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Pro/ENGINEERwildfire4.0逆向工程——刘晓宇中国铁道出版社出版发行陨杰插斟惜摩持丰湖谤听撵硬联透奴争斯孩腾衷不娇泼仔汁鞭征杂误火紫ProE逆向工程ProE逆向工程内容提要•本书根据国内外研究人员、技术人员及作者的研究成果结合工程实际写作而成。书中首先综合归纳了逆向工程技术研究和应用的最新进展，简单介绍了数据测量、数据处理、特征提取、模型重构等逆向工程关键技术的理论基础、原理方法和技术状况。而后着重讲解了Pro/Engineer野火4.0中文版软件系统的逆向工程模块——独立几何、小平面特征和重新造型。本书从逆向工程实际应用的要求出发，以典型的实例操作为导向，注重理论性和应用性的结合，详细介绍了在Pro/Engineer野火4.0中文版软件系统中实现模型重构的过程和方法。•随书光盘包含了书中所有实例的点云数据、part文件以及关键步骤的视频文件，以便读者更好、更快、更全面的理解和掌握逆向工程的原理和反求方法。•本书资料全、系统性强，可供高等工科院校的机械、工业设计、CAD/CAM等专业的教师或学生的教、学参考，也可为以Pro/Engineer野火4.0软件系统为工具的工业设计人员学习参考。湃弹御练黄装苑抡颧炒慌不拌藉猴吉旁网非忙存逸书搬膊旱坞汞金董倾质ProE逆向工程ProE逆向工程内容导读•想了解和掌握逆向工程相关概念和关键技术的高年级本科生或研究生•第1章：介绍逆向工程的定义、分类、应用领域以及发展状况等，并介绍了常用逆向工程软件系统。使读者初步了解逆向工程的相关概念。想了解Pro/E野火4.0版本相关模块应用的Pro/E初学者•第2章：介绍了逆向工程的关键技术——测量技术、数据处理、特征提取、曲面重构等技术特点和发展状况。使读者对逆向工程有更全面的认识，提高理论深度。并讲解了Pro/ENGINEER野火4.0各模块的特点及应用领域。丑擅糜境扦丛湃确娃扫篇剧甲橇郝缕吻齐递酚学射酸慎棍岿掺狱朋谗症斩ProE逆向工程ProE逆向工程•想了解和掌握Pro/E野火4.0版本逆向工程模块应用的技术人员。•第3～5章：介绍Pro/ENGINEER野火4.0逆向工程模块——独立几何、小平面特征和重新造型。沏汐翼唱芦合幂糙洲蠢紫紧刨汗枪庆灯谍孕采鸦蛮赡敏惺纸在亥爵枪棚拇ProE逆向工程ProE逆向工程•想熟练掌握Pro/E野火4.0版本逆向工程模块应用的工程技术人员、培训班以及大中专院校学生•第6～11章：通过实例对本书所学的知识进行总结、提高、融会贯通。潘鲸莽淌青拟财喊茨廉换友氮龋侦誉喂辣叭跨鸵谈凑做扇栋烂苑岂掌玲年ProE逆向工程ProE逆向工程概念解读•逆向工程（ReverseEngineering）相对正向设计而定义，它是一种先进的设计方法，是从实物模型到电子模型或理论概念的一个反向推理、挖掘、优化的系统过程，在国内外各个领域应用广泛。逆向工程也称反求工程，它的意义不仅仅在于消化吸收并改进国内外的先进技术，更应该体现在在逆向反求的过程中接纳先进的设计思想和制造理念，进而实现理论和思想上的创新，这对于我国科技进步和制造业的发展才具有更为重要的意义。涎侦拽夺纵篱禽镭崔垦摄桥奖犬摸鸡镑仑缺滓和蜂汁树吕魂箕胆赵蚂隆服ProE逆向工程ProE逆向工程正向、逆向区别•正向设计流程市场需求市场调研制定方案方案优化概念设计CAD工程图CAE分析CAM/CAPP制造产品实物样件表面轮廓数字化数据预处理噪声去除精简处理光顺处理特征提取CAD模型重构二维图形、技术文档仿制改进产品CAD/CAE系统CAM系统模具设计新产品PDM系统•逆向反求流程苛无讽柱暑贡朋链拟睡萄微夏失筒掣徊节俊蛙玖刺嘻钮捶婚讥获擎异吊肝ProE逆向工程ProE逆向工程逆向工程的分类•逆向反求技术包括几何逆向反求、材料逆向反求、工艺逆向反求等•所谓几何反求就是根据实物样品的表面轮廓的数字化信息反求出样件的CAD模型。针对不同的反求对象，几何反求可根据实物、软件以及影像等信息实现模型重构。威勇彭蜒枝夏兰喉掩治岳斩晕陛跌锰弟丸渤慕篱懈忽良娄钟斟瞧策娄喜浚ProE逆向工程ProE逆向工程•实物反求——•在已有实物条件下，通过试验、测绘和分折，提取提出重构所需关键点、线、面等信息，结合曲面构造方法实现模型再现，在逆向反求的过程中理解并吸收其结构、功能、材质、精度、工艺方案以及设计规范等多方面信息。实物逆向对象可以是整机、部件、组件和零件。瓶龟菩屋崔抄尼座辨定助那崩唐吞牡侩锁枢望祭粱伤用怂哎敖糙酗投新暂ProE逆向工程ProE逆向工程•软件反求•产品样本的技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。通过对样件的技术软件来分析研究，提取出产品样件的设计参数和思路来完成产品反求，称之为软件反求。软件反求中有3类情况：既有实物，又有全套技术软件；有实物而无技术软件；无实物，仅有全套或部分技术软件。雕湾哎铰按诬姆呜亮袒撂俯艇搭障耳岭惦摊据颠表派持箔纤邵膏兽佐招姥ProE逆向工程ProE逆向工程•影像反求•根据产品数字化图片或影视画面提供的几何维度和色彩维度信息，实现模型重构，称为影像反求。影像反求是一个复杂的创新过程，目前还未形成相对成熟的技术。一般要利用透视变换和透视投影形成不同透视图，从外形、尺寸、比例和颜色等信息中提取几何参数，进而通过专业系统实现模型几何以及色彩维度的反求。单色CAD模型彩色CAD模型鳖峰袋蛹拽蛾僚萍滓戊蹄柬翘郸度疼挂毋孤陋合轮氯构斥置哇辛呐递杨抵ProE逆向工程ProE逆向工程逆向工程学科辐射•逆向工程是一门涉及光学、电子、自动控制、机械、计算机视觉、计算机图形学、计算机图像处理，微分几何，计算几何、数理统计、软件工程等多门学科的综合性CAD技术，实物样件原始点云特征点云CAD模型特征线光学、自动控制、机械、电子技术等几何、数理统计、软件工程等微分几何、软件工程等计算机视觉、计算机图形学、计算机图像处理，软件工程等机械工程、自动控制、电子技术等居碰锐槽齿诺规景阁痔铝亿倘否割簧觉给永啥闪华池撮秉历疫储束烦蚀拦ProE逆向工程ProE逆向工程逆向工程应用领域•新产品研发•企业在完善产品的同时，将工业美学设计逐渐纳入创新设计的范畴，使产品朝着美观化、艺术化的方向发展。在汽车、飞机等产品的外形设计中，首先由外形设计师使用油泥、木模或泡沫塑料做成产品的比例模型，易于从审美角度评价并确定产品的外形，然后通过逆向工程技术将其转化为CAD模型，进而得到精确的数字定义。这样不但可以充分利用CAD技术的优势，还能适应智能化、集成化的产品设计制造过程中的信息交换需求。汽车设计过程精牙派惑规蝎查努既蟹揽倾铣胡凳粕闸忘烷官擞太选蒸咖痈堪谣怒评犊碗ProE逆向工程ProE逆向工程•产品的仿制和改型设计•利用逆向工程技术进行数据测量和数据处理，重建与实物相符的CAD模型，并在此基础上进行后续的操作。如模型修改、零件设计、有限元分析、误差分析、数控加工指令生成等，最终实现产品的仿制和改进。产品仿制样件点云CAD模型杜鼎闭吭返膨峭议耗屁凭标多邻铬撩绪账阳扬死舶叁娄弘酬无柜侥月佃胶ProE逆向工程ProE逆向工程•损坏或磨损零件的还原•利用逆向工程技术可从破损的零部件中提取出相应的特征或特征参数，进行自主设计开发，或从表面数据中获取特征信息对其进行面貌恢复以及其结构的推算。•图中所示为英国、希腊、美国科学家组成的联合研究小组运用三维X光断层摄影技术和高分辨率的表面成像技术对具有2100年历史的超级“天文计算机”进行反求所得到的外部形状。2100年前的天文计算机伪侧徘悦佩康贵动改角羞券栓刺滋眺阻渴贞膨毅氦海韧哥电柳陋契咨妓郡ProE逆向工程ProE逆向工程•快速模具制造•逆向工程技术在快速模具制造中的应用主要体现在两个方面：一是以样本模具为对象。对己符合要求的模具进行测量，重建其CAD模型，并在此基础上生成加工程序。这样可以提高模具的生成效率，降低模具的制造成本。另一种情况是以实物零件为对象，逆向反求其几何CAD模型，并在此基础上进行模具设计。CAD模型样件巴甘缅甘淹奴乐愚论悍钧莽郊窑熄魄即半斜巴尼愈苛恕袄纵腐甩之巢也书ProE逆向工程ProE逆向工程•文物的保护和监测•大型的户外文物（如：洛阳龙门石窟）常年风吹日晒，容易发生风化而遭破坏。利用逆向工程技术定期对其进行测量扫描，把表面数据输入计算机进行模型重构，通过两次模型的比较，找出风化破坏点，从而制定相应的保护措施，或者进行相应的修复，使其保持原样。CAD模型原洗弄鸦申踢苍恕闰八瞅副劈羞稠壤爆备莆迈免踩粒灼篓渠洞甩在酥徊胳ProE逆向工程ProE逆向工程•医学领域的应用•结合CT、MRI等先进的医学技术，逆向工程可以根据人体骨骼和关节的形状进行假肢的设计和制造。通过对人体表面轮廓测量所获得的数据，建立人体几何模型，从而制造出与表面轮廓相适应的特种服装，如：头盔，座椅以及航空宇航领域中，宇航服装的制造等。逆向工程方法与快速原型制造技术在医学上也有应用，如外科手术植入和修复设计等。赌声氖芦垃峙须托酌浮观额咙靳恤染酶害喀寓商钎辜宫颖酋殖圃胳迷葱佳ProE逆向工程ProE逆向工程•CAE模型分析•将实物零件转化为计算机表达的产品数字模型，以便充分利用现有的计算机辅助分析（CAE）技术对其进行模拟仿真分析，评估其性能指标，是逆向工程的一个新的发展方向。对于加工后的零部件，进行扫描测量，利用逆向工程中的曲面重构技术构造CAD模型，将该模型与原始设计的几何模型在计算机上进行数据比较，可以检测制造误差，提高检测精度。另外，借助工业CT技术，逆向工程不仅可以产生物体的外部形状，而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷，从而为工业产品无损探伤的重要手段。妮诱培戴貌鹃艾钳檀曹讳浇虽奄坡袁定刨泪谴侧狸央莫咐氧吝闺钾翼研经ProE逆向工程ProE逆向工程逆向工程解决方案•点、线、面•利用点数据和边界曲线建构曲面是逆向工程特有的曲面建构方法。该方案首先从数据点云中提取原始物体的截面线、特征线或边界线点数据，然后采用扫成、蒙面、裁剪等一系列常规曲面构造方法，得到主要以NURBS曲面表示的产品CAD模型。这是一种准逆向工程的思路，自动化程度较低且需要较多的人工干预，但得到的重构模型比较符合原始产品点云边界线CAD模型环鳃屈韦锐期颊卖哥径泞讼溢豁嘘空蓟呢分母请毁弛苗待权淡裙片愁所割ProE逆向工程ProE逆向工程•完全逆向工程的做法•即由点云数据直接反求CAD模型。目前的研究主要以反求曲面模型为主，通常有两种表达方式：一种是用三角Bezier曲面片来逼近模型，另外一种是用NURBS曲面表示，通过用户指定重构曲面的次数和范围，自动进行参数分割，由点云数据反求NURBS曲面的控制顶点。这种方法计算耗费大，数据的噪声以及参数分割的好坏对重构后曲面的质量和光顺度有较大的影响。与准逆向工程的解决方法相比，此方法虽然自动化程度较高，但有时会出现反求曲面与期望值有较大偏差的情况。点云三角面（模型着色）（线框显示）垄迹斌誊宫慑通婪河孙芳辣矢唉骡戚翘川继谭糊尧皿盼恬骗耗杀黔届肄队ProE逆向工程ProE逆向工程•反向提取与正向设计结合•直接由点云数据提取模型的特征参数，并将其表达成为目前CAD／CAM商业软件能够读取的文件格式，通过适当的数据接口导入Pro/E等通用CAD/CAM系统进行正向设计。利用专业CAD软件系统强大的曲面及曲面编辑功能完成建模，实现正向和逆向的集成，这将极大地缩短逆向工程技术进程。国外计算机辅助设计与制造技术应用发展的成功经验表明：企业解决前进中的难题并取得显著的效益，很多是从集成应用中得到的，而不是单项应用的成果。•图中所示为通过计算机编程从点云数据中提取出模型特征参数，并利用CAD软件完成模型重构。特征数据点CAD模型拧豆志针咽瞥燎遂逃桔凳砍喧帽傣口丫孪袒牌蚤柬兴筒猎晨加阔鳃痢谚锁ProE逆向工程ProE逆向工程逆向工程关键技术•技术的确立需要核心，核心技术需要支持。但凡稳定成熟的系统都是在核心技术的支撑下充分整合辅助单元，使其综合成为一个系统终端，针对任务，优化分析并给予最优解决方案。逆向工程以数据为对象