现代设计理论与方法-课件 第7章-反求工程设计.ppt

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第7章反求工程设计,ReverseEngineeringDesign,反求工程包括设计反求、工艺反求、材料反求和管理反求等各个方面。

它以先进产品的实物、软件（图样、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）作为研究对象，应用现代设计的理论方法、生产工程学、材料科学和有关专业知识，进行系统地分析研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的新产品。

反求工程的次序是：

首先进行反求分析；然后进行反求设计。

进行反求分析时，针对反求对象的不同形式实物、软件或影像，应采用不同的方法。

（1）对实物为机器设备的反求，可用实测手段获得所需参数和性能、材料、尺寸等。

（2）对软件如图样的反求，可直接分析了解产品和各部件的尺寸、结构和材料，但掌握使用性能和工艺，则要通过试制和试验。

（3）对影像（如图片、照片）的反求，可用透视法与解析法求出主要尺寸间的大小相对关系，用机器与人或已知参照物对比，出几个绝对尺寸，推算其它尺寸。

（4）对材料和工艺的反求，则都需要通过试制和试验的方法才能解决。

在以上充分分析的基础上，才能进行不同的反求设计。

作为一种逆向思维的工作方式，反求工程技术与传统的产品正向设计方法不同，它是根据已经存在的产品或零件原型来构造产品的工程设计模型或概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造，是对已有设计的再设计。

传统的产品开发过程遵从正向工程（或正向设计）的思维进行，是从收集市场需求信息着手，按照“产品功能描述（产品规格及预期目标）、产品概念设计、产品总体设计及详细的零部件设计、制定生产工艺流程、设计制造工夹具、模具等工装、零部加工及装配、产品检验及性能测试”这样的步骤开展工作，是从未知到已知、从抽象到具体的过程。

（3）加工制造及功能检验阶段这个阶段的工作是根据零件的加工方法不同，制定出相应的加工工艺。

例如，有的零件CAD模型可直接通过快速原型制造得到样件原型；有的CAD模型可直接经CAM软件生成NC数控代码，到加工中心或其它数控设备上加工出该零件；有的需要采用冲压成形工艺（如汽车覆盖件），利用成形模具进行批量生产等等。

最后，还要对加工出的零件功能进行检验，如果不合格，则要重新进行再设计和再加工、检验，直到合格为止。

加工制造阶段可称为反求工程的下游应用阶段，由于零件加工制造的手段具有多样性，与不同加工方法相对应的集成反求工程系统是不同的。

（4）在生物医学工程领域，采用反求工程技术，摆脱原来的以手工或者按标准制定为主的落后制造方法。

通过定制人工关节和人工骨骼，保证重构的人工骨骼在植入人体后无不良影响。

如在牙齿矫正中，根据个人制作牙模，然后转化为CAD模型，经过有限元计算矫正方案，大大提高矫正成功率和效率。

通过建立数字化人体几何模型，可以根据个人定制特种服装，如宇航服、头盔等。

（5）应用反求工程技术，还可以对工艺品、文物等进行复制，可以方便的生成基于实物模型的计算机动画等。

进行实物反求设计时的一般进程为：

（1）工作准备需广泛了解国际国内同类产品的结构、性能参数、产品系列的技术水平，生产水平、管理水平和发展趋势，以确定是否具备引进的条件。

与此同时，进行反求工程设计的项目分析、产品水平、市场预测、用户要求、发展前景、经济效益等方面的分析研究，写出可行性分析报告。

（2）功能分析对反求实物进行功能分析，找出相应的功能载体和工作原理。

（3）反求实物性能测试实物性能包括整机性能、运转性能、动态性能、寿命、可靠性等。

测试时应把实际测试与理论计算结合起来。

（4）反求实物分解分解工作必须保障能恢复原机。

不可拆连接一般不分解，尽量不解剖或少解剖。

一般先拍照并绘制外廓图，注明总体尺寸、安装尺寸和运动极限尺寸等，然后将机器分解成各个部件。

拆卸前，先画出装配结构示意图，在拆卸过程中不断修正，注意零件的作用和相互关系。

再将部件分解为零件，归类记数，编号保管。

（5）测绘零件完成零件工作图，部件装配图和机器总装图。

软件反求工程设计的一般进程是：

（1）工作准备。

与实物反求设计相似。

（2）反求原理方案。

分析引进的软件资料，探求其成品的工作可靠性和能否达到技术要求。

其原理方案的科学性。

技术、经济方面的可行性、生产率的合理性与先进性、使用维护的宜人性、零部件的加工与装配的工艺性、外观造型的艺术性等。

（3）反求结构方案。

分析资料，探求其结构要素的新颖性，新材料、新工艺的特点，先进技术的应用，创造性地满足其结构设计原理。

影像反求设计的一般进程为：

（1）工作准备。

与实物反求设计相似。

（2）确定基本尺寸。

根据影像形成原理分析确定影像中能反映的各种尺寸。

影像多数为透视图，在掌握透视变换和透视投影的基础上，根据影像资料作出透视图，从而初定产品的外形尺寸、部件尺寸和一切能观察到的尺寸和外部特征。

（3）功能原理分析。

根据外部尺寸和结构特征，分析产品的功能原理、总体布局、性能参数、传动控制方案等，初步确定功能载体和工作原理。

（4）结构分析。

根据技术人员的知识和经验，确定具体结构。

观察图片等影像资料分辨材料。

进行强度、刚度、稳定性等的分析计算。

作出反求方案设计，进行评审。

（5）技术设计。

根据评审方案，完成技术设计。

在上述这几类反求方式中，实物反求己经形成了一套较为完善的体系，其中实物的几何形状反求在RE技术中具有十分重要的地位和作用，也是目前有关反求工程研究中的主要部分。

2.数据分析当得到采样数据并已经显示成图形以后，就可以分析原来物体的结构。

物体结构包括物体的逻辑结构、物体的功能结构，物体包含哪些标准件，材料构成，物体表面颜色分布，各个部件的几何尺寸，不同部件之间的装配方式及不同部件之间的几何尺寸约束等。

为此，要建立产品几何特征识别及产品组件结构的自动识别分解或交互识别分解系统。

该系统具有视觉识别区分实物的特征和特征数据的分类处理功能，材质颜色分解提取功能、根据标准零件模型库将整个物体大致分解为几个不同的部分。

3.数据恢复和修补在采样过程中，物体的某些细节的丢失是不可避免的，通过对采样数据的三维显示及结构分析，能够发现哪些数据可能被丢失了，因此，数据修复是反求工程的一个必不可少的步骤。

有了标淮件库以后，产品设计过程就可简化为将已有的物体分解至最小单元，然后用标准部件来替换这些基本单元。

为了对设计进行修改，只需要在计算机虚拟环境中对物体进行重新组装，在保证物体功能的前提下，更换一些标准部件。

由于不同的部件尺寸可能不同，可以对物体的结构及外形做有限的调整。

7.产品功能模拟为能判断通过以上步骤设计的产品能否满足设计的要求，一种较好的办法是在虚拟装配完成以后，在虚拟环境中对产品的各项功能进行模拟。

在这个过程中，可以事先建立产品评价系统，让计算机自动判断产品设计的优劣；或通过交互方式，以设计师的经验，通过观察局部细节，可以判别物体的尺寸大小是否协调，物体的表面是否光顺，以及物体表面的颜色纹理是否满足设计的要求。

8.再设计反求工程的最终目的是设计新的产品，通过以上步骤获取的产品的几何数据及产品的功能、结构知识，基本上再现原有的产品。

为了在此基础上创新出新产品，设计人员可以在一个包含产品反求工程及创新设计软件环境中，对原有的模型进行适当的调整修改。

这些修改主要包括功能上的、布局上的，以及外形方面的修改。

在修改过程中加入设计人员新的设计思想，以完成新的设计方案。

生成的产品模型以标准接口同其他通用软件进行信息交换。

反求创新设计阶段：

是在对原产品进行反求分析的基础上，可进行测绘仿制、开发设计和变异设计，研制出符合市场需求的新产品。

开发设计就是在分析原有产品的基础上，抓住功能的本质，从原理方案开始进行创新设计；变异设计则是在现有产品的基础上，对参数、机构、结构、材料等进行改进设计，或对产品进行系列化设计。

反求对象分析一般可根据产品设计、加工、使用的寿命周期等方面逐项深入进行，内容包括以下方面：

（1）反求对象设计指导思想的分析该思想决定了产品的设计方案，不同时期的产品在设计指导思想方而是不同的。

比如在早期人们往往是从完善功能、扩展功能、降低成木方而开发产品。

而当今在保证功能的前提下，产品的精美造型、工作生活的舒适性等方而上升为主要矛盾：

如计算机键盘、鼠标必须使操作人员手用舒适；汽车座椅能够缓解驾驶员的疲劳等。

（2）反求对象功能原理方案分析充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握，也才有可能在进行反求设计时，得到基于原产品又高于原产品的原理方案，这是反求工程技术的精髓所在。

反求设计中应注意的问题，主要如下：

（1）探索原产品的设计思想探索原产品设计的指导思想是产品改进设计的前提。

如某减速器有两个输入轴，一个用电动机驱动，而另一个则考虑到停电时用柴油机驱动。

其设计的指导思想一定是应用在非常重要的场合。

奔腾计算机I型的主机电源较大，其设计的指导思想是该机升级时仅更换CPU芯片即可。

了解原产品的设计思想后，可按认知规律，提前设计出新一代同类产品。

（2）探索原产品的原理方案设计各种产品都是按一定的要求设计的，而满足一定要求的产品，可能有多种不同的形式。

所以产品的功能目标是产品设计的核心问题。

不同的功能目标可引导出不同的原理方案。

探索原产品的原理方案设计，可以了解功能目标的确定原则，这对产品的改进设计有极大的帮助。

（3）研究产品的结构设计产品中零、部件的具体结构是产品功能目标的保证，对产品的性能、成本、寿命、可靠性有着极大的影响。

（4）对产品的零、部件进行测绘对产品的零、部件进行测绘是反求设计中工作量很大的一部分工作。

用现代设计方法对所求的零件进行分析，进而确定反求时的设计方法。

（5）对产品的零件公差与配合公差进行分析公差问题的分析是反求设计中的难点之一。

通过测量，只能得到零件的加工尺寸，不能获得几何精度的分配。

合理设计其几何精度、对提高产品的装配精度和机械性能至关重要。

（6）对产品中零件的材料进行分析通过零件的外观比较、重量测量、硬度测量、化学分析、光谱分析、金相分析等手段，对材料的物理、化学成分、热处理进行鉴定。

参照同类产品的材料牌号，选择满足力学性能相化学性能要求的国产材料代用。

（7）对产品的工作性能进行分析通过分析产品的运动特性、动力特性及其工作特性，了解产品的设计方法，提出改进措施。

（8）对产品的造型及色彩进行分析从美学原则、顾客需求心理、商品价值等角度进行构型设计和色彩设计。

经过分析发现，之所以设计这种特别的结构是因为采用压铸工艺制造内螺纹孔。

因为压铸工艺1分钟可以生产100个零件，精度达30，模具寿命100万次，可大大提高生产效率，降低成本。

本章结束,Thankyou！