反向工程技术的概念与发展

一、反向工程的概念 
1.正向工程：将工程概念或工程设计模型，通过设计、制造，转变为实物模型或产品模型的过程。反向工程：将实物模型或产品模型，通过测量、分析，转变为工程概念或工程设计模型的过程。或称逆向工程、反求工程（Reverse Engineering）。 
2.反向工程技术，是以实物（产品）、软件、图纸、程序、技术文件、影像（图片、照片）作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识（测量学、信号自动处理）进行系统深入的分析和研究，是一种快捷的新产品开发技术。 
反向工程技术反求内容广泛，包括：产品的结构和工作原理、产品的材料和力学性能、制造产品的技术资料（图纸、制造工艺、装配工艺、产品检验）、产品技术标准（型号、规格、标准）。其本质是对先进产品进行消化、吸收，再开发和创新，设计和制造出具有竞争力的新产品。缩短新产品的开发周期，提高新产品开发的一次成功率，从而提高企业在市场中的竞争力。 
3.反向工程技术主要应用于：产品（零件）的仿制和复制，复杂产品（零件）的设计，产品（零件）的检验、改进设计，复杂形体的CAD建模，产品设计与快速成形技术等。 
二、反向工程技术的发展 
1.“反向工程”作为学术术语的提出，出现在20世纪60年代。而“反向工程”的思维和技术，可追溯到二战结束后。 
二战结束后，战败国急于恢复和振兴经济。日本在60年代初提出科技立国方针：“一代引进，二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”，其中在汽车、电子、光学设备和家电等行业上最为突出。在应用反向工程技术上，日本具有典型性： 
● 二战后，1950年日本国民生产总值为英国的1/29、法国的1/38。目前，是世界第二经济强国。 
● 1945～1970年，引进国外先进技术（80%为专利、图纸）投资60亿美元。（自行研制1800～2000亿美元） 
● 掌握每项技术需2～3年。（自行研制需12～15年） 
● 60年代中期，机械工业研究经费16.9%用于引进，68.1%用于消化、改造。 
● 日本政府推算，采用反向工程技术，节省约2/3的研究时间、9/10的研究经费。 
2.一些产品的设计是从实物模型开始的，例如：1）汽车设计：概念车→三维测量→工业设计。2）文物的复制：文物→三维测量→仿制。3）建筑设计：建筑模型→审查、修改→工程设计。等等。 
3.计算机技术和信息技术的发展，大大促进反向工程技术的发展。 
1）快速成形技术 ——快速设计与原型制造、复杂零件建模与制造、人体器官建模与生医制造。 
2）影视动画技术 —— 人体模型的建立、实物建模。 
3）CAD/CAM技术 —— CAD建模技术、数字化制造技术。 
反向工程技术应用计算机建模、仿真技术，对机械产品工作原理、机械性能、加工制造的反求设计进行优化，提高新产品开发的一次成功率。采用： 
1）CAD设计、人因工程、工业设计→进行结构、外观优化。 
2）运动学、动力学建模、仿真→进行工作原理优化。 
3）制造过程建模仿真、并行工程→进行制造工艺优化。 
4．反向工程技术的分类 
1）按产品的制造过程分： 
设计反求－建立产品的CAD模型。 
工艺反求－产品所使用的材料、产品的加工工艺（制造工艺、装配工艺）。 
管理反求－产品制造过程管理和质量控制。 
2）按反求的目标分： 
实物反求－建立产品的CAD模型。 
软件反求－软件、加工的工艺规范、技术文档、质量管理。 
影像反求－影视画面。 
三、产品设计反向工程的关键技术 
1.实物（产品）形体尺寸的三维测量技术。 
2.测量数据的前处理技术。包括：测量数据的坏点、测量误差的去除，多视图测量数据的整体拼接，冗余数据的去除，测量数据的简化和优化，等等。 
3.测量数据的CAD反向建模技术。包括：测量数据的分割和曲面拟合，被测实物的CAD模型重构技术等。 
4.反向工程的接口 技术。包括：测量数据与快速成形系统的接口（STL文件），测量数据与CNC设备的接口（DXF、IGES、点云文件），测量数据与CAD/CAM系统的接口（DXF、IGES、STEP文件），以实现与现有的制造设备、CAD/CAE/CAM等软件的数据交换。 
四、形体的三维数字化技术 
三维接触式测量 
三坐标测量机，特点：a. 测量精度高，达0.5um。b. 测量速度慢。c. 工作环境要求高。d. 需进行探头补偿。 
三维无接触式测量 
● 激光扫描法。a.利用三角测量原理。B.分点扫描、线扫描两种方式。c.测量速度中等。d.被测表面要求漫反射。e.精度0.1-0.5mm。 
● 密栅云纹法。分影像云纹法和投影云纹法，其工作原理为，将栅线投影到被测物体表面，栅线在被测物体上被调制，被调制图象与基准栅图象产生干涉，得到反映被测物体形状变化的密栅云纹图象，经图象处理后，得到物体的三维尺寸。