逆向建模及产品创新设计 第十一节 曲面应用领域

智能制造曲面应用领域逆向建模及产品创新设计逆向建模及产品创新设计1.工业设计

（1）概述随着工业和经济的发展，消费者对产品的要求已不仅仅局限在功能上。产品不仅不仅要有优良的性能，还要有美观的外形，就需要工业设计。对于工业设计的概念，国家工业设计协会理事会做出了如下的定义：“就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受，而赋予材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工、装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。”美观的外形必然会增加产品外观的复杂程度，产品的外形往往由复杂的自由曲面构成。但是在传统的产品开发模式下，很难用严密、统一的数学语言来准确描述这些自由曲面。逆向建模及产品创新设计（2）曲面的作用及意义在现代工业设计中，三维CAD，特别是曲面造型技术的发展，很好的解决了自由曲面的问题，不仅使工业设计的整个周期大大缩减，而且使设计结果能够准确、迅速的体现设计者的意图。通常称指针对工业设计的软件为CAID（即计算机辅助），工业设计也可以理解为是CAD中的一种。这类软件的共同特点是能够提供工业设计师进行概念设计、创意模建模和真实效果渲染等所需的功能，但缺乏结构建模的能力，不能直接支持制造生产。为了满足工业设计的需要，一些高端CAD软件都加入了专业的工业设计模块，这不仅减少了从CAID软件到CAD软件进行数据转换造成的数据异常丢失，更为种重要的是使整个工业设计的流程更为集成和一体化。在现代工业设计中，需要大量的三维CAD建模，特别是曲面建模。工业设计的基本知识是CAD建模工程师的必备知识。逆向建模及产品创新设计（3）工业设计知识1）工业设计的原则及内容工业设计的内容有三个基本原则：实用、美观、经济。实用是指产品具有先进和完善的物质功能，即产品的功能设计应该体现科学性和先进性、操作的合理性和使用的可靠性；美观是指产品造型美，是产品整体体现出来的全部美感的综合。它主要包括产品的形式美、结构美、工艺美和材质美等；经济是指设计中要遵循价格规律，努力降低成本。2）工业设计研究的内容工业设计的任务是使工业产品的外观设计充分体现产品功能的先进性和科学性，使工业产品具有突出的物质功能、人机高度协调关系，又宜人的精神功能，实现技术和艺术的紧密结合，使美学融入工业设计中。逆向建模及产品创新设计3）工业设计的主要步骤工业设计的步骤主要包括：调查、绘制形象草图、绘制概念草图、制作真实感渲染图、评审、确定方案，细化设计、提交最终的设计模型。其中确定方案，细化设计是在评确定评审效果图的基础上，进一步进行设计。对于复杂的产品，为了更真实反映效果图的表达意图，往往要制作模型，进一步确认方案的正确性。此阶段进行三维建模和结构设计。逆向建模及产品创新设计2.曲面在逆向工程中的应用在现代工业生产中，逆向工程已成为产品开发中不可缺少的一环，其应用领域主要包括以下几个方面：1）新产品的设计在对产品外形的要求比较高，或者其他外形对空气动力学性能影响较大的情况下，为方便评价其美学效果或进行相关实验，设计人员常利用油泥等材料进行模型制作，然后用逆向工程的方法对定型的产品进行设计，进而采用数控技术对其模具进行制造。如飞机、汽车、摩托车和拖拉机等产品的覆盖件设计。逆向建模及产品创新设计2）产品的改型设计为了满足研究上和快速开发的需求，许多企业都会应用逆向工程协助产品开发研究。利用逆向工程可以直接在已有的国内外先进产品的基础上进行结构性能分析、优化设计、吸收及改进。这样极大的缩短了产品的开发周期，有效的占领市场3）已有零件的复制，再现原产品的设计意图再没有设计图或设计图不完整的情况下，对零件原型进行测量，形成零件设计图，再现原产品的设计意图。如右图所示，某型号汽车车灯的逆向设计。逆向建模及产品创新设计4）损坏或磨损零件的还原对于损坏或磨损零件，利用逆向工程的先进技术，不需要复制整个零件，只对受损部件进行过渡补面。5）数字化模型的检测利用逆向工程技术，可以检测产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。通用汽车采用光学测量技术，通过测量数据与CAD设计数据的直接比较对其OEM配套产品进行数字化检测，评测产品制造精度。6）代替难用基本几何来表达的产品对于很多产品，例如浮雕，如果只是以正向设计的手段来重建这些物体的CAD模型，在精度和速度等方面都会异常困难，因