| 本文論述了逆向工程的起源與發展，並對逆向工程涉及的相關技術進行了探討和研究。
1、概述
人類社會發展至今，已經歷了幾千年研究和探索，在各方面都積累豐厚的知識財富和科技成果，它是產品開發的基礎，是人類的寶貴財富。但由於歷史的局限，在沒有電腦的時代，大多數遺產都是用類比的方式記錄的，在當今數位化時代，要快捷地利用這些知識和成果，實屬不便。這就要求把大量的類比資訊轉化為數位化的模型，以供以後產品開發所用。在機械產品方面，我們可以利用逆向工程的思想，用三座標測量機來快速地完成轉換。
翻開幾千年人類探索和研究的歷史，你會發現，每一項成果都是在前人研究的基礎上，模仿自然界和人類社會在相關領域、具有相應特長、特性的事物、動物或人來實現的。看到天空中的飛鳥，我們仿製了飛機，但飛機比鳥飛得更高、更快、更遠；看到海中游的鯨，人們仿製了潛艇，但潛艇比鯨潛得更深、體積更大、續潛能力更強；……這就是說人類一直在學習現有事物、研究現有事物、仿製現有事物，即人類一直在採用逆向工程的方式工作，不僅仿製原型，而且超越原型。
通過樣件開發產品的過程人們稱為逆向工程，和產品正向設計過程相反。逆向工程主要是研究他人或現存的系統或產品，發現其規律，以複製、改進並超越現有產品或系統的過程。逆向工程不僅僅是對現實世界的模仿，更是對現實世界的改造，是一種超越。它所涉及的關鍵技術主要包括：三維實體幾何形狀資料獲取、規則或大量離散資料處理、三維實體模型重建、加工等。
2、三座標測量機是逆向工程的資料獲取器，是逆向工程的資料源
三座標測量機是近幾十年來，隨著電腦、機床業的飛速發展而產生的一種高效高精度的測量儀器。它採用座標測量的原理，在電腦軟體的控制和驅動下，完成對工件幾何尺寸和形位公差的三座標資料獲取。它有機地結合了數位控制技術，利用了電腦軟體技術，採用了先進的位置傳感技術和精密機構技術，並使之完美結合。它順應了硬體軟體化的技術發展方向，使諸如齒輪、凸輪、渦輪渦杆等以前需要專用檢測設備才能完成工件，現在可用通用的三座標測量機進行資料獲取，結合相應測量、評價軟體來實現專業的檢測、評價功能。
通過瞭解三座標測量機的原理，人們很容易知道其優越的特性：高效、高精度、高柔性而又具有相當的專用性。採用先進傳感技術、數位控制技術、電腦軟體控制和處理技術，使得三座標測量機具有很高的資料獲取和處理效率；它以精密的機械主體為基礎，採用軟體控制和補償技術，再配以高精度的位置感測器，可實現很高的精度。它實現空間座標點的測量，採用電腦軟體來完成產品幾何尺寸、形位元公差的評價，不同類型的產品只要調整軟體即可完成，這既使得三座標測量機具有很高的柔性，又具有相應的專用性。
逆向工程要仿製樣品，就要有相應的資料資訊。資料獲取是逆向工程的起點，是逆向工程的基本活動。
基於上述三座標的特性，可以說三座標測量機是逆向工程理想的資料獲取器。
3、逆向工程中資料獲取規劃
採集規劃目的是使採集的資料正確而又高效。正確是指所採集的資料足夠反映樣件的特性而不會產生誤導誤解；高效是指在能夠正確表示產品特性的情況下，所採集的資料儘量少、所走過的路徑儘量短、所化費的時間儘量少。
對產品資料獲取，有一條基本的原則：沿著特徵方向走，順著法向方向采。就好比火車，沿著軌道走，順著枕木採集數位資訊。這是一般原則，實際應根據具體產品和逆向工程軟體來定。下面分三個方面來介紹。
規則形狀的資料獲取規劃：
對規則形狀諸如點、直線、圓弧、平面、圓柱、圓錐、球等，也包括擴展規則形狀如雙曲線、螺旋線、齒輪、凸輪等，資料獲取多用精度高的接觸式探頭，依據數學定義這些元素所需的點資訊進行資料獲取規劃，這裏不做過多說明。雖然我們把一些產品的形狀歸結為特徵，但現實產品不可能是理論形狀，加工、使用、環境的不同，也影響著產品的形狀。作為逆向工程的測量規劃，就不能僅停留在“特徵”的抽取上，更應考慮產品的變化趨勢，即分析形位公差。
下表是各規則元素數學描述所需的最小資料點數，要描述其公差與變化，實際需要測量更多的點。
自由曲面的資料獲取規劃：
對非規則形狀，統稱自由曲面，多採用非接觸式探頭或二者相結合。原則上，要描述自由形狀的產品，只要記錄足夠的資料點資訊即可，但評判足夠資料點是很難的。實際資料獲取規劃中，多依據工件的整體特徵和流向，進行順著特徵走，法向特徵掃的資料獲取規劃；對局部變化較大的地方，仍採用這一原則進行分塊補充。
智慧資料獲取規劃：
當前智慧資料獲取還處於剛開始階段，但它是三座標測量機所追求的目標，它包括樣件自動定位、自動元素識別、自動採集規劃和自動資料獲取。
4、逆向工程是產品研發的有效工具
產品研發並非空中樓閣，需要在現有的產品和技術上進行研發，現有的產品並非都有數學模型和資料資訊，人們往往需要用逆向工程的方式來進行資料獲取和數學模型還原。
一般產品在剛開始工作時，並非處於最佳狀態，要工作一段時間後，經過機構間的有效嚙合，才能達到比較理想的工作狀態，這時產品各部分的幾何尺寸和形位公差才是我們設計所追求的。但這時的產品和設計的原樣已有一定差別，需要用逆向工程的方式獲取當前理想工作狀態下的資料，以改進設計。
可見，逆向工程是產品研發的有效、適用的工具。
5、逆向工程中產品重建規劃
逆向工程的資料處理過程包括：分析現有產品或系統，對其原理進行抽取，結合新技術、改進並超越現有產品（第三步實際是正向工程）。
分析：分析現有產品或系統，找出其工作原理的關鍵資料。現階段有手工分析、自動分析和智慧分析三種分析方式。
抽取：按一定規則從資料中識別出產品原型中的各元素和各特性，抽取也是一個資料過濾和加密的過程。
產品重建：重建按重建的方式分線架重建、面片重建和整體重建。
線架重建是按人們從線到面的思維方式進行的，CAD/CAM發展早期重建軟體基本都採用線架重建模式。當前流行的線架重構軟體主要有UG、ProE、Catia、Surfacer、CopyCAD等，其中Surfacer和CopyCAD線上架抽取方面非常有特色。
面片重建是直接從樣件資料中抽取面片，上述軟體都能完成這樣的任務，但效果並非理想，其主要原因是分塊和拼接不是很方便和有效。ProE新出的ICEM軟體在面片重建方面很有特色，它可輔助用戶完成分塊和自動拼接。
整體重建實際上是智慧化的重建過程，既包括線架重建和麵片重建，又包括產品的實體構造，主要由軟體自動化地完成，其更注重產品整體。
數位產品：
逆向工程所產生的數位產品，是真實產品的數位化，同時可在模擬的環境中類比的工作狀態，排除和改進當前產品原型的不足，從而超越樣品。
6、加工
加工是將數位產品轉化為真實產品的過程，加工的規劃和資料獲取有很多相似的地方，這裏不過多說明。逆向工程的加工更注重加工工藝的自動化和加工的自動化完成。
7、總結
仿製是產品發展的原動力，逆向工程是產品研發的有效途徑。逆向工程把三座標測量機、CAD/CAM/CAE軟體、CNC機床有機而又高效地結合在一起，成為產品研發和生產的一個高效、便捷的途徑。
逆向工程不僅僅是產品的仿製，它更肩負著數學模型的還原和再設計的優化等多項重任。
當前，雖然逆向工程發展已取得了長足進展，逆向工程的概念已深入人心，並被廣泛應用於各個領域，不僅是機械產品的研發；先進企業都紛紛採用逆向工程模式進行產品研發和生產。但產品逆向工程還是一個不完全成熟的過程，各個環節仍有待于進一步完善、探索和研究，並沒有非常完善的解決方案。
三座標測量機作為逆向工程的資料源，其尺寸有待於朝著超大型和超微型兩個方向發展；其測頭有待于朝著高效、快捷、多用途方向發展；其軟體要求功能強大且操作簡便，演算法可重用性強。逆向工程中的重構軟體要求重構效率高、操作邊界和重構效果好。
總之，三座標測量機朝著智慧化方向發展，逆向工程也朝著智慧化方向發展。
|