反求工程及其关键技术

反求工程及其关键技术

反求工程是综合性很强的术语，它是以设计方法为指导，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，对已有新产品进行解剖、深化和在创造，是已有设计的设计，再创造是反求的灵魂。

一、反求工程的含义

反求工程是测量技术，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发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，所以在汽车，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。

反求工程将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据，输入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形状，并在此基础上进行原样复制，修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。

二、反求工程发展历史

反求工程最早出现于二十世纪六七十年代。二次世界大战后，为了急于恢复和振兴经济，日本在六十年代初提出了科技立国的方针：“一代引进，二代国产化，三代改进进出口，四代占领国际市场”，其中在汽车、电子、光学设备和家电行业上最为突出。为了进行国产化，迫切的需要对引进的技术进行消化、吸收、改进和发展，这就是反求设计（Inverse Design）或者反求工程（Inverse Engineering）最初的出现的背景。发展到现在，已成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或者重要的政策，反求工程的大量采用为日本在战后经济的恢复、经济振兴中发挥了不可替代的作用。

在实际的生产和生活中，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制的，都蕴含着对已有科学、技术和产品的继承和发展。因此反求工程在实际的工程应用中已很早就出现，而作为一门学问去研究，则是最近几十年才出现的。

三、反求工程研究的内容

反求工程技术的研究对象多种多样，所包含的内容也比较多，主要可以分为以下三大类:

1、实物类：主要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发展，生产制造过程，管理和市场组成的完整系统的分析和研究。主要包括以下几个方面:

1、探索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普通百姓，其设计的指导思想是在满足一般功能的前提下，尽可能降低成本，所以结构上通常是较简化的。

探索原产品原理方案的设计各种产品都是按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。产品的功能概括而论是能量，物料信号的转换。例如，一般动力机构的功能通常是能量转换，工作机通常是物料转换，仪器仪表通常是信号转换。不同的功能目标，可引出不同的原理方案。设计一个夹紧装置时，把功能目标定在机械手段上，则可能设计出斜楔夹紧，螺旋夹紧，偏心夹

紧，定心夹紧，联动夹紧等原理方案；如把功能目标确定扩大，则可设计出液动，气动，电磁夹紧等原理方案。探索原产品原理方案的设计，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帮助。

2、研究产品的结构设计

产品中零部件的具体结构是实现产品功能目标是保证，对产品的性能，工作能力，经济性，寿命和可靠性有着密切关系。

确定产品的零部件形体尺寸分解产品实物，由外至内，由部件至零件，通过测绘与计算确定零部件形体尺寸，并用图样及技术文件方式表达出来。它是反求设计中工作量很大的一部分工作。为更好地进行形体尺寸的分析与测绘，应总结箱体类，轴类，盘套类，，齿轮，弹簧，曲线曲面及其它特殊形体的测量方法，并合理标注尺寸。

确定产品中零件的精度确定零件的精度(即公差设计)，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，而不能获得几何精度的分配。精度是衡量反求对象性能的重要指标，是评价反求设计产品质量的主要技术参数之一。科学合理地进行精度分配，对提高产品的装配精度和力学性能至关重要。

确定产品中零件的材料通过零件的外观比较，重量测量，力学性能测定，化学分析，光谱分析，金相分析等试验方法，对材料的物理性能，化学成分，热处理等情况进行全面鉴定，在此基础上，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，或参照同类产品的材料牌号，选择满足力学性能及化学性能的国有材料代用。

确定产品的工作性能针对产品的工作特点机器主要性能进行试验测定，反计算和深入地分析，了解产品的设计准则和设计规范，并提出改进措施。

3、确定产品的造型

对产品的外形构型，色彩设计等进行分析，从美学原则，顾客需求心里，商品价值等角度进行构型设计和色彩设计。

4、确定产品的维护与管理

分析产品的维护和管理方式，了解重要零部件及易损零部件，有助于维修及设计的改进和创新。

四、反求工程的应用领域

反求工程（逆向工程）是近年来发展起来的消化，吸收和提高先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用反求工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，反求工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生产率。因此研究反求工程技术，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。

反求工程（逆向工程）的应用领域大致可分为以下几种情况：

1、在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原形进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型技术复制出一个相同的零件原型。

2、当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用反求工程的方法。比如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各种性能测试（如风洞实验等）建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。

3、在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需用反求工程的设计方法。