材料加工新技术与新工艺第8章反求设计

1、 机械创新设计机械工程与自动化学院机械设计系.第八章 反求设计. 反求工程(Reverse Engineering)是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和运用技术的组合。8.1 概述 反求设计(Reverse Design)是以先进的产品或技术作为对象，进展深化的分析研讨，探求掌握其关键技术，在消化、吸收的根底上，开发出同类型创新产品的设计。反求设计强调分析原产品时在“求上狠下功夫，吃透原设计；而再设计时在“改和“创上作文章，力图在较高起点上设计出竞争力更强的创新产品。.反求设计分为两个阶段：8.1 概述 反求阶段：经过对原有产品的分析，知其所以然。汲取其技术精华、关键技术，到达为我所用。分

2、析原有产品的技术矛盾，为改良或创新设计提出方向。 再设计阶段：进展二次设计(再设计)，开发出同类型的创新产品。.反求设计的过程：8.1 概述. 8.2.1 宏观分析8.2 产品反求分析的思绪和内容 机电产品系统的功能表达为能量、物料、信息的变化，且系统与周围环境有亲密联络。分析产品时首先要抓住能量、物料、信息、环境这四个根本方面分析其任务原理和产品特点。 根据能量、物料、信息输入和输出的变化，分析产品系统的总功能和主要的辅助功能。. 8.2.1 宏观分析8.2 产品反求分析的思绪和内容 根据能量流、物流、信息流的途径，分析系统中动力源、传动系统(驱动器)、执行系统、检测系统和控制系统的详细组成

3、和特点。. 1探求产品设计的指点思想8.2.2 详细分析 一些家用产品往往从扩展功能、降低本钱、精巧外型等方面提高市场竞争才干。 为降低本钱、便于运用，许多产品以“小型化作为设计目的。 为贯彻可继续开展战略，强调理能、维护环境，绿色设计从产品的设计、加工、装配、运用、报废整个寿命周期充分思索产品的环境属性，防止影响环境的噪声或废弃物产生，使零件或资料在产品到达寿命周期时以最高附加值回收并反复利用。. 1探求产品设计的指点思想8.2.2 详细分析 随着人民生活程度的提高，人的价值观从注重物质开展到注重精神，商品不仅满足需求而且要使人温馨，思索宜人要素的温馨性设计也提到日程上来。 开展系列产品是满

4、足多种类、低本钱、短开发周期以提高市场竞争才干的有效手段。. 2原理方案分析8.2.2 详细分析 各种产品是针对其功能要求进展设计的。在功能分析的根底上了解现有原理方案的任务原理和机构组成，探求其构思过程和特点，并进一步研讨实现同样功能新的原了解法。 分析原理方案首先掌握执行系统的特点，可从动力源、传动系统、丈量系统、控制系统等方面逐项分析，并了解各路间的联络和接口。.3构造分析8.2.2 详细分析 零部件是功能载体，其构造首先要满足功能的需求。 分析构造同时要思索提高性能(提高强度、刚度、精度、寿命，减少磨损，降低噪声等)、降低本钱、提高平安可靠度等方面的特点。. 4资料分析8.2.2 详细

5、分析 根据零件的功能、构造、加工工艺特点分析、鉴定资料及其热处置方式。 有时需经过资料分析进展资料代用，遵照立足国内的方针，思索资源及本钱，选择合用的国产资料。代用的原那么是首先满足力学、物理性能，其次满足化学成分的要求，并参照其他同类产品，确定代用资料的牌号及技术条件。. 5形体尺寸分析8.2.2 详细分析 对于实物或图纸，丈量分析零部件形体尺寸，并用图纸表达或利用计算机储存信号。对于图像，经过透视法求得尺寸之间的比例，再按参照物确定各尺寸。. 6外观外型分析8.2.2 详细分析 外型设计和分析的根本原那么是适用、经济、美观，首先要满足功能要求。而通常的美学原理如合理的尺度、比例，外型上的对

6、称与平衡，稳定与轻巧，一致与变化，节拍与韵律等也应作为分析时的参考难那么。 颜色能美化产品并引起感情效果。对有关产品颜色的选择与配色、颜色的对比与调和等方面作相应分析，有利于了解它的设计风格。. 7工艺和精度分析8.2.2 详细分析 许多先进设备的关键技术是先进的工艺，分析产品的加工过程和关键工艺非常必要。在此根底上选择合理工艺参数，确定新设计产品的制造工艺方法。 各种构件都由外表外形、尺寸、元素的相对位置所确定，在反求过程中对尺寸精度、外形误差和相对位置误差要进展必要的分析。. 8任务性能分析8.2.2 详细分析 对产品的主要任务性能如强度、刚度、精度、寿命等要进展实验测定，掌握其设计和设计

7、规范。. 9其他8.2.2 详细分析包括运用、维护、包装技术等。先进的产品应具有良好的运用性能和维护性能。.8.2.3 关键技术的分析和反求 某些机电产品往往来用一些非同普通的技术手段，以到达同类产品难以到达的技术程度，表达特征，提高其竞争才干。这些技术常称为关键技术(Know How)。 对研讨对象进展反求分析，最重要的是探求其关键技术关键功能、关键原理、关键构造、关键资料等。掌握关键技术是进一步提高产品程度的前提。.8.2.3 关键技术的分析和反求 1关键功能的分析 分析产品的各项功能要重点抓主要功能，而其中一些关键功能的处理对产品的程度和特征起决议性的作用。 自支承齿轮泵构造简单，本钱低

8、。其关键功能是“支承。泵中没有轴承，如何处理齿轮与泵体之间的支承就是它的关键技术。.8.2.3 关键技术的分析和反求 1关键功能的分析 八音盒机芯动力为卷簧，经过传动齿轮带动音鼓回转，拨动音键奏出愉快的音乐。其中控制音鼓均匀回转的“调速功能是关键功能。不同的八音盒机芯往往采用不同的调速机构，突出本人的设计特点。.8.2.3 关键技术的分析和反求 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。某些产品在任务原理上实现关键技术构成特征。.8.2.3 关键技术的分析和反求 2关键原理的分析 对延续运动中固态物料流量的丈量，普通机械丈量安装都不令人称心。近年来我国开发的核子秤，利用物质吸收Y

9、射线的原理，出色地完成非接触延续计量的义务，成为具有国际程度的高技术产品。.8.2.3 关键技术的分析和反求 2关键原理的分析 在无发动机的惯性玩具汽车中，除用飞轮(惯性轮)存贮动力外，还利用惯性原理使汽车遇到妨碍物反向行驶。其中飞轮及小齿轮所在轴A沿轴向可滑移。 图a为向前行驶形状。车遇妨碍物后，由于惯性，滑移轴前冲，到达图b位置，小齿轮与冕状齿轮另一侧相啮合，使车轮反转倒行。.8.2.3 关键技术的分析和反求 3关键构造的分析 某些产品以巧妙的构造构成关键技术。 替代钢梁的一种三角柱状构件。柱的三种组件均在其强度最大的方向接受载荷，等强度下其分量仅为同资料钢梁的14.5。.8.2.3 关键

10、技术的分析和反求 4关键资料的分析一些产品中采用特殊资料构成关键技术。外形记忆合金等具有记忆外形的特点。.8.2.4 不同反求对象的分析特点 根据反求的对象不同可分为实物反求、软件反求和影像反求三种:1实物反求 实物可为设备、部件、零件。实物反求对象最详细，具有较好的分析条件。2软件反求 软件指产品图纸，技术资料文件，产品样本、阐明书等。3影像反求 根据照片、图片、影视画面等影像资料进展产品反求设计称为影像反求。.8.2.4 不同反求对象的分析特点1实物反求 实物反求时先对有关产品进展外观分析和性能实验。在功能分析、原理方案分析的根底上按部件、组件、零件逐渐解体，测求各零件的资料、构造、外形、

11、尺寸和零件之间的组装关系。 根据需求分析零件的加工工艺和精度。经过全面反求，掌握产品的关键技术和存在的矛盾及缺乏。.8.2.4 不同反求对象的分析特点2软件反求 经过软件反求普通可知产品的功能、原理方案和构造组成，假设有零件图那么可详细了解零件的资料、尺寸、精度。 为分析产品或零件性能需求进展适当的计算和模拟实验。 对于外国产品应进展规范换算和资料国产牌号代换。.8.2.4 不同反求对象的分析特点 3影像反求 经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际阅历。 根据影像资料可得到一些设计概念，引导人们去进展创新设计。 首先根据产品的任务要求分析其功能和原理方案。

12、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。 分析产品的构造和资料，往往要根据其外部知信息，参照功能和任务原理进展推理。.8.3 二次设计 在分析反求已有产品的根底上进展设计，称之为“再设计或“二次设计。 进展二次设计与普通创新设计一样。在各个设计阶段进展多方案分析，尽量利用先进的设计实际和方法，探求新原理、新机构、新构造、新资料，力争在原有设计的根底上有所突破、有所前进，开发出更具竞争性的创新产品。 二次设计包括拟仿设计、变异设计和开发设计三种类型。 拟仿设计根本模拟原设计。有时在资料国产化和规范件国标化方面作些改动。 .8.3.1 变异设计 变异设计就是在现有产品根底上对参

13、数、机构、构造、资料等改良设计，或进展产品的系列化设计。.8.3.1 变异设计 例8-1 激光分层实体制造设备激光分层实体制造设备是一种先进的激光成型设备。1)原设备分析激光器x向运动：电机5-丝杠6-滑块13挪动(梁7上导轨导向)。激光器y向运动：电机1-丝杠2-梁7挪动(导轨9导向)。热压辊y向运动：电机14-轴3-同步带8、11-热压辊10挪动(圆柱导轨4、12导向)。矛盾：y方向两种运动不同时进展，能否能够精简并共用机构。.8.3.1 变异设计2) 二次设计 利用激光器y向运动的传动系统(电机1，丝杠2，梁7)和热压辊y向运动的导向系统(圆柱导轨4、12)同时满足两种y向运动，其关键构

14、造是添加锁扣A。当需求热压纸材时，驱动梁7与梁10接触，经过锁扣将两梁联接在一同，梁10即可y，向运动。新方案构造简单，在精度、任务效率不受影响的前提下大大降低了消费本钱。.8.3.2 开发设计 开发设计就是在分析原有产品根底上，抓住功能的本质，从原理方案开场进展创新设计。.8.3.2 开发设计例8-2 计时安装的反求设计1) 原安装分析 取机械表为反求对象，以各零件作为分功能载体，求其解法原理和分功能并分析系统的总功能。.8.3.2 开发设计例8-2 计时安装的反求设计2) 二次设计 (1)以显示时间作为总功能求解其他计时安装方案。搜索各分功能的不同解法、列出形状学矩阵。.8.3.2 开发设

15、计例8-2 计时安装的反求设计方案一: 指针式石英电子表微型电池(化学能一电能)-石英晶体振荡器(电磁摆)-轮系-指针刻度-旋钮.8.3.2 开发设计例8-2 计时安装的反求设计方案二：液晶式石英电子钟电能-石英晶体振荡器(电磁摆) -驱动电路-液晶数字显示-按钮.8.3.2 开发设计例8-2 计时安装的反求设计2) 二次设计 (2)进一步创新设计 计时安装的功能是显示时间，抓住其功能本质可进一步开发创新产品。电波表由国家规范实验室原子钟(精度百万分之一秒)发出时间无线电波信号，经广播电台播出。计时安装只需接受时间信号并显示信号，按此思绪设计的电波表构造简单，计时精度高，欧洲早有运用，我国也胜

16、利用于北京中华世纪坛计时安装。.8.3.2 开发设计例8-3 体外冲击波碎石机1) 体外碎石机的分析 70年代末、80年代初联邦德国科学家首先开发出体外碎石机，患者躺在特制的温水槽中，经约一分钟放电，体内结石即可击碎。 (1)电力液压效应(水闪电)：两个电极在水里进展高压放电时，电极附近会产生宏大压力，能将巩固的宝石击碎。 (2)椭球焦点效应：椭球一个焦点发出的波，经椭球面的反射，必在另一焦点聚集。.8.3.2 开发设计例8-3 体外冲击波碎石机2)新型体外碎石机的开发 根据原有的体外碎石机可分析其功能，而其中关键功能为产生冲击波、聚波、测位(确定结石部位)三项：.8.3.2 开发设计例8-3

17、 体外冲击波碎石机2)新型体外碎石机的开发 北京某厂在分析原机的根底上开发出ESWL-III/ZM型体外冲击波碎石机，冲击波的产半及聚波原理与德国产品一样，但提高了性能，可发出质量较高的冲击波形，其关键技术采用B超与X射线双重定位测位技术。.8.3.2 开发设计例8-3 体外冲击波碎石机2)新型体外碎石机的开发 法国开发的新型碎石机击石振动源改为超声波发生器，冲击波为超声波，集波方式为抛物面聚焦，也很有特征。.8.4 计算机辅助反求设计 对于实物零件进展参数、形体丈量，经过计算机根据丈量数据重构出实物的CAD模型。 对于影像资料，那么可利用摄像机将照片中的图像信息输入计算机，经过一定处置变换得

18、到立体的图像和尺寸，从而反求出其形体和CAD模型。 根据丈量数据，经过数控机床加工出立体实物；或输入激光分层实体制造设备，利用堆积成型的原理，快速构成三维实体零件。.8.4 计算机辅助反求设计 实物的计算机辅助反求设计过程如下： 1数据丈量 采用三坐标丈量机、坐标高速扫描仪、激光扫描仪或3D数字仪等仪器，丈量有关实物零件外表的外形和尺寸，将物理模型转化为丈量数据点。 2数据处置 利用数字化数据处置系统将大量的丈量数据进展编辑处置，删除噪声点，添加必要的补偿点，进展数据点加密和精化，并提供几种坐标变换(平移、旋转、缩放、镜面对称等)。.8.4 计算机辅助反求设计 实物的计算机辅助反求设计过程如下： 3数据输出 1)建立CAD模型：经过曲面拟合、曲面重构、三维建模建立相应的CAD几何模型。 2)产生NC轨迹：对有关数据进展刀具轨迹编辑，产生NC轨迹，进展机械加工。或构成STL文件，将信号输入有关设备进展快速原型制造。.8.5 反求设计案例例8-4 倒车灯开关的反求设计 1) 原产品分析 压力经1、4、3、6、7、10传到回位弹簧11，顶杆1受力压下行程在1mm以内时，铜顶柱3推进小弹簧6使其产生变形，回位弹簧H那么因预加载荷其弹力仍大于小弹簧6，维持原来外形尺寸，使触点对8坚持闭合； 只需当顶