逆向工程概論

 1 順向工程（Forward Engineering）
傳統(tǒng)以來，工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)均是循著序列嚴謹?shù)难邪l(fā)流程，從功能與規(guī)格的預期指針確定開始，構思產(chǎn)品的零組件需求，再由各個組件的設計、制造以及檢榱闋榧樽?、检验整机组装、虚嗆拆}緣瘸絳蚶賜瓿傘Ｃ扛鱟榧急Ａ粲性嫉納杓仆跡松杓仆寄殼耙壓閿肅AD圖檔來保存。每個組件的加工也有所謂的工令圖表，對復雜形狀組件則以CAM軟件產(chǎn)生NC加工檔案來保存。每個組件的尺寸合格與否則以品管檢驗報告來記錄。這些所記錄的檔案均屬公司的智能財產(chǎn)，一般通稱機密（Know-how）。這種開發(fā)模式稱為預定模式（Prescriptive model），此類開發(fā)工程亦通稱為順向工程（Forward Engineering）。對每一組件來說，其順向工程的流程如圖1-1所示。

圖1-1 組件之順向工程開發(fā)流程

然而，隨著工業(yè)技術的提升以及經(jīng)濟環(huán)境的成長，任何通用性產(chǎn)品在消費者高品質(zhì)要求之下，功能上的需求已不再是贏得市場競爭力的*條件。在近代高功能CAD 軟件的帶動下，『工業(yè)設計』（又稱『產(chǎn)品設計』）的新興領域已逐漸受到重視，任何產(chǎn)品不僅是功能上要求*，其對象外觀（Object appearance）上也需要做造型設計，以吸引消費者的注意力。此造型設計多針對產(chǎn)品的外形美觀化來處理，在順向工程的流程中己不是傳統(tǒng)訓練下的機械工程師們所能勝任。一些具有美工背景的設計師們可利用CAD的技巧構想出創(chuàng)新的美觀外型，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、黏土模、臘模、工程塑料模、玻璃纖維模等等，然而再以三維尺寸量測的方式建立出自由曲面模型的CAD圖文件。這個程序已有逆向工程的觀念，但仍屬順向工程的一環(huán)，具對象導向（Object-oriented）的觀念，公司仍保有設計圖的智能財產(chǎn)。此順向工程中的造型設計流程如圖 1-2所示，產(chǎn)品例如圖1-3所示。

圖1-2 順向工程中的產(chǎn)品造型設計加工流程

因此，順向工程可歸納為：功能導向（Functionally-oriented）以及對象導向（Object-oriented）、預定模式（Prescriptive model）、系統(tǒng)開發(fā)（System to-be）、以及所屬權的系統(tǒng)（Legacy system）。

2 逆向工程（Reverse Engineering）
逆向工程通常是以項目方式執(zhí)行一模型的仿制工作。往往一件擬制作的產(chǎn)品沒有原始設計圖文件，而是委托單位交付一件樣品或模型，如木鞋模、高爾夫球頭，請制作單位復制（Copy）出來。傳統(tǒng)的復制方法是用立體雕刻機或液壓三次元靠模銑床制作出一比一成等比例的模具，如圖1-4所示，再進行量產(chǎn)。這種方法屬稱模擬式（Analog type）復制，無法建立工件尺寸圖檔，也無法做任何的外形修改，已漸漸為新型式數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。
目前所稱的逆向工程是針對一現(xiàn)有工件（樣品或模型）利用3D數(shù)字化量測儀器準確、快速的將輪廓坐標量得，并加以建構曲面、編輯、修改后，傳至一般的CAD/CAM系統(tǒng)，再由CAM所產(chǎn)生刀具的NC加工路徑送至CNC加工機制作所需模具，或者送到快速成型機（Rapid Prototyping）將樣品模型制作出來，此*程稱為逆向工程，如圖1-5所示。
 

圖1-5 逆向工程流程圖

因此，逆向工程可歸納為：功能導向（Functionally-oriented）、描述模式（Descriptive mode）、系統(tǒng)仿造（System as-is）、以及非所屬數(shù)系統(tǒng)（Non-legacy system）。

3 逆向工程系統(tǒng)整合
如前節(jié)所述，逆向工程首須使用精密的量測系統(tǒng)將樣品輪廓尺寸快速量出坐標點群資料，然后再做曲面處理及加工成形。故建立一套完整的逆向工程系統(tǒng)，須要下列基本配備：
量測探頭：有接觸式（觸發(fā)探頭、掃瞄探頭）。
非接觸式（雷射位移探頭、雷射干涉儀探頭、線結構光及CCD掃瞄探頭、面結構光及CCD掃瞄探頭）。
量測機臺：有三次元量測儀、多軸機臺、多軸關節(jié)式機械臂、及
雷射追蹤站等。
點群數(shù)據(jù)處理軟件：噪聲濾除、細線化、曲線建構、曲面建構、曲面
修改、內(nèi)插補點。
CAD/CAM軟件：一般PC級或工作站級CAD/CAM系統(tǒng)。
CAE軟件：執(zhí)行模流分析或強度分析。
CNC工具機：執(zhí)行模仁加工及模具制造。
快速成型機：模型產(chǎn)生（有光化學法、粉末成型法、繞線成型法、切
紙成型法等等）。
量產(chǎn)機器：塑料射出機、押出機、鈑金成型機等。

4 逆向工程之困難技術
大多數(shù)的公司均可以充裕的經(jīng)費選配出適合其產(chǎn)品開發(fā)所需的逆向工程系統(tǒng)基本配備，但是zui大的瓶頸仍是須有專業(yè)的人才及豐富的經(jīng)驗。要完成一套逆向工程流程不難，但是要仿制得逼真則須。許多樣品工件不是單純凸出的自由曲面所形成，碰到凹槽、開孔或基本幾何形狀之處，仍須做形狀辨識、建構及疊合處理（如大哥大機殼、汽車擾流板等）。另外，工件的顏色也會影響量測的精度，超大形工件（如車身、人體雕像等）亦須特別設計大型機臺。以上這些都是對逆向工程技術的一大挑戰(zhàn)。
本書以下章節(jié)將詳細介紹各子系統(tǒng)的功能及應用，zui后一章將以一些實例介紹逆向工程制作過程及困難解決技術。
圖1-6所示為順向工程系統(tǒng)整合的流程范例，圖1-7為逆向工程系統(tǒng)整合的流程范例，圖1-8為逆向工程整廠規(guī)劃的系統(tǒng)流程范例。

總之，逆向工程技術及應用牽涉到下列項目：
1. 要準確及快速將工件資料取得。
2. 要確實將資料建構成曲面及應有外形。
3. 要與各種CAD/CAM及CAE做整合。
4. 要節(jié)省工廠制造成本，提高產(chǎn)品競爭力。