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正向設計與逆向設計

傳統以來,工業產品的開發均是循著序列嚴謹的研發流程,從功能與規格的預期指標確定開始,構思產品的零組件需求,再由各個元件的設計、制造以及檢驗零組件組裝、檢驗整機組裝、性能測試等程序來完成。每個元件都保留有原始的設計圖,此設計圖目前已廣用CAD圖檔來保存。每個元件的加工也有所謂的工令圖表,對復雜形狀元件則以CAM軟體產生NC加工檔案來保存。每個元件的尺寸合格與否則以品管檢驗報告來記錄。這些所記錄的檔案均屬公司的智慧財產,壹般通稱機密 (Know - how)。這種開發模式稱為預定模式(Prescriptive model),此類開發工程亦通稱為順向工程(ForWard Engineering)。對每壹元件來說,其順向工程的流程。

然而,隨著工業技術的提升以及經濟環境的成長,任何通用性產品在消費者高品質要求之下,功能上的需求已不再是贏得市場競爭力的唯壹條件。在近代高功能CAE軟體的帶動下,『工業設計』(又稱『產品設計』)的新興領域已逐漸受到重視,任何產品不僅是功能上要求先進,其物件外觀 (Object appearance)上也需要做造型設計,以吸引消費者的註意力。此造型設計多針對產品的外形美觀化來處理,在順向工程的流程中已不是傳統訓練下的機械工程師們所能勝任。壹些具有美工背景的設計師們可利用CAE的技巧構想出創新的美觀外型,再以手工方式塑造出模型,如木模、石膏模、黏土模、蠟模、工程塑膠模、玻璃纖維模等等,然而再以三維尺寸量測的方式建立出自由曲面模型的CAD圖檔。這個程序已有逆向工程的觀念,但仍屬順向工程的壹環,具物件導向(Object -oriented)的觀念,公司仍保有設計圖的智慧財產。此順向工程中的造型設計流程如圖2-2所示。

因此,順向工程可歸納為:功能導向(Functionally-oriented)以及物件導向(Object-oriented)、預定模式 (Prescriptive model)、系統開發(System to-be)、以及所屬權的系統 (Legacysystem)。

在還沒有電腦繪圖以前,工程圖大多是由手繪制的,此時的工程圖以2D草圖為主要的施工圖,組裝部分則以爆炸圖來描述3D的立體結構,在此時,2D與3D式分開獨立繪制,因此還稱不上所謂的正向工程。電腦科技在硬體與軟體慢慢發展成熟後,利用電腦繪圖來取代手工繪圖,此過程中,由電腦所繪制的2D圖檔,經由適當的排列後,可以方便3D立體圖的繪制,此種將概念與尺寸表達在2D平面圖上(早期師傅大多只看得懂2D 的平面圖),然後利用2D的圖素與相關尺寸,繪制成3D立體圖,此過程可以說是壹種正向工程。

2D草圖→3D立體圖

l 2D平面圖檔:壹般而言,在工業界最常用到的軟體以AUTOCAD_XX為主要繪圖軟體如(FIG.1-1)。當然其他知名的軟體有CADKEY,PRO_E,CATIA…等等。

l 轉檔:如果是由同壹套軟體在不同的模組間,分別繪制2D平面圖(2D繪圖模組),繪制完成後,繼續進行3D立體圖的建構,由於是在同壹個軟體的作業平臺上,因此沒有轉檔上的問題。很不幸的,沒有壹套軟體在所有的專業應用上,有絕對的強大功能;例如在平面工程圖的繪制,利用AUTOCAD來進行,專業的繪圖員就可以將其用的相當好,雖然AUTOCAD也可以繪制較規則如機械零件3D的立體圖,壹但遇到較復雜的曲面變化,這時候可能使用專業的3D繪圖軟體會有更高的效率,我們就會遇到圖檔之間的轉換問題,就 2D的圖檔交換格式,較通用的是副檔名為DXF,DWG...等等,而3度空間的圖形交換圖檔格式為IGES。

DXF: 在不同軟體之間,2D的圖形交換檔。

DWG: 副檔名為此的圖檔為AutoCad專屬的圖檔。

IGES: (Initial Graphics Exchange Specification) 在不同軟體之

間,2D與3D的圖形交換檔。

l 商業用的CAD/CAM軟體:以應用的功能而言,壹般我們可以將其區分為參數式與非參數式的CAD/CAM軟體;SRUFACE架構與SOLID架構的CAD/CAM軟體。

參數式CAD/CAM軟體:PRO_E、UG、CATIA…

非參數式CAD/CAM軟體:EUCLID、STRIM100…

SRUFACE架構CAD/CAM軟體:EUCLID、STRIM100…如圖(FIG:1-2)

SOLID架構CAD/CAM軟體:PRO_E、UG、CATIA…

創意設計(原廠之產品設計)

標準機械元件設計

造形設計(運動鞋之繪制方法)

何謂逆向工程?

l 緣由

逆向工程 (Reverse Engineering)通常是以專案方式執行壹模型的仿制工作。往往壹件擬制作的產品沒有原始設計圖檔,而是委托單位交付壹件樣品或模型,如木鞋模、高爾夫球頭,請制作單位復制(Copy)出來。傳統的復制方法是用立體雕刻機或液壓三次元靠模銑床制作出壹比壹成等比例的模具,如圖2-3所示,再進行量產。這種方法屬稱類比式 (Analog type)復制,無法建立工件尺寸圖檔,也無法做任何的外形修改,已漸漸為新型式數位化的逆向工程系統所取代。

目前所稱的逆向工程是針對壹現有工件 (樣品或模型)利用3D數位化量測儀器準確、快速的將輪廓座標量得,並加以建構曲面、編輯、修改後,傳至壹般的CAD/CAM系統,再由CAM所產生刀貝的NC加工路徑送至CNC加工機制作所需模具,或者送到快速成型機(Rapid Prototyping)將樣品模型制作出來,此壹流程稱為逆向工程,如圖2-4所示。

因此,逆向工程可歸納為:功能導向 (Functionally-oriented)、描述模式(Descriptive mode)、系統仿造(System as-is)、以及非所屬數系統 (Non-legacy system)。

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