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1、反求工程(gngchng)反求设计现代设计(shj)方法主讲人：郑超强 赵荣第一页，共52页。目录Contents Page反求设计(shj)的研究对象常用(chn yn)的测量方法与建模应用(yngyng)实例什么是反求工程？什么是反求工程？What is Reverse Engineering?为什么要进行反求？为什么要进行反求？Why should we do RE?怎么进行反求设计？怎么进行反求设计？How to make a Reverse design?第二页，共52页。Part ASONY收音机本田(bn tin)摩托车CRH反求工程(gngchng)？什么什么(shn me)是
2、反是反求工程？求工程？What is Reverse Engineering?第三页，共52页。反求工程出现反求工程出现(chxin)(chxin)和发展的时代背景和发展的时代背景二战结束后，日本国内一片狼藉，经济萧条，国民经济生产总值仅为英国的 1/29,法国的1/38,落后于欧美等强国2030年。然而，仅仅经过短短1020年 时间的建设，日本一跃成为仅次于美国的世界第二经济强国。日本在60年代初提出科技立国方针：“一代引进，二代国产化，三代(sn di)改进出 口，四代占领国际市场”，其中在汽车、电子、光学设备和家电等行业上 最突出。为要国产化的改进，迫切需要对别国产品进行消化、吸收、改进
3、 和挖潜。这使得日本节省了2/3的研究时间和9/10的研究经费。日本是一个会“偷”的国家！第四页，共52页。Part ASONY收音机本田(bn tin)摩托车CRH反求工程(gngchng)？什么什么(shn me)是反是反求工程？求工程？What is Reverse Engineering?第五页，共52页。Example中国高铁的技术来源于德国、日本和法国、加拿大，但根据中国的国情和道路状况又在其基础上进行了一定的创新，形成了中国独特(dt)的高铁技术。中国巨牛无比的山寨，山寨为什么成不了潮流？中国是一个制造业大国，但还算不上一个制造业强国。引进消化吸收创新 第六页，共52页。反求工程
4、：是消化、吸收、先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，它以先进产品实物(shw)、软件（图纸、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）作为研究对象，应用现代设计理论和方法、生产工程学、材料学及相关专业知识，对其进行系统的分析与研究，探索并掌握其关键技术，进而开发出新产品。Definition：反求工程(gngchng)从引进(ynjn)到创新的三个阶段：应用阶段知其然消化阶段知其所以然吸收创新阶段二次设计反求工程第七页，共52页。Part B传统传统(chuntng)(chuntng)设计设计VSVS反求设计反求设计反求设计(shj)优势反求工程(gngchng)？为什么要进行反求？为什么
5、要进行反求？Why should we do RE?第八页，共52页。传统设计过程传统设计过程 如图（如图（a）所示，传统设计是通过工程）所示，传统设计是通过工程师的创造性劳师的创造性劳动，将一个事先并不知道的事物变为人类动，将一个事先并不知道的事物变为人类(rnli)需求的产品。需求的产品。为此，工程师首先要根据市场需求，提出为此，工程师首先要根据市场需求，提出目标和技术要目标和技术要求，再进行功能设计，创造新方案，在经求，再进行功能设计，创造新方案，在经过一系列的设过一系列的设计活动之后，得到预期的新产品。概括地计活动之后，得到预期的新产品。概括地说，传统设计说，传统设计是由未知到已知、由
6、想象到现实的过程，是由未知到已知、由想象到现实的过程，回答的是回答的是“怎怎么做？么做？”的问题。的问题。传统(chuntng)设计VS反求设计第九页，共52页。反求设计过程 反求设计则是从已知事物(shw)的有关信息（包括实物、技术资料文件、照片、广告、情报等）出发，去寻求这些信息的科学性、技术性、先进性、经济性、合理性等，并充分消化和吸收，在此基础上进行改进和再创造。图（b）为反求设计过程示意图，回答的是“为什么要这样做？”的问题。传统(chuntng)设计VS反求设计第十页，共52页。传统传统(chuntng)(chuntng)设计设计VSVS反求设计反求设计小结 传统设计(shj)过程
7、是一个主动的创造性活动，而反求设计(shj)过程则是一种高起点的、先被动后主动的创造性活动。一个先进成熟的产品，凝集着设计(shj)者的智慧和技术，要在吃透、消化原设计(shj)的基础上设计(shj)出更强竞争力的创新产品，别有一番难度，所以说反求设计(shj)并非传统设计(shj)的简单逆过程。第十一页，共52页。1.1.快速建立快速建立(jinl)(jinl)新产品的数据化模型新产品的数据化模型反求设计(shj)的优势2.2.显著显著(xinzh)(xinzh)提高新产品技术水平提高新产品技术水平3.3.彻底改变新产品传统制造工艺方法彻底改变新产品传统制造工艺方法4.4.缩短新产品研发周期
8、缩短新产品研发周期5.5.实现异地实现异地(远地远地)制造或虚拟制造制造或虚拟制造 6.6.实现快速模具制造实现快速模具制造(RT)(RT)7.7.快速制造出复杂物体三维模型快速制造出复杂物体三维模型 利用坐标测量仪器对原产品进行实际测量，快速建立起新产品的原始数据利用坐标测量仪器对原产品进行实际测量，快速建立起新产品的原始数据模型，为快速原形制造提供数据来源。坐标数据采集是反求工程中的第一模型，为快速原形制造提供数据来源。坐标数据采集是反求工程中的第一环节，是数据处理、模型重建的基础。常用的测量方法有机械坐标测量法、环节，是数据处理、模型重建的基础。常用的测量方法有机械坐标测量法、激光线扫描
9、、光栅法及层切法等。激光线扫描、光栅法及层切法等。在对原产品原理、结构、材料、精度、使用维护分析的基础上，采用价在对原产品原理、结构、材料、精度、使用维护分析的基础上，采用价值工程、人机工程学、相似理论、精度设计、动态设计和可靠性设计等值工程、人机工程学、相似理论、精度设计、动态设计和可靠性设计等现代优化设计工具对其进行改进和提高，以制造出更好的产品来。因此，现代优化设计工具对其进行改进和提高，以制造出更好的产品来。因此，反求工程技术有助于企业迅速消化吸收和改进提高国内外先进技术，确反求工程技术有助于企业迅速消化吸收和改进提高国内外先进技术，确保企业自身在同行业中新产品的技术水平优势。保企业自
10、身在同行业中新产品的技术水平优势。反求工程集成制造系统综合运用了反求工程集成制造系统综合运用了CAD/CAECAD/CAE、数控、伺服驱动、激光和材料、数控、伺服驱动、激光和材料等先进技术，可在没有传统制造工具的情况下，在短时间内制造出几何形状复等先进技术，可在没有传统制造工具的情况下，在短时间内制造出几何形状复杂的物体。杂的物体。快速响应制造是快速响应制造是2121世纪对制造业更具影响的技术之一。追求完美与个性化的世纪对制造业更具影响的技术之一。追求完美与个性化的消费需求使产品品种多样化，企业间的竞争不再只是质量与成本的竞争，更重消费需求使产品品种多样化，企业间的竞争不再只是质量与成本的竞争
11、，更重要的是产品上市时间的竞争。采用反求技术可避免走自行开发中不可避免的许要的是产品上市时间的竞争。采用反求技术可避免走自行开发中不可避免的许多弯路，从而大大缩短新产品的开发周期，为企业快速占领市场创造有利条件。多弯路，从而大大缩短新产品的开发周期，为企业快速占领市场创造有利条件。将反求工程与快速原形制造相结合，利用互联网或局域网将三维物体数据方将反求工程与快速原形制造相结合，利用互联网或局域网将三维物体数据方便地读入、传输，实现异地便地读入、传输，实现异地(远地远地)制造或虚拟制造。制造或虚拟制造。第十二页，共52页。Part C反求工程反求工程一般一般(ybn)(ybn)步骤步骤反求设计(
12、shj)具体内容怎么进行怎么进行(jnxng)反反求设计？求设计？How to make a Reverse design?第十三页，共52页。反求工程(gngchng)步骤Step1零件原形零件原形(yunxng)(yunxng)的数字化的数字化 通常采用三维坐标通常采用三维坐标测量仪测量仪(CMM)(CMM)或激光或激光扫描仪等测量装置来扫描仪等测量装置来获取零件原形获取零件原形(yunxng)(yunxng)表面点的表面点的三维坐标值。三维坐标值。Step3 零件原形(yunxng)CAD模型的重建Step4 重建CAD模型的检验与修正Step2 从测量数据中提取零件原形的几何特征从测量
13、数据中提取零件原形的几何特征按测量数据的几何属性对其进行分割，采用按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。所具有的设计与加工特征。将分割后的三维数据在将分割后的三维数据在CADCAD系统中分别做系统中分别做表表面模型的拟合面模型的拟合，并通过各表面片的求交与拼接，并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的获取零件原形表面的CADCAD模型。模型。采用根据获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要，对不满足要求者重复以上过程，直至达到零件的逆
14、向工程设计要求。第十四页，共52页。分层制造分层制造(zhzo)，逐层，逐层叠加叠加第十五页，共52页。产品设计的指导思想分析(fnx)原理方案(fng n)的分析材料材料(cilio)分析分析反求设计的内容结构分析形体尺寸形体尺寸分析分析精度分配分析工作性能工作性能分析分析第十六页，共52页。反求设计(shj)内容(1)(1)产品设计的指导思想分析产品设计的指导思想分析 了解产品设计的指导思想是了解产品设计的指导思想是分析产品设计的重要前提，是明确反求设计要分析产品设计的重要前提，是明确反求设计要求的关键。不同时期的产品在设计指导思想方求的关键。不同时期的产品在设计指导思想方面是不同的，并与
15、社会的发展及科技发展水平面是不同的，并与社会的发展及科技发展水平密切相关。在产品设计早期，人们往往是从完密切相关。在产品设计早期，人们往往是从完善功能、扩展功能、降低成本方面开发产品，善功能、扩展功能、降低成本方面开发产品，但随着社会的发展，人民生活水平的提高，在但随着社会的发展，人民生活水平的提高，在保证功能的前提下，产品的精美造型、工作生保证功能的前提下，产品的精美造型、工作生活的舒适性等也成为设计人员追求的目标活的舒适性等也成为设计人员追求的目标.要分析一个产品，首先要从产品的设计要分析一个产品，首先要从产品的设计指导思想入手。它决定指导思想入手。它决定(judng)(judng)了产品
16、的设了产品的设计方案，深入分析并掌握其指导思想是分析了计方案，深入分析并掌握其指导思想是分析了解整个产品设计的前提。了解反求对象的功能解整个产品设计的前提。了解反求对象的功能将有助于对产品设计方案的分析、理解和掌握，将有助于对产品设计方案的分析、理解和掌握，才有可能在进行反求设计时，得到优于原产品才有可能在进行反求设计时，得到优于原产品的设计方案。的设计方案。第十七页，共52页。反求设计(shj)内容(2)(2)功能原理方案分析功能原理方案分析 各种产品都是按照一定的要求设计的，而满足一定要各种产品都是按照一定的要求设计的，而满足一定要求的产品，可能有多种不同的形式。所以产品的功能目标是求的产
17、品，可能有多种不同的形式。所以产品的功能目标是产品设计的核心问题，不同的目标可引出不同的原理方案。产品设计的核心问题，不同的目标可引出不同的原理方案。例如设计一个夹紧装置时，如果例如设计一个夹紧装置时，如果(rgu)(rgu)把功能目标定在机把功能目标定在机械手段上，则可能设计出螺旋夹紧、凸轮夹紧、连杆结构夹械手段上，则可能设计出螺旋夹紧、凸轮夹紧、连杆结构夹紧、斜面夹紧等原理方案。如果紧、斜面夹紧等原理方案。如果(rgu)(rgu)把功能目标扩大，把功能目标扩大，则可能出现液压、气动、电磁夹紧等原理方案。充分了解反则可能出现液压、气动、电磁夹紧等原理方案。充分了解反求对象的功能有助于对产品原
18、理方案的分析、理解和掌握，求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握，也才有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高于原产也才有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高于原产品的原理方案，这也是反求工程技术的精髓所在。品的原理方案，这也是反求工程技术的精髓所在。尼龙丝割草机的设计理念尼龙丝割草机的设计理念(l nin)由来：有杂由来：有杂技演员用鞭子技演员用鞭子“切纸切纸”和和“切烟头切烟头”的情景启的情景启发了人们用高速度的软物体抽切草的可能性。发了人们用高速度的软物体抽切草的可能性。达到了将草与根基分离的目的。达到了将草与根基分离的目的。第十八页，共52页。反求设计(shj)内容(
19、3)(3)零部件结构分析零部件结构分析 结构设计不仅仅是原理方案的具体化过程，还必须结构设计不仅仅是原理方案的具体化过程，还必须要考虑许多细节，而细节的总和就是质量。因此，零、部件要考虑许多细节，而细节的总和就是质量。因此，零、部件结构分析时除了要考虑提高产品性能（提高强度、刚度、精结构分析时除了要考虑提高产品性能（提高强度、刚度、精度、寿命，减少磨损，降低噪声度、寿命，减少磨损，降低噪声(zoshng)(zoshng)等），还要考虑等），还要考虑工艺、装配、美观、成本、安全、环保等诸多方面的要求和工艺、装配、美观、成本、安全、环保等诸多方面的要求和限制。限制。第十九页，共52页。(4)(4)
20、零部件形体尺寸分析零部件形体尺寸分析 根据拥有反求对象的资料（实物、软件或影像）的不同，根据拥有反求对象的资料（实物、软件或影像）的不同，在确定反求对象形状尺寸时，所选用的方法也有所不同。若是实在确定反求对象形状尺寸时，所选用的方法也有所不同。若是实物反求，则可对产品直接进行测量；若是软件或影像反求，则可物反求，则可对产品直接进行测量；若是软件或影像反求，则可采用参照物对比法、利用透视成像原理采用参照物对比法、利用透视成像原理(yunl)(yunl)和作图技术，并和作图技术，并结合人机工程学和相关的专业知识，通过分析计算确定其形状尺结合人机工程学和相关的专业知识，通过分析计算确定其形状尺寸。对
21、于具有复杂曲线曲面的零件，则要采用一些先进的测绘手寸。对于具有复杂曲线曲面的零件，则要采用一些先进的测绘手段及测绘仪器方可实现。段及测绘仪器方可实现。(5)(5)精度分析精度分析 精度是衡量反求对象性能的重要指标精度是衡量反求对象性能的重要指标(zhbio)(zhbio)之一，也直接影响产品的成本。零件尺寸易于获之一，也直接影响产品的成本。零件尺寸易于获得，但尺寸精度却难以确定，这也是反求设计中的难点之得，但尺寸精度却难以确定，这也是反求设计中的难点之一。合理分析设计零件精度及其分配关系，对提高产品的一。合理分析设计零件精度及其分配关系，对提高产品的装配精度、机械性能，降低产品成本至关重要。装
22、配精度、机械性能，降低产品成本至关重要。eg.eg.极值法、封闭环、尺寸链、增减环、封闭环上下偏差极值法、封闭环、尺寸链、增减环、封闭环上下偏差 完全互换法、大数互换法完全互换法、大数互换法第二十页，共52页。（6 6）材料分析）材料分析 同一零件采用不同的材料及材料处理方式，对同一零件采用不同的材料及材料处理方式，对零件的功能、加工工艺、使用性能有着重要影响。探零件的功能、加工工艺、使用性能有着重要影响。探求原设计零件材料的化学成分、结构和表面处理情况，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、金相检验可以使用表面观测、化学分析、金相检验(jinyn)(ji
23、nyn)等等分析方法。物理试验可以测定材料的各种物理性能和分析方法。物理试验可以测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。替代原本国资源，必要时选择适用的国产材料替代。替代原则是优先满足力学及物理性能，其次满足化学成分的则是优先满足力学及物理性能，其次满足化学成分的要求，参照其它同类产品，确定替代材料的牌号及技要求，参照其它同类产品，确定替代材料的牌号及技术条件。术条件。低碳钢因塑性好可作冷冲压的零件低碳钢因塑性好可作冷冲压的零件 高碳钢硬度高可作切削工具高碳钢硬度高可作切削工具
24、含合金元素高的不锈钢、耐热钢具有特殊性能含合金元素高的不锈钢、耐热钢具有特殊性能eg.eg.热处理不同热处理不同,材料内部组织不同，性能也不同材料内部组织不同，性能也不同 高速钢经退火处理后硬度不高，可加工成各种形状高速钢经退火处理后硬度不高，可加工成各种形状 高速钢成形后经淬火回火处理，其硬度高耐磨性好，高速钢成形后经淬火回火处理，其硬度高耐磨性好，可作切削工具可作切削工具第二十一页，共52页。反求设计(shj)内容(7)(7)工作性能分析工作性能分析 针对产品的工作特点及其主要性能（强度、刚度、精度针对产品的工作特点及其主要性能（强度、刚度、精度或寿命等）进行试验测定、反计算和深入的分析，
25、掌握其设计或寿命等）进行试验测定、反计算和深入的分析，掌握其设计准则和设计规范。在分析产品的运动特性、力学特性过程中，准则和设计规范。在分析产品的运动特性、力学特性过程中，建立合理建立合理(hl)(hl)的数学模型，进行静态、动态的全面分析。例的数学模型，进行静态、动态的全面分析。例如，某机床厂与法国如，某机床厂与法国VernierVernier公司合作，开发生产公司合作，开发生产DB420DB420型工作型工作台不升降铣键床。台不升降铣键床。（8）造型设计分析）造型设计分析60年代开始，出现了工业设计这门新兴设计技术，现在全国年代开始，出现了工业设计这门新兴设计技术，现在全国(qun u)高
26、校里也很热门的一个专业。高校里也很热门的一个专业。内在质量内在质量实用性（结构、性能、寿命）实用性（结构、性能、寿命）外观质量外观质量美观性（形态、色彩、装饰）美观性（形态、色彩、装饰）舒适方便程度舒适方便程度舒适性（人机系统协调）舒适性（人机系统协调）eg.书桌的高度适合人体的坐姿、机床上的各种旋钮手柄等必须书桌的高度适合人体的坐姿、机床上的各种旋钮手柄等必须置于操作员上手范围内、从早期的马氏汽车到现在的流线型汽置于操作员上手范围内、从早期的马氏汽车到现在的流线型汽车、龙门数控钻床车、龙门数控钻床第二十二页，共52页。反求设计(shj)内容（9）工艺分析）工艺分析 在反求工程技术中，反求设计
27、与反求工艺是相互联系，缺一在反求工程技术中，反求设计与反求工艺是相互联系，缺一不可的。在某些情况下，反求工程中工艺问题比设计问题更难不可的。在某些情况下，反求工程中工艺问题比设计问题更难处理，因此，在缺乏制造处理，因此，在缺乏制造(zhzo)原型产品的先进设备与先进原型产品的先进设备与先进工艺方法和未掌握某些特殊技术的条件下，对反求工程中的工工艺方法和未掌握某些特殊技术的条件下，对反求工程中的工艺问题的处理就显得尤为重要。通常采用的方法有反叛法编制艺问题的处理就显得尤为重要。通常采用的方法有反叛法编制工艺；改进工艺方案，保证原设计的要求；曲线对应法反求工工艺；改进工艺方案，保证原设计的要求；曲
28、线对应法反求工艺参数；材料国产化，局部改进原型结构以适应工艺水平艺参数；材料国产化，局部改进原型结构以适应工艺水平（10）对产品的维护与管理分析）对产品的维护与管理分析 分析产品的维护与管理方式，了解重要零、部件及易损的零、分析产品的维护与管理方式，了解重要零、部件及易损的零、部件，有助于维修、改进设计和创新设计。部件，有助于维修、改进设计和创新设计。第二十三页，共52页。Taking a break,will be right back!第二十四页，共52页。Part D实物实物(shw)(shw)反求反求软件(run jin)反求反求工程(gngchng)？反求设计研究对象反求设计研究对象
29、影像影像反求反求第二十五页，共52页。实物(shw)反求 顾名思义，实物反求是在已有实物条件下，通过试验、测绘和详细分折，研制开发出与原型产品相同或相似的新产品。实物反求过程是一个认识产品、再现产品或创造性地开发产品的过程，其中包括功能反求、性能反求、方案、结构、材质、精度、使用规范等众多方面的反求。反求工程不仅要研究同行的先进技术，而且还要了解竞争对手的水平和动向，如美国著名的寇明斯发动机公司为了了解我国柴油机的水平，就曾引进我国的135系列柴油机进行(jnxng)了反求研究，从他们对其轴瓦材料和工艺分析的研究报告来看，似乎已经完全掌握了该柴油机的技术秘密。只有运用反求技术才能更好的消化国外
30、的先进技术。第二十六页，共52页。实物(shw)反求设计的分类1整机反求 2部件(bjin)反求 3零件(ln jin)反求 第二十七页，共52页。实物反求设计(shj)的特点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、材料等内容直接进行测试(csh)与分析，以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试(csh)与分析，以获得重要的尺寸设计资料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第二十八页，共52页。实物反求的一般(ybn)
31、过程（1）分析(fnx)1）功能分析2）原理方案(fng n)分析3）结构形式分析4）工艺过程分析（2）测试（3）分解（4）测绘（5）改进与创新第二十九页，共52页。机械设备的反求设计(shj)零部件的测绘(chu)与分析机械设备的分解(fnji)原则机构系统的反求设计实测尺寸数据的处理测绘的一般方法机械零件材料的反求设计关键零件的反求设计材料成分分析材料的硬度分析材料的工艺分析材料的组织结构分析策略：功能不变，降低成本。增加功能，降低成本。增加功能，成本不变。减少功能，降低更多成本。增加功能，增加成本。第三十页，共52页。软件(run jin)反 求技术软件泛指产品样本资料、产品标准、产品规
32、范，以及与设计、研制、技术软件泛指产品样本资料、产品标准、产品规范，以及与设计、研制、生产制造有关的技术资料和技术文件，如产品图纸生产制造有关的技术资料和技术文件，如产品图纸(tzh)、制造验收技术、制造验收技术条件、产品设计说明书、计算书、使用说明书和产品设计标准、工具工装条件、产品设计说明书、计算书、使用说明书和产品设计标准、工具工装设计标准、工艺守则、操作规范、管理规范、质量保证手册等。依据这些设计标准、工艺守则、操作规范、管理规范、质量保证手册等。依据这些技术软件，设计新产品的过程，称为软件反求。技术软件，设计新产品的过程，称为软件反求。第三十一页，共52页。软件(run jin)反求
33、的模式1.以引进产品以引进产品(chnpn)实物、成套设备和生产线为主的硬件模式实物、成套设备和生产线为主的硬件模式2.以获得设计、制造以获得设计、制造(zhzo)、使用与研制技术秘密为主的软件模、使用与研制技术秘密为主的软件模式式吉利公司收购吉利公司收购VOLVO的的100%股份，获得了股份，获得了包括生产线在内的所有技术包括生产线在内的所有技术我国动车组的研制就是以引进的德国、我国动车组的研制就是以引进的德国、日本等国家的相关技术在结合国情的日本等国家的相关技术在结合国情的情况下研发出来的情况下研发出来的第三十二页，共52页。软件(run jin)反求的特点第三十三页，共52页。影像(yn
34、 xin)反求根据产品相片、图片、说明书、广告介绍、参观印象、影视画面等为参考资料，进根据产品相片、图片、说明书、广告介绍、参观印象、影视画面等为参考资料，进行产品反求设计的方法称为影像反求设计。行产品反求设计的方法称为影像反求设计。影像反求设计具有原始资料面广、量大的特点，为设计人员提供了从较多方案中筛影像反求设计具有原始资料面广、量大的特点，为设计人员提供了从较多方案中筛选出较好方案的可能性。选出较好方案的可能性。而产品广告的图片、资料等仅是简单的外形，性能的概括及使用维修的注意事项，而产品广告的图片、资料等仅是简单的外形，性能的概括及使用维修的注意事项，这给反求设计带来了较大的难度，但是
35、也正是因为这样，才能更好地发挥反求设计这给反求设计带来了较大的难度，但是也正是因为这样，才能更好地发挥反求设计人员的聪明才智，结合实际进行创新设计。人员的聪明才智，结合实际进行创新设计。如如7070年代初，我国前去苏联考察牙轮钻机年代初，我国前去苏联考察牙轮钻机(zunj)(zunj)的代表团，就靠着几张在的代表团，就靠着几张在100M100M以以外拍摄的照片，仿制出我国第一台牙轮钻床。外拍摄的照片，仿制出我国第一台牙轮钻床。我国的航空、导弹工程在国外禁运、封锁的情况下，也是靠简单的图像等资料，发我国的航空、导弹工程在国外禁运、封锁的情况下，也是靠简单的图像等资料，发挥我国技术人员的聪明才智，
36、设计制造出了各种型号的导弹、火箭。挥我国技术人员的聪明才智，设计制造出了各种型号的导弹、火箭。第三十四页，共52页。影像反求设计中，对图片等资料进行分析是最关键的技术，包括影像反求设计中，对图片等资料进行分析是最关键的技术，包括透视变换原理与技术、阴影、色彩与三维信息等技术。随着计算透视变换原理与技术、阴影、色彩与三维信息等技术。随着计算机技术的飞速发展，图像扫描技术与扫描结果的信息处理技术已机技术的飞速发展，图像扫描技术与扫描结果的信息处理技术已逐渐完善。通过色彩可辨别出橡胶逐渐完善。通过色彩可辨别出橡胶(xingjio)(xingjio)、塑料、皮革等、塑料、皮革等非金属材料的种类，也可辨
37、别出是铸件或是焊接件，还可辨别出非金属材料的种类，也可辨别出是铸件或是焊接件，还可辨别出钢、铝、铜、金等有色金属材料。通过外形可辨别其传动形式和钢、铝、铜、金等有色金属材料。通过外形可辨别其传动形式和设备的部分内部结构。根据拍照距离可辨别其尺寸。当然，图像设备的部分内部结构。根据拍照距离可辨别其尺寸。当然，图像处理技术不能解决强度、刚度、传动比等反映机器特征的详细问处理技术不能解决强度、刚度、传动比等反映机器特征的详细问题，更进一步的问题还需要技术人员去解决。题，更进一步的问题还需要技术人员去解决。第三十五页，共52页。Part E接触式接触式测量方法测量方法非接触式非接触式测量方法测量方法反
38、求工程(gngchng)？常用常用(chn yn)的测的测量方法量方法与建模与建模点云建模点云建模第三十六页，共52页。三维反求技术三维反求技术(jsh)(jsh)三维反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据，之后再使用软件，计算出采集数据的空间坐标，并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位扫描，然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个(zhngg)操作过程，可以分为四个步骤：1）物体数据化2）从采集的数据中分析物体的几何特征3）物体三维模型重建4）检验、修正三维模型第三十七页，共52页。常用(chn yn)的测量方法一.接触(jich)式测量方法（一）坐标测量机 坐标测量机是一
39、种大型精密的三坐标标测量仪器，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行逆向工程测量。坐标测量机一般采用触发式接触(jich)测量头，一次采样只能获取一个点的三维坐标值。九十年代初，英国Renishaw公司研制出一种三维力一位移传感的扫描测量头，该测头可以在工件上滑动测量，连续获取表面的坐标信息，扫描速度可达8米/秒，数字化速度最高可达500点/秒，精度约为0.03mm。这种测头价格昂贵，目前尚未在坐标测量机上广泛采用。坐标测量机主要优点是测量精度高，适应性强，但一般接触(jich)式测头测量效率低，而且对一些软质表面无法进行逆向工程测量。第三十八页，共52页。（二）层析(cn x)法 层析法是近
40、年来发展的一种反求工程逆向工程技术 将研究的零件原形填充后，采用逐层铣削和逐层光扫描相结合的方法获取零件原形不同位置截面的内外轮廓数据，并将其组合起来获得零件的三维数据。层析法的优点在于任意形状，任意结构(jigu)零件的内外轮廓进行测量，但测量方式是破坏性的。第三十九页，共52页。非接触式反求工程测量方法非接触式测量根据测量原理的不同，大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。1.结构光法 结构光法的操作原理是把一定模式的光源，投射到被扫描对象的表面上，投射参考面光源，会被放在该位置的被扫描对象阻挡而发生变形，此时使用不同的镜头摄取不同角度的图像，再分析变形的光源,就可计算出被测对象表面的
41、整幅图像的三维坐标。结构光法采用的光源以光栅影线较为普遍。目前分析光栅影线变形的方法主要有传里叶及相移法。而相移法相对较为准确，这种方法的优点是测量的速度很快、扫描的面积大、设备相对轻便方面携带、测量场地(chngd)没有特别要求。在汽车行业，它普遍被用来扫描汽车的车身等大面积对象。第四十页，共52页。激光三角法是在被扫描物的表面用有规则几何图形的激光束，如点光源或线光源，进行扫描，被扫描面便会形成漫反射光点、光带，接着安装在光路的图像传感器接收这光点、光带，然后利用三角原理计算出被采集点的空间坐标。激光三角法的技术成熟、被广泛使用，扫描速度高、精度高。它的图像传感器体积细而轻，安装方便。它甚
42、至可以它装在三坐标上，安装拆卸轻易，这是它另一个(y)特点。它也可以扫描材质较柔软的对象，如橡胶等。日本的 Konica Minolta公司的非接触仪 Vivid 9i的扫描精度可达0.05mm，只需要2.5秒便可获取精确的数据。第四十一页，共52页。3.基于光学三角型原理(yunl)的逆向工程扫描法这种测量方法根据光学三角型测量原理(yunl)，以光作为光源，其结构模式可以分为光点、单线条、多光条等，将其投射到被测物体表面采用光电敏感元件在另一位置接收激光的反射能量根据光点或光条在物体上成象的偏移，通过被测物体基平面、象点、象距等之间的关系计算物体的深度信息4.基于相位偏移测量原理(yunl
43、)的莫尔条纹法这种测量方法将光栅条纹投射到被测物体表面，光栅条纹受物体表面形状的调制，其条纹间的相位关系会发生变化，数字图像处理的方法解析出光栅条纹图像的相位变化量来获取被测物体表面的三维信息。第四十二页，共52页。5.基于工业CT断层扫描图像逆向工程法这种测量方法对被测物体进行断层截面扫描,以X射线的衰减系数为依据，经处理重建断层截面图像根据不同位置的断层图像可建立物体的三维信息。该方法可以对被测物体内部的结构和形状进行无损测量。该方法造价高，测量系统的空间分辨率低，获取(huq)数据时间长，设备体积大。美国LLNL实验室研制的高分辨率ICT系统测量精度为0.01mm。6.立体视觉测量方法立
44、体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（多个）摄象机拍摄的图像中的视差，以及摄象机之间位置的空间几何关系来获取(huq)该点的三维坐标值。立体视觉测量方法可以对处于两个（多个）摄象机共同视野内的目标特征点进行测量，而无须伺服机构等扫描装置。立体视觉测量面临的最大困难是空间特征点在多幅数字图象中提取与匹配的精度与准确性等问题。第四十三页，共52页。反求工程(gngchng)建模点云处理通过激光三维扫描仪等信号采集设备，可以方便(fngbin)地获取物体表面信息，这些信息通过大量的点来表达，往往形成包含几百万个数据的大型数据包，通常称为点云（Point Cloud）。通过对点云的处理
45、，可以得到物体的表面表达，与数控加工中心结合，能直接将处理结果用于加工生产，从而达到避免设计、修改图纸的繁琐过程的目的。此外，根据点与数据能直接实现三维建模，因此还能实现检测出机械部件的运行情况和机构运行时是否会发生干涉，在虚拟组装和虚拟加工中具有重要意义。第四十四页，共52页。点云表达的优点在于可以通过点的组合、曲线拟合、面元拟合和面元组合等方式，实现对任意(rny)曲面的无穷逼近。从表达方法上讲，大致可以分为基于网格和基于点的表达这两个大类。基于网格的点云表达以网格作为中介来表达离散点之间的依存关系，从而将点云组织成一个有机的整体，恢复出曲面原貌。通过网格显式地表达物体拓扑结构，具有简单直
46、观的优点，能表现性状(xngzhung)任意复杂的物体。基于点的点云表达直接以点作为曲面绘制和造型的基本元素，无需建立网格。它能更有效解决(jiju)网格方法的高度复杂性问题。不用显式地存储点云数据的拓扑结构，对存储空间要求少，能实现复杂物体的有效绘制，可以方便地修改曲面拓扑。具有高度的数据局部性，可并行处理，能快速实现物体曲面的粗糙表达。第四十五页，共52页。Part F实物实物(shw)(shw)反求反求软件(run jin)反求反求工程(gngchng)？反求工程反求工程应用领域及实例应用领域及实例第四十六页，共52页。反求工程反求工程(gngchng)(gngchng)的应用领域的应用
47、领域汽车设计汽车设计(shj)(shj)、复杂艺术品造型等领域、复杂艺术品造型等领域重新建立零件的重新建立零件的CADCAD模型模型不断对修改后的样品进行测量和模型重建不断对修改后的样品进行测量和模型重建提供对机械产品零件的修复能力提供对机械产品零件的修复能力借助借助CTCT技术，产生物体的外部形状，快速发现、度量、定位物体的技术，产生物体的外部形状，快速发现、度量、定位物体的内部缺陷内部缺陷方便地产生基于模型的计算机视觉方便地产生基于模型的计算机视觉使产品设计使产品设计(shj)(shj)充分利用充分利用CADCAD技术的优势，适应信息交换技术的优势，适应信息交换特殊领域的应用特殊领域的应用
48、第四十七页，共52页。情形一：在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原形进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型技术复制出一个相同的零件原型。情形二：当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用反求工程的方法。如航天航空领域，为了(wi le)满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各种性能测试（如风洞实验等）建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。第四十八页，共52页。情形三：在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计广泛采用真
49、实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需用反求工程的设计方法。修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制，而是借助反求工程技术抽取零件原形的设计思想，指导新的设计。这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐近过程。情形四：在某些医学领域，利用层析X射线(Computerized Tomography，CT)及核磁共振(Mag-netic Resonance Imagining，MRI)等设备采集人体器官、骨骼、关节等部位的外形数据，重建三维数据化模型，然后(rnhu)用快速原形技术制造教学和手术参考用的模型或用
50、于帮助制造假肢或外科镶复等，由于对具体患者采集数据并建立相应的三维模型，可以使假肢、牙科镶复及其它器官更具有针对性，更符合具体患者的需求。第四十九页，共52页。最近在中国的军备历史上非常具有里程碑意义的一件事情是：歼20的研制及首飞！大家都知道J20被称为是五代机（俄罗斯），通常被划分为四代机（美国及西方的划分方法）。主要的特点是：超音速巡航，超视距攻击，高度隐身性能，很好的机动性。目前大家知道的四代战机主要有：美国的F-22猛禽，F-35以及(yj)俄罗斯的T-50。现在将上述几种战机做一下比较。网上有好多网友热议说：J20是在前不久失踪的一架F-22的基础上利用反求工程技术才获得重大技术突