基于逆向工程的机械产品造型设计方法探析

黄珠芹

摘  要：现如今智能制造逐渐成为了现代生产企业的主流，数字化设计、制造工具系统、专业定制式服务型制造等广泛应用现代化机械的生产中，对一些计算机辅助设计、辅助制造等工具的运用已经成为现代化生产设计型员工必须掌握的基本技能，然而也正是在这样一个“熟练工种”逐渐被现代化的“数据工程师”取代的背景下，基于逆向工程的机械产品造型设计制造逐渐进入了人们的视野中，并在机械生产制造中发挥了越来越重要的作用。文章就主要针对逆向工程在机械产品造型设计中的应用进行探析。

关键词：逆向工程;机械产品;造型设计;方法

1 逆向工程概述

1.1 逆向工程技術定义

逆向工程技术是现代社会中较为先进的一种设计方法，是指利用一些基本的测量和工程分析的手段从实物样品中获取必要的数字模型数据，并根据所得到的数据信息设计开发出同类产品的设计方法。这是一种反向推理、优化、挖掘的系统化过程，不论是从实物模型到电子模型还是理论概念上的反向推导，都体现了先进的设计理念和制造理念在逆向反求过程中的应用，该项技术对于我国的机械制造业和科技发展有着重要的作用。

1.2逆向工程技术分类

逆向工程技术利用反求数据的划分来实施操作，具体可以分为：工艺反求、材料反求、形状反求等方面。形状反求又可称为几何反求，是指利用从实物样品的表面获取的数字化信息进行分析，再根据这些信息反求出实物样品大致的CAD模型。再利用三维扫描技术对实物样品进行高速度、精确化的扫描，得到实物的精确化数据，对这些数据进行归类处理，并按照实物样品的数据要求，利用专门的软件做辅助，将其导入到CAD模型中进行重构，这样就可以得到样品的三维实体模型，利用得到的三维实体模型对这些模型进行加工制作、模型设计制作等生产出新的产品[1]。工艺反求和材料反求类似，根据实物样品的工艺造型和所用材料进行反向推理，利用获取的数据对工艺的设计和材料的成分，用量进行加工制作，最终得到产品的制作方法和工艺技术。

2 机械产品造型设计基本要求

2.1 功能性

主体功能需求是机械产品设计的首要要求，产品实现其机械功能的根本条件就是通过结构的拼接与零件的联结，实现产品原型整体实现机械工作原理，践行安全可靠的机械工艺标准。在初步的产品结构设计中，应当将机械产品的功能需求作为设计实施的基本框架，在此基础上对产品的材料、选配与组装进行进一步的设计。

2.2 质效性

产品质量与效能价格比是机械产品结构设计中要着重考虑的影响因素，也是现代工程设计对于机械结构运行所提出的基本要求。产品结构的设计成本、美观因素、安全环保等综合效能考量，为机械产品的质量与效能提升提供了可行性方案。

2.3 创新性

在当前的现代工业生产条件下，机械产品结构的一成不变会成为行业发展的严重阻碍。新型技术条件的支撑与创新设计理念的推行，为机械产品结构的创新提供了重要契机。在机械结构设计中，如何通过工艺与材料的综合应用实现结构优化，体现创新性设计思维，是现代机械设计的要点。

3 逆向工程技术在机械产品造型设计中的具体应用

3.1在新产品的开发和设计中的应用

工业制品也蕴含着一种艺术气息，尤其是一些对外观或是造型要求严格的机械制品，为了使其更加美观化、艺术化，逐渐向着艺术的方向发展。例如一些常见的机械制品：汽车，轮船、飞机等的零部件的制作。这些对外形要求较为严格的零件在制作的过程中，通常是有机械外形设计师根据产品的数据利用油泥、泡沫、木材等材料先制作出一个样品模型，对这些模型从美观的角度进行评价、修改、完善，并开展风阻实验，检测其是否符合空气动力学的要求，在实验中加以改进，确定最终的模型[2]。该类产品的设计、制作不是利用的简单的计算机软件设计出来的，而是利用复杂的自由曲面进行拼接加工制作，这些最终都是要利用逆向工程技术来完成，将制作好的模型利用CAD等技术转换为产品的三维模型或是模具，利用模具开展的大批量、大规模的生产加工制作，这样一来，不仅大大提高了机械加工企业的生产效率还大大降低了新产品研发周期，为机械制造企业带来了巨大的经济效益。

3.2 在模具制作中的应用

传统的模具制作一般是对模型经过反复的修改、加工和实验才最终确定出来的，但是这一过程往往需要耗费大量的人力、物力。逆向工程技术则在模具之中展现了巨大的优势。一是利用对符合要求的模具进行数据分析，根据所得到的数据建立生产工序，这样就可以根据模具快速生产出更多符合标准的模具。除此之外，还可以利用逆向工程技术对实物样品进行分析，再以反求技术制作出CAD三维模型，这样可以大大的减少模具在制作过程中的修改频率，使模具的制作更加精准，因此，逆向工程技术在机械产品的改型设计方面有着重要的作用。

3.3 在产品仿制方面的应用

当前社会，逆向工程技术在产品的复制和仿制方面的应用最为广泛，尤其是在产品的外观造型设计方面[3]。利用数字化技术对产品进行扫描，利用得到的数据建立实物的3D模型，这样就可以对其进行仿制和造型的修改，最后，利用3D打印技术实现最终物品的形态和样貌。通过NC加工可以快速制造出符合要求的模具，经过注塑得到最后所需要的产品。这一技术在制作工程中利用数字化技术，大大提高了模型制作的精确度，在生产和发展过程中逐渐被我国许多生产制造企业所应用，成为产品生产和开发的主要应用模式。

3.4 在磨损零件修复或还原方面的应用

不论是生产加工型企业还是制造型企业，零件的磨损和损害是不可避免的，尤其是一些大型企业的生产设备中的精细零件，这些零件往往需要专门定制，且对尺寸和规格要求都极为严格，在生产中需要耗费较长时间。利用逆向工程技术就可以提高这些零件的生产加工速度和精确度，降低零件的损坏率。利用改性技术对损坏的零件进行数据分析，提取出相应的零件参数和特征，再根据获得到的这些数据对零件损坏部分进行修补和完善。逆向工程技术还可以运用一定的分析能力对零件的磨损程度，损害因素等进行剖析，减少零件的生产误差，提高零件的加工质量。

3.5 在艺术品复制方面的应用

艺术品的设计和制作是一项严谨的工作，尤其是对一些有价值的优秀艺术品的仿制生产，在一些考古文物的仿制和修复工作中也常用到这一技术。例如在一些工艺品生产加工企业中，先由优秀的艺术品制作者设计，制作出精美的艺术品，再借由该项技术进行数据分析和模具制作，最后根据这些制作的模具生产出精美的工艺品，这样不仅可以提高工艺品的质量，还能提高生产效率，利于企业降低成本[4]。

结束语

总而言之，应用逆向工程在产品研发过程中可以极大的缩短研发周期，尤其是对于专业定制产品的生产加工企业来说，该技术的发展为其提供了有力的保障。相信随着技术的不断进步，该项技术必定会成为机械制造企业和工业设计中的一颗璀璨明星，为社会中更多领域的发展带来巨大的惊喜，使我国的数字化技术迈向一个更高的领域。

参考文献

[1]白暖.工业设计中的工程机械产品外观造型设计研究[J].艺术科技，2019，32（02）：219.

[2]何灿群，张双双.基于产品DNA的工程机械产品造型设计研究[J].人类工效学，2018，24（06）：66-71.

[3]李江波，陈俊，王凯.分析工程机械产品的造型设计要点[J].低碳世界，2017（32）：314-315.

[4]那雪姣.浅谈机械产品的造型设计[J].美术大观，2016（06）：124-125.