【讨论】逆向工程技术 面临世代交替？

tony_zou

随着3D模型的使用快速成长与模具制作对时间、造型与精度要求的日益严格，过去传统利用正向CAD系统来进行模具制作，已经不是唯一的处理方式。近年来逆向工程(Reverse engineering)处理技术逐渐成熟，透过逆向工程之运用可使得模具开发时程缩短并且增加模具制作精度，因此各类模具厂皆积极导入逆向工程之技术。  
近年来各厂商面对越来越竞争的产业变动，「速度」成为竞争力的重要条件之一，快速将产品推出上市似乎是提高产品存活率的不二法门，尤其目前各产业间的产品周期缩短，每隔一段时间就有新产品问世。因此，如何缩短研发时间、加速制程，便成为各家公司的首要课题。逆向工程（Reverse Engineering）便是因应这种情况而产生的制程，经由快速扫描仪器取得产品外型数据，便可直接在逆向软件中建构3D模型，大大降低了研发时间，提高产品的竞争力。  
然而逆向工程技术到底如何运作，以取得适当的产品外型？简单的说，逆向工程就是根据现有的实体，量测其外形坐标点资料，再根据量测所得的点数据建构物体的曲面几何模型。一旦有了三维的几何模型后，就能方便应用于CNC加工或快速成型等制造。  
透过逆向工程所建构而得的CAD Model，经由CAM产生刀具路径，其切削精度及效率更胜于传统的仿削加工，此外逆向工程技术，除了仿型和增进后续的加工品质外，更能赋予产品重新设计的好处，目前在工业界的运用已经大量的取代原有的仿型加工(Copy Machining)。  
软硬件逐步发展 愈臻完善  
1980年始，欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域，逆向工程属于萌芽时期。1990年初期，逆向工程研究如雨后春笋，包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。  
逆向工程的硬件最早是运用仿型加工设备，制作出来的成品品质粗糙。后来有接触式扫瞄设备，运用探针头接触工件，每隔1~2mm逐步取得产品外型。再来进一步开发非接触式设备，运用照相或激光技术，计算光线反射回来的时间取得距离，此类设备价格昂贵，但可测量柔软、易碎、不可接触、变形细小等工件，不会伤害精密表面，且设备轻巧便于携带。  
据了解，台湾逆向工程所需的硬设备，在CMM领域中，Brown&Sharpe、Coord3、LK、Mitutoyo、Sheffield、Zeiss为代表性品牌。雷射扫瞄以ShapeGrabber、Nextec较为业界普遍采用，CCD部分则是AOTS具知名度。另外，甫获第七届中小企业创新奖的智泰科技四轴雷射扫瞄机，由于较早进入中国市场，是中国大陆市场占有率较高的品牌。  
由于弹性雷射扫瞄头系统开发成功，将逆相工程扫瞄探头提升至选购设备，业者表示，未来趋势将会是由CMM厂商或是工具机厂商增加弹性雷射扫瞄头作为选购设备，如建暐精密科技的三次元量床加设雷射扫瞄头，可增加产品附加价值，发展潜力不容小觑。  
逆向工程软件部分品牌繁多，包括Surfacer(后更名为Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form、Giomagic等，另有宝元科技开发出的RevCAD，在客制化软件中为业界倚重。  
业者表示，逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA或UG等CAD/CAM高阶曲面系统，这类软件并非专业于逆向工程，因此使用起来旷时费日，十分麻烦。市场后来发展出两套主流产品ICEM与Surfacer，约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，Geomagic发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快、价格便宜，今年来已为PTC参数科技引进台湾，在业界已有数起应用实例，值得业者留意。  
加速消费性产品模具开发  
逆向工程应用范围越来越广泛，汽机车工业、航天工业、制鞋工业、消费性电子产品，甚至在休闲娱乐方面也可发现它的踪迹，比如运用到动画，娱乐界等。另外在医学科技，如人工关节等模型建立，也有其应用价值。  
以制鞋工业为例，制鞋工业在鞋款复杂度愈来愈高与制作时间愈来愈短的情况下，如何快速建立3D自由曲面模型，就成为楦头设计制作及鞋底模具制作的重要课题之一。利用逆向工程的技术可快速取得完整的3D点数据，并且重建出曲线曲面；数据汇入CAD系统后，可完成3D实体模型。  
在现行制程中，设计师对模具厂的鞋底模型造型确认，是以CNC切削出代木来进行。当设计师对代木模型有意见时，模具厂往往以木工师傅直接对代木模型进行修改。而在未来量产时，必须要由基准尺寸的3D模型开始展开，因此如何正确且快速地将木工师傅的修改回馈至3D模型，以正向CAD的方式来进行模型建构相当困难。  
然而若采用逆向工程技术，将代木模型的修改部位逆向重建后，在CAD系统中与原3D模型进行整合，则此一问题便迎刃而解。除了鞋业应用之外，逆向工程在鞋业仍有相当多的其它应用，如鞋楦、空气袋、射出片等标准件的外型取得等。  
提高工业制品精密效能  
逆向工程不止运用于如鞋模、手机外壳等消费性工业产品，在工业产品上，例如叶片功能上的改进、汽车零件的改良等，尤其是车灯制造也是很大宗的需求。  
中科院在叶片效能研究了十多年，迟迟无法做出其效能。前几年运用逆向、量测，先量测拿到点群数据后建曲线、曲面，再用逆向方式建立模型，效能很快的改善提升。而民间业者汉翔制造航天叶片，也是因为模型不够准确，2001年透过逆向程序重建其数据。业者表示，叶片的逆向不一定要求快速建立模型，但却要求准确，运用流体力学模拟叶片转动，使逆向出来的曲面设计能符合叶片效能。  
车灯制造重视的是光度比，逆向工程软件中需要加入光学原理，让制造出来的车灯灯泡打到灯壳反射到外界，看车灯落到的范围，符合安全规范，避免妨碍来车，而且在50公尺外形成均匀光束，与原厂车灯相去不远才算合格。因此光是拿到车灯外壳，把CAD模型建构出来还不够，在逆向软件当中尚需增添光学的数学逻辑运算。  
另外，逆向工程不只应用在产品制造的环节，在产品开发上同样具有相当高的应用价值。为了「研究」上的需求，许多大企业也会运用逆向工程协助产品研究。如韩国现代汽车在发展汽车工业制造知识时，曾参考日本HONDA汽车设计，将它的各部工件经由逆向工程还原成产品，进行包括安全测试在内的各类测试研究，协助现代的汽车设计师了解日系车辆设计原意、想法。  
国内发展值得关注  
逆向工程在台湾的发展轨迹持续在进行，工研院曾写过一套逆向工程软件，学术界不少研究团队也将逆向工程领域作为研究主题，开发出具不同功能的系统软件，但是最后这些软件都没有真正落实到产业界应用。工研院的团队后来也结束逆向工程研究，转而开发其它主题。原有的研发成果后继无人，殊为可惜。  
业者表示，台湾做逆向工程这方面的研究已累积十年以上经验，业者期盼能有工业界相关业者愿意主导这些研究，把学术界的成果整合进来，针对台湾产业需求，与工业界接轨，让制造业界去使用、测试、反馈，应能快速把学校研究产品化，建立出合于台湾制造业界需要的逆向软件，协助台湾制造业在逆向工程上缩短时间，提升产品竞争力。据了解，宝元科技已有计划地将研究成果商品化，并取得成果，后续发展值得业界关注

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