现代设计及理论方法第七章反求工程设计课件

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,7,章 反求工程设计,Reverse Engineering Design,第7章 反求工程设计 Reverse Engine,1,第7章 反求工程设计,内容简介,反求工程设计,是一种十分有用的,现代设计方法,。,它是针对,消化吸收先进技术,的系列,分析方法,和,应用技术,的综合的一项新技术。,本章,主要介绍了,如下方面内容,：,反求工程与反求设计的概念及特点,反求工程设计的基本内容及原理,相似理论及相似设计方法简介,反求工程的原理与方法,第7章 反求工程设计内容简介反求工程设计是一种十分有用,2,7.1,概述,7.1.1,反求工程与反求设计的概念,反求工程,（,Reverse Engineering,，简称RE）也称,逆向工程,，它是针对,消化吸收先进技术,的,系列分析方法,和,应用技术,的综合的一项,新技术,。,这一新技术,，它以,现代设计理论方法,、,生产工程学,、,材料科学,为基础，运用各类专业人员,工程设计的经验,、,知识,和,创新思维,，对其已有,新技术,进行,解剖,、,深化,和,再创造,，而应用于,产品开发,和,仿真制造,的一种,并行设计开发技术,。为此而发展出的,反求工程设计,（或称,反求设计,），也就成为一种十分有用的,现代设计方法和技术,。,在,机械设计领域,中，,反求工程设计,就是在,没有图纸,或,图纸不完全,以及没有CAD,模型,的情况下，按照已有,零件的模型,（称为,零件原形,），利用,各种数字化技术,及CAD,技术,重新,构造原形,CAD,模型,的过程。,7.1 概述7.1.1 反求工程与反求设计的概念反求工,3,反求工程,包括,设计反求,、,工艺反求,、,材料反求,和,管理反求,等各个方面。它以,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,的理论方法、生产工程学、材料科学和有关专业知识，进行系统地分析研究，探索掌握其,关键技术,，进而开发出,同类的新产品,。,反求工程的次序,是：,首先进行,反求分析,；,然后进行,反求设计,。,进行,反求分析,时，针对,反求对象的不同形式,实物,、,软件,或,影像,，应采用不同的方法。,(1)对,实物为机器设备,的反求，可用,实测手段,获得所需参数和性能、材料、尺寸等。,反求工程包括设计反求、工艺反求、材料反求和管理反求等各个方,4,(2)对,软件如图样,的反求，可直接分析了解产品和各部件的尺寸、结构和材料，但掌握使用性能和工艺，则要通过试制和试验。,(3)对,影像,（如,图片,、,照片,）的反求，可用,透视法,与,解析法,求出主要尺寸间的大小相对关系，用机器与人或已知参照物对比，出几个绝对尺寸，推算其它尺寸。,(4)对,材料,和,工艺,的反求，则都需要通过,试制,和,试验,的方法才能解决。在以上充分分析的基础上，才能进行不同的,反求设计,。,(2)对软件如图样的反求，可直接分析了解产品和各部件的尺寸,5,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，它是根据,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,，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,。,传统的产品,开发过程,遵从,正向工程,（或,正向设计,）的思维进行，是从收集,市场需求信息,着手，按照“,产品功能描述,（产品规格及预期目标）、,产品概念设计,、,产品总体设计,及,详细的零部件设计,、,制定生产工艺流程,、,设计制造工夹具,、,模具等工装,、,零部加工及装配,、,产品检验及性能测试,”这样的步骤开展工作，是从,未知到已知,、从,抽象到具体的过程,。,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,6,而,反求工程,则是按照,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，其中，最主要的任务是将,原始物理模型,转化为,工程设计概念,或CAD,模型,。一方面为提高工程设计、加工、分析的质量和效率提供,充足的信息,，另一方面则为充分利用先进的CAD/CAE/CAM技术对已有的产品进行,再创新工程服务,。,正向工程,与,反求工程,过程两者比较，,最本质的区别,在于：,正向工程,是由,抽象的较高层次概念,或,独立实现的设计,过渡到设计的物理实现，从设计概念至CAD模型具有一个明确的过程。,而,反求工程,是基于,一个实物原型,来构造,它的设计概念,，并且通过对重构模型特征参数的,调整,和,修改,来达到对,实物原型的产品,复制,和创新，以满足产品更新换代和创新设计的要求。,而反求工程则是按照产品引进、消化、吸收与创新的思路，以“,7,在,反求工程,中，由离散的数字化点到CAD模型的建立是一个复杂的设计推理和数据加工过程。一般产品的,正向设计,与,反求工程设计,的的基本过程如,图7-1,所示。,图7-1 一般产品的正向设计与反求工程设计的基本过程,(a)一般产品正向设计过程,(b)反求工程设计过程,在反求工程中，由离散的数字化点到CAD模型的建立是一个复,8,经过多年来的应用实践表明，,反求工程,具有,如下特点,:,(1)可以使企业,快速响应市场,，大大缩短产品的设计、开发及上市周期，加快产品的更新换代速度，降低企业开发新产品的成本与风险。,(2),适合于,单件、小批量、形状不规则的,零件的制造,，特别是,模具的制造,。,(3)对于设计与制造技术相对落后的国家和地区，,反求工程,是快速,改变,其落后状况,，提高,设计与制造水平的好方法,。,7.1.2,反求工程,的特点,经过多年来的应用实践表明，反求工程具有如下特点:7.1.2,9,基于,产品的技术引进,涉及产品的,消化,、,吸收,、,仿制,、,改进,、,生产经营管理,和,市场营销,等多个方面，它们组成了,一个完整的系统,。,反求工程,就是对,这个系统,进行分析和研究的,一门专门技术,。,因此，,整个反求工程技术,可大致分为,如下三个阶段,：,(1),认识阶段,通过对,所需复制零件,进行全面的,功能分析,及其,加工方法分析,，由设计人员确定出,零件的技术指标,以及,零件中各几何元素拓扑关系,，掌握该零件的,关键技术,。,认识阶段的工作,是整个,反求工程,成功与否的关键。,(2),再设计阶段,再设计阶段,是指从零件测量规划的制定一直到零件CAD模型的重构，这个阶段主要完成的工作有测量规划、测量数据、数据处理及修正、曲面重构、零件CAD模型生成。,基于产品的技术引进涉及产品的消化、吸收、仿制、改进、生产,10,(3),加工制造及功能检验阶段,这个阶段的工作,是根据零件的加工方法不同，制定,出相应的加工工艺,。,例如，,有的零件,CAD,模型,可直接通过快速原型制造得到样件原型；,有的,CAD,模型,可直接经CAM软件生成NC数控代码，到加工中心或其它数控设备上加工出该零件；有的需要采用冲压成形工艺(如汽车覆盖件)，利用成形模具进行批量生产等等。,最后，还要对加工出的零件功能进行检验，如果不合格，则要重新进行再设计和再加工、检验，直到合格为止。,加工制造阶段,可称为,反求工程的下游应用阶段,，由于零件加工制造的手段具有多样性，与不同加工方法相对应的集成,反求工程系统,是不同的。,(3)加工制造及功能检验阶段,11,反求工程,作为一种现代设计方法和理念，已在工程中得到较好应用，目前主要表现在,以下方面,：,(1)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,，以便充分利用现有的计算机辅助分析(CAE)、计算机辅助制造(CAM)等先进技术，进行,再创新设计,。,(2)有些零件有较高的美学、空气动力学要求，难以在计算机上直接造型。设计时往往需要首先制作黏土或油泥的,比例模型,，然后进行,各种实验,，如风洞实验、水池实验等，,一旦,外形确定,，就需要使用,反求工程技术,将其转化为,CAD,模型,。,(3)一些零件可能需要经过多次修改，如在模具制造中，经常需要通过反复试冲和修改模具型面，方可得到最终符合要求的模具。,反求工程,便成为,制造-检验-修正-建模-制造,这一环节中重要的,快速建模手段,。,7.1.3,反求工程设计的应用,反求工程作为一种现代设计方法和理念，已在工程中得到较好应用,12,(4)在,生物医学工程领域,，采用,反求工程技术,，摆脱原来的以手工或者按标准制定为主的,落后制造方法,。通过,定制人工关节,和,人工骨骼,，保证重构的人工骨骼在植入人体后无不良影响。,如在牙齿矫正中，根据,个人制作牙模,，然后转化为,CAD,模型,，经过有限元计算矫正方案，大大提高矫正成功率和效率。,通过建立,数字化人体几何模型,，可以根据个人定制特种服装，如宇航服、头盔等。,(5)应用,反求工程技术,，还可以对,工艺品、文物等进行复制,，可以方便的生成基于实物模型的计算机动画等。,(4)在生物医学工程领域，采用反求工程技术，摆脱原来的以手,13,广义上的,反求工程设计,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，要回溯,这些信息的科学依据,，即要充分,消化,和,吸收,，不仅如此，更要在此基础上进行,改进,、,挖潜,和,再创造,。,因此，概括起来,反求,工程设计的基本内容,主要包括：,产品设计意图与原理的反求,、,几何形状与结构反求,、,材料反求,、,制造工艺反求,、,管理反求,等方面。,其,反求对象,既包含了人们习以为常的,实物原型,，也包括了,软件,与,影像,等对象。,7.2,反求工程设计的基本内容及原理,7.2.1,反求工程设计的基本内容及类型,广义上的反求工程设计是从已知事物的有关信息（包括硬件、软件,14,所谓,实物反求,，它是在已有实物的条件下，通过试验、测绘和详细分析，提出再创造的关键。,其中包括,：,功能反求,、,性能反求,以及,方案,、,结构,、,材质,、,精度,、,使用规范等众多方面的反求,。,根据,反求对象,的不同，,实物反求,可分为,以下三种,：,(1),整机反求,：,反求对象是,整台机器,或,设备,。如一部汽车，一架飞机，一台机床，也可以是汽车或飞机的一台发动机，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制造或独立装配的组合体。如机器设备上的阀泵、机床的尾架、床头箱等。,(3),零件反求,：,反求对象是,组成机器的基本单元,。,1.,实物反求,所谓实物反求，它是在已有实物的条件下，通过试验、测绘和详细,15,进行,实物反求设计,时的,一般进程,为：,(1),工作准备,需广泛了解国际国内同类产品的结构、性能参数、产品系列的技术水平，生产水平、管理水平和发展趋势，以确定是否具备引进的条件。,与此同时，进行,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、经济效益等方面的分析研究，写出,可行性分析报告,。,(2),功能分析,对反求实物进行,功能分析,，找出,相应的功能载体,和,工作原理,。,(3),反求实物性能测试,实物性能,包括整机性能、运转性能、动态性能、寿命、可靠性等。测试时应把,实际测试,与,理论计算,结合起来。,进行实物反求设计时的一般进程为：,16,(4),反求实物分解,分解工作,必须保障,能恢复原机,。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,，先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。再将部件分解为零件，归类记数，编号保管。,(5),测绘零件,完成,零件工作图,，