逆向工程概论

 1 顺向工程（Forward Engineering）
传统以来，工业产品的开发均是循着序列严谨的研发流程，从功能与规格的预期指针确定开始，构思产品的零组件需求，再由各个组件的设计、制造以及检榱阕榧樽啊⒓煅檎樽啊⑿阅懿馐缘瘸绦蚶赐瓿伞Ｃ扛鲎榧急Ａ粲性嫉纳杓仆迹松杓仆寄壳耙压阌肅AD图档来保存。每个组件的加工也有所谓的工令图表，对复杂形状组件则以CAM软件产生NC加工档案来保存。每个组件的尺寸合格与否则以品管检验报告来记录。这些所记录的档案均属公司的智能财产，一般通称机密（Know-how）。这种开发模式称为预定模式（Prescriptive model），此类开发工程亦通称为顺向工程（Forward Engineering）。对每一组件来说，其顺向工程的流程如图1-1所示。

图1-1 组件之顺向工程开发流程

然而，随着工业技术的提升以及经济环境的成长，任何通用性产品在消费者高品质要求之下，功能上的需求已不再是赢得市场竞争力的*条件。在近代高功能CAD 软件的带动下，『工业设计』（又称『产品设计』）的新兴领域已逐渐受到重视，任何产品不仅是功能上要求*，其对象外观（Object appearance）上也需要做造型设计，以吸引消费者的注意力。此造型设计多针对产品的外形美观化来处理，在顺向工程的流程中己不是传统训练下的机械工程师们所能胜任。一些具有美工背景的设计师们可利用CAD的技巧构想出创新的美观外型，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、黏土模、腊模、工程塑料模、玻璃纤维模等等，然而再以三维尺寸量测的方式建立出自由曲面模型的CAD图文件。这个程序已有逆向工程的观念，但仍属顺向工程的一环，具对象导向（Object-oriented）的观念，公司仍保有设计图的智能财产。此顺向工程中的造型设计流程如图 1-2所示，产品例如图1-3所示。

图1-2 顺向工程中的产品造型设计加工流程

因此，顺向工程可归纳为：功能导向（Functionally-oriented）以及对象导向（Object-oriented）、预定模式（Prescriptive model）、系统开发（System to-be）、以及所属权的系统（Legacy system）。

2 逆向工程（Reverse Engineering）
逆向工程通常是以项目方式执行一模型的仿制工作。往往一件拟制作的产品没有原始设计图文件，而是委托单位交付一件样品或模型，如木鞋模、高尔夫球头，请制作单位复制（Copy）出来。传统的复制方法是用立体雕刻机或液压三次元靠模铣床制作出一比一成等比例的模具，如图1-4所示，再进行量产。这种方法属称模拟式（Analog type）复制，无法建立工件尺寸图档，也无法做任何的外形修改，已渐渐为新型式数字化的逆向工程系统所取代。
目前所称的逆向工程是针对一现有工件（样品或模型）利用3D数字化量测仪器准确、快速的将轮廓坐标量得，并加以建构曲面、编辑、修改后，传至一般的CAD/CAM系统，再由CAM所产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机制作所需模具，或者送到快速成型机（Rapid Prototyping）将样品模型制作出来，此*程称为逆向工程，如图1-5所示。
 

图1-5 逆向工程流程图

因此，逆向工程可归纳为：功能导向（Functionally-oriented）、描述模式（Descriptive mode）、系统仿造（System as-is）、以及非所属数系统（Non-legacy system）。

3 逆向工程系统整合
如前节所述，逆向工程首须使用精密的量测系统将样品轮廓尺寸快速量出坐标点群资料，然后再做曲面处理及加工成形。故建立一套完整的逆向工程系统，须要下列基本配备：
量测探头：有接触式（触发探头、扫瞄探头）。
非接触式（雷射位移探头、雷射干涉仪探头、线结构光及CCD扫瞄探头、面结构光及CCD扫瞄探头）。
量测机台：有三次元量测仪、多轴机台、多轴关节式机械臂、及
雷射追踪站等。
点群数据处理软件：噪声滤除、细线化、曲线建构、曲面建构、曲面
修改、内插补点。
CAD/CAM软件：一般PC级或工作站级CAD/CAM系统。
CAE软件：执行模流分析或强度分析。
CNC工具机：执行模仁加工及模具制造。
快速成型机：模型产生（有光化学法、粉末成型法、绕线成型法、切
纸成型法等等）。
量产机器：塑料射出机、押出机、钣金成型机等。

4 逆向工程之困难技术
大多数的公司均可以充裕的经费选配出适合其产品开发所需的逆向工程系统基本配备，但是zui大的瓶颈仍是须有专业的人才及丰富的经验。要完成一套逆向工程流程不难，但是要仿制得逼真则须。许多样品工件不是单纯凸出的自由曲面所形成，碰到凹槽、开孔或基本几何形状之处，仍须做形状辨识、建构及叠合处理（如大哥大机壳、汽车扰流板等）。另外，工件的颜色也会影响量测的精度，超大形工件（如车身、人体雕像等）亦须特别设计大型机台。以上这些都是对逆向工程技术的一大挑战。
本书以下章节将详细介绍各子系统的功能及应用，zui后一章将以一些实例介绍逆向工程制作过程及困难解决技术。
图1-6所示为顺向工程系统整合的流程范例，图1-7为逆向工程系统整合的流程范例，图1-8为逆向工程整厂规划的系统流程范例。

总之，逆向工程技术及应用牵涉到下列项目：
1. 要准确及快速将工件资料取得。
2. 要确实将资料建构成曲面及应有外形。
3. 要与各种CAD/CAM及CAE做整合。
4. 要节省工厂制造成本，提高产品竞争力。