加工等处理。 目标 在获得实物基本数据的条件下，对数据进行必要的处理，对模型进行分析、修改、加工等。,逆向工程与,从狭义上定义的逆向工程，属于cad的一个分支 逆向工程将现代坐标测量设备作为产品设计的前置输入装置和原型或产品制造后的检测手段，与rpm（快速原型制造）、cad/cam（计算机辅助设计与制造）相结合并形成产品设计制造的闭环系统，将有效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，其关键技术可用于其他许多领域，从而拓宽计算机辅助建模的应用领域。,1.3 逆向工程的基本工作流程,1.4 逆向工程应用领域,产品的仿制、改型设计、创新设计和备件加工 飞机、舰船、涡轮叶片 计算机辅助检测 全场误差分布色谱图、截面线误差图 单点误差 生物医学工程 假肢制造、牙齿镶复、颌面整形 、人体3d数模 对外观美学要求高和曲面形状复杂的产品设计 汽车、摩托车、古董、人像、艺术品、卡通人物、立体动画、多媒体虚拟实景,需要用实物进行功能、性能分析，通过反复的实验定型的产品 模具制造、航空上涡轮叶片、飞机机翼 科学可视化 单件快速复制 头盔、假发套、服装 地理信息系统gis（geographic information system） 卫星遥感测量，对大地遥测数据进行特征识别和建模，建立三维数字化真实感地形图、快速生成导弹目标的自适应跟踪轨迹等。利用声纳获得海底及港口的地下形貌数据，利用几何模型重建技术，将十分有利于资源利用、海底作业、海上交通、港口建设等,设计师的rivage概念草图,制作1:4黏土模型,测量porsche底盘,1：4缩小制作实物,逆向工程应用举例,根据1:1电脑模型制作实物模型，修改完善,测量1:4模型，再在电脑中放大4倍,测量1:1模型及分界特征线,1:1模型及分界特征线测量结果,逆向工程应用举例,从最初的概念草图到新车上市，用了7个月,逆向工程应用举例,逆向工程的发展现状,新的测量手段和测量设备不断出现。 大大提高了数据采集的速度和精度； 同时，需处理的数据量也日益增多； 商品化的逆向工程软件不断推出，并日趋完善。 国外已开发了多个具有逆向工程功能的系统或模块，如美国imageware公司的surfacer、英国delcam公司的copycad、美国raindrop公司的geomagic studio、韩国inus公司的rapidform、美国paraform公司的paraform等， 一些cad/cam系统中集成的反求模块，如ug中的quick shape模块、pro/e中的icem surf模块、catia的re2模块等。 这些软件（模块）通常具有测量数据处理、曲线处理、曲面处理、品质检测等功能特征，并且能够将最终重建的曲面或实体模型通过标准的数据交换格式，如iges、dxf、stl等，与其它cad/cam系统集成或进行数据交换，以便进一步的应用。,国内现状,国内较早从事逆向工程研究的单位多为高等院校 西安交通大学cims中心的面向cmm的逆向工程测量方法和基于线结构光视觉传感器的光学坐标测量机的研究。 上海交通大学国家工程模具中心的集成系统和自动建模技术。 浙江大学生产工程研究所的三角面片建模。 南京航空航天大学cad/cam工程研究中心的基于海量散乱点三角网格面重建和自动建模方法。 华中科技大学的曲面测量与重建和西北工业大学的数据点处理与建模等。,起步晚、经费投入少，限制了高水平研究的开展，创新性的研究不多，在世界学术领域，还没有形成较大的影响力。在应用研究上，除一些实验室的小型软件外，尚没有自主开发的商用逆向工程软件。 例如浙江大学研制的bezier曲面重建系统re-soft，南京航空航天大学开发的b样条曲面重建系统nhre和实体特征模型重建系统fbres。由于缺乏自主版权的cad/cam软件的支撑，以及逆向工程的上游测量设备和下游应用(cad/cae/cam)基本为国外产品，使得国产软件产品在设备接口、数据转换和应用上一直滞后于相关产品，开发的软件显得势单力薄，与国外软件相比处于竞争的劣势。,逆向工程主要研究内容,数据采集 测量数据预处理 cad模型