摘要：逆向设计为工业产品设计的主要手段之一，具有预见性强的特点，可有效满足用户的个性化需求。基于此，本文首先从硬件与软件两方面入手，阐述了工业设计中产品的逆向设计条件。其次，重点从“数据获取”、“数据处理”、“建立模型”、“产品设计与仿真”四方面入手，探讨了具体的设计方法。
关键词：工业产品；逆向设计；产品模型
前言：工业产品的设计方法，包括“正向设计”与“逆向设计”两种。所谓“正向设计”，指“自无至有”对产品进行设计的过程。采用上述方法设计，需反复验证设计结果，方可确定最优的设计方案，成本高，且效率低。将“逆向设计”应用到工业产品的设计过程中，可有效弥补“正向设计”的缺陷，提高设计水平。
1 工业设计中产品的逆向设计条件
1.1 硬件条件
逆向设计的过程中，设计师需对产品的三维数据进行采集，以之为基础，建立产品的三维模型。采集产品三维信息的过程，称为测量的过程中，常用的测量技术，包括“接触式测量”、“非接触式测量”两种。两种之中，前者具有精确度高的优势，且可实现曲面测量，技术较为成熟。但因该技术需接触模型表面，模型被探头划伤的风险较高。因此，如产品为软材料，不建议采用“接触式测量”方法对数据进行测量。
1.2 软件条件
为提高逆向设计水平，有关人员应将CAS建模软件应用到产品模型的建立过程中，输入模型数据，使产品以三维模型的形式展现。除CAD软件外，Rhino以及Alias同样具有三维建模之功能，且前者具备逆向设计插件。采用该软件对工业产品进行设计，效率较高，优势显著。Alias软件具有专业性强的优势，且可将正向设计与逆向设计结合，进一步提高设计水平。有关人员可根据需求，对设计软件进行选择。
2 工业设计中产品的逆向设计方法
2.1 数据获取
获取数据为逆性设计的首要步骤，方法如下：（1）对模型进行标记，以标记点为准，对模型进行扫描，以获取模型数据。（2）扫描方式：可采用“Scan Positioning Targets”對模型进行扫描，扫描过程中，辅助板间的相对位置应避免移动。“Scan Positioning Targets”扫描后，应采用“Scan Surface”模式继续扫描，将探头与模型的距离控制在20cm～30cm内，确保激光线清晰可见，匀速移动探头，全面采集数据。
2.2 数据处理
获取数据后，有关人员应将数据以“stl”格式导入至Geomagic studio中，并对噪声进行处理，避免扫描过程中的噪声点对模型的清晰度造成影响。此后，可建立2个平面，使两者相互垂直，点击“对齐到全局”，创建匹配对。创建后，需自全局中，选择相应的平面。数据处理完成后，应点击“全局坐标轴”，观察产品各部分的位置是否存在异常，判断所采集的数据坐标系有无错误。如存在错误，需立即给予处理。
2.3 建立模型
2.3.1 曲线的建立
数据处理完成后，如数据无错误，则可根据产品的形态以及曲线的走势，建立相应的曲线。首先，需以曲率分析理论为基础，将产品分为多个不同的曲面。与此同时，对不同曲面的边界线进行选择，创建特征线，以便于建立产品模型。本文建立产品曲线所应用的方法，以曲线投影法、3D曲线为主，能够有效满足曲线的建立需求。针对复杂的曲线，提取其特征时，应适当提高特征线的密度，以免数据出现误差。
2.3.2 曲线的分析
为确保建立的曲线与模型相符，建立曲线后，需从“光滑性”、“精确度”两方面出发，对其进行分析。在此期间，有关人员应判断曲线中是否存在坏点，如存在，则需给予剔除。上述过程，需借助CATIA自由曲面模块完成。曲线的光滑性，可借助“曲率”判断，如曲率分布无异常，则表明光滑性达标。曲线的参数误差，应控制在0.87mm内，最小误差值为0。如曲线误差处于上述范围内，则表明精确度达标。
2.3.3 曲面的重构
曲线的重构过程，为工业产品模型建立的最终过程。通常情况下，工业产品的外形数字模型，应为多个曲面的结合、过渡以及延伸。因此，建立模型的过程中，有关人员应将不同曲面相互结合，利用CATIA自由曲面模块中的“四点缀面”功能，对曲面进行设计。针对变化缺乏均匀性的曲面，应利用该模块的功能，寻找最佳拟合曲面。采用上述方法构建曲面，能够使产品实物模型以三维模型的形式存储于计算机中，提高产品设计效率。
2.4 产品设计与仿真
建立产品的三维模型后，设计师应将三维模型与实物模型进行对比，确保两者的各项参数完全一致，确保产品的各个部件，均处于相应的位置。设计完成后，应采用仿真软件，对其性能进行分析，观察产品的性能是否能够达到预计标准，从而实现对逆向设计水平的评估。如仿真分析结果提示无异常，则可以以该三维模型为基础，对产品进行生产及加工。
结论：
综上所述，本文以逆向设计为基础所设计的车辆，质量达标，且设计效率高，成本低廉。表明，该设计方法的应用，取得了良好的效果。为全面提高工业设计领域的发展水平，建议设计人员积极应用逆向设计理念对产品进行设计，通过获取数据、处理数据、建立模型等途径，使设计效果能够达到预期水平。
参考文献：
[1]白淼.基于三维体面的项背智慧——工业产品逆向设计研究[J].艺术与设计（理论），2018，2（10）：78-80.
[2]刘松.基于逆向工程的工业设计及制造的发展趋势与方向[J].新课程研究（中旬刊），2014，16（02）：39-40.
作者简介：
唐嘉妍（1985-）女，辽宁鞍山人，研究方向：工业设计。