正向设计与逆向设计的异同
论工业设计中产品逆向设计探究
论工业设计中产品逆向设计探究作者：张豪来源：《世界家苑·学术》2017年第12期摘要：伴随着工业设计水平的不断提升，人们对于日常的生活质量要求以及产品的欣赏水平也都不断的提升，然而，众多消费者对于产品的要求也不仅仅只是限定在产品的质量上，而且对于产品的外观以及品位要求上也都得到了不断的提升，这些都决定着产品在市场竞争力以及销售的曲线。
融入如何能够更进一步的满足于众多消费者的需求呢，这就成为了现当代人们不断探索的热点话题。
关键词：工业设计；产品设计；逆向设计一、逆向设计的基本概况1.1逆向设计的含义逆向设计过程主要指的是设计师能够针对产品实物所表现出来的样件表面进行数字化的处理，这里包括对相关数据的采集、数据的处理等等，并有效的运用可以实现逆向性三维造型设计的运用软件重新构建出实物的三维CAD模型，即曲面模型重构，并进一步用CAD/CAE/CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。
因此，对于逆向性的产品设计来说也通常表现在对产品的外观进行的设计。
1.2产品的正向设计与逆向设计的区别对于产品的正向设计来说，一般所表现的设计流程则是：概念设计→CAD/CAM系统→制造系统→ 新产品。
而对于一些较为复杂的产品来说，正向的设计方法则很难能够显示出这些产品的不足之处，而且整个的设计过程所表现出来的难度系数则相对较大、周期较长、成本高、产品研制开发难。
由于设计师无法完全预估产品在设计过程中会出现什么样的状况，如果每次因为一些局部的问题而推倒整个产品重来，不管从时间上还是从成本上都是不可接受的。
如果有方法能改正在正向设计过程中所产生的局部问题自然是好的，正是在这样的背景下，自然发展并形成了逆向设计的方法。
而对于逆向设计来说，大多是依据正向设计的概念不断转变所产生出来的一种产品原始模型或者是对已经拥有的产品进行的改良，并对产品所产生的问题所具有的模型进行的直接修改、试验以及分析进而得到相对的理想的结果，然后再根据修正后的模型或样件通过扫描和造型等一系列方法得到最终的三维模型。
逆向设计与正向实施
逆向设计与正向实施逆向设计和正向实施是一对相对的过程，逆向设计是从产品或系统的终止状态开始，逆向推导出其设计或制造的过程与方法，而正向实施则是按照已经设计好的方案来实施，通常是一个逐步实现的过程，需要经过多次评估和测试，直到产品达到最终的可行性状态为止。
在设计和制造领域，逆向设计和正向实施都是必不可少的过程。
逆向设计通常用于已有产品的改进和原理解析。
通过对产品进行逆向分析，可以找到其制造过程中可能存在的问题和不足之处，进而提出针对性的改进和优化方案。
逆向设计的过程包括收集信息、精确测量、建立几何模型、确定材料和工艺、检验验证等一系列步骤，其中最关键的是建立准确的几何模型。
通过几何模型，可以更加清晰地了解产品的结构和性能特点，提供优化改进的支持。
正向实施则是实现产品从设计到制造的具体过程，通常是一个由简单到复杂、由原型逐渐优化的过程。
在这个过程中，每个阶段都需要经过设计、制造、测试、评估等多个步骤，以便在最终的产品中更新和优化产品的性能指标。
在产品定型后，还需要对其进行批量制造和质量控制，确保产品的可靠性和生产效率。
正向实施的过程和逆向设计相对立，但在设计和制造领域都至关重要。
逆向设计和正向实施在产品开发中有不同的应用场景，通常是为了解决不同的问题和达到不同的目标。
逆向设计主要应用于以下几个方面：1. 可以推导出产品制造的过程与方法，找出不同产品的相似之处，促进产品的标准化。
2. 进行反向工程，可以获得竞争对手的产品信息，以便提升自己的产品技术和市场竞争力。
3. 对老产品进行更新和改进，提高其性能指标和适应性。
正向实施主要应用于以下几个方面：1. 从初始设计到生产制造的过程中，确保产品质量和达到标准的生产效率。
2. 随着产品生产过程的推进和批量制造，逐步完善产品的性能指标和生产工艺。
3. 在新产品投产前，进行多次测试和评估，确保产品的可靠性和安全性。
两者之间的关系可以理解为逆向设计是为实现正向实施提供基础，而正向实施则是逆向设计的落实和实现。
逆向设计与正向实施
逆向设计与正向实施逆向设计与正向实施是两种不同的设计方法，它们可以在产品设计、系统设计、营销策略等方面得到广泛应用。
逆向设计是一种从需求出发，以用户需求为中心的设计方法，通过对用户的研究和分析，从用户需求出发，反向推导出产品的设计方案。
而正向实施则是一种以产品功能、技术研发为核心的设计方法，通过技术研发和市场趋势来确定产品的设计方案。
逆向设计与正向实施的比较可以从两种设计方法的特点、优劣势和应用场景来进行。
逆向设计更加注重产品的用户体验和用户需求，在产品设计初期就能够准确把握用户的需求和喜好，因此可以更好地满足用户的需求，提高产品的市场竞争力。
而正向实施更加注重产品的技术研发和功能性设计，可以更好地将创新技术和功能融入产品设计中，提高产品的技术含量和品质。
正向实施方法的应用场景主要是在技术研发和市场趋势方面，例如产品研发、技术创新、市场营销等。
正向实施方法可以更好地将技术研发和市场趋势纳入产品设计中，设计出更具有技术含量和创新性的产品，提高产品的技术含量和市场竞争力。
正向实施方法在技术研发和市场趋势方面具有很大的优势，在产品研发、技术创新、市场营销等方面得到了广泛的应用。
逆向设计和正向实施两种设计方法各有优缺点，可以根据具体的设计需求和应用场景来选择合适的设计方法。
需要注意的是，在实际的设计中，逆向设计和正向实施并不是非此即彼的选择，而是可以相互结合、互补的。
根据实际情况，可以采取逆向设计方法来了解用户需求和设计产品方案，再结合正向实施方法来将技术研发和市场趋势纳入产品设计中，设计出更具有竞争力的产品。
逆向设计与正向实施的结合，可以更好地满足用户需求，提高产品的市场竞争力。
正向设计与逆向设计
逆向设计百科名片白车身是逆向设计典型应用逆向设计过程是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的三维CAD模型(曲面模型重构)，并进一步用CAD/CAE／CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。
逆向设计通常是应用于产品外观表面的设计。
目录正向设计和逆向设计逆向设计的流程示意产品逆向设计的产生与应用几种用于逆向设计的应用软件正向设计和逆向设计逆向设计的流程示意产品逆向设计的产生与应用几种用于逆向设计的应用软件展开编辑本段正向设计和逆向设计早期设计师在进行产品的造型设计时，所采用的方法主要是正向设计法；这是一个从概念设计起步到CAD建模、数控编程、数控加工的过程，产品造型设计的正向设计流程示意：概念设计→ CAD/CAM系统→ 制造系统→ 新产品。
但对于复杂的产品，正向设计方法也显示出了他的不足，设计过程难度系数大、周期较长、成本高、不利于产品的研制开发，因为设计师无法完全预估产品在设计过程中会出现什么样的状况，如果每一次都因为一些局部的问题而导致整个产品推到重来，不管从时间上还是从成本上都是不可接受的。
如果有方法改正在正向设计过程中所产生的局部问题自然是两全其美的事，正是在这样的背景下自然发展并形成了逆向设计的方法。
逆向设计通常是根据正向设计概念所产生的产品原始模型或者已有产品来进行改良，通过对产生问题的模型进行直接的修改、试验和分析得到相对理想的结果，然后再根据修正后的模型或样办通过扫描和造型等一系列方法得到最终的三维模型。
采用逆向设计的方法所得到的产品模型，因为是有实际的模型参与各种试验因此得到的结果相对于概念化推算和电脑虚拟模拟更接近真实，从而能迅速找到并确定产品的正确形态缩短产品开发周期。
在实际的新产品开发中，通常都是正向设计和逆向设计结合使用的编辑本段逆向设计的流程示意逆向设计的一般流程：产品样件→ 数据采集→ 数据处理CAD/CAE/CAM系统→ 模型重构→ 制造系统→ 新产品。
正向设计与逆向设计的异同
正向设计传统以来,工业产品得开发均就是循著序列严谨得研发流程,从功能与规格得预期指标确定开始,构思产品得零组件需求,再由各个元件得设计、制造以及检验零组件组装、检验整机组装、性能测试等程序来完成。
每个元件都保留有原始得设计图,此设计图目前已广用CAD图档来保存。
每个元件得加工也有所谓得工令图表,对复杂形状元件则以CAM软体产生NC加工档案来保存。
每个元件得尺寸合格与否则以品管检验报告来记录。
这些所记录得档案均属公司得智慧财产,一般通称机密(Know - how)。
这种开发模式称为预定模式(Prescriptive model),此类开发工程亦通称为顺向工程(ForWard Engineering)。
对每一元件来说,其顺向工程得流程。
逆向工程,有得人也叫反求工程,英文就是reverse engineering。
就是指从实物上采集大量得三维坐标点,并由此建立该物体得几何模型,进而开发出同类产品得先进技术。
逆向工程与一般得设计制造过程相反,就是先有实物后有模型。
仿形加工就就是一种典型得逆向工程应用。
目前,逆向工程,逆向工程得应用已从单纯得技巧性手工操作,发展到采用先进得计算机及测量设备,进行设计、分析、制造等活动,如获取修模后得模具形状、分析实物模型、基于现有产品得创新设计、快速仿形制造等。
通俗说,从某种意义上说,逆向工程就就是仿造。
这里得前提就是默认我们传统得设计制造为“正向工程(当然,没有这种说法)”。
软件得逆向工程就是分析程序,力图在比源代码更高抽象层次上建立程序得表示过程,逆向工程就是设计得恢复过程。
逆向工程工具可以从已存在得程序中抽取数据结构、体系结构与程序设计信息。
逆向工程软件简介ImagewareImageware 由美国EDS 公司出品,就是最著名得逆向工程软件,正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。
该软件拥有广大得用户群,国外有BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名国际大公司,国内则有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。
汽车设计之正向设计和逆向设计
汽车设计我习惯分为正向设计和逆向设计，这也没有什么道理，只是比较简单易懂罢了。
所谓正向设计，是指真正的全数字设计，基本可以在计算机里全部完成，在我的了解里，好象还没有看到成功的案例，但正向设计的手段已经有了。
比较普遍的是逆向设计，我们还是来谈谈这个吧，并且主要也是从车身设计来讲的。
一般的步骤是从效果图开始，然后制作油泥模型，再用激光测量设备扫描，然后是处理出大面来，在此基础上再进行详细设计，仿真分析等等。
效果图一般采用Alias做造型，一般需要一个月的时间，最大的好处是可以在计算机里看到三维效果，并且还可以看到各种各样的特效，比如把车放在城市的街道上，海滩上等等场景。
如果有虚拟现实的设备，这时可以差不多感受到1：1的效果。
因此，也常常有与MAYA软件联合使用制作特效的。
在造型阶段，首推软件当然是Alias，这样可以避免很多问题。
但一般来讲，PHOTOSHOP也被广泛使用。
这是二维软件，什么意思呢，就是你看到的将是三个视图的图片，通过这些图片再来想象造型师脑海中车的样子。
这就会出现“看的人”和“画的人”想象的图像是不一样的情况，这是可以理解的。
当多个人进行效果图的想象和分析时，可能会出现更多问题。
还有一个问题是，三张图片有时这与造型师的表现水平和想象能力也有比较大的关系。
然后是进入油泥模型制作阶段。
使用Alias软件是正向设计的手段，但也可以用作逆向设计。
迄今为止，还没有发现正向设计成功的案例，可能我还没有弄明白这件事吧，至少我到目前为止还没得到印证。
所谓正向设计与逆向设计最大的不同也就是在这里。
会听到很多人说用Alias可以直接铣出汽车主模型来，很多人这样说，如果真的是这样的话，油泥模型倒是可以省略了。
那么，为什么我始终没有得到证实呢？第一，我不愿意轻信别人说的东西，我相信自己看到的东西，没有看到的东西我就存在一个疑问；第二，有说服力的例子应出现在有能力的组织，他们至少要使用Alias，并且还要有五轴高速铣，这样他们才有条件来证明这件事。
正向设计和逆向工程的特点和基本流程
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逆向设计与正向实施
逆向设计与正向实施
逆向设计与正向实施是两种相辅相成的设计方法，它们在不同的设计领域中都有着广
泛的应用。
逆向设计是一种以用户需求为出发点，对产品进行反向分析和设计的方法，通
常将用户的需求作为产品的出发点，向后推导，避免了迭代改进所带来的不必要浪费，具
有较高的效率和成功率。
正向实施则是一种根据产品需求进行传统顺序的设计，即从问题
到解决方案的过程，是一种比较传统的设计方式。
逆向设计的核心思想是从用户的需求出发，利用逆向思维的方法去分析和设计产品。
在逆向设计中，首先需要对用户的需求进行深入的了解和分析，了解用户的使用环境、习
惯等，根据用户的需求进行反向分析和设计方案，尽量减少或避免研发过程中的无效努力。
逆向设计的方法可以更好地满足用户的需求，节省时间和成本，并且提高研发成功率。
正向实施是传统顺序的设计方法，即从问题到解决方案的过程。
在这种设计方法中，
设计师根据产品需求，按照一定的流程和方法进行设计和开发，最终实现产品的落地。
正
向实施的设计方法是一种逐步迭代的过程，能够不断完善产品，但是这种方法也存在着可
能因为需求变化导致的改动太多而浪费时间和资源的问题。
逆向设计和正向实施在设计方法上有着明显的不同，但在实际应用中它们是相辅相成的。
逆向设计在产品设计初期可以更好地把握用户需求，减少无效努力，提高成功率；而
正向实施则能够在产品的不断迭代中不断完善产品。
在实际应用中，可以根据产品的不同
阶段和需求来选择适合的设计方法，在产品初期使用逆向设计，后期使用正向实施，可以
更好地满足用户的需求，提高产品质量和用户体验。
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正向设计传统以来，工业产品的开发均是循著序列严谨的研发流程，从功能与规格的预期指标确定开始，构思产品的零组件需求，再由各个元件的设计、制造以及检验零组件组装、检验整机组装、性能测试等程序来完成。
每个元件都保留有原始的设计图，此设计图目前已广用CAD 图档来保存。
每个元件的加工也有所谓的工令图表，对复杂形状元件则以CAM软体产生NC加工档案来保存。
每个元件的尺寸合格与否则以品管检验报告来记录。
这些所记录的档案均属公司的智慧财产，一般通称机密(Know - how)。
这种开发模式称为预定模式(Prescriptive model)，此类开发工程亦通称为顺向工程(ForWard Engineering)。
对每一元件来说，其顺向工程的流程。
逆向工程，有的人也叫反求工程，英文是reverse engineering。
是指从实物上采集大量的三维坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的先进技术。
逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。
仿形加工就是一种典型的逆向工程应用。
目前，逆向工程，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。
通俗说，从某种意义上说，逆向工程就是仿造。
这里的前提是默认我们传统的设计制造为“正向工程（当然，没有这种说法）”。
软件的逆向工程是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程，逆向工程是设计的恢复过程。
逆向工程工具可以从已存在的程序中抽取数据结构、体系结构和程序设计信息。
逆向工程软件简介ImagewareImageware 由美国EDS 公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。
该软件拥有广大的用户群，国外有BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。
以前该软件主要被应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。
常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能，然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止，如此所得到的最终油泥模型才是符合需要的模型。
如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软件。
首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，然后利用逆向工程软件(例如：Imageware surfacer)进行处理即可获得class 1 曲面。
随着科学技术的进步和消费水平的不断提高，其它许多行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计。
以微软公司生产的鼠标器为例，就其功能而言，只需要有三个按键就可以满足使用需要，但是，怎样才能让鼠标器的手感最好，而且经过长时间使用也不易产生疲劳感却是生产厂商需要认真考虑的问题。
因此微软公司首先根据人体工程学制作了几个模型并交给使用者评估，然后根据评估意见对模型直接进行修改，直至修改到大家都满意为止，最后再将模型数据利用逆向工程软件Imageware 生成CAD 数据。
当产品推向市场后，由于外观新颖、曲线流畅，再加上手感也很好，符合人体工程学原理，因而迅速获得用户的广泛认可，产品的市场占有率大幅度上升。
Imageware 逆向工程软件的主要产品有：Surfacer——逆向工程工具和class 1 曲面生成工具Verdict——对测量数据和CAD数据进行对比评估Build it——提供实时测量能力，验证产品的制造性RPM——生成快速成型数据View——功能与Verdict 相似，主要用于提供三维报告Imageware 采用NURB 技术，软件功能强大，易于应用。
Imageware 对硬件要求不高，可运行于各种平台：UNIX 工作站、PC 机均可，操作系统可以是UNIX、NT、Windows95 及其它平台。
Imageware 由于在逆向工程方面具有技术先进性，产品一经推出就占领了很大市场分额，软件收益正以47% 的年速率快速增长。
Surfacer 是Imageware 的主要产品，主要用来做逆向工程，它处理数据的流程遵循点——曲线——曲面原则，流程简单清晰，软件易于使用。
其流程如下：一、点过程读入点阵数据。
Surfacer 可以接收几乎所有的三坐标测量数据，此外还可以接收其它格式，例如：STL、VDA 等。
将分离的点阵对齐在一起(如果需要)。
有时候由于零件形状复杂，一次扫描无法获得全部的数据，或是零件较大无法一次扫描完成，这就需要移动或旋转零件，这样会得到很多单独的点阵。
Surfacer可以利用诸如圆柱面、球面、平面等特殊的点信息将点阵准确对齐。
对点阵进行判断，去除噪音点(即测量误差点)。
由于受到测量工具及测量方式的限制，有时会出现一些噪音点，Surfacer 有很多工具来对点阵进行判断并去掉噪音点，以保证结果的准确性。
通过可视化点阵观察和判断，规划如何创建曲面。
一个零件，是由很多单独的曲面构成，对于每一个曲面，可根据特性判断用用什么方式来构成。
例如，如果曲面可以直接由点的网格生成，就可以考虑直接采用这一片点阵；如果曲面需要采用多段曲线蒙皮，就可以考虑截取点的分段。
提前作出规划可以避免以后走弯路。
根据需要创建点的网格或点的分段。
Surfacer 能提供很多种生成点的网格和点的分段工具，这些工具使用起来灵活方便，还可以一次生成多个点的分段。
二、曲线创建过程判断和决定生成哪种类型的曲线。
曲线可以是精确通过点阵的、也可以是很光顺的(捕捉点阵代表的曲线主要形状)，或介于两者之间。
创建曲线。
根据需要创建曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。
控制点增多则形状吻合度好，控制点减少则曲线较为光顺。
诊断和修改曲线。
可以通过曲线的曲率来判断曲线的光顺性，可以检查曲线与点阵的吻合性，还可以改变曲线与其它曲线的连续性(连接、相切、曲率连续)。
Surfacer 提供很多工具来调整和修改曲线。
三、曲面创建过程决定生成那种曲面。
同曲线一样，可以考虑生成更准确的曲面、更光顺的曲面(例如class 1 曲面)，或两者兼顾，可根据产品设计需要来决定。
创建曲面。
创建曲面的方法很多，可以用点阵直接生成曲面(Fit free form)，可以用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界线等方法生成曲面，也可以结合点阵和曲线的信息来创建曲面。
还可以通过其它例如园角、过桥面等生成曲面。
诊断和修改曲面。
比较曲面与点阵的吻合程度，检查曲面的光顺性及与其它曲面的连续性，同时可以进行修改，例如可以让曲面与点阵对齐，可以调整曲面的控制点让曲面更光顺，或对曲面进行重构等处理。
英国Triumph Motorcycles 有限公司的设计工程师Chris Chatburn 说：“利用Surfacer 我们可以在更短的时间内完成更多的设计循环次数，这样可以让我们减少50% 的设计时间。
”最新发布的Surfacer 10.6 软件将以下工作流程的高性能工具完整的集成到一起：[弹性的曲面创建工具]：可以在一个弹性的设计环境里非常方便的直接从曲线、曲面、或测量数据创建曲面，支持贝茨尔(Bezier)和非均匀有理B 样条(NURBS)曲面两种方法。
用户可以选择适合的曲面方法，通过结合两种方法的优点来获益。
[动态的曲面修改工具]：允许用户在交互的方式下试探设计主题，立刻就可以看到是否美观和思路是否符合工程观念。
设计、工程分析、制造的标准都通过精心的构造过程考虑进去，所以当每次修改曲面时不需要再重新校核标准。
[实时的曲面诊断工具]：可以提供诸如任意截面的连续性、曲面反射线情况、高亮度线、光谱图、曲率云图和园柱型光源照射下的反光图等多种方法，在设计的任何时候都可以查出曲面缺陷。
[有效的曲面连续性管理工具]：在复杂的曲面缝补等情况下，即使曲面进行了移动修改等操作，也能保证曲面同与之相连的曲面间的曲率连续，避免了乏味的手工再调整过程。
[强大的处理扫描数据能力]：根据Rainbow 图法(相当于假设雨水从上面落下，由于形状差异导致雨水流速差异)、曲率大小变化云图法(对于一个完全光顺的class 1 曲面，相当于曲率大小变化为零，对于两个不同曲面，此值会不同)将扫描数据分开，这样可以很快地捕捉产品的主要特征，并迅速建立各个相应曲面，避免了费事的分析和处理。
正是由于Imageware 在计算机辅助曲面检查、曲面造型及快速样件等方面具有其它软件无可匹敌的强大功能，使它当之无愧的成为逆向工程领域的领导者。
Geomagic Studio由美国Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件Geomagic Studio 可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS 曲面。
该软件也是除了Imageware 以外应用最为广泛的逆向工程软件。
Geomagic Studio 主要包括Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五个模块。
主要功能包括：自动将点云数据转换为多边形(Polygons)快速减少多边形数目(Decimate)把多边形转换为NURBS 曲面曲面分析(公差分析等)输出与CAD/CAM/CAE 匹配的文件格式(IGS、STL、DXF等)1.从CAD数模得到的产品模型2.将CAD模型读入Geomagic Studio3.CAD 设计模型与从实际模型扫描所得的点云数据(不同坐标系)4.扫描数据与CAD模型的自动对合5.扫描数据与CAD模型的自动对齐6.误差以彩色图形直观显示7.用户可标出任意点误差8. Qualify 的结果可以输出为HTML 格式。