机械设计中的逆向工程技术

渔夫 · 发表于 2010-3-16 09:09

侯维芝祁翠琴(河北工业职业技术学院，石家庄050091)

[摘要]反求设计是逆向工程的重要组成部分。这里介绍了机电产品反求设计的过租与方法，讨论了反求分析与技术创断的关系，说明了反求设计是现代经济发展中，设计高起点、高竟争力创新产品的重要手段。
关键词:机械;反求;过程;关键技术;创新

逆工程(Rererae Engineering也称为反求工程，是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，它是以先进产品设备的实物、软件(图纸、程序、技术文件等)或影像(图片、职片等)作为研究对象，应用现代设计理论及方法探索掌握其关健技术，进而开发出同类的先进产品。因此，通过反求掌握关健技术并滩渐形咸自主研发的能力是发展新技术的一条重要途径。逆向工程泰统的构成见图1。

1 机电产品的反求过程
　　　反求设计（Reverse Design）是逆向工程中的重要组成都分。反求阶段主共是通过对原有产品或技术的剖析，吸取关健抹术:_李证原有产品或技术存在矛盾及间题，为改进或创新设计明确方向，为仿型或开发出同类型产品提供技术支持。反求设计过程见图2。

2 机电产品的反求分析
机电产品的反求分析包括两个方面的内容，一是面向对象整体系统的宏观分析，二是面向对象组成部分个体系统的详细分析。
2.1宏观分析
对于典型的机电产品的反求宏观分析，主要是撤开具体实物，对机电产品的系统功能从概念上概括为能量、物料、信息与环境四个墓本方面。
能兰分析目的是初步确定可行的能量方案。分析原产品采用的能盘方式、动力源:能否用其他能量方式替代;执行工作、运动传递、载荷特点、动静平衡等间题的解决方式等。
　　物料分析是初步确定零部件的形状、材料、性态。了解其有无特殊要求，如阻燃、隔热、防水、轻质等。
信息分析的目的是确定系统中有关信息的侧取、传递、处理、采用、控制方案及有关技术等。
环境分析包括两个方面，一个是设备本身运行所需的环境因素的确定，如温度、湿度、防尘、防屁、防磁等要求;另一个是产品系统对坏境的影响限制，如粉尘、污物、污水、污气、噪声等。
2.2　详细分析
2.2.1反求产品设计思想
了解产品设计的指导思想是分析产品设计的重要前提，是明确二次设计要求的关键。
某些机电产品以扩展功能、降低成本提高市功竞争能力;另一些则以携带方便、使用灵括为追求目标;现代设计理念侧重体现可持续发展、节能、环保、绿色设计(Green Deaogn)、人性化设计。总之，抓住了产品的设计思想，就找准了原设计的根本，有利于寻求关键技术。在此基础上，才能确立自己的创新设计思想。
2.2.2　原理方案分析
机电产品的原理方案是功能的保证。探索原设计的工作原理和机构组成特点，同时进一步研究实现同样功能的新的原理、解法是实现反求设计技术创新的重要步骤。
原理方案分析围绕执行系统的特点，对从动力源、传动系统、测量系统、控制系统等方面逐项分析。并了解各路间的联系和接口。查证原产品是否存在不尽人愈的问越或矛盾。
2.2.3结构分析
零部件是功能的载体。结构方式不间，对功能的保证措施也不同，随之带来的是产品特点也不同。例如冷冲压模具设计中的弹性装里就可以采用弹赞与橡胶两种不同的弹性元件。另外，满足同一执行动作，可以有不同的传动结构形式，如齿轮传动、液压传动等。结构分析的同时要考虑提高性能(提高强度、刚度、精度、寿命，降低环境污染等)、降低成本、提高安全可靠性等方面是否有改革创新的空间。
2.2.4材料分析
同一零件，采用不同的材料及材料处理力式，对零件的功能、加工工艺、使用性有重要影响。探求原设计零件材料的化学成分、结构和表面处理情况，可以使用表面观测、化学分析、金相检验等分方法。物理试验可以侧定材料的各种物理性能和主要的力学性能，确定材料牌号及热处理方式。立足本国资源，必要时选择适用的国产材料替代。
2.2.5　形体尺寸分析
在能够获得原产品实体或图纸的情况下，可以直接测t分析零部件形体尺寸，并用图纸表达(常称之为侧绘设计)。对于只能获得原产品图像的情况，则可通过透视法求得尺寸之间的比例，再按参照物反求原物尺寸。
2.2.6 外观造型分析
产品的外观造型是产品的视觉语育，最能突出产品的个性，在商品竟争中起着重妥的作用。造理设计和分析的基本原则是实用、经济、美观和人性化，但首先要保证功能要求。
2.2.7 工艺和精度分析
许多设备之所以先进的关健是工艺先进，分析产品的加工过程和关镶工艺十分重要。在此基础上选择合理工艺参数，确定新设计产品的制造工艺方法。
构件表面形状、尺寸、元紊的相对位t要求是保证零件功能的荃本条件。在反求过程中，必须对尺寸精度、配合精度、形位精度、表面粗糙度等进行深人分析。
2.2.8 工作性能分析
对产品的主要工作性能如强度、限度、箱度、寿命、安全等要进行试验测定，掌握其设计要求和设计规范。
2.2.9　其他
包括使用、维护、包装技术等。
先进的产品应具有良好的使用性能和维护性能。包装是商品的视觉语言。能传达产品的个性。包装策略是产品营梢策略的重要组成部分。
3　关键技术的分析和反求
为体现产品特色，提商其竞争能力，产品往往采用一些非同一般的技术手段，以达到同类产品难以达到的技术水平，这些技术常称为关键技术(Know How)。反求分析员关键的问题就是探究关键技术—关键功能、关键原理、关键结构、关键材料等。
3.1　关键功能的分析
产品的功能分析重点是关键功能的分析，因为关键功能是产品水平与特色的决定因素。一体化印刷机的关键功能是无须单独制版:汽车自动变速器的关键功能是无需手动换档，而非无级变速。
3.2　关键原理的分析
产品的同一功能可以选用不同的原理方案。某些产品在工作原理上通过关键技术形成特色。
对连续运动中固态物料流童的测盆，一般机械测量装置都不令人满意。近年来我国开发的核子秤，利用物质吸收，射线的原理，出色地完成非接触连续计量的任务，成为具有国际先进水平的高技术产品。
3.3　关键结构的分析
某些产品以巧妙的结构形成关健技术。如“自位”装置、“自平衡”装置、“自控”装置常常是通过利用系统元件本身结构或相互之间的关系，在工作过程中通过“自助”避免进人失效状态。在设计和分析中应充分利用“自助原则’，使结构更趋合理。
3.4　关键材料的分析
有时产品中采用特殊材料也能形成关键技术。例如记忆合金在自动化技术中的应用;阻燃、绝热、抗腐蚀材料在航空、航天技术领域的应用;碳纤维复合材料的应用等，都是以材料应用作为关键技术的。
4　不同反求对象的分析特点
按照反求的对象不同，可分将反求分为实物反求、软件反求和影像反求三种。
4.1　实物反求
实物是支原产品实际设备、零部件。实物反求的对象最具体，具有较好的分析条件。
实物反求时，先对有关产品进行外观分析和性能试验。在功能分析、原理方案分析的基础上按部件、组件、零件逐步分解，侧量求得零件的材料、结构、形状、尺寸和零件之间的组配关系。分析零件的加工工艺和精度要求。通过全面反求，掌握原产品的关键技术，探查产品存在的矛盾及不足。
4.2　软件反求
软件指产品图纸，技术资料文件，产品样本、说明书等。
通过软件反求，一般可知产品的功能、原理方案和结构组成，若有零件图则可详细了解零件的材料、尺寸、精度。有时只一有需要进行零件性能计算和模拟试验才能确定某些因素。
4.3　影像反求
根据图片、影视画面等影像资料进行产品反求设计称为影像反求。通过影像资料得到的设计信息最少，反求难度最大，要求设计者具有较丰富的设计实践经验。
影像反求首先要根据产品的工作要求，分析其功能和原理方案。如从执行系统的动作和原动机情况分析，传动系统的功能和组成机构分析。
影像反求时，产品结构和材料的分析，往往要根据其外部已知信息，参照功能和工作原理进行推理。
为了得到较准确的形体的尺寸，需要采用透视图原理，求出各尺寸之间的比例，然后用参照物对比法确定待求某些尺寸。参照物可以是已知尺寸的人、物或景。
5　反求中的计算机辅助技术
在反求过程中，应用计算机辅助技术可以大大减少人工劳动，有效缩短设计、制造周期。尤其是将自动测量、重构CAD模型、自动成型、数控加工结合起来，用于三维实体造型的设计与反求，更是能够体现现代设计、加工技术的优越性。
5.1三维实体的数据测取与处理
为反求三维实体的物理模型，经常采用的仪器设备是三坐标测量仪、坐标扫描仪、激光扫描仪或3D数字仪等。通过测取实物表面形状、尺寸的数据，将实体的物理模型转化为数字数据。再将这些数据交由数字处理系统，利用计算机辅助技术，通过对数据的编辑、处理、修补，就能方便地在计算机中建立三维实体的CAD几何模型，并允许对所获得的CAD几何模型进行适当的修改。
5.2　三维实体的再造
计算机辅助技术允许利用己获得的三维实体CAD几何模型，通过对数据进行刀具轨迹编辑，自动生成NC轨迹，交由NC机床进行数控机械加工。若生成的是STL文件，则可将信号输人快速自动成型机，进行原型制造。
事实上，在计算机、三坐标测量仪、数控加工及成型设备之间建立起网络连接，数据与信号的传描更是快捷、迅速。
6　结束语
反求分析是现代逆向工程中的重要技术，通过反求分析可以达到吸收先进技术，促进科技成果进步，实现技术创新的目的。逆向工程技术重在分析与吸收，贵在继承与创新，好在能够洋为中用。逆向工程技术是机械设计创新的基础与源泉，在反求的基础上进行工程设计，起点高、效果快、成本低，可以移植、可以组合、可以改造、可以创新，是发展高新技术、提升经济技术、赶超发达国家的一条有效途径。

sgpys20072007 · 发表于 2010-9-2 22:25

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