【转帖】用逆向工程进行原型设计

独行客

逆向工程曾被认为是缺乏原型概念的人使用的一种练习方法，但现在它已经成为一门工程学了。  
  
　　日本将逆向工程作为一种设计方法，成功地引入他们的新产品设计中。美国的许多工程学院已将逆向工程课程聚焦在再设计课程以代替原型设计，以此作为解决设计问题的一种方法。甚至汽车工业领域也在使用不同的设计方法。人们采用如上所述的逆向工程作为一种直接的工程设计方法，用来代替更加通用的原型设计方法。  
  
　　最初，日本人应用逆向工程对竞争对手的产品进行改进，以便避开艰苦的原型设计阶段。所谓再设计过程，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后，拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能，装配公差和制造过程。进行这些处理的目的，就是要完全理解产品的制造过程，以这种理解为基础，那么，无论是在子系统（适合的）还是在零件（各种各样的）级别上，都会产生一种更好的产品。  
  
　　最近几年，为了缩短开发周期，美国和欧洲已经逆向设计了一些强有力的逆向工程处理和开发工具。  
  
　　这些工具与一些国家的工业发展相关联。在这些国家里，产品工程师面临着直接通过样品对零件进行再生产的问题。制造用于旧设备的备件、旧工具的复制品或者对外国许可证的产品进行再设计，从而提供一个全新的外观，所有这些，都是成功采用逆向工程的范例。  
  
　　强大的专业软件正在赋与逆向工程新的意义。现在，应用计算机采集零件的几何尺寸，用3D形式显示出来，能够方便地进行设计和修改，还可以测试它的工程性能，对其加工和检测周期进行仿真。事实上，大部分逆向工程过程都可以在未做实际原型设计的情况下顺利完成。  
  
　　一种方法是使坐标测量机对所需复制的零件表面进行探测，采集到的数字数据经过CAD/CAM软件处理后，可以获得零件的可视图像和用于加工它的CNC程序。  
  
　　许多公司已经拥有了用于逆向工程所必须的2种基本工具：坐标测量机（CMM）和计算机辅助设计（CAD）软件。当然，只有少数公司才具有在当今工业环境下所必须的真正用于这类逆向工程设计的CMM/CAM接口的能力。  
  
　　硬件选择  
  
　　使用CMM对相关零件进行数字化的关键在于所能处理的数据量的大小。根据不同的应用情况，CMM制造厂可以提供单点测头或扫描测头。单点触发测头是在入门汪洋和中等规模的CMMs上使用的主要技术。用单点测头接触工件上的单个点便可完成它的检测功能。虽然单点检测的应用极为普遍，但是，由于在工件表面需要检测许多离散点，所以，这种技术在测量结果中会生成大量的变量。扫描式CMMs所应用的控制技术是沿工件的表面轮廓进行连续扫描，采集成百上千个独立的检测点信息定义工件的真实的几何形状。  
  
　　CMM的基准精度非常重要，用户必须了解工件的真实图像可以通过对每个工件的多点检测而获得。由于要计算的直径和位置检测的质量与所采集的检测点的数量有直接关系，所以，必须获取大量的数据点（例如，每400个点对应直径的4个点），才能保证较高的精度。  
  
　　系统的驱动速度影响CMM的扫描和重复精确检测定位能力，也景物民计算的测量结果的质量。采集的点越多，可重复性的结果就越好。加速度、最大速度、检测速度、检测方法（单点式或扫描式）和CMM软件的计算能力等诸多因素都能决定CMM的测量速度。然而，就降低逆向工程的时间周期而言，数据的吞吐量比速度更重要。应用一些智能方法，CMM就可以获得更大的数据吞吐量。计算机能够帮助CMM避开障碍，沿着优化路径在2个检测点之间进行加速。  
  
　　在逆向工程应用过程中，数据吞吐时间包括检测原型样品工件花费的时间、编写逆向加工工件检测程序的时间、该工件的测量时间和精确计算结果的时间。离线工件编程可让具有平均速度的CMM具有令人满意的总体数据吞吐时间。  
  
　　加快处理过程  
  
　　在CMM上对样品进行扫描，利用该点的采集数据逆向加工曲面而不用直接在CAD系统上进行曲面造型，公司就能节省数周的开发时间。从CMM采集的几何形状数据将生成符合工业标准格式的文件，例如IGES，VDA-FS，ISOG代码，DXF和规定的ASCII和CAD/CAM格式，并且，分析软件包至少支持其中的一种格式。  
  
　　采集到数字化图像后，用户仍需利用相应的CAD软件加快逆向工程的处理过程。在理想情况下，CAD软件可用于：  
  
　　·以任何格式输入虚拟的几何尺寸数据；  
  
　　·对采集点的数据进行处理，通常需处理几亿个数据点序列；  
  
　　·通过修改和分析，对所产生的轮廓曲面进行处理；  
  
　　·将几何形状输出到下一级处理过程；  
  
　　·对几何形状进行分析，估算整体形状与样品的差异。  
  
　　最重要的是该软件能够允许用户以3D透视图的方式显示工件。3D模型能完整的定义工件的形状，因而不用进行多个视角的投影，设计者就可对曲面轮廓进行再加工，而加工工人可以通过电子模型加工工件。  
  
　　该软件通过以下方式加快逆向工程的时间周期：  
  
　　·通过生成平滑连续的曲线网络提高曲面的质量；  
  
　　·省去了准备加工文件的时间；  
  
　　·不需要原型；  
  
　　·运用各种分析工具提高产品质量。  
  
　　快速原型  
  
　　喜欢Ann Arbor，MI-based Imageware公司的Surfacer软件，它能通过3D点数据生成高质量曲线和曲面几何形状。由测点采集的大量点数据能够以各种形式显示于计算机屏幕，并用于构成曲面。  
  
　　制造加工刀具并对其进行检验是既耗时又费钱的过程。Surfacer软件通过对最复杂的各种形状的样品提供快速完整的检验，从而使这一关键处理过程流水线化。用户能够利用CAD的几何形状精确地调整扫描数据，以便估计出样品和所需加工工件之间的差别。对变量进行计算，用彩色图表的形式显示出来，从而为几何尺寸校验作出清晰完整的说明。  
  
　　Surfacer软件的快速原型模块（RPM）能够快速利用数字化数据或利用其它系统的曲面几何形状生成原形，从而，缩短了对实际原型进行数字化、生成CAD模型，直至最后生成原型这一生产过程周期。一种新的RPM的快速工具能够大幅度提高用于生成原型工具的快速原型技术的水平。  
  
　　以3D方式工作  
  
　　其它一些CAD软件包也许更适于产品再加工，一种CAD/CAM解决方案即CATIA可能会成为工业标准。法国Dassault Systemes开发的CATIA允许设计者和工程师对设计中的问题和制造细节同时进行工作，而不用建立实际原型。设计者可以生成虚拟原型，由它决定哪一个更符合真实世界的需求。这一想法是人们希望在机床上对工件进行实际加工之前，先利用仿真制造技术去做更多工作。  
  
　　质量是处理过程的重要部分  
  
　　工件一旦制造出来，就必须对其进行检测。如果使用了不同品牌的CMMs，那么，检测软件包必须按开放的标准进行工作。  
  
　　PC-DMIS就是这一类软件，它是运行于Windows操作系统下的基于PC的软件包。该软件在CMM和CAD软件之间提供双向连接，允许将CAD模型用于工件扫描。事实上，CMM的计算机直接控制（DCC）是由PC-DMIS驱动的，并且，所测量的结果可与CAD模型进行比较。  
  
　　另一个软件包是VW-Gedas的Audimess，它能生成DMIS格式的程序（空间测量接口标准），该标准可用在CMM软件解决方案和CMMs之间进行数据交换，它可让程序与CMM无关。  
  
　　Audimess系统运行于CATIA，并使用CATIA数据生成、修改和仿真检测程序。由于程序可以脱机运行，所以在任何时候都可以在屏幕上对它进行修改，这样，降低了检测程序的成本，从而，仅仅在进行实际检测任务时才会使用CMMs。  
  
　　在CAD模型上，用户可以调整工件，定义检测路径，选择可要检测的特征参数，然后，Audimess生成DMIS程序，该程序由后置处理器中断，将其转化成CMM所需的格式。  
  
　　由Audimess用户生成的整个程序能够被仿真，并且，能以图形方式显示于监视器的屏幕上。选择仿真开始点后，测头就沿着屏幕上被编程的工件移动，同时，在一个小窗口中显示实际的DMIS代码。  
  
　　要让以上所有软件达到较高利用率，必须让任何用户都能方便地通过CAD/CAM系统接口的应用而感受到它所具有的优点，其关键就在于从传统的2DCAD转向最新的3D技术。现在，工程管理的焦点是通过正确使用3D设计加快逆向工程的处理过程。