近几年来,我国纺织企业为了提高纺织品档次,进口了国外先进设备,其数量之多、金额之大是有目共睹的;然而我国纺织产业仅仅引进设备而不引进技术的话显然是不利的。其一,不利于我国纺织机械行业的技术提升;其二,不利于产品的自主发展,而只能在技术上永远依附、受命于国外发达国家;因而,要逐步实现引进技术的国产化,不仅要积极从国外引进先进的技术和装备,而且还要能够善于对引进的技术进行深入研究、消化吸收和创新。在这一方面,逆向工程可以起到重要的作用。

逆向工程的基本概念

逆向工程是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合,其主要目的是为了改善技术水平,提高生产率,增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中,应用逆向工程消化吸收先进技术经验,给人们有益的启示。

据统计,各国70 %以上的技术源于国外,逆向工程作为掌握技术的一种手段,可使产品研制周期缩短40 %以上,极大提高了生产率。

现代意义的逆向工程(也称“反求技术”) 是以设计方法学为指导,以现代设计理论、方法、技术为基础,运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维,对已有新产品进行解剖、深化和再创造。首先,根据已有产品原形和设备实物,通过先进的测量手段对产品模型进行实测;然后,根据测量数据进行重构设计;设计人员可在CAD 数据模型上再进行创新设计。该数据可直接输入到快速成型系统,或形成加工代码输入到数控加工系统,加工出现实产品,实现从产品-设计-产品的过程。其具体过程如图1所示。下面详细介绍整个过程以及关键技术。

测量数据的获取、三维重构及相关技术

2.1 三维数据采集

三维数据采集可以有多种方式,有接触式扫描和非接触式扫描。非接触激光扫描测量是目前三维自由曲面测量的发展方向,采用激光线扫描测量结果不会因操作者的不同而发生变化,而且精度高、速度快;已经开发出的产品测量精度可达0. 01 mm ,在几分钟内可以完成对一个工件的三维扫描测量,并能与现有的CAD/ CAM 系统(如Pro/ E Ideas UG. Catia SolidWorks Solid Edge Cimatron StrimEuclid 等等) 密切结合;可以节省工件的制造成本,提高产品竞争力 。

2.2 曲线及曲面拟合

曲线及曲面拟合是逆向工程的目的。它利用测量所得的点数据作为重建模型的基础。其曲面重建程序可分为点数据前置处理(噪声滤除,点数据平滑处理,点数据筛选等) ,曲线曲面重建与编辑,曲线曲率与曲面误差分析等。目前的CAD/ CAM 系统主要也是以曲线及曲面做为其数据库的主要结构,所以,当大量的测量数据被拟合成曲线及曲面后,便可以透过转档界面如IGES 等传输到一般的CAD/CAM 系统,以产生NC 加工程序,或利用电脑辅助分析软件做工程分析的工作。

2.3 曲面光顺

曲面光顺是指使曲面具有光滑、顺眼的性质。

几何造型的算法不控制实际形体,而是控制定义形体的数据。在逆向工程的曲面建模中,实物表面数字化过程中得到的是大量的离散数据,缺少必要的特征信息(连续性要求信息) ,而且数字化过程中存在误差,使得曲面光顺变得重要。曲面光顺的方法很多,有最小二乘法、能量法、回弹法、基样条法、圆率法、磨光法等。通过曲面拟合技术构造的曲面模型不仅要求符合产品的描述标准,而且应与CAD/CAM 系统具有较好的交互能力;因此,对构建的实体型面进行曲面光顺是十分必要的。

2.4 CAD 模型的建立

得到符合要求的曲面模型后,就可在此基础上进一步分离出产品的特征信息,如几何特征、形状特征、精度特征和性能特征,进而利用隆起、加厚、特征造型等实体造型技术,构造出封闭、完整的实体模型。该模型的形状信息和几何信息可直接用于模型设计,也可直接输入到快速成型系统或形成加工代码输入到数控加工系统,加工出现实产品。
3 RP 和NC加工

3.1 RP 加工

在快速产品开发方式中,实体的快速原型制作(RP) 处于相当重要的位置。逆向工程与快速原型技术的集成(RE/ RP) 已成为产品创新设计与制造三重要技术途径。在传统的集成RE/ RP 中,常采用三角网格法重构实体模型并进而生成快速成形机STL 接口文件。为提高快速成形零件的精度,有时还需要对重要表面再做数控精加工,此时,数控加工所依据的是STL 模型。对海量点云数据逐点处理生成三角网格模型是比较困难的,至今还没有一个全自动的、令人满意的空间三角剖分算法;另外由这种方法生产的STL 文件过大,不利于RP 工艺的后续处理。为此,将点云数据直接进行切层处理,通过截面轮廓信息的识别与提取,生成层片数据文件(SLC) ,这种方法既解决了CAD 造型的困难,又可避免STL 格式本身对设计精度的影响,对于具有复杂表面特征的产品是非常适用的。

3.2 NC加工

首先,对已重构的三维模型进行工艺参数的设置(快速行刀面、刀具选择、切削量、主轴转速等众多参数的设置) ,然后系统自动生成铣削定位NCI 文件,再经过后置处理生成与数控机床相适应的数控程序,通过模拟仿真确认无误后就可与机床通讯并加工了。不过,同样考虑到模型重构的困难,也可以直接由测量点实现实体NC 复制的方法,直接由点云数据生成粗、精加工刀具轨迹 。

4 逆向工程在纺织机械技术引进国产化中的应用

现代纺织机械是高速、高效、高度机电一体化的产物。首先,要充分消化引进技术和装备工艺方面的功能,并充分了解制造加工的难点,消化、吸收、再创新是技术引进国产化的最终目的和高级阶段。经充分消化及对比分析后,要树立尊重国外先进技术和挑战国外先进技术的理念,结合本国的实践经验,提出适合国情并具有自主知识产权的创新点。

技术引进国产化包括五个方面,即引进、消化、吸收、创新、发展。它实际上包含了二个层次:第一层次为技术的引进和消化,其主要任务和目标是吃透国外先进技术的特点、功能和作用,并掌握好如何设计、如何生产等关键点。同时,在技术引进完成后能使国内生产的产品达到国外同样的标准,投入国内外市场并占领市场,这仅仅是技术引进的初级阶段。国产化的过程是抓零部件的国产化率,尤其是结构复杂的零部件,例如:梳棉机、并条机、自动络筒机的自调匀整装置,细纱与络筒连接装置等。达到这一层次需要运用逆向工程把产品认真做好,可以采用测量点云直接生成RP 和NC 加工文件的方法。

第二层次为技术的吸收、再创造和发展。其主要目标是深入了解国外引进技术和装备的先进性和关键点,并结合国情进行改革,包括技术设计、功能扩展、加工工艺、工装夹具等,做到有所为、有所不为,使先进技术为我所用,使改革后的产品在技术上有所提升、功能上有所扩展、成本上有所降低,这是技术引进的高级阶段。这一步要运用逆向工程在产品建立三维模型重构的基础上,依据设计要求对产品进行功能分析,从中输入自己的实践经验,加上自己的设计思想,设计出新模型,然后制造出改进的新产品。

5 结论

引进国外先进纺织技术装备,对其进行反求研究,探索引进产品中的关键技术,在此基础上改进、创新和国产化,是提高我国纺织机械技术水平、缩短与发达国家差距的一条迅捷之路。