反求工程与现代设计
现代设计理论与方法第7章反求工程设计
验证和评估。
反求工程设计的流程
1 2
数据采集
利用测量、扫描等技术手段获取产品实物数据。
数据处理
对采集的数据进行预处理、降噪、拼接等操作， 得到完整、准确的数据。
3
逆向建模
利用反求工程软件进行逆向建模，生成三维模型。
反求工程设计的流程
创新设计
在逆向建模的基础上，结合设计需求和创意， 进行产品的创新设计。
03 反求工程设计的方法与流 程
反求工程设计的方法
逆向建模
通过测量和扫描等手段获取产品实 物数据，然后利用反求工程软件进
行逆向建模，生成三维模型。
创新设计
在逆向建模的基础上，结合设 计需求和创意，进行产品的创 新设计。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优 化等方面的设计，提高产品的 性能和品质。
快速原型制造
现代设计理论与方法第7章反求工 程设计
目录
• 反求工程设计概述 • 反求工程设计的基本原理 • 反求工程设计的方法与流程 • 反求工程设计案例分析 • 反求工程设计的挑战与展望
01 反求工程设计概述
反求工程设计的定义与特点
反求工程设计的定义
反求工程设计是指通过分析、研究已有的产品或模型，获 取其设计参数、设计思想和制造技术，进而开发出相似或 新的产品的一种设计方法。
快速原型制造
利用快速原型制造技术，将设计模型转化为 实物模型，进行验证和评估。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优化等方面的设 计，提高产品的性能和品质。
设计评估与改进
对实物模型进行测试和评估，根据评估结果 进行设计改进和优化。
反求工程设计的软件工具
反求工程
二、点云数据的预处理 取样及点云的修整， 取样及点云的修整，是反求工程重要步骤
1、点云数据中噪音点的剔除 、 噪音点的剔除指令： 噪音点的剔除指令：Poind Extranct Point Circle-Select Poind。或见图 所示方式操作。 。或见图3-14所示方式操作。 所示方式操作
上述扫描机的测量精度为± 上述扫描机的测量精度为±0.05mm，各直线运动坐标轴的分辨率为 ， 0.005mm，旋转测量台的分辨率为 ，旋转测量台的分辨率为0.004°，被扫描物体的最大尺寸为： ° 被扫描物体的最大尺寸为： Φ457m m×457mm ×
所示为英国3D Scanners 图2.5所示为英国 所示为英国 公司生产的Reversa扫描头的原理 图， 公司生产的 扫描头的原理 这种扫描头可安装在CNC加工机或 加工机或CMM 这种扫描头可安装在 加工机或 测量机上，构成激光扫描机。 测量机上，构成激光扫描机。
常用的扫描机有传统有： 常用的扫描机有传统有：
ห้องสมุดไป่ตู้
坐标测量机(Coordinate Measurement Machine， 坐标测量机 ， 简称(MM) 简称 激光扫描机(Iaser Scanner) 激光扫描机 零件断层扫描机(Croos Section Scanner) 零件断层扫描机 CT(Computer Tomography，计算机 线断层照相术 线断层照相术) ，计算机X线断层照相术 MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像 ，磁共振成像)
二、结构光法 结构光法： 结构光法：是基于相位偏移测 量原理的莫尔条纹法。 量原理的莫尔条纹法。 该种方法将光栅条纹投射到 被测物体表面，光栅条纹受被 被测物体表面， 测物体表面形状的调制， 测物体表面形状的调制，其条 纹间的相位关系会发生变化， 纹间的相位关系会发生变化， 用数字图像处理的方法解析出 光栅条纹图像的相位变化量来 获取被测物体表面的三维信息。 获取被测物体表面的三维信息。
现代设计方法反求工程设计
研究反求工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术 水平的提高，具有重大的意义。
引进国外先进技术是世界各国加快技术发展的重要手段， 是发展中国家追赶发达国家的必然选择。
对国外先进技术的消化吸收与创新，在较短时间内使我 国技术达到国际先进水平，实现跨越式发展。
反求工程是消化吸收先进技术进行技术创新的高新技术， 实施好反求工程是实现跨越式发展的关键。
在机械制造领域应用多年的仿制技术，是反求工程的发 展基础。
2.传统设计与反求设计比较
• a）传统设计过程
如图（a）所示，传统设计是通过工程师的创造性劳动， 将一个事先并不知道的事物变为人类需求的产品。为此， 工程师首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，再进 行功能设计，创造新方案，在经过一系列的设计活动之后， 得到预期的新产品。概括地说，传统设计是由未知到已知、 由想象到现实的过程，回答的是“怎么做？”的问题。
定位物体的内部缺陷 • 方便地产生基于模型的计算机视觉 • 使产品设计充分利用CAD技术的优势，适应信息交换 • 特殊领域的应用
反求工程集成制造系统综合运用了CAD/CAE、数控、伺 服驱动、激光和材料等先进技术，可在没有传统制造工具 的情况下，在短时间内制造出几何形状复杂的物体。
• 4.缩短新产品研发周期 快速响应制造是21世纪对制造业更具影响的技术之一。
追求完美与个性化的消费需求使产品品种多样化，企业间 的竞争不再只是质量与成本的竞争，更重要的是产品上市 时间的竞争。采用反求技术可避免走自行开发中不可避免 的许多弯路，从而大大缩短新产品的开发周期，为企业快 速占领市场创造有利条件。
现代设计方法
绿色设计
在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可 拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其 作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应 有的功能、使用寿命、质量等要求。
并行设计
并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过 程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模 式。 Nhomakorabea 虚拟设计
虚拟设计技术是由多学科先进知识形成的综合系统技 术，其本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设 计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品 设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制 造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计 的一次成功率。
相似性设计
人们在长期探索自然规律的过程中，逐渐形成了研究 自然界和工程中各种相似现象的“相似方法”、“模化设 计方法”和相应的相似理论、模拟理论。相似方法就是把 个别现象的研究结果推广到所有相似现象上去的方法。
模块化设计
模块化设计（Block-based design）就是将产品的某些 要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这 个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合， 构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能 的系列产品。
三次设计
三次设计即三阶段设计，所谓三阶段设计，是建立在 试验设计技术基础之上的一种在新产品开发设计过程中进 行三阶段设计的设计方法。
优化设计
优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应 用于工程设计问题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案 的一种现代设计方法。
可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统 计为理论基础，是以失效分析、失效预测及各种可靠性试 验为依据，以保证产品的可靠性为目标的现代设计方法。
现代设计及理论方法第七章反求工程设计
• 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。
• 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。
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现代设计及理论方法第七章反求工程 设计
•7.2 反求工程设计的基本内容及原理
•7.2.1 反求工程设计的基本内容及类型
• (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。
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现代设计及理论方法第七章反求工程 设计
现代设计及理论方法第 七章反求工程设计
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2020/11/23
现代设计及理论方法第七章反求工程 设计
第7章 反求工程设计
•内容简介
• 反求工程设计是一种十分有用的现代设计方法。它是针对消化 吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的综合的一项新技术。 • 本章主要介绍了如下方面内容：
反求工程与创新设计教学课件
反求后确定的新工艺
案例2 活塞销轴
某厂的加工工艺
棒料—粗加工—渗碳—加工内孔—淬火+ 低温回火—精加工—成品
反求得到的工艺
冷挤压成形——渗碳——淬火+低温回 火——精加工——成品
材料的硬度分析
可通过硬度计测定材料的表面硬度，并 根据硬度或表面处理的厚度判别材料的 表面处理方法。
8 关键零件的反求设计
4)分解过程中要有分解记录。要待别注 意记录那些难拆的零件和有装拆技巧的 零件的分解过程，以减少恢复原机的困 难。
4 测绘
测绘时要基本按比例画出零件草图，然后标注 测量尺寸。尺寸的测量对实物反求至关重要。 在进行尺寸测量时要注意以下问题： 1)选择测量基准。机械零件有两种尺寸。 即表示零件基本形体相对位置的定位尺寸和表 示零件基本形体大小的形状尺寸，定位尺寸确 定后才能确定形体尺寸。一般可选择零件的底 面、端面、中心线、轴线或对称面为尺寸基准。
9 机构系统的反求设计
根据已有的设备，画出其机构系统的运 动简图，对其进行运动分析、动力分析 及性能分析，并根据分析结果改进机构 系统的运动简图，称之为机构系统的反 求设计。
9 机构系统的反求设计的策略
1)功能不变，降低成本。 2)增加功能，降低成本。 3)增加功能，成本不变。 4)减少功能，降低更多的成本。 5)增加功能，增加成本。
最后根据零件的功能、实测尺寸、加工方法，参 照国家标准，选择出合理的形位公差。
表面租糙度的确定
机械零件的表面粗糙度可用粗糙度仪较 准确地测量出来，再根据零件的功能、 实测值、加工方法，参照国家标准，选 择出合理的表面粗糙度。
7 机械零件材料的反求设计
材料的成分分析 1)火花鉴别法 2)音质判别法 3)原子光谱分析法 4)红外光谱分析法 5)化学成分分析法 6)微探针分析法
《测控仪器设计》(第4章)《测控仪器设计(第3版)》精选全文
（3）滚动轴承导轨
– 摩擦力矩小 – 运动灵活 – 承载能力大 – 调整方便 – 用于大型仪器（如万工显、三座标、测长机等）
（二）滚动摩擦导轨的组合应用
（1）滚动与滑动摩擦导轨 的组合应用
– 滚动轴承导轨摩擦力 小 ，运动灵活 ，用做
导向
滚动轴承和滑动导轨的组合 1—平面滑动导轨 2—滚动轴承导轨
导轨的几何精度包括导轨在垂直平面内与水平面内的直线度，导轨面间 的平行度和导轨间的垂直度
（2）导轨的接触精度
垂直面内的直线度
水平面内的直线度
导轨面间的平行度
（二）导轨运动的平稳性
爬行现象：在其低速运动时，导轨运动的驱动指令是均匀的
而与动导轨相连的工作台却出现一慢一快，一跳一停的现象 产生爬行现象的主要原因有： ①导轨间的静、动摩擦系数差值较大； ②动摩擦系数随速度变化； ③系统刚度差
高
液体静压
高
导轨
空气静压
高
导轨
较好 较好
好 好
大 较低 较大 较低
差 较好
好
要求不 高
要求较 高
要求高
好 要求高
成本
低 较高
高 高
（二）标准导轨的选用
b） a）
直线球滑座系列导轨 a）直线球滑座导轨 b）球滑座LSP型结构示意图
• 1．滚珠导轨
▪ （1）双V形滚珠导轨
▪ 运动灵敏度较高，能承受 不大的倾复力矩
▪ (2)双圆弧滚珠导轨
▪ 计量光学仪器中（如小型 工具显微镜、投影仪等） 使用
▪ 接触面积较大，接触点 应力较小，变形也较小， 承载能力强、寿命长。
V形滚珠导轨 a）常用双V形滚珠导轨 b）V形小圆弧导轨
c）双圆弧导轨
反求工程与创新设计教材(PPT50张)
已知机械设备的反求设计
• 机械设备反求设计的特点 • 机械设备反求设计的一般过程
• 功能反求 • 系统原理方案的反求 • 机械设备的分解 • 制造工艺及材料的反求
成功案例：大型联合收割机市场
• 佳木斯联合收割机厂为引进世界先进技术， 在我国生产技术含量高的农用机械。于 1981年，引进美国约翰迪尔的1000系列联 合收割机技术。经消化吸收，填补了中国大 型联合收割机生产的空白，结束了中国大型
联合收割机全部依靠进口的历史。
反求设计的意义
• 研究和应用反求设计可以有效回避开发探
• 系统原理方案的反求 • 机械设备的分解 • 制造工艺及材料的反求
已知机械设备的反求设计
• 机械设备反求设计的特点 • 机械设备反求设计的一般过程
• 功能反求 • 系统原理方案的反求 • 机械设备的分解 • 制造工艺及材料的反求
机械设备的分解
分解的目的：
测绘之前，要对待反求的设备进行分解，以便进行尺寸测
或创新设计。
反求设计是创新的重要方法
创新有两种方式: 第一种是从无到有。完全凭借基本知识、 思维、灵感与丰富的经验。 第二种是从有到新。借助已有的产品已 存在的可感观的实物，创新出更先进、更完 美的产品。反求设计就属于第二种创新方式。
反求设计概述
• 反求工程及反求工程的过程
• 什么是反求设计 • 反求设计的两个阶段 • 反求设计的三种形式 • 反求设计与知识产权
3、引进技术的消化过程 4、引进技术的反求过程
反求工程课程设计
反求工程课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解反求工程的基本概念、原理和方法。
2. 学生能够掌握运用反求工程对产品进行逆向设计的基本流程。
3. 学生了解反求工程在工业设计、制造业等领域中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用三维扫描、CAD软件等工具进行反求工程操作。
2. 学生能够独立完成对简单产品的逆向设计，并生成详细的工程图。
3. 学生具备分析和解决反求工程过程中遇到的问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对反求工程及相关技术的兴趣，激发创新意识。
2. 学生认识到反求工程在保护知识产权、推动产业升级等方面的重要性。
3. 学生通过反求工程实践，增强团队合作意识，培养严谨、细致的工作态度。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在让学生通过实际操作，掌握反求工程的基本技能。
学生特点：学生具备一定的机械制图、CAD软件操作基础，对新技术有较高的兴趣。
教学要求：教师需结合课本内容，通过讲解、示范、指导等方式，帮助学生掌握反求工程的知识和技能。
同时，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力，提高学生的综合素养。
在教学过程中，关注学生的个体差异，给予个性化指导，确保课程目标的实现。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 反求工程基本理论：- 反求工程的概念、原理及分类- 反求工程的应用领域及发展趋势- 反求工程与知识产权的关系教学内容对应教材第1章。
2. 反求工程操作技术：- 三维扫描技术：光学扫描、激光扫描等- CAD软件逆向建模：Geomagic、SolidWorks等软件的应用- 数据处理与优化：曲面重构、模型修复等教学内容对应教材第2章和第3章。
3. 反求工程实践应用：- 实际产品的逆向设计流程- 反求工程在产品改进、创新设计中的应用案例- 反求工程项目的实施与管理教学内容对应教材第4章和第5章。
教学进度安排：1. 第1周：反求工程基本理论2. 第2-3周：反求工程操作技术3. 第4-5周：反求工程实践应用在教学过程中，教师需根据学生的实际水平和进度，适当调整教学内容和进度，确保课程的系统性和科学性。
机械创新设计 第六章 反求工程与创新设计
机械创新设计—反求工程及创新设计
案例 我国广州至深圳的高速列车就是引入日本子弹头机车的技 术后，对其进行分析研究，通过反求设计，进行局部的改进与 创新。2007年的运行过程中，列车时速已经达到250km/h，广 州至深圳的运行时间仅为45min。 佳木斯联合收割机厂，通过引进美国约翰迪尔的联合收割 机技术，经过反求研究，消化吸收，生产出我国自己的大型联 合收割机，结束了我国大型联合收割机全部依靠进口的历史。
医学仿生、医学测量与模拟、整形美容及正畸的模拟与
评价等。
造型设计，如3D动画影片的制作、3D游戏建模、多媒体
虚拟实境、广告动画等。
三维彩色数字化、数字博物馆、有形文物及档案的管理、
鉴定与复制
7
机械创新设计—反求工程及创新设计
鞋楦的扫描和反求
复杂曲面的反求
汽车造型的扫描和反求 8
机械创新设计—反求工程及创新设计
反求工程的分类 按产品的制造过程分 设计反求建立产品的CAD模型。 工艺反求产品所使用的材料、产品的加工工艺(制造工 艺、装配工艺)。 管理反求产品制造过程管理和质量控制。 按反求的目标分 实物反求建立产品的CAD模型。 技术资料反求加工的工艺规范、技术文档、质量管理 等。 影像反求影视画面。
9
机械创新设计—反求工程及创新设计
机械创新设计—反求工程及创新设计
第六章 反求工程及创新设计
1
机械创新设计—反求工程及创新设计
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
创新概论 创新思维与创造原理 原理方案的创新设计 机构的创新设计 机械结构的创新设计 反求工程及创新设计 TRIZ理论与创新设计 仿生原理与创新设计 机械创新设计实例
第五章反求工程与创新设计
• 二、实物反求设计的一般过程
实物反求设计一般流程图
•三、实物反求的准备过程
• 1.决策准备
• 1)收集国内外同类产品的设计、使用、试验、 研究和生产技术等方面的资料，通过分析比较, 了解同类产品及其主要部件结构、性能参数、技 术水平、生产水平和发展趋势。
• 2)对国内企业（或本企业）进行调查，了解生 产条件、生产设备、技术水平、工艺水平、管理 水平及原有产品等方面的情况，以确定是否具备 引进及进行反求设计的条件。
• 2.形位公差的确定
• 形位公差的选用和确定可参考国标GB1184– 80，它规定了标准的公差值和系数，为形位公 差值的选用和确定提供了条件。
• 形位公差的具体选用时应考虑以下原则： • 1)确定同一要素上的形位公差值时，形状公差
寸、材料性能、加工装配工艺等有全面深入的了 解，明确其关键功能和关键技术，对设计中的特 点和不足之处作出必要的评估。 • 实物反求——可利用实测手段获取所需的参数和 性能，尤其是掌握各种性能、材料、尺寸的测定 及试验方法是非常关键的。 • 软件反求——可直接分析了解有关产品的外形、 零部件材料、尺寸参数和结构，但工艺、使用性 能则必须进行适当的计算和模拟试验。 • 影像资料反求——需仔细观察、分析和推理，了 解其功能原理和结构特点，可用透视法与解析法 求出主要尺寸间的相对关系,再用类比法求出几个 绝对尺寸,进而推算出其它部分的绝对尺寸。
•五、零部件的测绘与分析
• 1.实物的分解——对样机进行分解，以便准确而 方便地进行零件尺寸的测量、表面状况的分析及 制定技术要求。实物分解时一般要遵循以下基本 原则：
• 1)遵循能“恢复原机”的原则。即拆完后能按 原样装配起来。
• 2)分解的零部件按机器的组成进行编号，并有 专人保管。
4反求工程与创新设计
4反求工程与创新设计4．1反求工程4．1．1反求工程的概念反求工程〔ReverseEngineering〕这一术语起源于60年代，但对它从工程的广泛性往研究，从反求的科学性进行深化依旧从90年代初刚刚开始。
反求工程类似于反向推理，属于逆向思维体系。
它以社会方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为根底，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的产品进行解剖、分析、重构和再制造，在工程设计领域，它具有独特的内涵，能够讲它是对设计的设计。
反求工程技术是测量技术，数据处理技术，图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。
随着计算机技术的飞速开展和上述单元技术是逐渐成熟，近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用，因为在产品开发过程中需要以实物〔样件〕作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术，因此在汽车、摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计，家电产品外形设计，艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。
所谓反求工程是将数据采集设备猎取的实物样件外表或外表及内腔数据，输进专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构，在计算机上复现实物样件的几何外形，并在此根底上进行原样复制、修改或重设计，该方法要紧用于对难以精确表达的曲曲折折曲曲折折折折面外形或未知设计方法的构件外形进行三维重构和再设计。
4．1．2反求工程的研究内容反求工程技术的研究对象多种多样，所包含的内容也比立多，要紧能够分为以下三大类：①实物类：要紧是指先进产品设备的实物本身；②软件类：包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等；③影像类；包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现的资料。
反求工程包含对产品的研究与开展、生产制造过程、治理和市场组成的完整系统的分析和研究。
要紧包括以下几个方面：1.探究原产品设计的指导思想掌握原产品设计的指导思想是分析了解整个产品设计的前提。
如微型汽车的消费群体是一般百姓，其设计的指导思想是在满足一般功能的前提下，尽可能落低本钞票，因此结构上通常是较简化的。
名词解释反求工程
名词解释反求工程名词解释反求工程，又称为反向工程，是指通过对已经存在的产品、软件、系统等进行逆向研究和分析，来破解它的设计原理、技术细节和实现过程的一种技术手段。
由于反求工程是一种非常有效的技术手段，在很多场合都可以得到广泛的应用。
比如在产品设计领域上，有时候为了提高产品的质量、降低成本和缩短开发时间，可以通过对竞争对手的产品进行逆向研究来了解它的设计思路、材料选型、工艺流程等，并进而优化自己的产品。
在软件研发方面，反求工程也可以帮助开发人员理解软件的编程逻辑、交互方式、数据结构等重要细节，这样可以更好地维护软件、优化算法，甚至实现部分功能的再开发。
那么，反求工程具体的操作流程是怎样的呢？1. 收集目标信息做任何事情首先需要明确目标，反求工程也是一样。
在进行反向工程之前，需要先收集目标对象的样本、数据、图片、文档等信息。
比如，如果是要研究一个机械零部件，那么就必须要收集它的三维模型图、加工工艺文件、零部件标准等。
如果是一个软件系统，就可以收集它的二进制程序、源代码、API文档、用户手册等。
2. 分析目标信息一旦收集到了足够的信息，就需要对这些信息进行分析，找出其中的规律、特点和突破口。
这一步需要对目标信息进行分类、比较、过滤、归纳等操作，并对其进行模拟、演示、试验和验证等。
3. 构建模型在分析目标信息的基础上，需要根据发现的规律和特点来构建目标对象的模型。
这一步可以使用一些模型构建的工具，比如SketchUp、Blender、SolidWorks等，也可以自己编写一些程序来实现模型构建。
4. 模型验证和优化在构建出模型之后，需要对模型进行验证和优化。
这一步可以使用一些CAD软件、集成开发环境（IDE）或者其他专门的工具来进行，主要是为了确保模型的精度和可靠性，达到真正的反向工程效果。
总之，反求工程是一项技术非常复杂而且需要极高技术素质的技术工作，需要结合多种科学技术来实现。
它对于产品设计、软件研发、电子元器件维护和复制、防伪和反盗版等领域都具有重要的应用价值。
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运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计，这就是反求工程的含义，特别强调再创造是反求的灵魂。
1 反求工程出现和发展的时代背景二次大战中，几十个国家卷入战祸，饱受战争创伤。
特别是战败国，在二战结束后，急于恢复和振兴经济。
日本在60年代初提出科技立国方针：“一代引进，二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”，其中在汽车、电子、光学设备和家电等行业上最突出。
为要国产化的改进，迫切需要对别国产品进行消化、吸收、改进和挖潜。
这就是反求设计(Inverse Design)或反求工程(Inverse Engineering)，这两者是同一内涵，仅是不同国家的不同提法。
发展到现在，己成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或重要对策，反求工程的大量采用为日本的经济振兴、进而创造和开发各种新产品奠定了良好基础。
实际上，任何产品问世，包括创新、改进和仿制的，都蕴含着对已有科学、技术的继承和应用借鉴。
因而反求思维在工程中的应用已源远流长，而提出这种术语并作为一门学问去研究，则是60年代初出现的。
市场经济竞争机制已渗透到各个领域，如何发展科技和经济，世界各国都在研究对策。
从共性特征可概括为4个方面对策：(1)大力提倡创造性。
包括新的思维方式、新原理、新理论、新方案、新结构、新技术、新材料、新工艺、新仪器等等。
对于发展一个国家的国民经济来说，创造性是永恒主题。
(2)研究和应用新的设计理论、方法去改造和完善传统的方法，使能既快又好地设计出新型产品。
(3)把计算机应用广泛地引入产品设计、开发的全过程(预测、决策、管理、设计制造、试验、销售服务等)中，以期达到这些过程的一体化、智能化和自动化。
(4)研究和应用反求工程，使能在高的起点去创造新产品。
2 反求工程的含义术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计，这就是反求工程的含义，特别强调再创造是反求的灵魂。
2．1 正设计与反设计人们通称的设计，一般均指正设计。
它是对一个事物真相事先并不知道，通过设计师的创造性劳动，变为人类需求的喜爱的产品。
为此，首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计，创造新方案，经过一系列的设计活动，变为产品。
概括地说，正设计是由未知到已知、由想象到现实的过程，其示意图如图1。
图1 正设计过程示意图反设计是从已知事物的有关信息(包括硬件、软件、照片、广告、情报等)去寻求这些信息的科学性、技术性，先进性、经济性、合理性、国产化的可能性等等，要回溯这些信息的科学依据，即充分消化和吸收，而更重要本质是在此基础上要改进、挖潜进行再创造。
反求的目标如仅限于仿制，是最原始、低级的模仿，其质量和生命周期不会有竞争力，更严重的是侵权行为，要受产权保护制裁。
图2为反设计过程示意图。
如果说正设计的关键要解答“怎么做?”，即设计任务提出后，怎样实现和达到预定目标，那么反求的关键要解答“为什么要这样做?”，即已知目标后，要探索和掌握这种目标的设计者是如何一步一步实现的，反求别人脑袋里是怎样想、怎样做的，要摸清设计意图、所用技术、关键和设计理论与方法。
从这个意义上说，正设计是主动的创造，而反求是先被动后主动的创造，别有一番难度。
故反求并非正设计的简单逆过程，因为一个先进成熟的产品，凝集着设计者的智慧和技术，要去吃透、消化，包含很多复杂内容。
往往吃透别人的技术比自己创造还难，这是因为：(1)先进产品中总有“绝招”、“诀窍”和关键技术，我们并不掌握；(2)别人的思维不会告诉你，要想“钻进别人脑袋里去挖出来”，要花艰苦劳动。
多年来我国测绘仿制的产品，大多数达不到原产品的水平，涉及原因、内容和技术是多方面的，正说明发展反求工程的研究和应用是多么重要。
图2 反设计过程示意图正设计和反设计既有区别又相辅相成，具有丰富正设计经验和水平的人，可以显著提高反求水平；反设计的成功经验可以促进正设计的水平。
但缺乏正设计经验者，反设计中也不能充分消化吸收。
作为一个国家来说，吃透别人的技术仅仅是第一步，在此基础上结合国情进行再创造，变成有自主权和竞争力的新产品，才是反求工程的完整意义和目的。
2．2 反求工程与知识产权任何一项新技术、新产品，应该受到有关保护法(如专利法、知识产权法、商标法等)的法律保护，这是国际性的共同行为规范，这才能引导正常的市场竞争和贸易。
反求工程绝不等于偷技术，它是在科技道德和法律制约下，从学术、工程、技术方面来促进科技的发展。
这是因为：(1)任何产品的设计、开发，总要借鉴、继承已有的知识和技术，市场上的产品总要被别人借鉴，关键要划清产权的界限。
(2)青出于蓝而胜于蓝是发展规律，通过反求来发展新产品，起点高，周期短，成效快，决非照抄照搬。
(3)科学的反求，有助于促进技术革新，扩大眼界，有助于尽快培养新人。
但应该强调，作为一个国家、民族，为发展科技和振兴经济，不能全靠反求来生存；鼓励独立的创造性永远是主旋律或主题。
3 反求对象的类别从工程技术角度看，反求对象可概括为实物反求、软件反求和影像反求三类。
3．1 实物反求顾名思义，它是在已有实物条件下，通过试验、测绘和详细分折，提出再创造的关键。
其中包括功能反求、性能反求、方案、结构、材质、精度、使用规范等众多方面的反求。
实物反求对象可以是整机、部件组件和零件。
作者经历过多种产品的反求，以下几点可供借鉴。
3.1.1 试验方案和试验方法实物反求，首先要在未解体前进行功能、性能等全面试验考核，测试其各项功能和性能指标。
为此，应解决以下几项内容：(1)根据样本、使用说明书，摸清有哪些功能指标；(2)为要进行试验，制定试验条件和试验规范；(3)选择和完善试验台及相应测试仪表及精度；(4)对试验结果的科学处理，其中有静态数据和动态数据；(5)试验中出现故障现象的记录，为进一步分析提供依据。
总之，通过试验，要客观捕捉和反映原机的真实面貌，总结其优点和不足。
对有些样机，不仅要作台架试验，必要时还要作野外行走试验。
3．1．2 测绘中的几项关键(1)尺寸、精度问题。
一般样机都要经出厂磨合试验和性能试验，这样，其尺寸、形状、表面等精度会有变化，要反求其公差和表面精度；(2)曲线和曲面拟合问题。
有些零件或组件，尽管可测出其特征点，但难以勾画出其形状(例如三维曲面)，这就要用三坐标测量和CAD中曲面造型等技术去解决(见下面软件反求)；(3)无损检测问题。
对样机的零件测绘不允许有损伤，要能恢复原状。
例如：有些零件表面有耐磨、耐蚀或美观性等很薄涂层；材质成分和硬度；内表面难以测量的尺寸和形状等等，就必须用无损检测，一般可用激光技术、材料转移的光谱技术、三维全息照相显示技术等等。
(4)测绘后对关键问题的分析和反设计问题。
测绘完后要完整变成图纸，需各种标注和根据对零件工作特性提出技术要求；特殊的形状曲线［2］(例如高次方凸轮轮廓、各种过渡曲线等)应通过优化设计反求其科学依据；箱体等结构复杂件应采用有限元法去反求其强度和刚度等。
测绘后的反求是试验反求后的进一步深化，能否消化、摸底，提出改进挖潜和再创造的途径，是这阶段的关键，有众多内容要做，而且不同对象尚有其特殊个性，这里仅列出机械产品中的一些问题。
3.2 软件反求产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。
软件反求中有三类情况：一是既有实物，又有全套技术软件；二是有实物而无技术软件；三是无实物，仅有全套或部分技术软件。
每类反求各有特点和难点，这里仅就以下问题作介绍。
3．2.1 利用CAD技术对复杂曲面的反求有很多复杂曲线、曲面，可以测出其特征点，但很难靠人工绘图方法，去拟合和拼接出原来的曲面，例如液力变矩器、涡轮增压器的三维曲面，汽车车身外形曲面等等。
现代科技的发展，有条件去精确测量和反求。
(1)利用三坐标测量仪与CAD软件进行反求三坐标测量仪在设定基准下可以测出所需要的全部三维点坐标，是表面数字化过程，如何利用这些数值信息构成曲面，需利用CAD软件中曲面重构处理。
目前商品化CAD软件中，已有为反求工程的应用模块，例如Pro／Engineering、Unigraph、Cimatron等，将测量数据按其格式输入后，即可生成各种曲面，山东工程学院汽车工程系亦已研制成这类软件，并在汽车外形设计和反求中应用。
但三维曲面的光顺问题还未妥善解决，一般按人为方法去处理，但还有一定误差。
其运行示意过程如图3。
图3 三坐标测量仪与CAD结合示意图进一步发展，是将CAD所得信息与CAM连接，直接利用计算机辅助制造加工出产品。
(2)利用特殊材料对反求样品进行复制利用环氧树脂类材料熔化后涂在样件表面，冷却后即变成样件制造的阴模，直接生成样件，不经过表面数字化过程。
但这仅仅是复制，未进行技术性的反求。
3.3 影像反求既无实物，又无技术软件，仅有产品相片、图片、广告介绍、参观印象和影视画面等，要从中去构思、想象来反求，称影像反求，这是反求对象中难度最大的。
影像反求本身就是创新过程。
目前还未形成成熟的技术，一般要利用透视变换和透视投影，形成不同透视图，从外形、尺寸、比例和专业知识，去琢磨其功能和性能，进而分析其内部可能的结构。
4 现代设计理论和方法促进反求工程的发展和深化现代设计理论和方法包括通用的(不针对具体工程专业)和专用的(针对工程专业)的两大范畴。
科技发展日新月异，如果说早期的反求活动偏于模仿性、经验性、粗略近似的技术活动，用传统的、常规的方法基本可以胜任，那么对现代产品中高新技术和复杂多样的技术就无能为力。
例如用断裂力学设计的产品，使用中出现裂纹是正常的，要想用经典力学去反求是无法解释的；高次方组合曲线或曲面的零件断面，不掌握优化技术就难以消化；引进产品某些零件寿命可精确地给出多少小时多少分，如不掌握疲劳和可靠性设计方法就会是个谜，等等。
反求工程包含的内容和知识面很广，不同专业产品又有不同领域。
诸如原理、方案、功能、性能、参数、材质、结构、表面状况、精度和公差、工艺过程、油品、试验和检测、使用规范、维修、运输、可靠性、经济性、贮存等等都要寻究“为什么”的答案，要找出其先进科学的和落后不足的细节。
引进产品不一定都先进，盲目吸收掩盖了落后，不适合国情是虚假的先进，最后都要吃大亏，都不是真正的反求的目标。
反求过程中，如何用现代设计理论、方法和技术去寻求符合国情的适用技术，是提高国产化零件质量的核心问题。
寻找适用技术就是再创造，一旦突破，成效显著，有时可使产品上水平、上档次。
顺便指出，开展反求工程的研究和应用，有助于人才培养。
人们需要通过学习、创造、发明去发现新事物，而反求本身既是学习又可尽快掌握高新技术，缩小差距。