逆向設計專題（一）：逆向設計的概念和基本步驟
魔猴君 知識堂 1913天前
一、逆向設計的概念：
講逆向設計前，先來看下傳統產品開發的流程：構思—設計—產品原型。顧名思義，所謂逆向設計理念恰好與正向設計相反。
逆向設計，又反求設計，逆向工程，是一種基于逆向推理的設計，通過對現有樣件或者原型生成圖樣，然后按照預想的效果進行改進，并最終超越現有產品或系統的設計過程。簡單來說流程為：實物零件—表面輪廓數字化—數據處理——模型重構或創新設計——產品。
逆向設計絕不僅僅是產品的仿制，它更肩負著數學模型的還原和再設計的優化等多項重任。
目前逆向設計的應用領域已擴展到包括機械、電子、汽車、自動化、生物醫學、航空航天、文物考古、光學設備和家電等相關行業。
二、逆向設計的基本步驟
逆向設計的基本步驟包括以下幾個。
(1)被設計、加工對象的試驗樣品制作。在對被設計加工對象進行樣品數據采集前，要考慮到數據采集的設備和方式。為了保證數據精度，減少數據誤差，要先對樣品進行清洗、風干等預處理，對于激光掃描的工件要進行噴涂處理。對于特殊的零部件還要進行夾具設計，考慮數據采集的完整性。
(2)零件原型的三維數字化測量。采用三坐標測量機( coordinate measuring machine,CMM)或激光掃描等測量裝置，通過測量采集零件原型表面點的三維坐標值;使用逆向設計軟件處理離散的點云數據。復雜零件多呈現多種形態的不規則特征，一次掃描只能針對一個表面進行。對于復雜的表面，很難從一個角度進行掃描而得到所需的全部數據。因此，在進行掃描時，需要根據特定零部件樣品制作能夠翻轉的支架，轉換各種角度進行掃描。掃描完成后要對多視掃描數據重新進行整合。
(3)零件原型三維重構。按測量數據的幾何屬性對零件進行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原型所具有的設計與加工特征。將分割后的三維數據在CAD系統中做曲面擬合，并通過各曲面片的求解與拼接獲取零件原型的CAD模型。
(4) CAD模型的分析與改進。對于重構出的零件CAD模型，根據產品的用途及零件在產品中的地位、功能等進行原理和功能分析、優化，確保產品良好的人-機性能，并進行產品的改進創新。
(5) CAD模型的校驗與修正。根據獲得的CAD模型，采用重新測量和加工樣品的方法，來校驗重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗性能指標的要求。對不滿足要求的樣品找出原因，重新進行掃描、造型，直到達到零件的功能、用途等設計指標的要求。
(6)正向與逆向融合的產品創新。“產品一逆向一產品”，即對產品的簡單的仿制，這是逆向工程的初級應用。“產品逆向一改良設計一改良產品”，即對產品改良設計，吸收國外先進技術，這是逆向工程的中級應用。“概念草圖一比例模型一三維測量(逆向)一數據重建 (設計評價修改的過程)一模具一真實產品”，這是逆向工程的高級應用。如在飛機、汽車和模具等行業的設計和制造過程中，產品通常由復雜的自由曲面拼接而成，在此情況下，設計者通常先設計出概念圖，再以油泥、黏土模型或木模代替3D-CAD設計，并用測量設備測量外形，建構CAD模型，在此基礎上進行設計，最終制造出產品。
逆向設計只是設計的一個環節，而不能作為設計的目的。設計的目的是創新，逆向設計技術是為設計創新服務的，應該確定運用逆向設計這個環節的正確位置，讓逆向設計更好地為產品創新設計服務。
