逆向建模技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的日益全球化，國內(nèi)傳統(tǒng)制造業(yè)市場環(huán)境發(fā)生了巨大變化。一方面表現(xiàn)為消費(fèi)者興趣的短時效性和消費(fèi)者需求日益主體化、個性化及多元化；另一方面由于區(qū)域性、國際性市場壁壘的淡化或打破，使制造廠商不得不著眼于全球市場的激烈競爭。產(chǎn)品快速研發(fā)、設(shè)計創(chuàng)新等技術(shù)成為企業(yè)乃至一個國家贏得全球競爭的第一要素，逆向工程成為消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的有效手段。逆向工程是對已有的產(chǎn)品零件或原型進(jìn)行CAD模型重建，但不是僅僅對已有產(chǎn)品進(jìn)行簡單“復(fù)制”，其內(nèi)涵與外延都發(fā)生了深刻變化，成為航空、航天、汽車、船舶和模具等工業(yè)領(lǐng)域最重要的產(chǎn)品設(shè)計方法之一，是工程技術(shù)人員通過實(shí)物樣件、圖樣等快速獲取工程設(shè)計概念和設(shè)計模型的重要技術(shù)手段，是技術(shù)消化、吸收，進(jìn)一步改進(jìn)、提高產(chǎn)品原型的重要技術(shù)手段，是產(chǎn)品快速創(chuàng)新開發(fā)的重要途徑。復(fù)制是為了改造，逆向是為了創(chuàng)新。創(chuàng)新思維及創(chuàng)新技法為產(chǎn)品的創(chuàng)新提供方法指導(dǎo)，所以將逆向工程與創(chuàng)新性思維融合在一起，將使學(xué)生的工程素養(yǎng)得以很大提升。國家十一五科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃提出要建立創(chuàng)新型國家，創(chuàng)新型國家需要創(chuàng)新型人才，創(chuàng)新型人才離不開先進(jìn)的技術(shù)及創(chuàng)新性知識，掌握逆向工程技術(shù)與創(chuàng)新思維方法是產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵。目前國內(nèi)有關(guān)逆向工程技術(shù)的教材較少?，F(xiàn)有的關(guān)于逆向工程方面的書籍具有兩方面的特點(diǎn)：一種是以理論描述為主，實(shí)踐性操作為輔；另一種是以實(shí)踐性操作為主，理論描述為輔。大學(xué)本科教育培養(yǎng)出的工程技術(shù)人員既要有一定的理論基礎(chǔ)，又要掌握一定的實(shí)踐操作技巧，所以本書從逆向工程實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，注重理論性和應(yīng)用性相結(jié)合，創(chuàng)新性方法與逆向工程相結(jié)合，做到既有理論又有實(shí)踐，通俗易懂，便于教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)，有助于教學(xué)質(zhì)量的提高。在編寫過程中以“理論夠用、注重實(shí)踐”為原則，同時盡量將復(fù)雜深奧的數(shù)學(xué)問題用比較容易理解的方式進(jìn)行介紹。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與創(chuàng)新性思維培養(yǎng)的編寫過程中，將實(shí)例與方法融為一體，使讀者從有趣的實(shí)例中領(lǐng)會創(chuàng)新性思維方法的奧秘。

內(nèi)容概要

產(chǎn)品創(chuàng)新離不開技術(shù)積累，利用逆向工程技術(shù)消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)已成為新產(chǎn)品開發(fā)的有效途徑。本書以逆向工程技術(shù)為主線，較為詳實(shí)地介紹了產(chǎn)品逆向建模過程中實(shí)物樣件表面數(shù)字化技術(shù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)、特征曲線的重構(gòu)與編輯技術(shù)、特征曲面的重構(gòu)與編輯技術(shù)。同時對產(chǎn)品三維建模軟件及特征提取軟件，即逆向軟件進(jìn)行了比較分析。在書中還對產(chǎn)品建模過程中所涉及的一些常用術(shù)語及曲線、曲面數(shù)學(xué)原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，在產(chǎn)品逆向建模的基礎(chǔ)之上，引入了產(chǎn)品創(chuàng)新概念。創(chuàng)新性設(shè)計需要創(chuàng)新性思維，創(chuàng)新性思維需要創(chuàng)新性方法，本書從創(chuàng)新設(shè)計的必要性出發(fā)，論述了創(chuàng)新性思維的內(nèi)涵及培養(yǎng)。    本書在編寫過程中堅持“理論夠用、注重實(shí)踐”的工程特色，數(shù)學(xué)理論講解與軟件實(shí)現(xiàn)相配合，使讀者對深奧的數(shù)學(xué)問題更加容易理解。本書結(jié)構(gòu)清晰、操作性強(qiáng)，可作為高等院校機(jī)械、電子、工業(yè)設(shè)計等專業(yè)的教材，也可作為研究生、CAD技術(shù)人員和教師的參考書。

書籍目錄

第1章　概論　1.1　正向工程概述　1.2　逆向工程概述　1.3　逆向建模關(guān)鍵技術(shù)　　1.3.1　數(shù)據(jù)獲取　　1.3.2　曲面重構(gòu)　　1.3.3　CAD模型重建　　1.3.4　逆向工程中的特征應(yīng)用　1.4　產(chǎn)品建模CAD平臺選擇　　1.4.1　CAD軟件選擇要點(diǎn)　　1.4.2　主要CAD軟件　1.5　產(chǎn)品特征與逆向軟件平臺　　1.5.1　Imageware軟件　　1.5.2　Geomagic Studi0軟件　　1.5.3　RapidForm軟件　1.6　逆向工程與新產(chǎn)品開發(fā)　　1.6.1　逆向工程的應(yīng)用　　1.6.2　逆向工程與新產(chǎn)品開發(fā)　本章小結(jié)　習(xí)題第2章　產(chǎn)品建模數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)　2.1  曲線數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　　2.1.1　樣條有關(guān)的概念　　2.1.2  曲線的生成原理　　2.1.3  曲線數(shù)學(xué)知識　2.2  曲面數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　　2.2.1  曲面的生成原理　　2.2.2  曲面數(shù)學(xué)知識　2.3　曲面工程基礎(chǔ)　　2.3.1　工程曲面的分類　　2.3.2　工程曲面的要求　　2.3.3　常用工程CAD術(shù)語　2.4　曲面應(yīng)用領(lǐng)域　　2.4.1　工業(yè)設(shè)計　　2.4.2　逆向工程　　2.4.3　模具工程　本章小結(jié)　習(xí)題第3章　逆向建模點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取　3.1　接觸式測量法　　3.1.1　三坐標(biāo)測量機(jī)的組成　　3.1.2　三坐標(biāo)測量機(jī)分類　　3.1.3　三坐標(biāo)測量機(jī)軟件分類　　3.1.4　三坐標(biāo)測量機(jī)測量過程　3.2　非接觸式測量法　　3.2.1　光學(xué)三維測量技術(shù)　　3.2.2　光學(xué)三維測量設(shè)備　3.3　斷層數(shù)據(jù)測量方法　　3.3.1　CT測量法　　3.3.2　MRJ測量法　　3.3.3　超聲波測量法　　3.3.4　層析掃描法　3.4　三維數(shù)據(jù)測量方法的選擇　3.5　數(shù)據(jù)測量的誤差分析　3.6　三維測量技術(shù)的應(yīng)用　本章小結(jié)　習(xí)題第4章　逆向建模測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)　4.1  測量數(shù)據(jù)前期修補(bǔ)技術(shù)　　4.1.1　噪聲識別與去除　　4.1.2　數(shù)據(jù)壓縮/精簡　　4.1.3　數(shù)據(jù)補(bǔ)全　　4.1.4　數(shù)據(jù)平滑　4.2　測量數(shù)據(jù)的多視配準(zhǔn)技術(shù)　……第5章　逆向建模曲線構(gòu)建技術(shù)第6章　逆向建模曲線構(gòu)建與造型技術(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：優(yōu)化設(shè)計經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展與完善，越來越顯示出它可使產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)達(dá)到最佳的能力。有限元素法可使以前難以定量計算的問題求得極好的近似定量計算的結(jié)果。運(yùn)用有限元素法可以對零部件進(jìn)行靜、動力分析，通過應(yīng)力分布確定出產(chǎn)品最容易失效的部位，從而引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計。對于少數(shù)非常重要、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價格昂貴的零件，在必要時還需用模型試驗方法來進(jìn)行設(shè)計，即按初步設(shè)計的圖紙制造出模型，通過試驗，找出結(jié)構(gòu)上的薄弱部位或多余的截面尺寸，并增大或減小以修改原設(shè)計，最后達(dá)到完善的程度。機(jī)械可靠性理論用于技術(shù)設(shè)計階段，可以按可靠性的觀點(diǎn)對所設(shè)計的零、部件結(jié)構(gòu)及其參數(shù)作出是否滿足可靠性的評價，提出改進(jìn)設(shè)計的建議，從而進(jìn)一步提高機(jī)器的設(shè)計質(zhì)量。上述理論日前已廣泛應(yīng)用十產(chǎn)品設(shè)計中。4．產(chǎn)品制造精密的產(chǎn)品設(shè)計是依靠高精度的制造來實(shí)現(xiàn)的，高精度的制造是依靠高精度的檢具來完成的。產(chǎn)品制造離不開合理的制造工藝。制造工藝是產(chǎn)品制造質(zhì)量的保證，是指在產(chǎn)品制造中各種機(jī)械制造方法和過程的總和。存產(chǎn)品制造的任何工序中，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，稱為夾具；而將設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，離不開機(jī)械制造工藝與夾具，它們是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)高科技產(chǎn)品的保障；離開了它們就不能開發(fā)出先進(jìn)的產(chǎn)品，就不能保證產(chǎn)品質(zhì)量，也不能提高生產(chǎn)率、降低成本和縮短牛產(chǎn)周期。機(jī)械制造工藝技術(shù)是在人類生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生并不斷發(fā)展的。目前，機(jī)械制造工藝技術(shù)向著高精度、高效率、高自動化方向發(fā)展。精密加工精度已經(jīng)達(dá)到亞微米級，而超精密加工已經(jīng)進(jìn)入0．01um級。現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn)是多種多樣、批量小、更新快、牛產(chǎn)周期短，這就要求整個加工系統(tǒng)及機(jī)械制造工藝技術(shù)向著柔性、高效、自動化方向發(fā)展。成組技術(shù)理論的出現(xiàn)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（CAPP）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、數(shù)控機(jī)床等在機(jī)械制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，這大大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了效率，保證了產(chǎn)品的高精度、高質(zhì)量。機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量與零件的質(zhì)量和裝配質(zhì)量有著密切的關(guān)系，它直接影響著機(jī)械產(chǎn)品的使用性能和壽命。零件的加工質(zhì)量包括加工精度和表面質(zhì)量兩個方面。機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和相互位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差，加工誤差越小，加工精度就越高。任何一種加工方法都不可能將零件做得絕對準(zhǔn)確，與理想零件完全符合。只要不影響機(jī)器的使用性能，允許誤差值在一定的范圍內(nèi)變動。科學(xué)技術(shù)水平的提高和精密機(jī)械的迅速發(fā)展對零件加工精度的要求愈來愈高，高精度的檢具成為產(chǎn)品加工過程不可缺少的工具。

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