逆向工程技术于生产制造业的应用研究

蔡 蕾

（天津机电职业技术学院，天津 300131）

逆向工程技术于生产制造业的应用研究

蔡 蕾

（天津机电职业技术学院，天津 300131）

当前，我国的生产制造业飞速发展，喜人形势引人注目。新技术的研究、新工艺的应用、新材料的引入、新能源的开发都为行业的发展起到了飞跃性的推动作用。生产技术人员不断在找寻可以作为发展新动力的突破点，试图深入挖掘一种更有效的催化剂点燃发展的新势力。逆向工程技术的出现无非是一种高效的产业催化剂，为生产制造业的发展给予更强更有力的支持。

逆向工程；制造业；模具工艺

一、逆向工程技术

（一）逆向工程技术定义

逆向工程技术，也称反向工程，是对于产品设计过程的一种概念描述。在制造业技术对于产品的研发过程中，一般意义的开发研究某种产品是一种“从无到有”的产出过程。从一种需求事物产出思维的萌生、调查、分析、研究、方案、讨论、结论、样品、再讨论、改进、定论、生产都遵循着规律性强、逻辑性强、格式化强的按部就班的程序来完成所有工作。同时这也是生产技术人员把二维模型的构思方案经过规定程序的推敲引入，导出三维模型建立，再讨论方案的可行性，然后进行样品分析到最终定论投入生产的过程。这是我们常说的产品设计一般过程，也称为正向工程技术。而逆向工程技术是对于传统设计过程的颠覆，把正常的程序倒置，反向进行技术研究的过程。

逆向工程技术于产品设计的产出中的形式是一个“从有到无”的过程。转化为量的关系来说，逆向工程技术就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据过程的一种技术形式。虽然这个名词出现的时间不长，在我国的普及程度不广，技术的存在和应用在某些地区和行业中仍未引入。但从产品技术量化的角度来看，逆向工程在工业领域的实际应用、产品设计研究中的应用已经很久远了。早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。

随着计算机技术等高新技术的飞速发展和技术参数的分析研究于制造领域的广泛应用，特别是最新的数字化测量技术的出现和迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象和技术推广和应用的基础。现今数字化测量设备：坐标测量机、激光测量设备等的出现，获取的物体表面的空间数据使过去不敢想象的可能成为现实。得到物体表面的空间数据之后，利用逆向工程技术建立产品存在的三维模型，对产品存在形式进行三维数据的分析、技术研究等，得到我们所需的事物诉求形式，进而利用CAM系统完成产品的制造。

因此，逆向工程技术可以认为是在确定研究目标后，将产品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称，是现今被广泛普及、社会关注度高、生产制造业直接创造利润的一种技术模式。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。

（二）逆向工程技术应用实质

逆向工程技术的实际操作过程是根据项目确定的研究对象，选择典型的产品样件进行技术处理后，通过几种不同的扫描方式（根据样件的类型和体积选择扫描方式）把产品三维空间构建的数据导入电脑内成像，利用相关的软件对数据进行还原化的电子三维模型建立，然后进而分析研究后再转化为CAM产品样件的制造。这样的一种技术应用的实质的发挥点在哪呢？为什么需要这样一种与传统产品设计生产研究完全颠倒的一种技术方式应用于制造行业，且屡试不爽呢？

产品的出现满足了人们在工作学习及生活中的方方面面，推动着人类的发展和进步。它们存在的结构和功能要满足可靠性、可行性、经济性、适用性、创新性和美观性等原则。产品的功能除了要满足我们的正常使用目的之外，还要达到使用者的情感需求。制造业的发展不仅给国家经济的发展起到了推动作用，增加了国民经济的收入；同时也丰富了国民生活的物质环境。原本我们需求的要通过量化控制实现，需要辗转去几个城市的销售市场找寻购买，而现在我们走出家门就可以发现市场上有很多我们想不所及的新奇产品。

现在的产品市场远远超乎了我们的想象，处于供大于求的主导趋势。设计师们很难在这样的形势下创造出可以质转量化的、大批量生产、市场流通性强、通用性适用性广泛的全新产品；而大部分的新型产品都属于改良设计。

所谓的改良设计就是在现有产品的基础上，找寻不适于使用者与产品之间达成和谐共处的那部分。无论是结构还是功能，设计师要以此作为切入点，对产品进行分析重组，以达到用户所构建的理想的行为模型和情感模型的诉求。优化产品现有的各个环节，达到产品与用户的共赢，这就是产品改良设计。而逆向工程技术的出现充分迎合了这样的一种产业发展模式和主流，可以完美地实现“从有到无”再到“由有至优”的过程，同时快速的提升了改良设计理念于产品制造业的助力效率，增加了行业利润的赚取。

二、逆向工程技术应用

（一）应用实例分析——可口可乐公司吹瓶模扫描案例

1.公司概况

可口可乐公司是全球最大的饮料公司，拥有全球48%的销售市场，在200个国家拥有超过160种饮料品牌，如可口可乐、雪碧、芬达、美汁源等。产品涉及汽水、运动饮料、乳类饮品、果汁、茶和咖啡等领域。

图1 技术应用系统生产流程

2.项目进行步骤

接到公司项目订单后，按照要求进行产品瓶罐包装的改良，推出一款适于市场需求现状，优于产品投入市场的推广，销售，为消费者接受兴趣度高的一款新形式饮料的推出做出良好的改革设计方案。

（1）选择扫描仪。在扫描之前要在所选择的模型体上均匀涂抹与扫描仪相配合的遮光材料，防止在扫描过程中，由于瓶体材料本身的透光度造成模型结构扫描的不完整，使后期的建模处理工作增加很多不便或影响建模的准确性和工作进程。

（2）模型体表面贴点。模型表面体上所贴的点由特殊感光材料制作，可以接受激光扫描的感应，把其标贴存在位置的模型体的三维结构数据感应传输到扫描仪，从而在电脑上得出三维数据的输出。注意在贴点的时候，一定要关注模型结构的变化位置对应标点的排布，不能过少缺失以防止细节的缺失。当然过多感应点的排布也是允许的，只不过由于制作材质本身的价格局限，过多的感应布置会无形中增加了生产操作过程的成本。所以长期的操作经验对于整个生产性价比的最优化也是起着决定性作用的。

（3）模型体扫描。在准备工作完成之后，就要开始扫描了。扫描的仪器选择是根据模型样本的空间体积及结构类型决定的。介于此项目中我们的研究对象是可乐瓶，可以选择支架固定的扫描仪进行扫描。把模型体放在专用支撑板上，待产品稳定后开始扫描。在完成一个局部面的扫描后，旋转支撑板，待其稳定后继续扫描未知面。在操作的同时，还要对于扫描过程中电脑的输出成像进行观察，保证模型体的三维结构关系已经完全被记录到电脑软件系统中，不能有遗漏。

（4）三维模型建立。完成模型体扫描后，可根据得出的数据参数进行三维模型的建立。得到原模型体的准确电子模型后，可根据前期充分的市场调研得出相关使用者对于产品的功能需求和情感诉求的分析结果，对产品可取改良性的突破点进行创新，得出优化后的创新模型。

（5）样件确认。建立好创新模型后，由技术人员进行样件的制作，继而完成样件的确认工作。这是一个重要的环节。在创建新的模型之后不能马上投入流水线进行量化生产，而是应该制作样件后重新交回到设计研究小组，进行样件分析确认。可以选择不同年龄段的使用者进行问询式调研，考查创新的样本方案是否可以被使用者接受。若方案受到大众的认可，方案即可确定；若方案仍存在缺陷，需要再次进行修改，重复上述工作过程，直到可以满足使用者的要求后，方可确定样品投入生产。

（6）模具制作。确认后的样件可以投递到一线生产部门，进行模具的制造，最后进行批量化生产，投入市场，进行流通销售。

到此为止，逆向工程技术于实际项目的应用完成一个完整的生产闭环。技术应用流程图如下：

图2 实例生产流程

（二）传统工艺与新工艺的比较

1.原工艺

（1）工业设计（手板制作）。

（2）测量、数字建模。

（3）打样（手板制作）。

（4）样件确认（二次创新）。

（5）模具制造。

（6）模具试模。

（7）产品检测。

（8）投入生产。

2.新工艺

（1）对原模型扫描。

（2）模型创新。

（3）打样并确认。

（4）制作成型模具。

（5）投入生产。

（三）对比分析

通过对传统工艺和新工艺的流程进行分析比较，我们可以明显看出单单是从操作步骤上来说，就已经减半了。这样的新工艺对于实际生产加工的引入，对于新产品的产出无非是一个很好的催化剂。在原工艺流程下传统测量手段会产生较大的误差，需要反复修正，费时费力。新工艺中的扫描数据精度高，流程简单，工作效率高，通过3D打印等手段制作样件并进行检测，缩短样件确认周期，省时省力。

可见无论是工艺形式，操作的难易程度，还是工作人员所花费的时间，企业所投入的财力等各方面来说都精简了许多，这也就在很大程度上降低了产品的生产成本，企业从中直接获取了最大的利润。

三、逆向工程技术发展前景

目前，逆向工程技术主要在模具行业中的应用广泛，由于模具制造过程中经常需要反复试冲和修改模具型面。若测量最终符合要求的模具并反求出其数字化模型，在重复制造该模具时就可运用这一备用数字模型生成加工程序，可以大大提高模具生产效率，降低模具制造成本，最大的优化了企业经济利润。所以逆向工程技术大到飞机、汽车、家电、玩具等模具相关行业；小到日常所用的商品中，如：珠宝、名包、婴儿用品等应用都屡见不鲜。

现今我国自主品牌的汽车发展形势蒸蒸日上，推出的新款型汽车设计生产周期缩短，外形美观，性能优良，很大程度借鉴了很多经典品牌车款的优质性，又因为其是本土化生产且生产成本通过逆向工程技术的引入有所降低，所以本土自主品牌的新款汽车的销售价格要大大低于进口车款。由于本土品牌汽车性价比的明显提升，广大使用者乐于选择国产品牌汽车，为国家汽车行业的发展起到了很大的推动作用。

近年来随着生物科学、材料工艺、能源技术的发展，逆向工程技术也逐渐在人工生物骨骼等医学领域播散开来，如：人造骨骼、牙齿、假肢等。

对于企业生产来说，测量设备和CAD/CAM的应用对制造业的作用是不可或缺的。但由于逆向工程技术的引入时间尚短，与已经运用了几十年的CAD/CAM系统比较，逆向工程技术在中国生产技术人员的了解与推广只有十几年。技术应用程度不够深入，技术的普及不够广泛，各方面的环节不够完善，所以往往会严重影响目标产品与实际生产技术参数要求的精度差及生产周期。所以要完成逆向工程技术与传统制造业技术的对接和结合是十分重要的。

作为制造业的研究推动，作为我国产业发展可利用的一种技术，符合我国制造业生产需求动力的逆向工程技术，我们仍有许多工作要做。工程技术人员应投入更多的关注，为我国模具制造行业的整体技术含量的提升而努力，进而提高我国自主产品立足于国际市场的竞争力。

[1]李彬.逆向工程在模具工艺中的应用研究[J].煤矿机械，2008，（03）.

[2]陆雪芳，孙春华.逆向工程与快速成型技术应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

Research on Application of Reverse Engineering Technology in Manufacturing

CAI Lei

（TianjinVocationalCollegeofMechanicsandElectricity,Tianjin, 300131）

The rapid development of China’s manufacturing industry is remarkable. The research of new technologies, the application of new techniques, the introduction of new materials and the exploration of new energy greatly promote the development of the industry. The technicians have been looking for the breakthrough, which can become the new driving force for the development, and trying to find a more efficient catalyst to promote the development of the industry. Undoubtedly as an efficient catalyst for the industry, the reverse engineering technology provides stronger support for the development of the manufacturing industry.

reverse engineering; manufacturing industry; mold techniques

2014-11-11

蔡蕾（1984-），女，天津市人，天津机电职业技术学院讲师，研究方向：机械设计、产品制造、逆向工程。

T-0

A

1673-582X（2015）05-0073-05