CREAFORM 形创科普台 | 什么是逆向工程?

国际金属加工网 2021年08月18日

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逆向工程是指通过对物体的结构、功能和操作进行全面分析来确定其属性的过程。通过手动或使用各种三维测量技术对物体的整个表面几何形状进行测量,可以创建物体的 3D 数字模型。

逆向工程使制造商能够了解一个零件是如何设计的,以便对其进行复制,或修改及改善。

逆向工程也被称为反向工程。为什么呢?逆向工程团队“逆向”分析最初的设计过程;他们从最终结果开始,解构产品,并进行评估和测量,以获得产品的物理设计信息。

逆向工程的历史

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虽然许多人认为逆向工程始于 18 世纪工厂制度出现之初,但事实并非如此。事实上,逆向工程从人类开始制造东西时(如车轮、马车,甚至是建筑基础设施)就已经存在了。为了重现这些,逆向工程应运而生,尽管在当时的应用尚未发展完全。通过测量物体的全部或部分尺寸得以重建该物体。

例如,罗马军队在第一次布匿战争后才拥有一支常备海军,但却能在公元前 264 年对迦太基人的五段帆船进行逆向工程。罗马人是出了名的聪明,他们在 3 个月内就组建并优化了一支由 300 艘船组成的舰队,当时这支舰队在数量和复杂的海军演习方面都远远胜过了迦太基人的舰队。

到现在,逆向工程技术已经有了很大的发展。虽然逆向工程可能始于军事应用,但如今它在包括制造业在内的许多不同领域都有用处。

多年来,制造商使用了许多不同的技术产品来获取物体的尺寸并将它们导入到 CAD 软件中进行 3D 建模。

坐标测量机(CMM)、探测系统和机器人装配式关节臂已广泛应用于逆向工程,且消除了与手动方法相关的问题。选择使用哪款三维测量技术产品取决于所需的公差水平、数据密度和速度、零部件的特征,以及设备的扫描范围和易用性。

如今,制造商越来越倾向于使用便携式三维扫描仪进行逆向工程。为什么呢?它们与前面提到的技术产品一样,可以生成高精度、可靠和可重复的结果。但是,它们的速度更快。它们也不挑人,任何技能水平的操作人员都能轻松操作,并且可以在车间里直接采集零部件的三维数据。

什么时候可以使用逆向工程?

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对于制造商来说,逆向工程是一个关键过程。逆向工程通常有很多用途。

当对一个部件的设计了解有限、原始文件缺失或没有二维或三维图纸/CAD 模型时,通常会使用逆向工程。如果一个部件的设计信息只记录在纸上或仅依赖于人的记忆,那么逆向工程就显得尤为重要。

当因原始设备制造商(OEM)不再生产某个备件或因该 OEM 已经不存在而无法获取某个备件时,公司也会对该备件进行逆向工程。

逆向工程也被用来优化生产中的组件,并用新的功能来增强产品。

制造商也运用逆向工程技术来改进出现故障的零部件,或复制手工制作的零部件或组件。

有时,逆向工程只是用来为零部件创建数字档案,或创建一个虚拟环境供将来参考。

逆向工程有什么好处?

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逆向工程在许多方面对制造商都很重要。

逆向工程可以减少与已停产产品和有缺陷的产品有关的风险。逆向工程可以复制备件,识别和帮助矫正产品的故障。

此外,逆向工程可以加速产品创新。例如,工程团队可以探索现有产品的设计的同时寻找提高其性能的方法,升级功能或找到削减生产成本的方法。

制造商可以运用逆向工程快速生产零部件,而不用从交付周期较长的 OEM 厂商那里购买昂贵的零部件。

逆向工程也可以作为制造商主动维护计划中的一个关键策略。通过在关键部件发生故障前对其进行逆向工程,制造商可以储备备件并减少意外停机时间。

逆向工程可以在哪里使用?

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许多行业的制造商都在运用逆向工程流程来优化他们的生产、获得竞争优势并削减成本。以下是最常使用逆向工程的一些行业。

航空航天业

航空航天业利用逆向工程:

  • 进行空气动力学分析

  • 为飞机制定维护计划

  • 添加、改进或修复飞机部件

  • 模具制造

汽车行业

汽车制造商经常利用逆向工程:

  • 研究竞对产品

  • 对旧车型部件进行数字化

  • 了解车辆部件出了什么问题

  • 生产备件

模具公司

模具公司依靠逆向工程来制造:

  • 夹具

  • 卡具

  • 冲模

  • 模具

  • 机床和切削工具的零部件

  • 其他

消费品

消费品的制造商选择逆向工程:

  • 快速开发原型

  • 测试和验证概念设计

  • 分析竞争对手的产品

  • 对不同的设计迭代进行记录和归档

艺术和文物保护

艺术和文物保护领域的专家运用逆向工程:

  • 为教育目的重新制作艺术作品

  • 以数字形式保存视觉艺术,如绘画、雕塑、古代考古文物和历史建筑等

  • 修复文物

什么是逆向工程流程?

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在开始一个逆向工程项目之前,制造商必须确定其确切的需求。制造商是想要按原样(按原始样子)复制一个有故障、磨损等状况的部件以分析其无法工作的原因,或是想确定一个组件出现问题的原因,还是想要复制一个现有的模具?

另一方面,制造商可能想了解设计意图;换句话说,在这种情况下的逆向工程是不需要复制零部件的缺陷和磨损状况的。相反,它会完美重建这个零部件的 3D 模型,并纠正物体的所有参数。

其次,制造商必须根据应用和采集数据的环境来决定应该使用哪种三维测量技术产品。

为了方便解释,我们假设制造商选择了一款便携式三维扫描仪。技术人员将根据所使用的三维测量技术准备需要扫描的零部件。然后,技术人员将扫描需要重新制作的零部件,采集它的所有尺寸。

一旦该零部件被彻底扫描,随之生成的 STL 文件(网格或点云)就会被导入到扫描到 CAD”软件(如 VXmodel中进行后处理。这个后处理过程会对数据进行清理、修复和完善。它还会将物体分割成多个不同的区域和形状,以帮助稍后构建 3D 模型。最后,后处理过程会将物体定位在坐标系中(也称为对齐)。

更新后的 STL 文件被导入到具有逆向工程工具的 CAD 软件或独立的逆向解决方案中。然后,逆向工程专家或工业设计师可以按原样创建 3D 模型或生成 3D 模型,做出任何更改,并在必要时将其集成到一个组件中。

制造商可以通过向 3D 打印机发送 3D 模型来生产它的原型。专家们可以评估是否需要对 3D 模型进行进一步的修改,以达到预期的效果。

一旦创建了理想的 3D 模型,制造商就可以生产该零部件,他们可以选择只生产一个零部件,也可以选择批量生产该零部件。

三维扫描如何加速逆向工程?

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与手动方法和其他三维测量技术产品相反,便携式三维扫描仪大大加快了逆向工程流程。

首先,它们很快就可以被设置好,通常可以在生产车间直接使用。许多制造商也知道,CMM 瓶颈问题时常发生,这不可避免地导致了任何逆向工程或质量控制项目的延迟。此外,由于三维扫描仪使用方便,它们不需要由资深的计量专家来操作;在当今劳动力市场紧张的情况下,经验丰富的计量专家十分稀缺,他们的工作也十分繁忙。三维扫描仪可由任何技能水平的操作人员使用,因此是一个可以用于对零部件或组件进行逆向工程的解决方案。

其次,三维扫描仪每秒可以采集数百万个数据点。根据不同的零部件,用户从扫描到生成网格通常只需要几秒钟的时间。三维扫描仪的速度可以大大加快制造商的逆向工程工作流程。

第三,无论零部件的几何形状或饰面有多复杂,三维扫描仪都可提供高精度的数据。它消除了通常与手动测量相关的人为错误,无需再低效地反复采集数据,并且没有冗长的结果解释报告。

逆向工程的未来

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逆向工程的前景看起来确实非常光明。随着三维测量设备和逆向工程软件在技术上的不断创新,并且由于制造商希望提高他们产品的效能开发新的解决方案改善生产过程并增加利润,逆向工程工作流程将变得更加高效和完善。
逆向工程在制造业中的重要性毋庸置疑。它打开了划时代的创新之门。

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关于 CREAFORM

Creaform 形创开发、制造并销售 3D 便携式及自动化测量技术产品,专门从事工程服务。公司提供创新应用解决方案,如三维扫描、逆向工程、质量控制、无损检测、产品开发和数值模拟 (FEA/CFD)。公司的产品和服务面向各大行业,例如汽车、航空航天、消费品、重工业、医疗保健、制造业、石油与天然气、发电业以及研究与教育。

Creaform 形创的总部和制造运营地位于加拿大魁北克省莱维斯 (Lévis),在莱维斯和法国的格勒诺布尔 (Grenoble) 都设有创新中心,在加拿大、美国、墨西哥、巴西、法国、德国、意大利、西班牙、中国、日本、韩国、泰国和新加坡都拥有直接业务运营团队。Creaform 形创是 AMETEK 阿美特克公司旗下部门 AMETEK Ultra Precision Technologies 的一员,AMETEK 系全球领先的电子仪器和机电设备制造商,年销售额达 50 亿美元。

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