第八章 反求工程与创新设计

济效益
二、Leabharlann Baidu进技术的模式
引进技术的模式一般有两种：即产品引进 和技术资料的引进。 引进整机 产品引进（硬件引进） 引进部件 引进零件 生产图样 技术引进（软件引进） 专利文献
产品说明书
三、技术引进与反求设计
1 、引进设备直接为生产服务
2 、引进产品与仿造 3 、引进产品与改进 4 、引进产品与创新设计
1、具有形象直观的实物，有利于形象思维。 2、可对产品或设备的性能、材料等项内容直接 进行测试与分析，能获得详细的设计资料。 3、可对产品或设备的尺寸直接进行测量与分析 ，能够获得非常重要的尺寸设计资料。
4、目的是反求仿制，缩短了设计周期，提高 了产品的生产起点与速度。 5、仿制产品与引进产品有可比性，有利于提高 产品的质量。 6、在仿制的基础上加以改进和创新，为开发新 产品提供了有利条件。
用定量分析法。可根据分析结果从有关手
册上查取材料的牌号。
（6）微探针分析法：该方法是最近发展起来的
材料表面成份的分析方法、利用电子探
针、离子探针等仪器对材料的表面进行定
性分析或定量分析。
2、材料的组织结构分析
材料的组织结构分析是指材料的宏观组织结构和微
观组织结构。进行材料的宏观组织结构分析时，可用放 大镜观察材料的晶粒大小、淬火硬层的分布、缩孔的缺 陷等情况。 利用显微镜可观察材料的微观组织结构。
2、获得一定程度的授权
如购买产品后仿造、销售会造成侵权
3、保护自己通过反求设计后所获得的成果
第二节 技术引进与反求设计
一、技术引进的基本原则 1、待引进的技术项目首先是国内或本单位的 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
二、机械设备反求设计的一般过程
引进技术 功能分析与测试 原理方案分析 设备分解 零件测绘 绘制草图 尺寸公差材料反求 机械性能反求
设计思想反求
装配工艺反求 制造工艺反求
反 求 设 计
制 造 样 机
样 机 实 验
评 价
功能元1
三、功能反求
一、功能分解及功能树
功能树参见右图
总功能
子功能1
功能元2 功能元n 功能元1
第八章
第一节
反求工程与创新设计
反求设计概述
一、反求工程 把别人的先进科技成果加以引进，消化吸
收，改进提高，或进行创新设计，进而发展自
己的新技术、开发新产品，是发展民族经济的 捷径。称这一过程为反求工程。
二、反求工程的过程
1、产品的引进过程 2、引进技术的应用过程 3、引进技术的消化过程 4、引进技术的反求过程
走纸运动子功能1 色带运动子功能2 字车运动子功能3 钢针运动子功能4 控制系统子功能5
齿轮传动功能元 带传动功能元 绳索传动功能元
驱动功能元 齿轮传动功能元 驱动功能元 驱动功能元
打 印 总 功 能
步进电机
直流电机
纸宽调整子功能6 直流伺服电机 纸厚调整子功能7 电磁铁 指示系统子功能8
功能元的求解
3、材料的工艺分析
材料的工艺分析是指材料的成型方法。铸造、锻压 、挤压、烧结、焊接、机加工以及热处理等是最常见的 工艺。反求时，可根据对机械零件的分析情况进行反求 处理。
4、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。
一般情况下，利用喷丸、滚压等表面形变硬化
加权系数矩阵分别为：
G 0 .1 0 .05 0 .2 0 .1 0 .05 0 .1 0 .4
三种方案的评价总值分别为：
H 1 0 .1 10 0 .05 10 0 .2 10 0 .1 10 0 .05 10 0 .1 7 0 .4 3
功能元的求解是功能分析与设计的重点和难 点，也是反求设计中的创新突破点。 对于机械产品而言，其功能元一般由动力功 能元、传动功能元、工作功能元、控制功能元和 辅助功能元组成。可按各功能元所具有的作用和 功能目标分别求解。
（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 步电动机、直流电动机、步进电动机、伺服电动 机等，它们都是把电能转化为机械能的机器。 第二类有柴油机、汽油机、蒸汽机、燃汽轮
加权系数矩阵为： G= g 1 , g 2 , g 3 ...... g m
每个方案的总评价值的计算公式为： H= g 1u1 g 2 u 2 g 3u 3 ..... g m u m
总评价值H越大越好。
例:如某机械产品有三种反求方案，即i=13。
评价指标采用10分制。
工作性能指标为
系统原理方案的形态学矩阵
功能元求解 功能元
1 L11
2
3
4
．．．
n
F1 F2 F3
L12
L22 L32
L13 L23
L33
L14 ． ． ． L1n
L21
L31
L24
L34
． ． ． L2n
． ． ． L3n
F4
．．．
L41
L42
L43
L44 ． ． ． L4n
． ． ．．．．．．．．．．．．．．．
三、反求设计
反求设计是对已有的产品或技术进行分析 研究，掌握其功能原理、零部件的设计参数、 材料、结构、尺寸、关键技术等指标，再根据 现代设计理论与方法，对原产品进行仿造设计、 改进设计或创新设计。
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
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。
子功能4：由打印头机构实现，打印钢针由 安装在螺旋管线圈内的电磁铁驱动，其功能目 标为实现打印刚针的往复移动。 子功能5：各子功能的协调工作由控制系统 完成。各不同作用的子功能在微机的指令下协 调工作，完成文字或图形的打印。
=6.9
H 2 0 .1 7 0 .05 8 0 .2 9 0 .1 9 0 .05 9 0 .1 6 0 .4 5 =6.85 H 3 0 .1 8 0 . 05 6 0 . 2 9 0 .1 6 0 . 05 4 0 .1 10 0 . 4 10
四、 反求设计的共性问题
1、探索原产品的设计思想 2、探索原产品的原理方案设计 3、研究产品的结构设计 4、对产品的零件公差与配合公差进行分析 5、对产品中零件的材料进行分析 6、对产品的工作性能进行分析 7、对产品的造型进行分析 8、产品的维护与管理
第三节
已知机械设备的反求设计
一、机械设备反求设计的特点
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 样、影像等已存在的可感观实物，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。
五、反求设计与知识产权
1、引入的产品要通过正当途径
购买专利、产品等。
机原子能发动机等，它们都是通过燃煤、油、铀
获得热能再转化为机械能的机器。
第三类有水轮机、风力机、潮汐发动机、
地热发动机、太阳能发动机等，它们都是把自
然力转化为机械能的机器 弹簧力、重力、电磁力、记忆合金的热变
形力都可以提供驱动力，但已不属于原动机的
范畴
（2）传动功能元：传动功能元用于变换运动方式或变换 速度，可从传动机构目录中选择。 （3）工作功能元：工作功能元直接完成某项工作，可从 工作执行机构目录中选择。在功能分析与设计过程中。 工作功能元的求解是创新的重点内容。
（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 而且向智能化方向发展。
越突出，传统的手工操作正在被自动化的控制手段所代替，
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 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：
测绘之前，要对待反求的设备进行分解，
以便进行尺寸测量、材质分析。分解时要注意
以下原则。 1 、机械设备的分解原则 （1）遵循“能恢复原机”的原则进行拆机。也 就是说，拆完后能按原样装配完毕。 （2）遵循按“整机-部件-零件”分解原则进行 拆机
（3）分解的零、部件按机器的组成进行分类编 号，并有专人保管。 （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
E
D B
C
C
B A
E
C B A
连杆在一个运动循环中都受拉力，如果用柔 性构件代替原来的刚性构件，取消油梁和驴头， 则可创新设计出如下所示的采用绳索滑轮式的无 油梁抽油机。
图示为的无油梁式抽油机的结构图
由于改变了油梁式抽油机的工作执行机构的种类， 也改变了该机械系统的原理方案。
五、机械设备的分解与装配工艺的反求
子功能2
功能元2 功能元n 功能元1
子功能3
功能元2 功能元n
功能元1
子功能j 功能元2
功能元n
针式打印机功能
走纸轮 1、步进电机 走纸传动机构
色带
色带传动机构
4、打印头 导轨 绳索传动机构
2、直流电机
支流伺服电机
针式打印机功能介绍
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
=8.7
第三种方案的评价总值最高，应为最佳解。
.
3 、系统原理方案的反求设计
功能分析与系统原理方案的反求设计过程
明确设计任务 求解总功能 求解子功能 求解功能元 求解系统方案 求解最佳方案 黑箱法 功能树
创新法
形态矩阵
评价法则
图示的抽油机中，四杆机构为工作执行机
构，功能元的求解与优化将是抽油机创新的重 要环节。
Fn
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 i 2 , u i 3 ,...u ij , u in


u ij 为第i个方案中第j项的评价指标。
（1）火花鉴别法：
（2）音质判别法：根据敲击材料声音的清脆不
同，判别材料的成份。铸铁音质哑，钢材
的音质脆、余音长。
（3）原子发射光谱分析法：可通过几毫克～几
十毫克的粉末对材料进行定量分析。
（4）红外光谱分析法：该方法多用于橡胶、塑
料等非金属材料的成份分析。
（5）化学成份分析法：该方法是金属材料的常
手段形成的硬化层约为0.15～0.3mm。利用高频感
应加热淬火形成的硬化层约为0.2～1.5mm。利用
渗碳淬火形成的硬化层约为0.8～1.5mm。利用氰
化处理（碳氮共渗）形成的硬化层约为0.5～
0.8mm。详细情况可查阅有关手册。
八、公差的反求 1、零、部件的测绘分析
方法。
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
ui1 ，动力性能指标为 ui 2 机械效率指标为 ui 3
ui 4 ，机构繁简指标为 ui 5
经济性指标为
工艺性指标为
ui 6 ，寿命指标为 ui 7
其数值列于评价指标矩阵中。
10 10 10 10 10 7 3 U 7 8 9 9 9 6 5 8 6 9 6 4 10 10
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
七、材料的反求 机械零件材料的选择与热处理方法直接影响到 零件的强度、刚度、寿命、可靠性等指标，材 料的选择是机械设计中的重要问题。
1、材料的成份分析