第八章 反求设计
第八章 反求工程与创新设计1
（1）实物反求
内容：整机反求、部件反求、零件反求； 特点：形象直观、直接测量、有可比性、反求周期短；
过程：
（1）一般先是进行试车，对实验中的静态和动态数据进行科学处
理，对实验中出现的故障进行纪录；
（2）然后分析功能原理，画出草图，装配示意图，机构运动简图，
搞清设计思想、原理及性能；
（3）接着要进行分解，注意观察判断零件与整机的关系，零件结
▪ 关键原理：产品的同一功能可以采用不同的工作原 理，某些产品会在工作原理上实现关键技术的特色。
例如新型的可控离合器
ER材料
采用电流变液悬浮液系
统，(Electrorheological
Fiuld) 通过电流变液在
不同电压下粘稠度的变
化，在两轴间起离合作
用，结构简单，可控性
能好。
▪ 关键结构：某些产品巧妙的结构形成关键性技术
❖ 反求过程：研究、分析、消化过程对已知产品
再创造过程开发同类新产品
❖ 反求内容： 分析产品的设计思想，设计原理；
分析零部件的结构形状，确定结构尺寸； 分析加工、装配工艺，确定精度； 分析材料性能，确定材料； 分析工作性能及维护与管理； 分析关键性技术。
一、分析设计思想、设计原理
1.设计的指导思想
市场需求 设计要求
设计师的创 造性活动
正设计过程示意图
产品
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。
第八章反求创新设计
机械创新设计
6. 分析工作性能及维护与管理
产品的主要工作性能如强度、刚度、精度、寿命等 要进行试验测定，掌握其设计规范； 产品的维护与管理主要指，产品的使用性能，维护性 能，如润滑剂的选择与润滑方式；外观的造型、色彩 等。
BUCT
机械创新设计
7.3 反求与创新（二次设计）
* 拟仿设计：基本模仿原设计，无大变动，属最低水平
BUCT
机械创新设计
2、 功能原理的反求
总功能
分功能——子功能——功能元
3、 结构形状与尺寸参数的反求
规则形状 不规则形状
内部，看不见的结构形状
BUCT
机械创新设计
误差分析：用数学解析式表示为：
反求 f ( 测量 计算 制造 磨损 )
一般取各项误差的均方根作为反求误差。即：
BUCT
机械创新设计
关键结构：某些产品巧妙的结构形成关键性技术
例如汽轮机转子的叶 片并非径向安装，而是沿 蒸汽推力Ft的方向与径向 倾斜一个角度，这样当转 子运转时，叶片离心力Fc 对根部的弯矩与工作推力 的弯矩方向相反，使叶片 根部应力降低，这是一种 自平衡结构。
BUCT
机械创新设计
关键材料：某些产品中采用一些特殊材料形成关键性 技术
BUCT
机械创新设计
第八章 反求设计与创新
7.1 概述 7.2 反求过程及内容 7.3 反求与创新
BUCT
机械创新设计
7.1 概述
反求概念：以先进产品的实物、图纸或技术文件作为 研究对象，应用先进设计理论、测试技术、生产工程 学、材料学等知识，对其进行系统的研究、分析，掌 握其关键技术，从而开发出更先进的同类产品的过程 为反求工程或反求设计。 反求问题的提出：从古至今；二战后的日本（45-70 年用60亿美元引进先进技术，150亿美元消化吸收， 取得26000项技术成果，节约了9/10研究费用和2/3研 究时间，索尼的晶体管，本田的摩托车）；各国 （70%以上的技术来之外国）；我国从20世纪60年代 初开始。
创新技法之反求设计
创新技法之反求设计前 言人们通常把适用于科学发现和技术发明的那些技法称之为创造技法，而把那些在创新过程中得到成功应用的技法称之为创新技法或称之为创造创新技法。
笔者认为，多数技法既适用于创造过程也适用于创新过程。
因此，应把它们统称为创造创新技法，简称创造技法。
在本章将对反求设计进行介绍。
反求设计的概念与内容人们通常所称的设计，一般均指正向设计。
先是市场调研设计要求，然后设计师创造性的劳动，最后完成产品的设计。
而反求工程则是在己知某种产品的有关信息(包括硬件、软件、照片、广告、情报等)的条件下，以方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，回溯这些信息的科学依据，即寻求这些信息的先进性、积极性、合理性、改进的可能性等等，达到充分消化和吸收，然后在此基础上改进、挖潜进行再创造，反求工程是己有设计的设计。
反求工程涉及的内容比较广泛，包括几何形状反求、材料反求、工艺反求等许多方面。
一般可以按反求对象分为以下三类: 实物反求；软件反求；影像反求。
从狭义上说，反求工程主要指几何形状反求。
传统的几何形状反求的工作流程如下：图1.1传统几何形状反求的工作流程这种反求方式往往带来以下问题：a.仿制精度不足，翻制模具和手工测绘难以保证精度；b.加工工艺复杂，需要经验丰富的熟练技工；c.处理方式有限，对于一些复杂曲面难以加工；d.花费成本太大，需要多种加工设备和工具；e.开发周期长，模具的制造要耗费大量的工时；f.改变设计困难，不便对产品进行改进。
总之传统的反求方式使得设计制造与开发产品的效率很低，而且主要是用来仿制已有产品，难以作为一种创新设计手段。
这些问题使反求工程的应用范围也因此受到了很大限制。
手工样品或成品 翻制石膏模 手工测绘 仿削机1:1加工 手工图纸 仿制品改进性产品近十几年来，随着信息技术、测控技术、计算机技术的曲面重构技术、快速原型制造等技术的发展与兴起，反求工程技术也得到了迅速的发展，并广泛地应用于机械、家电、航空、汽车、轻工、医疗等领域。
反求设计
反求设计方法摘要：介绍反求设计的发展、特点、反求对象分析、设计过程及反求设计的应用。
关键字：反求设计；反求对象分析；物质模型；虚拟模型正文概述：反求是从已知事物有关信息探寻本质特征，回溯科学依据，以此基础上进行模拟、仿造、改进和创新。
反求技术俗称逆向工程，早期用于三维数据精确测量和产品质量检验，是产品生产制造过程中下游工序向上游工序反馈信息的一种手段【1】。
1：反求设计的优越性及思想反求设计是以先进的产品或技术为对象，进行深入的分析研究，探索并掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型创新产品的设计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和喜爱的产品。
概括地说，传统设计是由未知到已知、由想象到现实的过程。
反求设计则是从已知事物的有关信息(包括实物、技术资料文件、照片、广告、情报等)出发，去寻求这些信息的科学性、技术性，先进性、经济性、合理性等，并且充分消化和吸收，而更重要的是在此基础上改进、挖潜进行再创造。
反求设计方法在新阶段的基本设计思想是：分析已有的产品或设计方案，明确产品的各个组成部分并作适当的分解，明确产品不同部件之间的内在的联系，包括功能系，组装联系等；然后在与传统设计方法相结合的同时，与计算机辅助测量技术、CAD 技术等紧密地联系在一起，在更高的设计层次上获取产品模型的表示方法；最后从功能、原理、布局等不同的需求角度对产品模型进行修改和再设计。
在遇到一些复杂的零部件时，一般不能直接建立CAD 模型，而是借助于先进的计算机辅助测量技术来获取零部件的数据，并经过计算机处理之后，进行CAD 建模，然后在此基础上进行创新设计【2】。
2 企业技术创新的一种主要方法———反求设计技术创新“反求工程技术”是美国工程技术界常用的一个名词，就是“反过来探求”的意义。
在工程技术的研究上一般程序是从需要、设计、制造到成品，这是正向思维的研究顺序；而“反求工程技术”的研究方法与此恰恰相反，是从成品、制造、设计到需要，构成了反向思维的全部过程。
反求设计及应用
反求设计及其应用1反求设计概述技术引进是促进民族经济高速增长的战略措施。
要取得最佳技术和经济效益,必须对引进技术进行深入研究、消化理解和创新,开发出先进产品,形成自已的技术体系。
反求工程是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的组合。
反求工程包括设计反求、工艺反求、管理反求等各个方面。
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和方法,进行系统地分析研究,探索掌握其关键技术,进而开发出同类产品。
反求工程首先要进行反求分析,针对反求对象的不同形式———实物、软件或影像,采用不同的方法。
实物如机器设备的反求,可用实测手段获得所需参数和性能、材料、尺寸等;软件如图样等可直接分析了解产品及各部分的尺寸、结构和材料,但掌握使用性能和工艺,则要通过试制和试验;影像可用透视法与解析法求出主要尺寸间的大小相对关系,与已知参照物对比,求出几个绝对尺寸,推算其他尺寸。
材料和工艺等都需通过试制和试验才能解决。
在以上充分分析的基础上,才能进行不同的反求设计。
2反求设计的过程2.1实物反求设计的一般过程①准备工作。
广泛了解国内外同类产品的结构、性能、产品的技术水平、生产水平、管理水平和发展趋势,以确定是否具备引进价值。
根据反求工程设计的项目分析、产品水平、市场预测、用户要求、发展前景和经济效益,写出可行性分析报告。
在收集的技术资料中,结构说明书、维修手册、标准资料是最重要的。
②功能分析。
对实物进行功能分析,找出相应的功能载体和工作原理。
③实物性能测试。
包括整机性能、运转性能、动态特性、寿命、可靠性等。
测试时要把实际测试与理论计算结合起来。
④实物分解。
分解工作必须保证能恢复原样。
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。
第八章+反求工程与创新设计
2、改进设计：
在对原产品分析研究的基础上，进行局部 的改造性设计，其性能与特征基本上同原产品 ，但局部性能有所改善。我国的大部分厂家都 采取了这种反求设计。
3、创新设计：
以原产品为基础，充分运用创新的设计 思维与创新技法，设计、制造出优于原产品 的新产品。反求工程中的创新设计是我国及 其他发展中国家目前大力提倡的方法。
子功能1：由走纸机构实现，由步进电机驱动 的齿轮系统组成，其功能目标为实现走纸运动。
子功能2：由色带机构实现，由直流电机和齿 轮摆杆系统组成，其功能目标为实现色带的往复 移动，使色带均匀消耗。
子功能3：由字车机构实现，带有编码器的直流 伺服电机和钢丝绳轮在导轨上拖动字车，其功 能目标为实现字车的往复移动。
L34 ． ． ． L3n L44 ． ． ． L4n
． ． ．．．．．．．．．．．．．．．
Ln1 Ln2 Ln3
Ln4 ． ． ． Lnn
从上表中每项功能元的解中取出一项进行组 合，均可获得一组系统解。设计人员可按指标 评价原则从中选出合理的解。
系统方案的评价方法
设评价指标矩阵为：U u i1 ,u i2 ,u i3 ,u .i,. j u i.n
功能树参见下图
子功能1
总功能
子功能2 子功能3
子功能j
功能元1 功能元2 功能元n 功能元1 功能元2 功能元n
功能元1 功能元2 功能元n 功能元1 功能元2 功能元n
针式打印机功能
走纸轮
色带
1、步进电机 走纸传动机构
色带传动机构
4、打印头
导轨
2、直流电机
绳索传动机构 支流伺服电机
针式打印机功能介绍
（1）动力功能元：为系统提供工作动力 按原动机转换能量的方式可分为三大类。 第一类有三相交流异步电动机、单相交流异步
八 反求工程与创新设计_499
3、创新设计：
以原产品为基础，充分运用创新的设计 思维与创新技法，设计、制造出优于原产品 的新产品。反求工程中的创新设计是我国及 其他发展中国家目前大力提倡的方法。
四、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、图
（4）控制功能元：机械设备中的控制方法很多， 有机械控制、电气控制、液压控制、气动控制 及综合控制。其中以电气控制应用最为广泛。 控制系统在机械中的作用越来越突出，传统的 手工操作正在被自动化的控制手段所代替，而 且向智能化方向发展。
四、系统原理方案的反求
1、 系统原理方案的形态学矩阵 将求解后的功能元合理组合，可以得到多
（4）拆后不易复位的零件（如游标、度盘等部件 ）、过盈配合的零件或有些特殊的组件可不 进行分解。如图所示的组合蜗轮中采用铸铁 轮芯2和铜制蜗轮圈1之间的装配，可不分解
（5）分解过程中要有分解记录
2 、装配工艺的反求 正确分解过程的逆解，均可作为该类产品的装 配工艺过程。 六、制造工艺的反求 1、掌握典型零件的加工方法 2、零件工艺反求的一般方法
个系统原理方案解。各功能元的合理组合可通 过形态学矩阵来实现。
系统原理方案的形态学矩阵如下
系统原理方案的形态学矩阵
功能元求解
功能元
12
3
F1
L11 L12 L13
F2
L21 L22 L23
4 ．．． n L14 ． ． ． L1n L24 ． ． ． L2n
F3 F4 ．．． Fn
L31 L32 L33 L41 L42 L43
急需关键技术 2、待引进的技术必须是科技含量高的先进技术 3、有技术和经济实力，能把引进的技术产品化 4、引进技术转换的产品要能产生良好的社会经
第八章反求工程与创新设计
2020/12/12
第八章反求工程与创新设计
本章要求 1.要求掌握反求设计的基本方法 2.学会如何借鉴、继承已有知识和技术，
特别要注意不违反新产品、新技术的有 关保护法（如专利法、知识产权法、商 标法等） 3.懂得反求设计不等于照抄照搬，创造性 才是反求设计的精髓。
第八章反求工程与创新设计
第八章反求工程与创新设计
•反求设计一般有三种形式
• 1．仿造设计： • 完全按照引进产品进行设计，制造的产品 与引入产品完全相同。 • 一些技术力量和经济力量比较薄弱的厂家、 且引进产品相对先进时，常常采用仿造设计的 方法。
第八章反求工程与创新设计
•2．改进设计：
• 在对原产品分析研究的基础上，进行局 部的改造性设计，其性能与特征基本上与原产 品相同，但局部性能有所改善。
•
我国的大部分厂家都采取了这种反求设
计。
第八章反求工程与创新设计
•3．创新设计：
• 以原产品为基础，充分运用创新的设计 思维与创新技法，设计、制造出优于原产品 的新产品。 • 反求工程中的创新设计是我国及其他发 展中国家目前大力提倡的方法。
第八章反求工程与创新设计
•四、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、 图样、影像等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。
第八章反求工程与创新设计
•四、 反求设计的共性问题
•1．探索原产品的设计思想： • 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。
•2．探索原产品的原理方案设计： • 各种产品都是按一定的使用要求设计的， 而满足同样要求的产品，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。
8.反求设计与创新-PPT精选文档
反求技术应用的实例
日本20世纪50年代，提出的口号是“一代引进、二 代国产化、三代改进出口、四代占领国际市场”
成功的运用反求工程，使日本节约了65%的研究时间， 90%的研究经费。到上世纪70年代，日本的工业己经 达到了欧美发达国家的水平。 我国作为一个发展中国家，科技水平相对落后，投入 大量的资金去研究工业发达国家己经推向市场的产品 不完全没有必要的，浪费资金，也浪费时间。在不断 引进新产品或新技术的基础上开发自己的新产品，最 终推向国际市场是很有必要的。
力的技术。
关健技术是反求设计的重点，健结构 与关健材料。
实物反求设计主要过程
分析：对原始产品的功能特点、原理方案、结构构型、工艺过程、
产品的造型特色等宏观内容的分析。 测试：对机械进行运行，并测试功能测试，原理方案论证。
分解：指对原始产品的解体、拆卸。其目的是进一步探索产品的
意图。
例如日本索尼公司推出的多种类型的随身听产品。
功能原理的反求
对于一个产品，其总功能是己知的，但是要进一步深
入分析其各组成部分的分功能，乃至功能元，了解产
品各部分存在的意义。 分析各分功能实现的工作原
理，是简单的机械效应，还是气动、液动；是采用了 分割，还是合并原理等。 掌握了功能原理，就可以 变被动为主动，开发出实现同样功能的不同原理解， 也就实现了从反求到创新的过程。
1.
软件反求与影像反求
软件反求：产品样本、技术文件、设计说明书、使用 说明书、设计图纸以及有关的规范的标准等均为软件。 反求工作的主要内容有，深刻理解图样与技术要求； 选择合适的材料，工艺过程与热处理方法，创造出新 产品。
影像反求：图片、照片、广告介绍以及影视画面等均 属于影像。通过影像，运用透视技术与投影的专业知 识进行分析，领会其功能、性能、结构等特点，然后 从原理方案、构型综合、直到完成产品的创新。
材料加工新技术与新工艺--反求设计
8.2.4 不同反求对象的分析特点
3．影像反求 通过影像资料得到的设计信息最少，反求难度最大
，要求设计者具有较丰富的设计实践经验。
根据影像资料可得到一些设计概念，引导人们 去进行创新设计。
首先根据产品的工作要求分析其功能和原理方 案。如从执行系统的动作和原动机情况分析传动 系统的功能和组成机构。
分析产品的结构和材料，往往要根据其外部已 知信息，参照功能和工作原理进行推理。
8.3 二次设计
在分析反求已有产品的基础上进行设计，称之 为“再设计”或“二次设计”。
进行二次设计与一般创新设计相同。在各个设计阶段 进行多方案分析，尽量利用先进的设计理论和方法，探索 新原理、新机构、新结构、新材料，力争在原有设计的基 础上有所突破、有所前进，开发出更具竞争性的创新产品 。
二次设计包括拟仿设计、变异设计和开发设计 三种类型。
8.3.2 开发设计
例8-2 计时装置的反求设计 2) 二次设计 (1)以显示时间作为总功能求解其他计时装置方 案。搜索各分功能的不同解法、列出形态学矩阵。
8.3.2 开发设计
例8-2 计时装置的反求设计
方案一: 指针式石英电子表 微型电池(化学能一电能)-石英晶体振荡器(电磁 摆)-轮系-指针刻度-旋钮
8.2.2 详细分析
5．形体尺寸分析
对于实物或图纸，测量分析零部件形体尺寸 ，并用图纸表达或利用计算机储存信号。对于 图像，通过透视法求得尺寸之间的比例，再按 参照物确定各尺寸。
8.2.2 详细分析
6．外观造型分析
造型设计和分析的基本原则是实用、经济、 美观，首先要满足功能要求。而通常的美学原 理如合理的尺度、比例，造型上的对称与均衡 ，稳定与轻巧，统一与变化，节奏与韵律等也 应作为分析时的参考难则。
第八章 反求设计
（1）、零部件是功能载体，其结构首先要满足功能的需要。 （2）、联接件由于形锁合、力锁合等不同锁合原理体现相应 的联接结构 （3）、分析结构同时要考虑提高性能、降低成本、提高安全 可靠度等方面的特点。
4、材料分析
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根据零件的功能、结构、加工工艺特点分析，鉴定材料及其 热处理方式。
一般采用表面观测、化学分 析、金相检验等方式确定材料的 化学成分、结构和表面处理情况, 并通过物理试验测定材料的各种 物理性能和主要的力学性能，确 定材料牌号及热处理方式。
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4、Twirl n' Take: 这款由Sony' Odo line设计的照相机使用的是晃动 的能量。
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
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4、gDiapers: 听说过吗？如果掩埋一块尿不湿，需要500年时间才能分 解。好吧，这款gDiapers（感觉像是Google出的）"装配"有可以拆下 来洗的内垫，爱护地球，从宝宝抓起。
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
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8、 River Plant Aquarium: 这款鱼缸拥有一个生物穹顶，缸里的鱼 和水可以给植物提供养分，同时植物给水中的鱼提供氧气。
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
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1、Kupe furniture: 没想到第一名竟然是这样一个不起眼的东西。没 错，就是这些全部用诸如卡车的弹簧、波本威士忌桶的木块搭成的家 具。下次可以向你的朋友炫耀这个充满威士忌香味的家具了。
反求设计法的原理
反求设计法的原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠反求设计法。
啥是反求设计法呢？就好比你看到一个特别牛的东西，你就琢磨，哎呀，它咋这么厉害呢？然后你就开始研究它，想办法把它的精华给学过来，再加点自己的想法，搞出个更好的玩意儿来！这就像你看到别人搭了个特别酷炫的积木城堡，你就想着，我能不能也搭一个，还得比他那个更棒！你想想啊，生活中到处都是可以让我们用反求设计法的地方。
比如说，你看到一款超级好用的手机，那外观，那功能，简直绝了！这时候你就可以仔细研究研究，它的形状是咋设计的呀，那些功能是咋实现的呀。
然后呢，你就可以在自己设计手机的时候借鉴一下，说不定你就能设计出一款让大家都惊叹的手机呢！再比如说，你看到人家画的一幅画特别美，那色彩搭配，那构图，简直完美！那你是不是可以好好琢磨琢磨，人家是咋用色的呀，线条是咋勾勒的呀。
然后你自己画画的时候，也学着点，那你的画不也能变得超级好看嘛！反求设计法可不是简单的模仿哦，那是要带着脑子去思考的！就像你学骑自行车，不是光看别人骑得溜你就能会的，你得自己去试，去感受，去调整。
这反求设计法也是一样，你得真的去钻研，去理解，然后才能变成自己的东西。
你可别小瞧了这反求设计法，它能让你少走好多弯路呢！人家都已经把好东西摆在那了，你直接去学，不比你自己瞎摸索强多啦？而且，通过反求设计法，你还能站在巨人的肩膀上，看到更远的风景呢！你想想，如果没有反求设计法，那我们得浪费多少时间和精力去重新发明轮子呀！有了它，我们就可以把别人的智慧和经验都拿来用，多划算呀！反求设计法就像是一把神奇的钥匙，能打开无数创新的大门。
它让我们能够从已有的优秀成果中汲取灵感，然后创造出属于我们自己的精彩。
这不是偷懒，这是聪明人的做法！我们要善于利用身边的一切资源，让自己变得更强大，更有创造力！所以啊，朋友们，别再傻傻地自己一个人闷头干啦！多看看周围，多学学别人的好东西，用反求设计法让自己的生活变得更精彩吧！。
反求工程及反求设计讲稿
反求工程及反求设计讲稿引言在工程设计过程中，我们通常是根据已知条件和要求来进行设计和计算。
然而，在某些情况下，我们可能需要反过来推导出设计者所做的决策，这就是反求工程。
反求工程是一种逆向工程的方法，通过分析已有的产品或结构，尝试恢复出设计者的意图和设计过程，并进行优化或改进。
在本次讲稿中，我们将介绍反求工程及反求设计的概念、方法和应用领域，并讨论其在工程设计中的重要性和潜在价值。
反求工程与反求设计的定义反求工程反求工程，又称为逆向工程，是指通过对已有产品或结构的分析和测试，以获取其设计原理、制造工艺或其他相关信息的过程。
它的目的是理解和复制已有产品，并可以应用于产品的改进、优化或修复。
反求工程通常包括以下步骤：1.收集已有产品的相关信息，包括结构、功能、性能等；2.进行材料分析、成分测试、力学性能测试等；3.利用逆向工程软件或测量仪器，获取产品的三维模型或图纸；4.对已有产品进行分析和测试，以了解其设计原理和制造方法。
反求工程在许多领域得到了广泛应用，例如复制古建筑、逆向设计产品、破解软件等。
反求设计反求设计是指根据已知的需求和条件，推导出满足这些需求和条件的设计方案。
与传统的设计过程相反，反求设计是从结果出发，逆向推导设计过程。
反求设计主要有以下特点：1.以结果为导向：反求设计是从已知的目标或需求出发，通过逆向推导得到满足这些目标或需求的设计方案。
2.迭代优化：反求设计一般需要进行多次迭代和优化，以找到最优的设计方案。
3.综合考虑：反求设计需要综合考虑多种因素，包括技术要求、经济成本、制造工艺等。
反求设计在许多工程领域得到了广泛应用，如机械设计、电路设计、系统设计等。
反求工程与反求设计的应用领域工程结构分析反求工程和反求设计在工程结构分析中具有广泛的应用。
通过对已有的结构进行力学分析和测试，可以推导出结构的设计原理和决策依据，进而进行优化和改进。
例如，在航空航天领域，对飞机结构进行反求工程可以了解到飞机的载荷分布、材料特性等，从而优化设计、减轻结构重量、提高强度和耐久性。
第八章反求工程与创新设计
第二节 技术引进(jì shù yǐn jìn) 一与、反技求术设引计进与反求工程
技术引进是吸收国外先进技术，促进 民族经济高速增长的战略措施。
反求工程就是针对消化吸收先进技术 的一系列分析方法和应用技术的组合，它 以先进产品设备的实物、软件(ruǎn jiàn) （图纸、程序、技术文件等）或ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ像（图 片、照片等）作为研究对象，应用现代设 计理论方法、生产工程学、材料学和有关 专业知识，进行系统地分析和研究，探索 掌握其关键技术，进而开发出同类的先进
第二十一页，共91页。
8．对产品的造型进行分析，以求美观： 对产品的外形构型、色彩设计等进行分析，从 美学原则(yuánzé)、顾客需求心理、商品价值 等角度进行构型设计和色彩设计。
9．产品的维护与管理，有助于维修和改进： 分析产品的维护与管理方式，了解
重要(zhòngyào)零、部件及易损零、部件， 有助于维修及设计的改进和创新。
我国的大部分厂家都采取了这种反求设 计。
第八页，共91页。
3．创新设计： 以原产品为基础(jīchǔ)，充分运
用创新的设计思维与创新技法，设计、 制造出优于原产品的新产品。
反求工程中的创新设计是我国及其 他发展中国家目前大力提倡的方法。
第九页，共91页。
四、反求设计(shèjì)是创新的重要方法
内急需或国际领先。
2．引进技术的应用过程：学会引进产品或设备 的技术操作及维修，了解结构和生产工艺、技术。
3．引进技术的消化过程：工作原理、结构、材料、 制造工艺、管理方法等，对其研究和测试，找关键 技术。 4．引进技术的反求过程：消化、综合引进的技 术，进行创新设计，开发出有自己特色的产品
第五页，共91页。
反求设计的概念和工作流程
反求设计的概念和工作流程设计是一个创造性的过程，旨在解决问题和满足需求。
在实际设计工作中，往往需要在需求和解决方案之间不断寻找平衡，而“反求设计”作为一种创新的设计方式，正是在这个平衡之上提出的。
什么是反求设计？反求设计是一种设计方法论，强调从问题的反方向思考。
传统设计往往是由需求出发，然后寻找解决方案来满足这些需求。
而反求设计则是先确定一个理想的状态或目标，然后从当前的问题出发，逆向思考，寻找达到这个目标的路径和策略。
反求设计的工作流程1. 确定目标在进行反求设计之前，首先需要明确设计的目标。
这个目标应该是一个明确的、可量化的结果，能够清晰地指导设计方向。
2. 分析现状分析当前的问题和瓶颈，找出造成这些问题的根源。
了解现状的限制和挑战，是实施反求设计的基础。
3. 设想理想状态根据设定的目标，设想一个理想状态，即如果问题不存在或被解决，将会是怎样的情景。
这个理想状态可以不受实际限制，但必须与目标一致。
4. 反向思考从现状出发，逆向思考到达理想状态的途径。
在这个过程中，需要打破传统思维模式，尝试不同的方案和路径。
5. 实践与验证选择最有可能实现目标的方案，将其付诸实践。
反求设计并非一蹴而就，可能需要多次尝试和调整，最终验证设计的有效性。
6. 改进与完善在实践中不断反馈和调整，改进设计方案，使其更加贴近目标和实际需求。
通过循环不断完善设计，最终达到最佳效果。
结语反求设计是一种富有创造性和挑战性的设计方法，它不仅能帮助设计师找到更加切实有效的解决方案，还能激发创新和突破思维的可能性。
在实际设计工作中，借鉴反求设计的理念和工作流程，或许能够带来意想不到的收获和成就。
第八章 反步设计方法
第八章反步设计方法华南理工大学自动化学院反步设计方法的基本思想将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的⎧+=x f x x )(1121&子系统, 然后为每个子系统设计部分Lyapunov )⎪⎪+=x x f x x ),(21232&函数(简称V 函数) 和中间虚拟控制量, 一直“后退到整个系统⎪⎪⎨+=+x x f x x i i i i ),...,( 11&M “后退”到整个系统, 将它们集成起来完成整⎪⎪⎪ &M 个控制律的设计。
⎪⎩+=u x x f x n n n ),...,(1基于反步法的控制器设计虚拟控制⎧+=x f x x )(1121&=⎪⎪+=x x f x x ),(21232&⎪⎪⎧−=)(112211x x z x z α⎪⎪⎨+=+x x f x x i i i i ),...,( 11&M ⎪⎨− L ⎪⎪⎪ &M ⎪⎩=−−),...,(111n n n n x x x z α⎪⎩+=u x x f x n n n ),...,(1反步法的优点1) 通过反向设计使控制V 函数和控制器的设计过程系统化、结构化;2) 可以控制相对阶为n 的非线性系统。
8.2.1 基于反步法的控制器设计考虑下列单输入单输出非线性系统⎧+=x f x x)(1121&⎪⎪⎪+=x x f x x ),(21232&⎪⎪⎨+=+x x f x x i i i i ),...,( 11&M ⎪⎪= &M (8.26)⎪⎩+ux x f x n n n ),...,(1其中及分别是系统的状态和输入变量; 系呈下三角结构反步法的n R x ∈R u ∈统的非线性部分呈下三角结构。
反步法的设计思想是视每一子系统中的为虚拟控制通过确定适当的虚拟反馈),...,(1i i x x f ),...,(11i i i i x x f x x +=+&1+i x 为虚拟控制，通过确定适当的虚拟反馈= ，使得系统的前面状态达到渐近稳定但系统的解般不满足因此1+i x i α)1 ..,. ,1(−=n i 近稳定。
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9、其他 包括使用、维护、包装技术等。
34
三、关键技术的分析和反求
35
对研究对象进行反求分析，最重要的是探求其关键技术— 采用一些非同一般的技术手
关键功能、关键原理、关键结构、关键材料等。 段，以达到同类产品难以达到
的技术水平，体现特色,提高其
1、关键功能的分析 竞争能力。 2、关键原理的分析 3、关键结构的分析 4、关键材料的分析
7、工艺和精度分析
32
（1）、许多先进设备的关键技术是先进的工艺，分析产品的 加工过程和关键工艺十分必要。
在此基础上选择合理工艺参数，确定新设计产品的制造工
艺方法。 （2）、各种构件都由表面形状、 尺寸、元素的相对位置所确定， 在反求过程中对尺寸精度、形状 误差和相对位置误差要进行必要 的分析。
8、工作性能分析
4、材料分析
29
根据零件的功能、结构、加工工艺特点分析，鉴定材料及其 热处理方式。 材料代用：遵循立足国内的方针，考虑资源及成本，选择合
用的国产材料。
代用原则：是首先满足力学、物理性能，其次满足化学成分 的要求，并参照其他同类产品，确定代用材料牌号及技术条件。
5、形体尺寸分析
30
（1）、对于实物或图纸，测量分析零部件形体尺寸，并用图 纸表达或利用计算机储存信号。 （2）、对于图像，通过透视法求得尺寸之间的比例，再按参照 物确定各尺寸。
1、探索产品设计的指导思想
13
（1）、家用产品往往从扩展功能、降低成本、精美造型等方 面提高市场竞争能力。 （2）、为贯彻可持续发展战略，强调节能、保护环境。 绿色设计(Green Design):
从产品的设计、加工、装配、使用、报废整个 寿命周期充分考虑产品的环境属性，防止影响环境 的噪声或废弃物产生，使零件或材料在产品达到寿 命周期时以最高附加值回收并重复利用。
33
对产品的主要工作性能如强度、刚度、精度、寿命等要 进行试验测定，掌握其设计和设计规范。
TY8000系列光纤拉力强度测试机: 可对橡胶、复合材料、合成材料、包 装带、纸张、电线电缆、光纤光缆、安全 带、保险带、皮革皮带、鞋类、胶带、聚 合物、弹簧钢、不锈钢、铸件、有色金属、 汽车零部件、合金材料及其它非金属材料 和金属材料进行拉伸、压缩、弯曲、撕裂、 90°剥离、180°剥离、剪切、粘合力、 拔出力、延伸伸长率等试验。
二、详细分析 1、探索产品设计的指导思想
11
2、原理方案分析
3、结构分析 4、材料分析 5、形体尺寸分析 6、外观造型分析 7、工艺和精度分析 8、工作性能分析 9、其他
1、探索产品设计的指导思想
12
（1）、家用产品往往从扩展功能、降低成本、精美造型等方 面提高市场竞争能力。
为降低成本、便于使用，许多产品以“小型化”作为设计目标。
一、反求工程
4
是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术 的组合。
世界各国在经济技术发展中应用反求工程进行技术创
新的经验，给人们以有益的启示。
日本
日本在反求工程方面的应用：
1945~1970年，“吸收性战略”；
5
日本索尼公司─晶体半导体收音机； 日本本田公司─本田摩托；
二、反求设计 1、定义：
八音盒
控制音鼓均匀回转的“调速”功能是关键功能。
2、关键原理的分析
39
产品的同一功能可以选用不同的原理方案。某些产品在工
作原理上实现关键技术形成特色。
核子秤
2、关键原理的分析
40
产品的同一功能可以选用不同的原理方案。某些产品在工
作原理上实现关键技术形成特色。
可控离合器
ER智能材料是一种可 控流体，在电场的作用下可 从牛顿流体变为剪切屈服应 力较高的粘塑性体，转变连 续、可逆、迅速。
实物、软 件或影像
8
变异设计
施工设计
试验试制 产品生产
第二节 产品反求分析的思路和内容
一、宏观分析
9
机电产品系统的功能体现为能量、物料、信息的变化， 且系统与周围环境有密切联系。 1、能量: 2、物料: 3、信息: 4、环境:
采用几种能量? 有几个动力源? 是否用其他能量替代? 有几种工
作动作? 工作运动的传递方式? 受力特点：平衡力，离心力等。 零部件的形状、材料、性态。
6、外观造型分析
31
（1）、造型设计和分析的基本原则是实用、经济、美观，首
先要满足功能要求。
（2）、通常的美学原理如合理的尺度、比例，造型上的对称 与均衡，稳定与轻巧，统一与变化，节奏与韵律等也
应作为分析时的参考准则。
（3）、色彩能美化产品并引起感情效果。对有关产品色调的 选择与配色、色彩的对比与调和等方面作相应分析。
23
1、Kupe furniture: 没想到第一名竟然是这样一个不起眼的东西。没 错，就是这些全部用诸如卡车的弹簧、波本威士忌桶的木块搭成的家 具。下次可以向你的朋友炫耀这个充满威士忌香味的家具了。
1、探索产品设计的指导思想
24
（1）、家用产品往往从扩展功能、降低成本、精美造型等方 面提高市场竞争能力。 （2）、为贯彻可持续发展战略，强调节能、保护环境。 （3）、价值观从重视物质发展到重视精神 。
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
15
9、 Lotus Eco-Elise: 这款使用"eco wool"材料的与其他Elise与众不 同的Lotus Eco-Elise，拥有一个可以给全车电力系统供电的车顶太阳 能板。
绿色设计(Green Design):
14
按绿色设计的指导思想，选择材料时注意选择无毒、无污 染、废弃物排放量小的材料(避免含铅、镍、汞等)并减少材料 种类。
Yanko Design ：Top 10 of Green Design
10、 Com-bat: 太阳能驱动的机器人飞机。这个有6英寸宽的Combat使用微型触发感应器在战场中导航，并将数据传输回基地。
功能的解决对产品的水平和特色起决定性的作用。
自支承齿轮泵
传 统 承 齿 轮 泵
自 支 承 齿 轮 泵
其关键功能是“支承”。泵中没有轴承，如何解决齿轮与 泵体之间的支承就是它的关键技术。
1、关键功能的分析
38
分析产品的各项功能要重点抓主要功能，而其中一些关键
功能的解决对产品的水平和特色起决定性的作用。
1、关键功能的分析
36
分析产品的各项功能要重点抓主要功能，而其中一些关键
功能的解决对产品的水平和特色起决定性的作用。
肌电控制假手的研制
肌 电 控 制 人 工 假 手
只有解决了“速度转换”
这个关键功能，人工假手才 有实用价值。
1、关键功能的分析
37
分析产品的各项功能要重点抓主要功能，而其中一些关键
教学重点和难点：
产品反求分析的思路，二次设计中拟仿设计、变异设计和开
发设计三种类型。
第一节 概述
3
随着科学技术的高度发展，充分利用现有科技成果引进先 进技术，进行消化、吸收，在此基础上创新，这是发展新技术 的一条重要途径。 一、反求工程 二、反求设计 三、反求设计的过程 本章主要讲述已知机 构设备和已知技术资料的 反求技术与方法。
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
22
2、Saverclip: 可读取电线的吞吐量，然后告诉你，有多少"鲜血"正 从"盖亚"(大地女神)流失
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
19
5 、frogLight: 也许你还没有准备好把家里的等全部换成LED，没关系 Frog Design的这款概念设计能够让你像安装白炽灯一样安装LED灯。
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
第八章 反求设计
课前须知
第一节 概 述
第二节 产品反求分析的思路和内容
第三节 二次设计
第四节 计算机辅助反求设计
课前须知
2
主要任务：
（1）、了解技术引进与反求设计的关系，熟悉反求设计的过程。
（2）、理解产品反求分析的思路和内容，并探索产品设计的指导思 想，了解不同反求对象的分析特点。 （3）、了解二次设计中拟仿设计、变异设计和开发设计三种类型。 （4）、结合反求设计案例进一步加深对反求设计的理解。
17
7、Vertical Farm: 这个摩天农场旨在解决那些农业耕作问题，诸如 焚烧、水源污染、土地减少。它将整个农业耕种密封在一个封闭的 环境里。
绿色设计(Green Design): Yanko Design ：Top 10 of Green Design
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6、Architectural Wind: Aerovironmen设计的Architectural Wind试图 将风力发电机放在城区内。她们看上去又小又漂亮！
（1）、零部件是功能载体，其结构首先要满足功能的需要。 （2）、联接件由于形锁合、力锁合等不同锁合原理体现相应 的联接结构 （3）、分析结构同时要考虑提高性能、降低成本、提高安全 可靠度等方面的特点。
4、材料分析
28
根据零件的功能、结构、加工工艺特点分析，鉴定材料及其 热处理方式。
一般采用表面观测、化学分 析、金相检验等方式确定材料的 化学成分、结构和表面处理情况, 并通过物理试验测定材料的各种 物理性能和主要的力学性能，确 定材料牌号及热处理方式。 Nhomakorabea20