逆向工程技术及实作 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2024

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在工程和产品设计意义上讲，如果把传统的从「构思设计产品」这个过程称为「正向工程」，那么从「产品数位元模型电脑辅助制造或快速原型件」这个过程就是「逆向工程」。 也有称之为「反向工程」或「还原工程」。

　　但是实际上，逆向工程源于商业及军事领域中的软硬体分析。其主要目的是，在无法轻易获得必要的生产资讯下，直接从成品的分析，推导产品的设计原理。逆向工程非常广义，在科技领域中几乎无所不在。比如软体的逆向工程（Decoding）；积体电路和智慧卡的逆向工程；逆向工程在军事上的应用都有非常惊人的例子。更有甚者，基因工程不就是浩瀚的逆向工程吗？

　　本书涉及的仅为逆向工程一个部分：对3D实体模型进行扫描取得点云资料，然后利用电脑软体进行前置处理与曲面重建，进而得到精确的数位元模型。此项技术在工业产品开发与改进、医疗、考古等众多领域有着非常广泛的应用。

　　随着科学技术的飞速发展，应用于逆向扫描的硬体设备日新月异，但是要对点云资料进行精准及美观的曲面重建则是需要非常多的手段及技巧。

　　初学者对于使用逆向工程软体进行3D模型编辑及曲面重建时，往往有不同程度的望而生畏感。而笔者具有近十八年逆向工程教学和运用经验，因此在教学中提纲携挈领，应材施教，仅利用一个学期的18週54学时（包括考试）就能够使学生基本上融会贯通，运用自如，效果显着。

　　根据多年教学经验，本书图文并茂，尽量省略不十分必要的长篇累述；并将各项指令的具体介绍融入实作范例之中，以达到事倍功半之效果。本书在实际软体操作部分尽量详细，使读者逐渐体验到能够「无师自通」的感受。此外在主要操作步骤的叙述部分还加入了英语翻译，可供本籍或外籍读者参考。
 

作者简介

王松浩

　　现职：
　　崑山科技大学机械系教授

　　学历：
　　美国匹茨堡大学机械工程学博士

　　经历：
　　崑山科技大学机械系任教十数年；任教前已具数十年国外业界实际经验

　　专长：
　　电脑辅助设计/制造/工程分析，逆向工程/快速原型，机电整合及创意产品设计

　　获得奖项：
　　世界各国发明专利25件，专利转让三件，国际发明展金牌十数枚，银铜牌十数枚，并荣获：
　　2008台湾区机器工业同业公会机械业产学贡献奖
　　2011国家发明奖
　　2012第七届台湾十大杰出发明家奖
　　2012教育部产业先进设备人才培育计画优良教材奖

庄昌霖

　　现职：
　　崑山科技大学产品开发技术研发中心主任

　　学历：
　　美国纽约大学艺术与科学博士
　　崑山科技大学电子工程系（所）
　　崑山科技大学视讯传播设计系暨媒体艺术研究所

　　经历：
　　工业研究院
　　纽约州立高科技中心
　　纽约州立生物科技中心CASM
　　纽约州立大学石溪分校

熊效仪

　　学历：
　　崑山科技大学数位生活科技所硕士

　　经历：
　　崑山科技大学资讯传播系兼任教师
　　创科互动有限公司前端视觉设计工程师
 

1. 绪 论（Introduction）
1.1 逆向工程简述
1.2 逆向工程的原理及种类
1.3 逆向工程的发展
1.4 逆向工程的应用

2. AutoDesk PowerShape®软体使用入门（Basics of AutoDesk PowerShape®）
2.1 AutoDesk PowerShape®软体练习版下载连结
2.2 视窗主要介面介绍
2.3 一些常用的捷径键组合（Some useful shortcuts）
2.4 滑鼠左、中、右三键的作用
2.5 本书所附的原始档案（Attached original models）

3. 范例一：自行车座垫（Bicycle seat）
3.1 输入原始扫描档案（Import scanned model）
3.2 编辑修补模型（Edit and repair the model）
3.3 产生曲线（Create curves）
3.4 产生智慧曲面（Create smart surface）
3.5 将曲面模型转化成实体模型并加厚（Convert in to a solid shell）
3.6 将实体转化成8节点元素模型（Convert into 8 nodes solid）
3.7 输出CAD模型（Export CAD Model）
3.8 在CAD软体开启模型（Open the model in CAD software）
3.9 Autodesk PowerShanpe 2018版介面操作范例（Autodesk PowerShanpe 2018 version introduction）

4. 范例二：曲面技巧（Surfacing techniques）
4.1 输入原始扫描档案（Import original model）
4.2 绘制曲线（Create curves）
4.3 产生智慧曲面（Smart surface）
4.4 量取凹陷部分的几何参数（Measure cross section parameters）
4.5 截取凹陷部分剖面曲线（Create cross section curve）
4.6 产生凹陷部分的锥形曲面（Create the conical surface）
4.7 产生上沿凸圆角（Create fillet）
4.8 制作底部平面（Create the flat surface at the bottom）
4.9 产生底部凹形圆角（Create the bottom fillet）
4.10 同样方法完成另一边的凹陷曲面（Same method to complete the other side）
4.11 将曲面转换成实体，加厚并转换成8节点元素的实体（Convert surface into solid, thicken into 2mm and transform into 8-node solid model）
4.12 输出模型（Export the model）
4.13 在CAD软体中开启模型（Open the model in CAD software）

5. 范例三：风扇叶片（Fan blades）
5.1 输入原始扫描档案（Import the scanned point cloud）
5.2 从扫描点云资料生成三角网格（Create mesh from point cloud ）
5.3 在原点处产生座标（Create a coordinate at (0, 0, 0)）
5.4 产生一个圆柱体（Create a cylinder）
5.5 将网格模型与圆柱定位（Align the fan to the cylinder）
5.6 将网格模型上的叶片部分切割出来（Separate the blade from the hub）
5.7 清理网格模型（Clean the mesh）
5.8 产生曲面（Create surface）
5.9 曲面转换成实体厚面（Convert surface into solid）
5.10 以叶片边界曲线产生伸展曲面（Create extrusion surface with bordering curve）
5.11 用伸展曲面来切割实体叶片（Trim the blade with the extrusion surface）
5.12 对叶片边缘进行圆角（Create Fillet for the edge of blade）
5.13 将叶片转换成8节点的实体模型（Convert into 8-nodes solid model）
5.14 产生轮毂（Create the hub）
5.15 轮毂上进行材料切除（Make a cut in the hub）
5.16 环状阵列（Create pattern of the cut）
5.17 中心钻制轴孔（Drill a hole for the shaft）
5.18 叶片环状阵列（Pattern for the blades）
5.19 输出CAD档（Export into CAD format）
5.20 在CAD软体中开启（Open the model in CAD program）

6. 范例四：把手模型（Handle）
6.1 输入原始扫描档案（Input original model）
6.2 建立座标（Create work coordinate）
6.3 产生剖面线及旋转曲面（Create cross sectional curves and rotational surface）
6.4 产生综合边界曲线以及平面圆环
6.5 将所有曲面暂存某一图层
6.6 建立球面部分的中心座标（Create a coordinate for the sphere part）
6.7 绘制辅助直线（Draw a straight line）
6.8 剪裁线段（Trim the curves）
6.9 移动座标至中点（Move the coordinate）
6.10 产生球形曲面并储存于曲面图层
6.11 产生锥杆部分的剖面线
6.12 产生圆锥曲面（Create the conical surface）
6.13 长度方向延伸曲面（Extend the conical surface）
6.14 产生相交曲线（Generate cross section curve）
6.15 裁剪曲面（Trim the surface）
6.16 将曲面转换成实体（Convert the surfaces into solid）
6.17 结合成为同一个实体（Join solids into one body）

7. 范例五：水龙头模型（Shower head）
7.1 输入原始扫描档案并编辑修补模型
7.2 建立模型重心点座标（Create a work coordinate）
7.3 生成必要的剖面曲线（Create cross section curves）
7.4 产生喷头旋转曲面（Create rotational surface of the head）
7.5 产生联接管处旋转曲面（Create rotational surface for pipe connection）
7.6 产生边界综合曲线（Create composite curve）
7.7 重新分佈曲线上的节点（Redistribute the points on the curves）
7.8 产生曲面（Create surface）
7.9 将曲面转换成实体（Convert surface into solid）
7.10 在莲蓬头上钻喷水孔（Drill a hole for the nozzle）
7.11 喷水孔直线阵列（Linear pattern for the nozzle hole）
7.12 喷水孔环状阵列（Circular pattern for the nozzle hole）

8. 范例六：汽车轮毂（Wheel）
8.1 输入原始扫描档案（Open the file）
8.2 裁剪边缘（Trim the edge ring）
8.3 填补破孔（Hole filling）
8.4 光滑化（Smoothing）
8.5 修剪（Trimming）
8.6 截取并编辑剖面曲线（Create cross sectional curves）
8.7 产生旋转曲面（Create revolving surface）
8.8 利用旋转曲面修剪实体轮毂（Trim the solid with surface）
8.9 轮毂上进行减重除料（Make the weight reduction cut）
8.10 环状阵列（Circular pattern the cut and fillet the edges）
8.11 产生螺栓孔（Create bolt hole）
8.12 环状阵列（Circular pattern the holes）
8.13 开启其他图层展示轮子组合体（Open other layers to show the whole assembly）

9. 范例七：客制化安全帽（Helmet）
9.1 输入原始扫描档案并编辑修补模型
9.2 填补破孔（Fill the holes）
9.3 手动细化网格（Refine Mesh）
9.4 删除曲面上的分割线（Delete parting line）
9.5 产生相交曲线（Create intersection curve）
9.6 利用相交曲线裁切头部网格（Cut the mesh wth curve）
9.7 产生剖面曲线（Create Cross-section curves）
9.8 产生曲面（Create a surface）
9.9 曲面往外偏移（Create an offset）
9.10 曲面反向（Reverse orientation）
9.11 倒圆角（Make a fillet）
9.12 外壳造型（Morph helmet shape）
9.13 敷贴造型曲线至安全帽表面（Wrap a pattern）
9.14 在敷贴曲线上绘制一个剖面圆
9.15 产生敷贴图案曲面（Make a drive curve surface）
9.16 曲面倒圆角（Make a fillet）
9.17 敷贴浮雕（Wrap relief）
9.18 改变浮雕颜色（Change color for the relief）

10. 范例八：医学应用─脸颊创伤修补（Medical Application）
10.1 输入原始扫描档案（Import scanned model）
10.2 在完好的面颊一边绘制封闭曲线
10.3 建立中心座标（Create a working coordinate at the center of the model）
10.4 将曲线镜射（Mirror the curve）
10.5 产生曲面（Create surface）
10.6 将曲面转换为实体（Convert the surface into solid）
10.7 加厚实体（Thicken the piece）
10.8 输出成为CAD档案（Export as CAD model）
10.9 在CAD软体中开启

11. 范例九：扫描资料定位（Alignment）
11.1 输入原始扫描档案（Import scanned model）
11.2 隐藏点云，仅显示网格模型（Hide point clouds）
11.3 隐藏身体部分，仅显示头部模型（Hide the body portion）
11.4 参考点定位（小熊面部）（Reference points alignment（Face））
11.5 最佳化定位（小熊面部）（Automatic optimized alignment（Face））
11.6 结合模型（小熊面部）（Join the two aligned pieces（Face））
11.7 参考点定位（小熊背面头部）（Reference point alignment（Back head））
11.8 最佳化定位（小熊背面头部）（Automatic best fit alignment（The face and the back））
11.9 完成所有模型定位并缝合成一体（Complete alignment for all pieces and join them together）

12. 范例十：从2D照片建立3D模型（From 2D pictures to 3D model）
12.1 开启SolidWorks新的零件档（Start a new part file）
12.2 显示座标平面，并以等视角展现（Showing work planes and isometric view）
12.3 在「地板上」绘制以草图（Make a sketch on the “floor”）
12.4 在草图上插入风扇的俯视照片（M-10-Fan-01.png）（Insert the over-view picture（M-10-Fan-01.png） of the fan into the sketch）
12.5 利用滑鼠拖曳将照片调节到所定的位置与尺寸（Adjust the position and the dimension of the picture）
12.6 退出草图并以等视角检视（Complete sketch）
12.7 在图示方位建立新的平面（Create an offset plane for side view）
12.8 将风扇正视图引入新的草图（Insert the side-view picture of the fan into the sketch）
12.9 以等视角检视（Isometric view for clarity）
12.10 产生风扇的轴心圆柱（Create the hub for the fan）
12.11 以叠层拉伸产生风扇叶片的曲面（Create blade surface with loft surface method）
12.12 风扇叶片加厚（Thicken the blade）
12.13 切割叶片外型（Trim the blade to the outside profile）
12.14 叶片倒圆角（Make fillets on the blade edges）
12.15 建立基准中心线（Create a center axis）
12.16 叶片环状阵列（Circular pattern of the blades）
12.17 为风扇轴心圆柱倒圆角（Make fillet for the hub）
12.18 从汽车投影视图建立3D立体模型I（Create a 3D car model from 2D pictures I）
12.19 从汽车投影视图建立3D立体模型II（Create a 3D car model from 2D pictures II）

13. 范例十一：应用于内部结构的逆向工程技术（Reverse Engineering for inner structiurs）
13.1 3D-Doctor®基础及输入档案格式（Basics of 3D-Doctor® and Import format）
13.2 标定（Calibration）
13.3 建立新图层（Establish a new layer）
13.4 设定物件的灰阶门槛进而对物件进行互动式区分（Adjust gray scale threshold for segmentation）
13.5 渲染／彩现（Rendering）
13.6 输出模型（Export the 3D model）
13.7 电脑自动设定物件的灰阶门槛进而对物件进行区分（Auto-segmentation by computer）
13.8 渲染／彩现（Rendering）
13.9 提高清晰度及高分辨度（Higher definition and more detailed segmentations）

附录1 曲面及实体基本概念（Basics of surface and solid modeling）
1.1 曲面（Surface）
1.2 实体（Solids）
1.3 曲面与实体（Surface & Solid）
附录2 逆向工程曲面铺设技巧范例影片之简介（Brief Introduction for surfacing tip videos）

 

1.1 逆向工程简述
 
逆向工程乍听之下是一种高深且专业的流程，但其本质并不复杂，有没有遇过一种情况是：想买一个新的柜子但不知道目前的空间塞不塞得下，所以拿了一把卷尺量出空间的宽度以及高度，进而比对柜子的大小来评估该柜子适不适合目前的空间？在这种情形下就是在做一种逆向的动作了。
 
逆向工程（又称反向工程、还原工程）为一种技术过程，其目的为针对一现有产品或专案分析及研究，从而推导演绎出该产品之设计、处理流程、结构、功能规格等设计阶段之要素，并利用得到的数据延伸出其他的设计，主要应用在无法获得必要生产资讯的情形下，直接分析末端成品，求出其设计阶段之数据。逆向工程并不止应用在工业设计环境，在软体开发环境也常利用逆向工程的技术来分析商品及服务的可靠度，在某些情形下逆向工程往往会被认为是一种智慧财产权的侵害举动。实际上不管是在商业、教育、军事、工业、软体工业等环境下，逆向工程均是研发过程中非常重要的一个技术指标。
 
不论在哪个环境，一般正常的设计多经由构思、设计、原型、成品、包装的流程让想法逐步的发展为一个成品，而逆向工程则是从一个成品反过来推导出其设计阶段的细节，常见于工业设计需利用现有机构延伸其他应用时，透过逆向工程技术还原出其尺寸、设计阶段之相关参数进而设计出相对应的部件。

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