第3章反求工程设计

上海尼可尼泵业有限公司
3.2.4 机构系统的反求设计 • 机构系统的反求设计通常是根据已有的 设备，画出其机构系统的运动简图，对 其进行对其进行运动分析、动力分析及 性能分析，再根据分析结果改进机构系 统的运动简图，它是反求设计中的重要 创新手段。 • 进行机构系统的反求设计时，要注意产 品的设计策略反求，主要包括以下几方 面：
• 主要包括以下几方面： (1)功能不变，降低成本。 (2)成本不变，增加功能。 (3)增加一些成本以换取更多的功能。 (4)减少一些功能使成本更多地降低。 • 增加功能，降低成本。 • 前4种策略应用较普遍，而最后一种策略是最 理想的，但困难最大，它必须依赖新技术、新 料、新工艺等方面的突破才能有所作为。
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原型修改
• 产品模型是制造技术的基础，而几何模型又是 产品模型的核心。 • 。因此，国内外有关反求工的研究主要集中在 几何形状的反求，即重建产品样件的CAD模型 方面。 • 从产品几何模型重建的角度，反求工反求工程 可狭义地定义为将产品原型转化为CAD模型有 关的计算机辅助技术、数字化测量技术和几何 模型重建技术的总称。 • 基于这种定义，反求工程可以看成是从一个已 有的物理模型或实物零件产生出相应的CAD模 型的过程。
• 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，并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。采用反求工程技术可以缩短新短新产品的 开周期、提高产品的设计和制造质量、增强企 业对市场的快速响应能力等等。 • 反求工程技术历经几十年的研究与发展，已经 成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与 计算机辅助设计、优化设计、有限元分析等有 机组合，构成了现代设计理论和方法的架构。
§3.2 实物反求设计
3.2.1 实物反求设计的特点 根据反求对象的不同，实物反求可分为三种： 1．整机反求 • 反求对象是整台机器或设备。如一台发动机、一辆汽 车、一架飞机、一台机床、成套设备中的某一设备等。 2．部件反求 • 反求对象是组成机器的部件。这类部件是由一组协同 工作的零件所组成的独立装配的组合体。如机床的主 轴箱、刀架等，发动机的连杆活塞组、机油泵等。反 求部件一般是产品中的重点或关键部件，也是各国进 行技术控制的部件。 3．零件反求 • 反求对象是组成机器的基本制造单元。如发动机中的 曲轴、凸轮轴，机床主轴箱中的轴齿轮等零件。反求 的零件一般也是产品中的关键零件。
• 深入分析研究，慎重改进（动）。
§3.3 软件反求设计与创新 软件是指产品样本、技术文件、设计书、使用说书、 图纸、有关规范和标准、管理范和质量保证手册等。技 术软件体现了产品原始设计的理论和思路。完整的技术 软件使机械维修中的反求工作变得容易。 在技术引进过程中，常把产品实物、成套设备或成 套设备生产的引叫做硬件引进，而把产品设计、研制、 生产及使用有关的技术图样、产品样本、产品规范、设 计说明书、制造验收技术条件、使用说明书、维修手册 等技术文件的引进为为软件引进。 硬件引进模式是以应用或扩大生产能力为主要目的， 并在此基础上进行仿造、改造或创新新产品。 软件引进模式则是以增强本国的设计、制造、研制 能力为主要目的，它能促使技术进步和生产力发展。 软件引进模式比硬件引进模式更经济，但需具备现 代化的术条件高水平的科技人员。
• （2）由于工艺、美观、使用效果等方面 的原因，经常要对已有的构件做局部修 改。在原始设计没有三维CAD模型的情 况下，若能将实物零件通过数据测量与 处理产生和实际相符的CAD模型，对 CAD模型进行修改以后再进行加工，将 显著提高生产效率。因此，反求工程在 改型设计方面可以发挥正向设计不可替 代的作用。
1．软件反求设计的特点
软件反求设计的目的，是为了对引进的技术 软件进行破译以探求其技术奥秘，再经过消化、 吸收、创新达到大力发展本国生产技术的目的。 其主要特点有以下几个方面。 （1）软件反求设计的抽象性—由于引进的技术 软件不是实物性产品，可见性差，因此，软件 反求设计的过程主要是处理抽象信息的过程。 （2）软件反求设计的科学性—从引进的技术软 件中提取信息，经过科学的转换、分析与反求、 去伪存真，由低级到高级，逐步破译出反求对 象的技术奥秘，从而获取接近客观的真值。因 此，软件反求设计具有高度的科学性。
• ( 2)圆柱类零件的形状公差值（轴线的直 线度除外），一般情况下应小于其尺寸公 差值。 • ( 3)形状公差值与尺寸公差值相适应。 • ( 4)形状公差值与表面粗糙度值相适应。 • ( 5)选择形位公差时，应对各种加工方法 出现的误差范围有一个大概的了解，以便 据零件加工及装夹情况提出不同的形位公 差要求。 • ( 6)参照验证过的实例，采用与现场生产 的同类型产品图样或测绘样图进行对比的 方法选择形位公差。
（2）反求设计 • 反求设计是在反求分析的基础上进行测绘仿制、 变参数设计、适应性设计或开发性设计。
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3.反求工程的商业化软件
• 随着反求工程技术的发展， 专用的反求 设计软件有很多， 国外较具代表性的主 要有美国EDS公司的基于四边域的 Imageware Surfacer、美国Raindrop公司的 基于三角域的Geomagic Studio、英国 DELCAM 公司的CopyCAD、法国MDTV 公司的Strim and Surface Reconstruction等。

• （3）在缺乏二维设计图纸！或者原始设 计参数情况下，需要将实物零件转化为 计算机表达的CAD模型。便充分利用现 有的计算机辅助分析(CAE)、计算机辅助 制造(CAM)等先进术，并对产品进行创 新设计。 （4）某些大型设备，如航空发动机、汽轮 机组等，经常因为某一零部件的损坏而 停止运行，通过反求工程手段，可以快 速生产这些零部件的替代零件。而提高 设备的利用率和使用寿命。
• （1）在诸如飞机、汽车、摩托车、家用
电器等产品开发中。 • 产品的空气动力学性能和美学设计显得 特别重要，由于设计师习惯于依赖3D实 物模型对产品设计进行评估，而不是高 分辨率2D屏幕上的缩比模型阴影图像， 因此产品几何外形通常不是应用CAD软 件直接设计，而是首先制作木质或黏土 全尺寸或比例模型，然后利用反求工程 技术重建CAD模型，反求工程技术在此 类产品的快速开发中显得举足轻重。
3．表面粗糙度值的确定 • 通常机械零件的表面粗糙度值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。 4．零件材料的确定 • 零件材料的选择直接影响到零件的强度、刚度、寿命、 可靠性等指标，故材料的选择是机械创新设计的重要 问题。 (1) 材材料的成分分析 ( 2)材料的组织结构分析 ( 3)材料的工艺分析 （成形工艺：铸造、锻造、挤压、 焊接、加工等） • 5．热处理及表面处理的确定 • 在确定零件热处理等技术要求时，一般应设法对实物 有关这方面的原始技术条件（如硬度等）进行识别测 定，在获得实测资料的基础上，合理选择。
现代设计理论与方法
第3章 反求工程设计
§3.1 概述 反 求 工 程 又 称 逆 向 工 程 （ Reverse Engineering ），它是一种以先进产品设 备的实物、样件、软件或影像作为研究 对象，应用产品设计方法学、系统工程 学、计算机辅助技术的理论和方法进行 系统分析和研究，探索掌握其关键技术， 进而开发出同类的或更先进的产品的技 术。，是针对消化吸收先进技术采取的 一系列分析方法应用技术的综合。
2．形位（几何）公差的确定 • 零件的几何形状及位置精度对机械产品性 能有很大的影响，一般零件都要求在零件 图上标出形位公差。形位公差的选用和确 定可参考GB/T 1184-1996，它规定了标准差 值和系数，为形位公差值的选用和确定提 供了条件。具体选用时应考虑：
• (1) 确定同一要素上的形位公差值时，形状 公差值应小于位置公差值。如要求平行的 两个表面，其平面度公差值应小于平行度 公差值。
3.1.2 反求工程技术的应用
• 世界各国将反求工程技术广泛地应用于机械行业中， 快速消化吸收他国先进技术和经验，改善本国技术发 展水平、提高生产率和增强经济竞争力，给了我们很 多有益的启示。 • 据统计，各国70%以上的技术源于国外，反求工程作 为快速吸收消化新技术的一种手段，可使产品研发周 期缩短40%以上。 • 在这方面，日本是一个成功的范例，“二战”后，日 本制定了“吸收性战”的基本 国策，应用反求工程技 术消化、吸收、创新其引进技术，推动日本经济快速 发展，成为世界第二号经济强国。 • 随着计算机、数控和激光测量技术的飞速发展，反求 工程技术在新产品开发中已得到广泛应用，具体表现 在以下几个方面：
3.1.1 反求工程的特点
实 物 原 型
设计意图理解 数 据 获 取 反 求 软 件
造型规律识别
原 始 设 计 参 数 还 原
CAD 系 统
CAD 模 型
产 品 创 新 设 计
新 产 品 CAD 模 型 改型设计
计算机 辅助分 析 （CAE）
新 产 品
反求工程是按照产品引进、消化、吸收与创新的思路， 以“实物→原理→功能→三维重构→再设计”框架模 型为工作过程。
3.2.3 关键零件的反求设计
实物易于仿造，但其中必有一些关键零件， 也就是生产商要控制的技术。这些关键零件是 反求的重点，也是难点。在进行实物反求设计 时，要找出这些关键零件。不同的机械设备， 其关键零件也不同。要根据具体情况确定关键 零件。 如发动机中的活塞和凸轮轴、汽车主减速 器中的锥齿轮等都是反求设计中的关键零件。 对机械中的关键零件的反求成功，技术上就有 突破，就会有创新。一般情况下，关键零件的 反求都需要较深的专门知识和技术。
2．反求工程技术实施步骤
（1）反求分析
• 反求分析是指对反求对象从功能、原理方 案、零部件结构尺寸、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。针对反求对象的不 同形式——实物、软件或影像，可采用不 同的手段和方法。
美国满胜（MONOSEM）公司播种机落种管实物照片
（5） 一些特殊领域，如：艺术品、考古文物的复制，
医学领域中人体骨骼、关节等的复制、假肢制造，特种 服装、头盔的制造等，需要首先建立人体的几何模型， 这些情况下都必须从实物模型出发得到CAD模型。 （6） 借助于工业CT技术，反求工程不仅可以产生物体 的外部形状，而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷， 从而成为工业产品无损探伤的重要手段。 （7） 损坏或磨损零件的还原。零件损坏或磨损时，可 以直接采用反求工程的方法重构I CAD模型，对损坏的零 件表面进行还原和修补。 （8） 数字化模型的检测。加工后的零件进行扫描测量， 再利用反求工程法构造出CAD模型，通过将该模型与原 始设计的CAD模型在计算机上进行数据比较，可以检测 制造误差，提高检测精度。
3.2.2 零件技术条件的反求 零件技术条件的确定，直接影响到零件 的制造、部件的装配和整机的工作性能， 其主要包含的反求设计内容如下：。
1．尺寸公差的确定 • 在反求设计中，零件的公差是不能测量的，故 尺寸公差只能通过反求设计来解决。 • 测值则值是知道的，基本尺寸可以计算出来， 因此二者的差值是可求的，再由二者的差值查 阅公差表，并据基本尺寸选择精度，按二者差 值小于或等于所对应公差的一半的原则，最后 确定出公差的度等级和对应的公差值。
实物反求设计的特点
（1）具有直观、形象的实物，有利于形象思维。 （2）可对产品的功能、性能、材料等直接进行试验及 分析，以获得详细的设计参数。 （3）可对产品的尺寸直接进行测绘，以获得重要的尺 寸参数。 （4）缩短了设计周期，提高了产品的生产起点与速度。 （5）引进的产品就是新产品的检验标准，为新产品开 发确定了明确的赶超目标。 实物反求虽形象、直观，但引进产品时费用较大， 因此要充分调研，确保引进项目的先进性与合理性。