快速原型技術是一種涉及多學科的新型綜合製造技術。80年代後，隨著計算機輔助設計的套用，產品造型和設計能力得到極大提高，然而在產品設計完成後，批量生產前，必須制出樣品以表達設計構想，快速獲取產品設計的反饋信息，並對產品設計的可行性作出評估、論證。在市場競爭日趨激烈的今天，時間就是效益。為了提高產品市場競爭力，從產品開發到批量投產的整個過程都迫切要求降低成本和提高速度。快速原型技術的出現，為這一問題的解決提供了有效途徑，倍受國內外重視。
基本介紹
- 中文名：快速原型
- 外文名：rapid prototyping
- 說明：新型綜合製造技術
- 背景：計算機輔助設計的套用
- 又稱：原型模型
簡介,思想產生,基本原理,運作方式,開發步驟,快速分析,構造原型,運行原型,評價原型,修改,加工特點,發展歷程,分類,
簡介
原型是指模擬某種產品的原始模型，在其他產業中經常使用。軟體開發中的原型是軟體的一個早期可運行的版本，它反映了最終系統的重要特性。
快速原型模型又稱原型模型，它是增量模型的另一種形式；它是在開發真實系統之前，構造一個原型，在該原型的基礎上，逐漸完成整個系統的開發工作。例如，客戶需要一個ATM機軟體，可以先設計一個僅包含刷卡、密碼檢測、數據輸入和賬單列印的原型軟體提供給客戶，此時還不包括網路處理與資料庫存取以及數據應急、故障處理等服務。快速原型模型的第一步是建造一個快速原型，實現客戶或未來的用戶與系統的互動，用戶或客戶對原型進行評價，進一步細化待開發軟體的需求。通過逐步調整原型使其滿足客戶的要求，開發人員可以確定客戶的真正需求是什麼；第二步則在第一步的基礎上開發客戶滿意的軟體產品。
思想產生
由於種種原因，在需求分析階段得到完全、一致、準確、合理的需求說明是很困難的，在獲得一組基本需求說明後，就快速地使其“實現”，通過原型反饋，加深對系統的理解，並滿足用戶基本要求，使用戶在試用過程中受到啟發，對需求說明進行補充和精確化，消除不協調的系統需求，逐步確定各種需求，從而獲得合理、協調一致、無歧義的、完整的、現實可行的需求說明。又把快速原型思想用到軟體開發的其他階段，向軟體開發的全過程擴展。即先用相對少的成本，較短的周期開發一個簡單的、但可以運行的系統原型向用戶演示或讓用戶試用，以便及早澄清並檢驗一些主要設計策略，在此基礎上再開發實際的軟體系統。
基本原理
快速原型技術是用離散分層的原理製作產品原型的總稱，其原理為：產品三維CAD模型→分層離散→按離散後的平面幾何信息逐層加工堆積原材料→生成實體模型。
該技術集計算機技術、雷射加工技術、新型材料技術於一體，依靠CAD軟體，在計算機中建立三維實體模型，並將其切分成一系列平面幾何信息，以此控制雷射束的掃描方向和速度，採用粘結、熔結、聚合或化學反應等手段逐層有選擇地加工原材料，從而快速堆積製作出產品實體模型。
運作方式
由於運用原型的目的和方式不同，在使用原型時也採取不同的策略，有拋棄策略和附加策略。
1、拋棄策略是將原型用於開發過程的某個階段，促使該階段的開發結果更加完整、準確、一致、可靠，該階段結束後，原型隨之作廢。探索型和實驗型就是採用此策略的。
2、附加策略是將原型用於開發的全過程，原型由最基本的核心開始，逐步增加新的功能和新的需求，反覆修改反覆擴充，最後發展為用戶滿意的最終系統，演化型快速原型就是採用此策略。
採用何種形式、何種策略運用快速原型主要取決於軟體項目的特點、人員素質、可供支持的原型開發工具和技術等，這需要根據實際情況的特點來決定。
開發步驟
快速分析
在分析人員與用戶密切配合下，迅速確定系統的基本需求，根據原型所要體現的特徵描述基本需求以滿足開發原型的需要。
構造原型
在快速分析的基礎上，根據基本需求說明儘快實現一個可行的系統。這裡要求具有強有力的軟體工具的支持，並忽略最終系統在某些細節上的要求，如安全性、堅固性、例外處理等等，主要考慮原型系統能夠充分反映所要評價的特性，而暫時刪除一切次要內容。
運行原型
這是發現問題、消除誤解、開發者與用戶充分協調的一個步驟。
評價原型
在運行的基礎上，考核評價原型的特性，分析運行效果是否滿足用戶的願望，糾正過去互動中的誤解與分析中的錯誤，增添新的要求，並滿足因環境變化或用戶的新想法引起的系統要求變動，提出全面的修改意見。
修改
根據評價原型的活動結果進行修改。若原型未滿足需求說明的要求，說明對需求說明存在不一致的理解或實現方案不夠合理，則根據明確的要求迅速修改原型。
加工特點
快速原型技術突破了“毛坯→切削加工→成品”的傳統的零件加工模式，開創了不用刀具製作零件的先河，是一種前所未有的薄層迭加的加工方法。與傳統的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下優點：
1、可迅速製造出自由曲面和更為複雜形態的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，大大降低了新產品的開發成本和開發周期。
2、屬非接觸加工，不需要工具機切削加工所必需的刀具和夾具，無刀具磨損和切削力影響。
3、無振動、噪聲和切削廢料。
4、可實現夜間完全自動化生產。
5、加工效率高，能快速製作出產品實體模型及模具。
發展歷程
快速原型技術概念即RP(Rapid Prototyping Technology)概念的提出可追溯到1979年，日本東京大學生產技術研究所的中川威雄教授發明了疊層模型造型法，1980年小玉秀男又提出了光造型法，該構想提出後，由丸谷洋二於1984年繼續研究，並於1987年進行產品試製。
1988年，美國3D Systems公司率先推出快速原型實用裝置—雷射立體造型即SLA(Stereo Lithography Apparatus),並以年銷售增長率為30%～40%的增幅在世界市場出售。隨著掃描振鏡性能的提高，以及材料科學和計算機技術的發展，快速原型技術已日趨成熟，並於1994年正式進入推廣普及階段。
分類
目前世界上投入套用的快速成形的方法有十多種，主要包括光敏液相固化法(SLA-StereoLithgraphyApparatus)、分層實體製造(LOM—Laminated Object Manufacturing)、選擇性雷射燒結(SLS—SelectiveLaser Sintering)、熔化沉積製造(FDM—Fused Deposition Modeling)、固基光敏液相(SGC—Solid GroundCuring)等方法。
