逆向設計的案例
基于CATIA的汽車零部件逆向設計
摘 要：逆向設計是汽車設計過程中比較常用的方法,通常應用于整車及零部件外觀設計中,文章首先介紹逆向設計在汽車產品開發過程中的重要性,同時指出逆向設計與正向設計的不同之處,其次詳細描述CATIA軟件通過點云預處理、網格化、模型重構等工作流程,完成實體零部件到三維數據的逆向設計工作,最后針對三維數模進行工藝可行性分析,發掘現有產品質量問題改進點,提升產品品質。
關鍵詞：汽車造型;點云數據;模型重構;逆向設計;正向設計;
引言
當前人們生活節奏日新月異，汽車作為人們一個重要的消費品，汽車廠家的競爭愈加劇烈，各大主機廠為了短周期、低成本生產出各具特色且有競爭力的產品，常規的正向開發方法很難滿足復雜產品的更新迭代，逆向設計由此產生。逆向設計是產品設計技術的再現過程，通過對現有目標產品實物進行分析研究，得出該產品的外形和結構數據、工作原理、工藝流程、功能特性及技術規格等設計要素。初級的應用是直接利用逆向設計的結果，單純仿制或在仿制的基礎上做少量改動而開發相似的產品。高水平的應用在于對同類產品進行技術分析和借鑒，用于新產品開發，或者為加快新產品開發進度，以逆向設計結果為基礎進行創新，開發出新產品。
汽車開發過程中經常要對競爭車型進行分析研究，包含外觀造型、結構設計、性能設計等方面，以確定新產品開發的目標值，選擇性進行技術借鑒，有時為研究和技術積累設計經驗，或者規避自身車型設計質量問題，對代表性的車型進行技術分析，在這些工作中逆向設計技術均得到廣泛應用。
1 正向設計與逆向設計
在國內，一款全新的車型外觀正向設計周期一般在2-5年時間。
首先，設計師們從各處吸取靈感：收集當下潮流信息、了解競爭對手、思考其他設計領域、注重與消費者的交流與溝通等。經過無數次的思維碰撞，最終得到30-50張設計草圖。
展開 汽車車身逆向工程設計關鍵技術及應用
逆向工程設計方法是汽車車身設計過程中的一個重要環節，也是一種快速設計的工程方法。逆向工程設計主要包括如下過程：三維測量獲得點云數據、數據處理、特征的提取、曲面重構和曲面評價等。逆向設計并不是簡單地復制，而是要在逆向過程中增加一些特征要素，設計出工藝性更好，質量更高的產品的過程。該文主要探討汽車車身逆向設計的關鍵技術和技術特點。（來源：制造網）
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展開 Ansys Lumerical | 超表面圖像傳感器濾光片的逆向設計
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前言
在本例中，我們展示了基于超表面的CMOS圖像傳感器濾光片的逆向設計，它可以替代傳統的拜耳濾光片，后者因用吸收來過濾色彩而導致光損耗。我們可以通過在 Lumopt（基于 Python 的 Lumerical 優化工具）中使用紅色和藍色像素的綜合強度作為品質因數，顯著提高每個像素的效率。
綜述
為了設計超表面，我們使用了 Lumerical Lumopt 的多參數、多目標拓撲逆向設計優化方法。我們將超原子的折射率在 1.0（空氣）到 2.4（TiO2）之間變化，并最大限度地提高 2D 紅色和藍色敏感傳感器區域的光學效率。
步驟1：定義基礎模擬項目
下載示例附帶的文件并將所有文件解壓到一個公共目錄中。然后我們需要定義一個基礎模擬項目，包括模擬區域、優化區域、光源和監視器。初始模擬是通過腳本文件 Base_script_2D_TE_volume.lsf 生成的。我們可以通過在 FDTD 中打開并運行腳本來檢查設置：
首先，我們需要定義超表面的兩種材料的折射率。此案例中分別為 1.00 和 2.4。我們將空氣的折射率設置為 1。
其次，我們需要將監視器的位置定義為每種顏色的品質因數 (FOM) 監視器。您可以通過更改場區域監視器的大小來修改像素的大小和位置。
最后，我們需要通過監視器定義優化區域。我們將優化區域的大小定義為 3 x 1 μm。此外，您可以根據需要更改優化區域。
步驟2：定義優化區域
下一步，我們需要在腳本文件 topo_focus_2D_basic.py 中定義幾個優化參數。
首先，我們需要定義如下品質因數。在 FDTD 腳本文件編輯器中打開topo_focus_2D_basic.py。
展開 逆向設計中點云處理的應用技術研究
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逆向造型設計在汽車車門設計中的應用技術研究
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逆向造型設計
逆向造型設計:UG NX4中文版實例詳解(含盤)
作者：黃巖啟迪設計中心，劉鵬斌 編著
出版社：人民郵電出版社
出版日期：2007-1-1
ISBN：9787115136763
字數：484000
印次：1
版次：1
紙張：膠版紙
定價：38 元當當價：30 元節省：8.00 元鉆石vip價：30.00 元
曲線曲面擬合在逆向造型設計中的應用
曲線曲面擬合在逆向造型設計中的應用.PDF
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《逆向造型設計:UG NX4中文版實例詳解(含盤)》
作者：黃巖啟迪設計中心，劉鵬斌 編著
出版社：人民郵電出版社
出版日期：2007-1-1
CAEnet價：￥38元
郵費STRONG>￥5元
總價:￥43元
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ISBN：9787115136763
字數：484000
印次：1
版次：1
紙張：膠版紙
內容提要
逆向工程技術作為一種高效的產品設計思路和方法，是在正向設計的基礎之上，隨著三坐標測量數字技術的飛速發展而產生的。逆向工程技術雖然應用的時間不長，但其廣泛的應用前景已經為絕大多數現代加工制造企業和工程技術人員所關注。
本書系統地闡述了UG NX 4.0逆向造型的思路和方法，重點介紹了逆向工程的起源、應用和局限性，點數據的處理，曲線的構造，曲面的構造，并通過尾箱下蓋、尾箱上蓋、前面板逆向造型的實例，讓讀者更加深刻地了解和掌握逆向工程技術。
雖然本書針對的是UG NX 4.0，但書中逆向造型的基本思路和方法對其他軟件同樣適用。
配套光盤中保存了書中實例的結果文件，讀者可以參考使用。
本書面向UG的中、高級用戶，也可以作為其他軟件的中、高級用戶學習逆向工程技術的參考書籍。
展開 【Lumerical系列】無源器件-復用器件（3）丨模式（解）復用器
本期是Lumerical系列中無源器件專題-復用器件的第三期，涉及的器件是模式（解）復用器，該器件基于逆向設計，采用的是DBS算法進行優化。本文將從該器件的研究背景進行介紹，然后給出所設計器件的初始結構以及工作原理，提出了兩種子單元類型的功能區，包括圓形子單元和方形子單元，采用DBS算法對其功能區進行優化，最后將兩種結構的性能進行對比。
背景介紹
模分復用（MDM）技術是利用多種正交模式作為通信信道，這些信道之間互不干擾，可以顯著提高傳輸容量，成為解決容量問題的有效方案。其中，模式（解）復用器是最基本的器件，它能將多個分支波導中的基模復用到同一個總線波導中的高階模進行并行傳輸，反之也能將總線波導中的高階模分解為多個分支波導中的基模。
現有的硅基模式（解）復用器包含多種結構，按照其工作原理可分為模式耦合型和模式轉化型。其中模式耦合型的結構包括非對稱定向耦合器（ADC）、微環諧振器（MRR）以及光柵輔助耦合器（GACs）。這些結構通常具有較小的尺寸以及低損耗的特性。ADC結構可以通過級聯擴展為多個模式，而MRR結構可以實現模式和波長的混合（解）復用。然而，這些基于模式耦合的結構需要嚴格的相位匹配條件，這會導致較窄的工作帶寬。基于模式轉化的結構包括絕熱耦合器（AC）、Y分支、多模干涉（MMI）耦合器等。這些結構可以實現相對較寬的工作帶寬，大于50 nm，甚至高達100 nm。然而，這些結構需要足夠的長度來完成模式轉化，往往會導致較大的器件尺寸。最近，又興起一種基于逆向設計的模式（解）復用器，雖然已經報道了多種基于逆向設計的高集成度模式（解）復用器，但為了進一步減小器件的尺寸，本篇文章將逆向設計的功能單元與AC結構相結合，增強了模式轉化的效率，可以顯著減小器件長度。
展開 Lumerical系列|用于增強耦合效率的集成微透鏡輔助的垂直光柵耦合器
本期文章將介紹一種集成微透鏡輔助光柵耦合器（ML-VGC）的設計，以提高垂直入射條件下的耦合效率。利用熱回流工藝將微透鏡集成到一個標準的220nm的絕緣體上硅（SOI）光柵耦合器，這種集成方法在操縱垂直入射光的投射角方面提供了更大的靈活性，使其與底層光柵的最佳耦合角對準，從而有效地提高器件的總體耦合效率（CE）。
引言
從光纖到硅器件的高效光耦合是硅光子學中的關鍵技術。端面耦合器由于其需要制造在芯片表面上而面臨限制，這對晶圓級器件測試提出了挑戰。與端面耦合器相比，光柵耦合器具有靈活的放置、更高的對準公差以及無需表面拋光等優點，從而實現晶圓級測試并降低光纖封裝成本。傳統的光柵耦合器通常需要傾斜入射，通常約10°，以防止二階反射。然而，垂直入射在特定應用中是必不可少的，原因在于其不僅可以簡化多芯光纖（MCF）或垂直腔面發射激光器（VCSEL）的封裝過程，還能減小由于傳統光柵耦合器由于角度對準所占據更多的空間。
研究現狀
現有的提高垂直入射光柵耦合器的耦合效率主要集中在專門設計光柵結構。例如，圖1（a）中的結構采用階梯型光柵來實現非對稱衍射，打破光柵區域的垂直對稱性，以獲得高方向性和高耦合效率。此外，還有一些方案是基于逆向設計優化出最佳參數，從而產生獨特的光柵結構，以增強面外輻射并提高耦合效率，如圖1（b）所示，這些逆向設計方法都提供了較大的靈活性。雖然上述方法能增強耦合效率性能，但也面臨制造的復雜性及容差等問題。
圖1 不同類型的垂直光柵耦合器結構。（a）階梯型光柵；（b）逆向設計型光柵
工作原理及仿真結果
本期文章要介紹的是一種微透鏡輔助的垂直光柵耦合器，其結構如圖2所示。該器件是由SOI切趾的光柵耦合器，包層和柱面微透鏡組成。其中，包層不僅可以保護光柵，還可以幫助控制入射光的角度。
展開 【Lumerical系列】用于增強耦合效率的集成微透鏡輔助的垂直光柵耦合器
<p>本期文章將介紹一種集成微透鏡輔助光柵耦合器（ML-VGC）的設計，以提高垂直入射條件下的耦合效率<sup>[1]</sup>。利用熱回流工藝將微透鏡集成到一個標準的220nm的絕緣體上硅（SOI）光柵耦合器，這種集成方法在操縱垂直入射光的投射角方面提供了更大的靈活性，使其與底層光柵的最佳耦合角對準，從而有效地提高器件的總體耦合效率（CE）。</p><p><br></p><p><strong>引言</strong></p><p><br></p><p>從光纖到硅器件的高效光耦合是硅光子學中的關鍵技術。端面耦合器由于其需要制造在芯片表面上而面臨限制，這對晶圓級器件測試提出了挑戰。與端面耦合器相比，光柵耦合器具有靈活的放置、更高的對準公差以及無需表面拋光等優點，從而實現晶圓級測試并降低光纖封裝成本。傳統的光柵耦合器通常需要傾斜入射，通常約10°，以防止二階反射。然而，垂直入射在特定應用中是必不可少的，原因在于其不僅可以簡化多芯光纖（MCF）或垂直腔面發射激光器（VCSEL）的封裝過程，還能減小由于傳統光柵耦合器由于角度對準所占據更多的空間。</p><p><br></p><p><strong>研究現狀</strong></p><p>現有的提高垂直入射光柵耦合器的耦合效率主要集中在專門設計光柵結構。例如，圖1（a）中的結構采用階梯型光柵<sup>[2]</sup>來實現非對稱衍射，打破光柵區域的垂直對稱性，以獲得高方向性和高耦合效率。此外，還有一些方案是基于逆向設計優化出最佳參數，從而產生獨特的光柵結構，以增強面外輻射并提高耦合效率，如圖1（b）所示<sup>[3]</sup>，這些逆向設計方法都提供了較大的靈活性。雖然上述方法能增強耦合效率性能，但也面臨制造的復雜性及容差等問題。
展開 
Mini LED｜iPad Pro逆向工程：還原蘋果關于成本和性能的平衡設計
”
在此背景下，逆向工程和成本計算公司System Plus Consulting近日公布了其關于2021年版12.9 英寸iPad Pro顯示器背光單元中的 mini-LED 及其組裝進行了深入分析。在公布內容中，該公司對mini-LED及其在顯示器背光單元中的組裝進行了全面的逆向成本研究。
就蘋果公司關于mini-LED背光技術及其供應鏈的選擇來說，這份報告提供了相當有價值的參考。具體來說，這份報告重點介紹了該產品所用mini-LED芯片及其驅動方案，另外還分析了所有BLU部件的制造成本和銷售價格。
眾所周知，理想的mini-LED背光設計是讓LCD顯示器在達到接近OLED對比度的同時，還能夠保持LCD的高亮度特性。除此之外，設計上最好還能夠降低背光的驅動功耗，擁有非常輕薄的外形以及能夠和OLED顯示器同臺競技的成本優勢。
“通過這款最新版本iPad Pro的推出，蘋果公司真正做到了將這種新型背光技術帶向廣大的消費者，”System Plus Consulting實驗室主任Youssef El Gmili博士評論道，“盡管該mini-LED背光方案的技術和供應鏈細節尚未最終確定，System Plus Consulting提供的這份拆解報告還是為我們了解蘋果公司的技術和供應鏈選提供了非常有價值的參考信息。”
據報道內容介紹，新款iPad Pro用mini-LED背光系統使用了一片由10,384顆mini-LED芯片構成的燈板，這些芯片總共分成了2,596個局部調光區域。
展開 UG逆向造型的一般方法和技巧
但是，由于種種原因，仍有許多產品并非由CAD模型描述，設計和制造者面對的是實物樣件。為了適應先進制造技術的發展，需要通過一定途徑，將這些實物轉化為CAD模型，使之能利用CAD、CAM等先進技術進行處理。目前，與這種從實物樣件獲取產品數學模型技術相關的技術，已發展成為CAD、CAM中的一個相對獨立的范疇，稱為“反求工程”（Reverse Engineering）。通過反求工程復現實物的CAD模型，使得那些以實物為制造基礎的產品有可能在設計與制造的過程中，充分利用CAD、CAM等先進技術。由于反求工程的實施能在很短的時間內準確、可靠地復制實物樣件，因此反求工程成為當前企業先進制造技術的熱門話題之一。利用一些非專業的逆向設計軟件（如：UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）和一些專業的逆向設計軟件（如：Surfacer、CopyCAD、Trace等）進行逆向造型是現階段反求工程在企業應用的典型例子。 由于公司新產品開發需要，筆者利用UG軟件進行零件的反求在外形復雜的汽車沖壓件的逆向造型設計中取得較好應用效果。我們選擇的測量設備是英國LK公司的三坐標測量機，可以用來測量特征的空間坐標、掃描剖面、測量分型線以及輪廓線。此設備獲得點的數據量不像激光掃描儀掃描的那么大，所以用一些非專業的逆向設計軟件是很合適的。 UG的逆向造型遵循：點→線→面→體的一般原則。 一、測點 測點之前規劃好該怎么打點。由設計 人員提出曲面打點的要求。一般原則是在曲率變化比較大的地方打點要密一些，平滑的地方則可以稀一些。由于一般的三坐標測量機取點的效率大大低于激光掃描儀，所以在零件測點時要做到有的放矢。值得注意的是除了掃描剖面、測分型線外，測輪廓線等特征線也是必要的，它會在構面的時候帶來方便。 二、連線 (1)點整理 連線之前先整理好點，包括去誤點、明顯缺陷點。
展開 佐治亞理工《Part B》：人工智能/機器學習在高性能復合材料中的應用
AI/ML 可以通過高通過量虛擬篩選（HTVS）等技術，在分子層面上探索潛在的新型復合材料，并通過 MGI 的計算設計框架進行優化，從而加速高性能復合材料的設計和開發。</p><p class="ql-align-justify"><strong>逆向設計</strong>從所需的性能出發，尋找理想的材料結構。AI/ML 算法在逆向設計過程中被成功應用，例如通過<strong>拓撲優化</strong>來尋找具有最佳性能的纖維方向和尺寸。此外，AI/ML 還可以與有限元分析和神經網絡等工具結合，進行預測和逆向設計，以滿足特定的功能需求。未來，將<strong>生成式 AI 模型</strong>與逆向設計相結合，有望克服現有材料數據庫的限制，發現全新的材料結構。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/4XyibPMYcptgDDWibPMsNGicbMoAXRneN6Rxh79RqB9bNZbVQz9EYHSEr6nuop7E8hC2ic8I0dLHxL0p8tiab2SIMPw/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p class="ql-align-justify">圖 2. 高性能 FRP 復合材料結構設計、制造、測試和監控階段的 AI/ML 模型，分別用于材料開發和選擇、工藝建模和優化、材料性能預測以及損傷診斷和預測。</p><p><strong>3.人工智能/機器學習在高性能復合材料制造過程建模和優化中的應用</strong></p><p class="ql-align-justify">高性能 FRP 復合材料的制造過程包括部件生成和固化兩個主要階段。部件生成過程包括自動纖維鋪放（AFP）、增材制造（AM）等。
展開 汽車五大階段研發及制造四大工藝 詳解
不過隨著技術的不斷進步，研發的周期也在縮短，當然，我們說的是正向設計，事實上很多國內的廠家都是逆向設計，但即使是逆向設計同樣也需要很多的時間。我們可以仿制別人的外觀，但是我們無法仿制別人的工藝，我們依然需要進行大量的機構分析、材料分析、力學分析等，依然需要去試制、測試、檢測等等，這些研發的過程是無法省略的。
不同的汽車企業其汽車的研發流程略有不同，下面講述的是正向開發的一般研發流程：
一．市場調研階段
一個全新車型的開發需要幾億甚至十幾億的大量資金投入，如果不經過很細致的市場調研可能就會“打水漂”了；現在國內有專門的市場調研公司，汽車公司會委托他們對國內消費者的需求、喜好、習慣等做出調研，明確車型形式和市場目標，即價格策略，很多車型的失敗都是因為市場調研沒有做好。譬如：當年雪鐵龍固執的在中國推廣兩廂車，而忽視了國人對“三廂”的情有獨鐘，致使兩廂車進入中國市場太早，失去了占領市場的機會。
二．概念設計階段
概念設計主要分三個階段：總體布置、造型設計、制作油泥模型。
1．總體布置（草圖）
總布設計是汽車的總體設計方案，包括：車廂及駕駛室的布置，發動機與離合器及變速器的布置、傳動軸的布置、車架和承載式車身底板的布置、前后懸架的布置、制動系的布置、油箱、備胎和行李箱等的布置、空調裝置的布置。
2．造型設計 （手繪草圖）
在進行了總體布置草圖設計以后，就可以在其確定的基本尺寸的上進行造型設計了。包括外形和內飾設計兩部分。設計草圖是設計師快速捕捉創意靈感的最好方法，最初的設計草圖都比較簡單，它也許只有幾根線條，但是能夠勾勒出設計造型的神韻，設計師通過大量的設計草圖來盡可能多的提出新的創意。這個車到底是簡潔、還是穩重、是復古、還是動感都是在此確定的。
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