反求工程与创新设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 反求工程与创新设计,一、反求工程,把他国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，近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。,第一节 反求设计概述,1,二、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、引进技术的创新过程,2,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。,三、反求设计,3,人们通常所指的设计是正设计，是由未知到已知和由想象到现实的过程。当然这一过程也需要运用类比、移植等创新技法，但产品的概念是新颖的，是独创的。,反求设计则不然，虽然为反设计，但绝不是正设计的简单逆过程。因为针对的是别人已知和现实的产品，而不是自己的，所以也不是全知的。,是一个虽然知其然，但不知其所以然的问题。,因为一个先进成熟的产品凝聚着原创者长时间的思考与实践、研究与探索，要理解、吃透原创者的技术与思想，在某种程度上比自己创造难度还要大。,反求设计的含义,因此反求设计绝不是简单仿造的意思，是需要进行专门分析与研究的问题。,反求设计的含义,已知事物,（产品、软件、影像）,分析研究事物真相,改进创新,产生,新产品,5,1、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。,反求设计一般有三种形式,6,2、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。,7,反求设计一般有三种形式,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。,8,反求设计一般有三种形式,创新有两种方式:,1、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；,2、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。,四、反求设计是创新的重要方法,9,五、,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。,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,10,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要是国内或本单位的,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,济效益,11,二、引进技术的模式,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。,技术引进（软件引进）,产品引进（,硬件引进）,引进整机,引进部件,引进零件,生产图样,专利文献,产品说明书,12,三、,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,13,四、 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,14,准备阶段,机械设备,功能测试,功能分析原理,分解,绘制草图,绘制装配示意图,绘制装配图,设计思想的反求,产品,反求产品的技术评价,产品试制,实验,装配图审核,审核,工艺分析,画零件图,确定尺寸与公差,材料、技术条件的反求,校对、审核,标准化审查,工艺审查,15,第三节 已知机械设备的反求设计,第三节 已知机械设备的反求设计,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。,一、机械设备反求设计的特点,16,4、目的是反求仿制时，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,17,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,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,机械性能反求,设计思想反求,尺寸公差材料反求,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,18,总功能,子功能1,子功能2,子功能3,子功能j,功能元2,功能元n,功能元1,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,19,三、功能反求,功能分解及功能树,走纸轮,1、走纸传动机构,步进电机,色带,2、色带传动机构,直流电机,导轨,4、打印头,3、绳索传动机构,支流伺服电机,针式打印机功能,20,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。,针式打印机功能介绍,21,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。,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,纸厚调整子功能7,纸宽调整子功能,6,指示系统子功能8,打,印,总,功,能,步进电机,直流电机,直流伺服电机,电磁铁,绳索传动功能元,驱动功能元,齿轮传动功能元,驱动功能元,带传动功能元,齿轮传动功能元,驱动功能元,22,针式打印机功能介绍,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。,功能元的求解,23,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。,（1）动力功能元：为系统提供工作动力,24,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,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。,25,（1）动力功能元：为系统提供工作动力,（,2）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。,26,（3）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。,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,四、系统原理方案的反求,27,功能元求解,功能元,1 2 3 4 n,F,1,F,2,F,4,F,3, ,Fn,L,11,L,12,L,n2,L,21,L,31,L,41,L,n1,L,22,L,42,L,32,L,13,L,23,L,33,L,n3,L,43,L,14,L,1n,L,24,L,2n,L,34,L,3n,L,44,L,4n,L,n4,L,nn, , , , , , ,系统原理方案的形态学矩阵,28,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。,为第i个方案中第j项的评价指标。,加权系数矩阵为：,G =,系统方案的评价方法,设评价指标矩阵为：,29,每个方案的总评价值的计算公式为：,H =,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=1,3。评价指标采用10分制。,30,其数值列于评价指标矩阵中。,工艺性指标为,机构繁简指标为,经济性指标为,寿命指标为,工作性能指标为,动力性能指标为,机械效率指标为,31,加权系数矩阵分别为：,三种方案的评价总值分别为：,=6.9,=6.85,=8.7,第三种方案的评价总值最高，应为最佳解。,32,明确设计任务,求解最佳方案,求解总功能,求解子功能,求解功能元,求解系统方案,黑箱法,功能树,创新法,形态矩阵,评价法则,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,33,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。,五、机械设备的分解与装配工艺的反求,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。,34,（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。,35,五、机械设备的分解与装配工艺的反求,1 、机械设备的分解原则,2 、装配工艺的反求,六、制造工艺的反求,正确分解过程的逆解，均可作为该类产品的装配工艺过程。,1、掌握典型零件的加工方法,2、零件工艺反求的一般方法,36,五、机械设备的分解与装配工艺的反求,1 、机械设备的分解原则,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,37,（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。,38,（5）化学成份分析法：该方法是金属材料的常,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。,七、材料的反求,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。,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手段形成的硬化层约为0.150.3mm。利用高频感应加热淬火形成的硬化层约为0.21.5mm。利用渗碳淬火形成的硬化层约为0.81.5mm。利用氰化处理（碳氮共渗）形成的硬化层约为0.50.8mm。详细情况可查阅有关手册。,40,八、公差的反求,1、零、部件的测绘分析,2、零件测绘的一般方法,（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、或对称面为尺寸测量基准。,41,（2）关键零件的尺寸要进行多次测量，取其平均,值为测量尺寸。,（3）对配合尺寸、定位尺寸等功能性尺寸要测量,到小数点后三位数字，没有公差的非功能性尺,寸，仅测量到小数点后一位数字即可。,42,（4）测量具有复杂形面的零件时（如汽轮机叶片、,凸轮廓线等），要边测量、边画放大图，以检,查测量中出现的问题，及时修正测量结果。,（5）有些不能直接测量到的尺寸，要根据产品性,能、技术要求、工作范围等条件，通过分析计,算求出来。,实测尺寸不等于原设计尺寸，需要从实测尺寸推论出原设计尺寸。假设所测的零件尺寸均为合格的尺寸，实测值一定是图样上规定的公差范围内的某一数值。即：,实测值 = 基本尺寸,制造误差,测量误差,3、实测尺寸数据的处理,43,八、公差的反求,1、零、部件的测绘分析,2、零件测绘的一般方法,4、基本尺寸与公差的处理,对于一些重要的配合尺寸，还要把实测尺寸 分解为基本尺寸和公差值。,在确定基本尺寸时。首先判别是基孔制配合还是基轴制配合，基孔制配合的孔的上偏差为正值，下偏差为零。而基轴制配合轴的上偏差为零，下偏差为负值。,44,八、公差的反求,孔的基本偏差,轴的基本偏差,IT/2,基孔制,基轴制,假如实测尺寸为基本尺寸与公差中值之和，则孔或轴的基本尺寸应满足下面不等式：,+EI,-ei,es=0,IT/2,孔公差带,轴公差带,孔公差带,EI=0,轴公差带,0,46,八、公差的反求,基孔制：,孔的基本尺寸,孔的实测尺寸,轴的基本尺寸,孔的实测尺寸,孔的实测值 ,基本尺寸 ,1/2,孔公差,基轴制：,轴的基本尺寸 ,轴的实测尺寸,孔的基本尺寸 ,轴的实测尺寸,基本尺寸 ,轴的实测值 ,1/2,轴公差,47,八、公差的反求,在处理基本尺寸小数点后面两位的尾数时，可按国际数字修约规则“四舍六入五单双”的原则处理尾数。,逢四则舍，逢六则进，遇五以保证偶数的原则决定舍进。,48,八、公差的反求,5、配合公差的反求设计,由前式可知，采用基孔制：,孔的实测值,基本尺寸 ,1/2,孔公差,采用基轴制：,基本尺寸 ,轴的实测值 ,1/2,轴公差,49,八、公差的反求,6、形位公差的反求设计,根据实测结果选择形位公差时，要注意以下原则。,（1）确定同一要素上的形位公差时，形状公差值,应小于位置公差值。要分清二者的关系。如,要求两平面平行时，其平面度公差值要小于,平行度公差值。,50,（2）圆柱类零件的形状公差值在一般情况下应小,于其尺寸公差值。,（3）形位公差值与尺寸公差值相适应。,八、公差的反求,（4）形位公差值与表面粗糙度相适应。粗糙度很,大，一般无形位公差要求。,（5）选择形位公差时，要考虑到加工方法最后根,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。,51,6、形位公差的反求设计,7、表面粗糙度的确定,机械零件的表面粗糙度可用粗糙度仪较准确的测量出来，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。,进行机构系统的反求时，要注意产品的设计策略反求。一般情况下，产品的反求设计策略有：,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。,52,九、关键零件的反求设计与创新,1、曲线类零件的反求,2、曲面类零件的反求,十、机构系统原理方案的反求与创新,第四节 技术资料的反求设计,一、技术资料反求设计的特点,1、技术资料的反求设计具有抽象性,2、技术资料反求设计具有高度的智力性,3、技术资料反求设计具有高度的科学性,4、技术资料反求设计具有很强的综合性,5、技术资料反求设计具有一定的创造性,53,二、技术资料反求设计的一般过程,1、引进技术资料进行反求设计必要性的论证,2、引进技术资料进行反求设计成功的可能性论证,3、分析原理方案的可行性、技术条件的合理性,4、分析零、部件设计的正确性、可加工性。,5、分析整机的操作、维修是否安全与方便。,6、分析整机综合性能的优劣。,54,第四节 技术资料的反求设计,三、产品图样的反求设计,1、引入产品图样的目的,2 、设备图样的反求设计过程,1）读懂图样和技术要求。,2）用国产材料代替原材料，选择适当的工艺过程和热处理方式，并据此进行强度计算等技术设计。,55,第四节 技术资料的反求设计,3）按我国国家标准重新绘制生产图样和提出具体的技术要求。,4）试制样机并进行性能测试。,5）投入批量生产。,6）产品的信息反馈。,7）进行改进设计，改型或创新设计新产品。,56,三、产品图样的反求设计,第四节 技术资料的反求设计,四、专利文献的反求设计,1、引进专利文献的目的,2、专利文献进行反求设计基本方法,1）根据工作的具体需要选择相关专利文献,2）根据说明书摘要判断该专利的实用性和新,颖性，决定是否引进该项专利技术。,3）结合附图仔细阅读说明书，读懂该专利的结,构、工作原理。,57,第四节 技术资料的反求设计,4）根据权利要求书判断该专利的关键技术。,5）分析该专利技术能否产品化。,6）分析专利持有者的思维方法，以此为基础,进行原理方案的反求设计。,7）在原理方案反求设计的基础上，提出改进,方案，完成创新设计。,8）进行技术设计，提交技术可行性、市场可,性报告。,58,四、专利文献的反求设计,第四节 技术资料的反求设计,五、图像资料的反求设计,1、图片资料反求设计的关键技术,2、图片资料反求设计的步骤,1）收集影像资料,2）影像分析：,3）原理方案的反求设计,4）进行技术设计,5）技术性能与经济性的评估,59,第四节 技术资料的反求设计,第五节 计算机辅助反求设计,一、计算机辅助反求设计的一般过程,1、数据采集,2、数据处理,利用计算机中的数字化数据处理系统将大量的测点数据进行编辑处理，删掉奇异数据点、增加补偿点，进行数据点的密化和精化。,3 、建立CAD模型,60,3、建立CAD模型,通过三维建模、曲线拟合、曲面拟合、曲面重构等方法及理论建立相应的CAD几何模型,4、数控加工,对有关数据进行刀具轨迹编程，产生刀具轨迹，进行数控加工。,61,第五节 计算机辅助反求设计,数据采集,数据处理,NC代码,CAD模型,程序编制,数控装置,三坐标仪,伺服系统,数控机床,应用软件,应用软件,计算机辅助反求设计一般过程,62,倒车灯开关原产品结构图,1-顶杆，2-外壳，3-顶柱，4-密封圈，5-钢碗，6-小弹簧，7-顶圈，,8-导电片，9-触点，10-接触片，11-回位弹簧，12-底座,改进后倒车灯开关结构图,1-顶杆，2-外壳，3-顶柱，4-密封圈，5-弹簧，6-垫片，,7-导电片，8-触点，9-接触片，10-回位弹簧，11-底座,