反求工程(Reverse Engineering)這一術(shù)語(yǔ)起源于60年代,但對(duì)它從工程的廣泛性去研究,從反求的科學(xué)性進(jìn)行深化還是從90年代初剛剛開始.反求工程類似于反向推理,屬于逆向思維體系.它以社會(huì)方法學(xué)為指導(dǎo),以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論,方法,技術(shù)為基礎(chǔ),運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),知識(shí)和創(chuàng)新思維,對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行解剖,分析,重構(gòu)和再創(chuàng)造,在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域,它具有獨(dú)特的內(nèi)涵,可以說它是對(duì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì).

反求工程技術(shù)是測(cè)量技術(shù),數(shù)據(jù)處理技術(shù),圖形處理技術(shù)和加工技術(shù)相結(jié)合的一門結(jié)合性技術(shù).隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和上述單元技術(shù)是逐漸成熟,近年來在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中愈來愈多的被得到應(yīng)用,因?yàn)樵诋a(chǎn)品開發(fā)過程中需要以實(shí)物(樣件)作為設(shè)計(jì)依據(jù)參考模型或作為最終驗(yàn)證依據(jù)時(shí)尤其需要應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù),所以在汽車,摩托車的外形覆蓋件和內(nèi)裝飾件的設(shè)計(jì),家電產(chǎn)品外形設(shè)計(jì),藝術(shù)品復(fù)制中對(duì)反求工程技術(shù)的應(yīng)用需求尤為迫切.

所謂反求工程是將數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取的實(shí)物樣件表面或表面及內(nèi)腔數(shù)據(jù),輸入專門的數(shù)據(jù)處理軟件或帶有數(shù)據(jù)處理能力的三維CAD軟件進(jìn)行處理和三維重構(gòu),在計(jì)算機(jī)上復(fù)現(xiàn)實(shí)物樣件的幾何形狀,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行原樣復(fù)制,修改或重設(shè)計(jì),該方法主要用于對(duì)難以精確表達(dá)的曲面形狀或未知設(shè)計(jì)方法的構(gòu)件形狀進(jìn)行三維重構(gòu)和再設(shè)計(jì).

反求工程技術(shù)的研究對(duì)象多種多樣,所包含的內(nèi)容也比較多,主要可以分為以下三大類:

①實(shí)物類:主要是指先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物本身;

②軟件類:包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖樣,程序,技術(shù)文件等;

③影像類;包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖片,照片或以影像形式出現(xiàn)的資料.

反求工程包含對(duì)產(chǎn)品的研究與發(fā)展,生產(chǎn)制造過程,管理和市場(chǎng)組成的完整系統(tǒng)的分析和研究.主要包括以下幾個(gè)方面:

探索原產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 掌握原產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是分析了解整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提.如微型汽車的消費(fèi)群體是普通百姓,其設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是在滿足一般功能的前提下,盡可能降低成本,所以結(jié)構(gòu)上通常是較簡(jiǎn)化的.

探索原產(chǎn)品原理方案的設(shè)計(jì)各種產(chǎn)品都是按定的使用要求設(shè)計(jì)的,而滿足同樣要求的產(chǎn)品,可能有多種不同的形式,所以產(chǎn)品的功能目標(biāo)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心問題.產(chǎn)品的功能概括而論是能量, 物料信號(hào)的轉(zhuǎn)換.例如,一般動(dòng)力機(jī)構(gòu)的功能通常是能量轉(zhuǎn)換,工作機(jī)通常是物料轉(zhuǎn)換,儀器儀表通常是信號(hào)轉(zhuǎn)換.不同的功能目標(biāo),可引出不同的原理方案.設(shè)計(jì)一個(gè)夾緊裝置時(shí),把功能目標(biāo)定在機(jī)械手段上,則可能設(shè)計(jì)出斜楔夾緊,螺旋夾緊,偏心夾緊,定心夾緊,聯(lián)動(dòng)夾緊等原理方案;如把功能目標(biāo)確定擴(kuò)大,則可設(shè)計(jì)出液動(dòng),氣動(dòng),電磁夾緊等原理方案.探索原產(chǎn)品原理方案的設(shè)計(jì),可以了解功能目標(biāo)的確定原則,這對(duì)產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)有極大幫助.

研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 產(chǎn)品中零部件的具體結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能目標(biāo)是保證,對(duì)產(chǎn)品的性能,工作能力,經(jīng)濟(jì)性,壽命和可靠性有著密切關(guān)系.

確定產(chǎn)品的零部件形體尺寸分解產(chǎn)品實(shí)物,由外至內(nèi),由部件至零件,通過測(cè)繪與計(jì)算確定零部件形體尺寸,并用圖樣及技術(shù)文件方式表達(dá)出來.它是反求設(shè)計(jì)中工作量很大的一部分工作.為更好地進(jìn)行形體尺寸的分析與測(cè)繪,應(yīng)總結(jié)箱體類,軸類,盤套類,,齒輪,彈簧,曲線曲面及其它特殊形體的測(cè)量方法,并合理標(biāo)注尺寸.

確定產(chǎn)品中零件的精度確定零件的精度(即公差設(shè)計(jì)),是反求設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)之一.通過測(cè)量,只能得到零件的加工尺寸,而不能獲得幾何精度的分配.精度是衡量反求對(duì)象性能的重要指標(biāo),是評(píng)價(jià)反求設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量的主要技術(shù)參數(shù)之一.科學(xué)合理地進(jìn)行精度分配,對(duì)提高產(chǎn)品的裝配精度和力學(xué)性能至關(guān)重要.

確定產(chǎn)品中零件的材料通過零件的外觀比較,重量測(cè)量,力學(xué)性能測(cè)定,化學(xué)分析,光譜分析,金相分析等試驗(yàn)方法,對(duì)材料的物理性能,化學(xué)成分,熱處理等情況進(jìn)行全面鑒定,在此基礎(chǔ)上,遵循立足國(guó)內(nèi)的方針,考慮資源及成本,選擇合用的國(guó)產(chǎn)材料,或參照同類產(chǎn)品的材料牌號(hào),選擇滿足力學(xué)性能及化學(xué)性能的國(guó)有材料代用.

確定產(chǎn)品的工作性能 針對(duì)產(chǎn)品的工作特點(diǎn)機(jī)器主要性能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定,反計(jì)算和深入地分析,了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)規(guī)范,并提出改進(jìn)措施.

確定產(chǎn)品的造型 對(duì)產(chǎn)品的外形構(gòu)型,色彩設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析,從美學(xué)原則,顧客需求心里,商品價(jià)值等角度進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)和色彩設(shè)計(jì).

確定產(chǎn)品的維護(hù)與管理 分析產(chǎn)品的維護(hù)和管理方式,了解重要零部件及易損零部件,有助于維修及設(shè)計(jì)的改進(jìn)和創(chuàng)新.

反求工程（逆向工程）是近年來發(fā)展起來的消化，吸收和提高先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合，其主要目的是為了改善技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)用反求工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，給人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國(guó)百分之七十以上的技術(shù)源于國(guó)外，反求工程作為掌握技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產(chǎn)率。因此研究反求工程技術(shù)，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，具有重大的意義。

反求工程（逆向工程）的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分為以下幾種情況：

在沒有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，在對(duì)零件原形進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)利用快速成型技術(shù)復(fù)制出一個(gè)相同的零件原型。

當(dāng)要設(shè)計(jì)需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的工件模型時(shí)，通常采用反求工程的方法。比如航天航空領(lǐng)域，為了滿足產(chǎn)品對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)等要求，首先要求在初始設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過各種性能測(cè)試（如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等）建立符合要求的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復(fù)雜的自由曲面外型，最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計(jì)這類零件及反求其模具的依據(jù)。

在美學(xué)設(shè)計(jì)特別重要的領(lǐng)域，例如汽車外型設(shè)計(jì)廣泛采用真實(shí)比例的木制或泥塑模型來評(píng)估設(shè)計(jì)的美學(xué)效果，而不采用在計(jì)算機(jī)屏幕上縮小比例的物體投視圖的方法，此時(shí)需用反求工程的設(shè)計(jì)方法。

修復(fù)破損的藝術(shù)品或缺乏供應(yīng)的損壞零件等，此時(shí)不需要對(duì)整個(gè)零件原型進(jìn)行復(fù)制，而是借助反求工程技術(shù)抽取零件原形的設(shè)計(jì)思想，指導(dǎo)新的設(shè)計(jì)。這是由實(shí)物逆向推理出設(shè)計(jì)思想的一種漸近過程。

反求工程（逆向工程）具有與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造過程截然不同的設(shè)計(jì)流程。在反求工程中，按照現(xiàn)有的零件原形進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，零件所具有幾何特征與技術(shù)要求都包含在原形中；在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造中，按照零件最終所要承擔(dān)的功能以及各方面的影響因素，進(jìn)行從無(wú)到有的設(shè)計(jì)。此外，從概念設(shè)計(jì)出發(fā)到最終形成CAD模型的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)確定的明晰過程，而通過對(duì)現(xiàn)有零件原形數(shù)字化后在形成CAD模型的反求工程是一個(gè)推理，逼近的過程。

1) 反求工程（逆向工程）一般可分為四個(gè)階段：

第一步: 零件原形的數(shù)字化

通常采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)或激光掃描儀等測(cè)量裝置來獲取零件原形表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。

第二部: 從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征

按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識(shí)別的方法來獲取零件原形所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。

第三部: 零件原形CAD模型的重建

將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。

第四部: 重建CAD模型的檢驗(yàn)與修正

采用根據(jù)獲得的CAD模型重新測(cè)量和加工出樣品的方法來檢驗(yàn)重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)的要，對(duì)不滿足要求者重復(fù)以上過程，直至達(dá)到零件的逆向工程設(shè)計(jì)要求。

2) 反求工程（逆向工程）中常用的測(cè)量方法

反求工程中（逆向工程）的測(cè)量方法可分成兩類:接觸式與非接觸式。

(1) 接觸式測(cè)量方法

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種大型精密的三坐標(biāo)標(biāo)測(cè)量?jī)x器，可以對(duì)具有復(fù)雜形狀的工件的空間尺寸進(jìn)行逆向工程測(cè)量。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一般采用觸發(fā)式接觸測(cè)量頭，一次采樣只能獲取一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。九十年代初，英國(guó)Renishaw公司研制出一種三維力一位移傳感的掃描測(cè)量頭，該測(cè)頭可以在工件上滑動(dòng)測(cè)量，連續(xù)獲取表面的坐標(biāo)信息，掃描速度可達(dá)8米/秒，數(shù)字化速度最高可達(dá)500點(diǎn)/秒，精度約為0.03mm。這種測(cè)頭價(jià)格昂貴，目前尚未在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上廣泛采用。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，但一般接觸式測(cè)頭測(cè)量效率低，而且對(duì)一些軟質(zhì)表面無(wú)法進(jìn)行逆向工程測(cè)量。

層析法

層析法是近年來發(fā)展的一種反求工程逆向工程技術(shù)，將研究的零件原形填充后，采用逐層銑削和逐層光掃描相結(jié)合的方法獲取零件原形不同位置截面的內(nèi)外輪廓數(shù)據(jù)，并將其組合起來獲得零件的三維數(shù)據(jù)。層析法的優(yōu)點(diǎn)在于任意形狀，任意結(jié)構(gòu)零件的內(nèi)外輪廓進(jìn)行測(cè)量，但測(cè)量方式是破壞性的。

(2) 非接觸式逆向工程測(cè)量方法

非接觸式測(cè)量根據(jù)測(cè)量原理的不同，大致有光學(xué)測(cè)量、超聲波測(cè)量、電磁測(cè)量等方式。以下僅將在反求工程中最為常用與較為成熟的光學(xué)測(cè)量方法（含數(shù)字圖像處理方法）作一簡(jiǎn)要說明。

基于光學(xué)三角型原理的逆向工程掃描法

這種測(cè)量方法根據(jù)光學(xué)三角型測(cè)量原理，以光作為光源，其結(jié)構(gòu)模式可以分為光點(diǎn)、單線條、多光條等，將其投射到被測(cè)物體表面，并采用光電敏感元件在另一位置接收激光的反射能量，根據(jù)光點(diǎn)或光條在物體上成象的偏移，通過被測(cè)物體基平面、象點(diǎn)、象距等之間的關(guān)系計(jì)算物體的深度信息。

基于相位偏移測(cè)量原理的莫爾條紋法

這種測(cè)量方法將光柵條紋投射到被測(cè)物體表面，光柵條紋受物體表面形狀的調(diào)制，其條紋間的相位關(guān)系會(huì)發(fā)生變化，數(shù)字圖像處理的方法解析出光柵條紋圖像的相位變化量來獲取被測(cè)物體表面的三維信息。

基于工業(yè)CT斷層掃描圖像逆向工程法

這種測(cè)量方法對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行斷層截面掃描,以X射線的衰減系數(shù)為依據(jù)，經(jīng)處理重建斷層截面圖像，根據(jù)不同位置的斷層圖像可建立物體的三維信息。該方法可以對(duì)被測(cè)物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行無(wú)損測(cè)量。該方法造價(jià)高，測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率低，獲取數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備體積大。美國(guó)LLNL實(shí)驗(yàn)室研制的高分辨率ICT系統(tǒng)測(cè)量精度為0.01mm。

立體視覺測(cè)量方法

立體視覺測(cè)量是根據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個(gè)（多個(gè)）攝象機(jī)拍攝的圖像中的視差，以及攝象機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺測(cè)量方法可以對(duì)處于兩個(gè)（多個(gè)）攝象機(jī)共同視野內(nèi)的目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，而無(wú)須伺服機(jī)構(gòu)等掃描裝置。立體視覺測(cè)量面臨的最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖象中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問題。近來出現(xiàn)了以將具有空間編碼的特征的結(jié)構(gòu)光投射到被測(cè)物體表面制造測(cè)量特征的方法有效解決了測(cè)量特征提取和匹配的問題，但在測(cè)量精度與測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量上仍需改進(jìn)。