本文是工程硕士专业工程硕士论文，主要研究TRIZ理论在逆向工程中的应用。

第一章绪论

1.1课题研究背景

逆向工程技术最早由美国、日本等发达国家提出，在美国等发达国家和地区已获得广泛研究和应用。大量事实证明，利用逆向工程技术吸收国外的先进技术，是促进经济发展和技术水平提升的有效措施。随着市场竞争越来越激烈，产品更新换代的周期也越来越短，产品的生产周期已经跟产品的质量和价格一样，成为产品竞争力的重要组成部分，如何缩短产品的生产周期己经成为企业获得市场竞争力的关键。在开发一个新产品时，如果能够利用逆向工程技术获取相似产品的设计资料（产品外形和设计意图），将会极大的加快产品的开发速度、缩短设计周期、提高设计的成功率，从而获得更强的市场竞争力。因此逆向工程技术已经成为产品设计的重要手段，在我国具有广阔的应用前景，对提高我国加工制造业整体水平和市场竞争力，有着重要的作用。目前，逆向工程技术在企业中己获得了广泛应用和研究，同时也需要进一步完善。如逆向工程技术的数据测量技术、逆向工程模型重建技术、逆向工程技术与其它技术的集成等方面，都还存在着一定的不足，限制了逆向工程技术的应用。为了解决逆向工程技术在应用过程中所存在的一些问题，本论文提出应用TRIZ理论分析解决逆向工程中所存在问题的研究。TRIZ是发明问题解决理论的简称，是一种方法学，理论上可以用来解决多领域的问题，但在TRIZ问世后的几十年中，主要应用于工程技术类问题的解决。实践表明，运用TRIZ能够有效的帮助我们突破思维定势，从不同角度分析问题，进行理性的逻辑思维，还能帮助人们系统地分析问题，揭示问题的本质，确定问题的进一步探测方向，最终抓住一切机会来彻底解决问题。TRIZ理论具有普遍性、实用性和可操作性强等特点，能够帮助技术人员有效地解决所遇到的困难，获得创新性的解决方案。因此本文针对逆向工程技术具体应用过程中所存在的问题，应用TRIZ理论进行分析，并TRIZ的指导得出具体的解决方案，最后运用实例对解决方案进行验证。

在图1-1中可以看出，在逆向工程技术中，有两个非常重要的步骤一一数据测量和模型重建[8]。这是逆向工程中最为关键的两个步骤。在逆向工程中所釆用的测量设备主要分为接触式和非接触式两种。在接触式测量设备中，应用最为广泛的是三坐标测量机（coordinate measuring machine, CMM)。非接触式测量设备可根据测量原理的不同分为光学测量、超声测量、电磁测量等，其中最为成熟的当属光学测量方法。根据建模思路的不同，现有的逆向建模方法可分为非特征的建模方法和基于特征的建模方法两种。非特征建模方法具有模型重建效率高，可以避免曲面重建时所造成的人为失真等优点；但也存在重建模型不能反映出产品的设计意图和拓扑关系，建模精度不高，设计修改不方便等缺点。基于特征的建模方法则具有能够表达产品的设计意图和完整的拓扑关系，方便数据圆整，建模精度高，便于设计修改和再设计等优点；但也存自由曲面重建时过程复杂，对操作人员技术经验要求高，容易导致建模质量不稳定等缺点。

早在20世纪80年代中期，我国少数研究专利的科技工作者和学者就已经开始接触TRIZ理论，并对其做了一定的资料翻译和技术跟踪。但相对国外来说我们国家起步较晚，技术也不够成熟，而且展开TRIZ研究的基本上都集中在高等院校。在90年代中、后期，国内部分高校开始研究和跟踪TRIZ, —些学校还在本科生、研究生教育中开设TRIZ课程，或者招收研究TRIZ的研究生和博士生，在一定范围内展开了持续的研究和应用工作，为中国培养了第一批掌握TRIZ的人才[15]。虽然我国在开展TRJZ理论的研究和应用方面相对较晚，但已经开始得到学术界的重视。我国的《中国机械工程》杂志在1999年刊发了第一篇介绍TRIZ的文章“发明创造的科学方法论——TRIZ”；天津大学的牛占文、徐燕申教授在2000年发表了 “实现产品创新的关键技术一计算机辅助创新设计” 一文，在文中介绍了由美国IMC公司开发的基于TRIZ的计算机辅助设计软件TechOptimizerli6];徐燕申教授和林岳博士在TRIZ的基础上，集合QFD、价值工程和基于KBE的功能结构映射技术，开发了基于CAI的产品创新设计系统[17];河北工业大学的檀润华教授及其所领导的创新设计研究所对TRIZ理论及应用展开了系统深入的研究，应用物一场分析法解决企业中的实际问题，并开发了国内第一套具有自主知识产权以TRIZ理论为核心的计算机辅助创新（CAI)软件InventionToo2.0;黄旗明和潘云鹤院士在2002年发表了 “产品设计中技术创新的思维过程模型研究” 一文中，在文中利用TRIZ中的ARIZ算法，分析了产品设计中的创新过程。

第二章发明问题解决理论（TRIZ)

2. 1 TRIZ理论的起源和发展

2. 1. 1TRIZ的起源

TRIZ是一个特殊的缩略词，它既不是俄文也不是英文。TRIZ来源于“发明问题解决理论”（TeopHH pemeHHa looGpeTaTejifcCKHX 3aflaH)这四个俄文单词，它们的首字母缩写为“TPH3” [2]，转为拉丁字母后就是现在我们所常见到的TRIZ。TRIZ理论最初起源于前苏联，是由前苏联的海军专利员根里奇?阿奇舒勒(GenrichS. Altshuller)及其领导的一批研究人员，自1946年开始，对世界各国250万件专利文献加以整理、归纳、提炼和重组，提出了一整套实用的发明问题解决方法体系TRIZ理论认为解决发明问题的基本原理是客观存在的，通过该原理可以缩短发明周期、提高发明成功率，使得发明问题变得具有可预见性。

第三章TRIZ理论在逆向建模中的应用......... 17

3.1逆向工程建模简述 .......17

3.2逆向工程中GAD建模基础理论....... 17

3.2. 1自由曲线和曲面....... 17

3. 2. 2特征的基本概念与特征提取....... 19

3.3逆向工程中的CAD建模方法....... 21

3.3. 1非特征建模方法....... 21

3. 3. 2特征建模方法....... 23

3.3. 3混合建模方法....... 26

3. 4基于TRIZ理论的逆向建模方法....... 27

3. 4. 1基于TRIZ理论的问题分析....... 27

3. 4. 2基于TRIZ理论的解决方案....... 29 

3. 4. 3解决方案的验证实例....... 30

3. 5本章小结 .......34

第四章基于TRIZ理论旳集成测量与建模....... 35

4.1逆向工程中数据测量方法简介....... 35

4. 1. 1接触式测量方法....... 36

4. 1.2非接触式测量方法 .......37

4.2数据测量过程中的问题分析....... 38

4. 2. 1问题描述....... 38

4. 2. 2基于TR IZ理论的问题分析....... 39

4.3基于TRIZ理论的解决方案....... 41

4.4方案可行性实例验证....... 41

4. 5本章小结 .......  47

结论

为验证这个方案的可行性，我们选用一个实物模型进行CAD模型重构。在实例中首先利用三维激光扫描仪对模型进行扫描，获取模型的点云数据；然后在逆向工程软件中将点云数据封装STL格式的三角面模型，对模型中的曲面部分和特征部分采用不同的方法进行建模，在3-matic软件中将不同格式的曲面部分和特征部分进行缝合，最终获得完整的模型；最后在逆向检测软件中对模型进行误差检测，并利用快速雕刻机将重建模型雕刻出来，完成模型的复制。首先利用关节臂激光扫描仪对模型进行扫描，在逆向工程软件Geomagic Studio中对点云数据进行拼合、删除噪音点、对模型中数据密集的地方进行统一采样等处理，最终所获得的点云数据如图5-4所示。

参考文献

[1]AND0 A，MOLIGLIANI F. The life cycle hypothesis of saving :aggregate implications and tests[J]. AmericanEconomic Review, 1963，1: 55 — 84.

[2]GREENSPAN A. Federal Reserve board's semiannual monetary policy report to the congress[J]. Washington,D.C:US Federal Reserve Board, 2005.

[3]SKEINER JONATHAN. Housing wealth effect and aggregate saving[J]. Regional Science and UrbanEconomics，1999，19: 305 — 324.

[4]ENGELHARD G V. House prices and home owner saving behavior[J]. Regional Science and Urban Economics,1996, 26： 313 — 336.

[5]HOYNES H W, MCFADDEN D L. www.steelbee.net The impact of demographies on housing and non-housing wealth in theUnited States[R]. Chicago University of Chicago for NBHR. 1997.

[6]LEVIN LAURENCE. Are assets fungible Testing the behavioral theory of life-cycle savings[J]. Journal ofEconomic Organization and Behavior, 1998, 36： 59—83.

[7]TRACY J，SCHNEDDER H，CHAN S. Are stock overtaking real estate in household portfolio[J]. FederalReserve Bank of New York Current Issues in Economics and Finance, 1999. 5： 1—5.

[8]POTERBA J. Stock market wealth and consumption[J]. Journal of Economic Perspective. 2000，14： 99— 198.

[9]YOKO MORIIZUMI. Current wealth, housing purchase and private housing loan demand in Japan[J]. Journal ofReal Estate Finance and Fxonomics, 2000，1: 65 — 86.

[10]PHANG S. House prices and aggregate consumption: do they move together? Evidence from Singapore[J].Journal of Housing Economics, 2004，13： 101 — 119.