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1、第八章第八章 反求工程与创反求工程与创新设计新设计18.1 概述概述8.2 反求过程及内容反求过程及内容8.3 反求工程中的测量技术反求工程中的测量技术8.4 反求中的相似设计反求中的相似设计8.5 反求与创新反求与创新8.1 8.1 概述概述n反求工程的含义反求工程的含义：反求工程是综合性很强的反求工程是综合性很强的术语。它是以术语。它是以设计方法学设计方法学为指导，以现代设为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已已有新产品进行
2、解剖、深化和再创造，是已有设计的设计，这就是反求工程的含义，特有设计的设计，这就是反求工程的含义，特别强调别强调再创造是反求的灵魂再创造是反求的灵魂。反求工程出现和发展的时代背景n日日本本在在60年年代代初初提提出出科科技技立立国国方方针针：“一一代代引引进进，二二代代国国产产化化，三三代代改改进进出出口口，四四代代占占领领国国际际市市场场”，其其中中在在汽汽车车、电电子子、光光学学设设备备和和家家电电等等行行业业上上最最突突出出。为为了了国国产产化化的的改改进进，迫迫切切需需要要对对别别国国产产品品进进行行消消化化、吸吸收收、改改进进和和挖挖潜潜。这这就就是是反反求求设设计计(Inverse
3、 Design)或或反反求求工工程程(InverseEngineering)。发发展展到到现现在在，己己成成为为世世界界各各国国在在发发展展经经济济中中不不可可缺缺少少的的手手段段或或重重要要对对策策，反反求求工工程程的的大大量量采采用用为为日日本本的的经经济济振振兴兴、进进而而创创造造和和开发各种新产品奠定了良好基础。开发各种新产品奠定了良好基础。二二战战后后的的日日本本（45-7045-70年年用用6060亿亿美美元元引引进进先先进进技技术术，150150亿亿美美元元消消化化吸吸收收，取取得得2600026000项项技技术术成成果果，节节约约了了9/109/10研研究究费费用用和和2/32
4、/3研研究究时时间间，索索尼尼的的晶晶体体管管，本本田田的的摩摩托托车车、钢钢铁铁产产业业等等）；各各国国（70%70%以以上上的的技技术术来来之之外外国国）；我我国国从从2020世世纪纪6060年年代代初初开开始始（Success Success or or failurefailure：家家电电行行业业与与汽车行业的对比）。汽车行业的对比）。正设计与反设计n人们通称的设计，一般均指正设计。它是对一个事物真相事先并不知道，通过设计师的创造性劳动，变为人类需求的喜爱的产品。为此，首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计，创造新方案，经过一系列的设计活动，变为产品。概括地说，正设计是
5、由未知到已知、由想象到现实的过程。市场需求设计要求设计师的创造性活动产品 正设计过程示意图n反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、国产化的可能性等等，要回溯这些信息的科学依据，即充分消化和吸收，而更重要本质是在此基础上要改进、挖潜进行再创造。反求的目标如仅限于仿制，是最原始、低级的模仿，其质量和生命周期不会有竞争力，更严重的是侵权行为，要受产权保护制裁。反设计过程示意图已知一个确定的事物（产品、照片或资料）通过消化，进行再创造形成具有市场竞争的新产品北京机电院引进美国辛辛纳提北京机电院引进美国辛辛纳提“马刀马刀
6、”技术过程图技术过程图 引进技术引进技术10万英磅引进美万英磅引进美国辛辛那提马刀国辛辛那提马刀系列立式加工中系列立式加工中心全套技术心全套技术全面推动工艺管理全面推动工艺管理推行推行ISO-9001认证认证提出工艺改进措施提出工艺改进措施 适应性学习适应性学习派相关人员赴英国培训派相关人员赴英国培训，通过装配、调试、在，通过装配、调试、在“干中学干中学”掌握马刀技术掌握马刀技术 模仿模仿对机电院内的制造业对机电院内的制造业中的结构、装备、规中的结构、装备、规章提出创新方案章提出创新方案引进先进的制造技术，引进先进的制造技术，投资投资5000万人民币技术万人民币技术改造，推行改造，推行CAD、
7、CAM、CAPP，实现工，实现工艺创新，提高制造能力艺创新，提高制造能力高效率的网络化，柔性高效率的网络化，柔性化、集成化的五轴联动化、集成化的五轴联动制造系统和系列立式加制造系统和系列立式加工中心产品工中心产品工艺创新工艺创新产品创新产品创新综合技术经济分析，提高产品的精度、效率综合技术经济分析，提高产品的精度、效率1、数控系统：三轴联动、数控系统：三轴联动五轴联动五轴联动2、主轴：、主轴：60008000转转/分分15000转转/分分3、进刀速度：、进刀速度：10米米60米米4、换刀速度：、换刀速度：8秒秒2秒秒5、全面采用计算机辅助设计、全面采用计算机辅助设计6、实现产品系列化：、实现产
8、品系列化：750、1000、1250、1500实现了用光缆局域实现了用光缆局域网进行信息传送。网进行信息传送。该系统能在该系统能在该系统能在该系统能在WINDOWS WINDOWS WINDOWS WINDOWS 操作系统下控制操作系统下控制操作系统下控制操作系统下控制1-1-1-1-10101010通道，每个通道可实现通道，每个通道可实现通道，每个通道可实现通道，每个通道可实现1-81-81-81-8轴联动。轴联动。轴联动。轴联动。五轴联动加工中心五轴联动加工中心反求工程与知识产权反求工程与知识产权 任何一项新技术、新产品，应该受到有关保护法(如专利法、知识产权法、商标法等)的法律保护，这是
9、国际性的共同行为规范，这才能引导正常的市场竞争和贸易。反求工程绝不等于偷技术，它是在科技道德和法律制约下，从学术、工程、技术方面来促进科技的发展。这是因为：(1)任何产品的设计、开发，总要借鉴、继承已有的知识和技术，市场上的产品总要被别人借鉴，关键要划清产权的界限。(2)青出于蓝而胜于蓝是发展规律，通过反求来发展新产品，起点高，周期短，成效快，决非照抄照搬。(3)科学的反求，有助于促进技术革新，扩大眼界，有助于尽快培养新人。反求设计是否有侵犯知识产权的嫌疑呢？反求技术的发展基础是仿制技术，但近年来反求技术的内涵已有了很大的发展，因此反求技术并不同于仿制技术。实物仿制的着眼点在于制造出和原有实物
10、相同的产品，而反求设计的着眼点在于对原有实物进行修改和再设计后而制造出新的产品。反求设计强调在剖析先进产品时，要吃透原设计，找出原设计中的“绝招”、“诀窍”和关键技术，尤其要找出原设计中的缺陷；然后在再设计中突破原设计的局限，在较高的起点上、以较短的时间设计出竞争力更强的创新产品。因此反求设计避免了“侵权”的法律问题，而且满足了现代社会的实际需求。反求类型n（1）实物反求n（2）软件反求n（3）映像反求（1）实物反求n顾名思义，它是在已有实物条件下，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、方案、结构、材质、精度、使用规范等众多方面的反求。实物反求对象可以是整机、
11、部件组件和零件。内容内容：整机反求、部件反求、零件反求；特点：特点：形象直观、直接测量、有可比性、反求周期短；（1）实物反求过程过程：（1）一般先是进行一般先是进行试车试车，对实验中的静态和动态数据进行科学处，对实验中的静态和动态数据进行科学处理，对实验中出现的故障进行纪录；理，对实验中出现的故障进行纪录；（2）然后）然后分析分析功能原理，画出草图，装配示意图，机构运动简图，功能原理，画出草图，装配示意图，机构运动简图，搞清设计思想、原理及性能；搞清设计思想、原理及性能；（3）接着要进行）接着要进行分解分解，注意观察判断零件与整机的关系，零件结注意观察判断零件与整机的关系，零件结构形状对整机工
12、作性能的影响，某些结构是否具有是意义等；构形状对整机工作性能的影响，某些结构是否具有是意义等；（4）最后要）最后要测求测求各零部件的结构、尺寸、材料、加工工艺、精度各零部件的结构、尺寸、材料、加工工艺、精度等。等。内容：内容：图纸、技术资料、产品样本、说明书等。图纸、技术资料、产品样本、说明书等。特点：特点：已知产品的功能原理，结构组成，比较详已知产品的功能原理，结构组成，比较详细地了解零件的材料、尺寸、精度。细地了解零件的材料、尺寸、精度。过程：过程：论证论证（引进必要性和可行性）；（引进必要性和可行性）；分析分析（原理方案、技术条件）；（原理方案、技术条件）；换算换算（标准的换算和材料牌号
13、的代换）；（标准的换算和材料牌号的代换）；计算计算 和和 模拟实验。模拟实验。（2）软件反求内容：内容：照片、图片、影视画面。特点：特点：易获取，但信息量少，反求难度大。过程：过程：（1）利用外型判断传动形式、结构形状等；（2）利用色彩判断材料；（3）利用透视和对比的原理判断尺寸大小等。（3）影像反求 影像反求实例：影像反求实例：例1.国外某杂志介绍一种结构小巧的“省力扳手”增力十几倍，用这种扳手给汽车换轮胎拧螺母，妇女、少年都能操作。根据其照片分析，其输入、输出轴同轴，且均为圆形外廓，判断它采用的是行星轮系，以大传动比减速增矩。在此基础上设计出“省力矩扳手”，效果很好。例2.日本专家曾依据大
14、庆油田的一张照片估算出炼油塔的容积和生产规模，其参照物是油塔上的金属爬梯。一般高大建筑物金属爬梯宽为400-600mm，高约为n*300mm(n为台阶数)。依赖多种学科知识为基础；依赖多种学科知识为基础；依靠信息情报为支撑；依照知识产权的各类规定。反求特点v反求过程：反求过程：研究、分析、消化过程对已知产品 再创造过程开发同类新产品v反求内容反求内容：分析产品的设计思想，设计原理；分析零部件的结构形状，确定结构尺寸；分析加工、装配工艺，确定精度；分析材料性能，确定材料；分析工作性能及维护与管理；分析关键性技术。8.2 反求过程及内容反求过程及内容造型精美宜人造型精美宜人：小型化，提高产品舒适程
15、度。一、一、分析设计思想、设计原理1.设计的指导思想设计的指导思想 可以理解为是产品设计的目的，产品使用所产生的效果。一般设计指导思想遵循：实用实用：使用、维修、保养方便，功能安全可靠，成本低。功能可扩展功能可扩展：超前设计，预留功能。产品的可持续性产品的可持续性：强调节能、环保，产品可回收、可再利用。IBM IBM计算机中所有塑料制品都采用同样的材料，并压计算机中所有塑料制品都采用同样的材料，并压有识别标志，主要思想是便于回收。有识别标志，主要思想是便于回收。设计指导思想实例：设计指导思想实例：设计指导思想实例：设计指导思想实例：某公司开发的低噪声电机，其中消噪器在机壳内测某公司开发的低噪声
16、电机，其中消噪器在机壳内测定并产生音频，与电机产生的噪声相位差定并产生音频，与电机产生的噪声相位差180180，而，而将其部分的抵消，可减少将其部分的抵消，可减少50%50%的噪声。的噪声。马自达公司设计的微型轿车，质量马自达公司设计的微型轿车，质量70 70 英磅，时速英磅，时速1212英里英里/小时，其转向器、三个活动轮，发动机可折叠放小时，其转向器、三个活动轮，发动机可折叠放入金属箱（兼作汽车底板），解决令人头疼的停车问入金属箱（兼作汽车底板），解决令人头疼的停车问题。题。分析产品中的环境特点：分析产品中的环境特点：潮湿、高温、放射性等。潮湿、高温、放射性等。2.2.分析产品的设计原理分
17、析产品的设计原理 机电产品的功能一般体现为能量、物料、信息的变化，以及机电产品的功能一般体现为能量、物料、信息的变化，以及系统与周围环境的关系。所以分析产品时，要首先对能量、物料、系统与周围环境的关系。所以分析产品时，要首先对能量、物料、信息、环境这四个方面分析其工作原理与特点。信息、环境这四个方面分析其工作原理与特点。分析产品中的动力源分析产品中的动力源：动力源的个数，动力源以何种能量形式体动力源的个数，动力源以何种能量形式体现，能量的传递方式是什么。现，能量的传递方式是什么。分析产品中的传动系统、执行系统：分析产品中的传动系统、执行系统：传动的方式、原理、特点；传动的方式、原理、特点；执行
18、系统的工作方式、原理、特点；物料的性能、特点；以及它执行系统的工作方式、原理、特点；物料的性能、特点；以及它们之间的联系。们之间的联系。分析产品中的测量、控制系统：分析产品中的测量、控制系统：系统中有关信息的测量，控制系统中有关信息的测量，控制方式；反馈方式。方式；反馈方式。二、二、分析零部件的结构形状，确定结构尺寸分析零部件的结构形状，确定结构尺寸1.1.分析零部件的结构形状：分析零部件的结构形状：零部件是功能的载体，其结构应满足功能要求，通过分析其结构特点，可以反求出产品的性能与特色。2.2.分析各零部件之间的联系：分析各零部件之间的联系：在机器中任何零件都不是孤立的，通常各零件之间成链状
19、、树状或网状联接。搞清它们之间的关系有助于尺寸、公差、精度等反求。3.3.测量零部件的结构尺寸：测量零部件的结构尺寸：要选好基准面（底面、端面、中心线、轴线）；重要尺寸（性能尺寸、配合尺寸、定位尺寸、功能尺寸等）要保留毫米以下二至三位小数，并测量几次再取其平均值；异型面（汽轮机叶片、凸轮轮廓等）要用三坐标测量仪进行，并采用曲面或曲线拟合技术；考虑到制造的误差、使用的磨损，建立一个较好的复原公式。二、二、分析零部件的结构形状，确定结构尺寸分析零部件的结构形状，确定结构尺寸装配工艺主要指：装配工艺主要指：可装配性，可拆卸性，装配精度，尺寸链分析。保证装配精度的方法有：完全互换法，不完全互换法，分组
20、互换法，修配法和调整法等。三、分析加工、装配工艺，确定精度三、分析加工、装配工艺，确定精度 许多先进产品的关键技术是先进的工艺，并且工艺中的奥秘不易掌握和破解，因此分析产品的加工过程和关键工艺十分必要。加工工艺主要包括：加工工艺主要包括：零件的尺寸公差；粗糙度，材料及热处理；以及加工方法等。加工方法又分为：铸造、锻造、焊接等热加工，以及切削加工。切削加工又分为：车、铣、刨、磨、钻、镗、抛光、研磨、挤压等。四、分析材料性能，确定材料四、分析材料性能，确定材料n分析材料成份分析材料成份：火花鉴别；音质鉴别；原子发射光谱；红外光谱等。n材料组织结构材料组织结构：显微镜。n材料工艺分析材料工艺分析：分
21、析成型方法（铸、锻、挤压、机加工等）。n材料硬度分析材料硬度分析：硬度计等。通过材料分析进行材料代用，考虑资源及成本，选通过材料分析进行材料代用，考虑资源及成本，选择合适的国产材料。择合适的国产材料。五、分析工作性能及维护与管理五、分析工作性能及维护与管理产品的主要工作性能如强度、刚度、精度、寿命等要进行试验测定，掌握其设计规范；产品的维护与管理：主要指产品的使用性能，维护性能，如润滑剂的选择与润滑方式；外观的造型、色彩等。六、分析关键性技术六、分析关键性技术n关键功能关键功能n关键原理关键原理n关键结构关键结构n关键材料关键材料 采用非同一般的技术手段，以达到同产品采用非同一般的技术手段，以
22、达到同产品难以达到的技术水平，体现特色，提高竞难以达到的技术水平，体现特色，提高竞争能力，这些技术统称为关键性技术。争能力，这些技术统称为关键性技术。关键功能关键功能:分析产品的各项功能时，要抓住关键功能，因为关键功能的解决对产品的水平与特色起决定性作用。例如在机电假手的研究中，发现手指开合机构按常规运动速度(5rad/s)运动，指端捏紧力只能达到5N左右，连系鞋带的力量都不够。若要是捏紧力提高到50N，在一定功率下运动速度需要降低为原来的1/10（角速度为0.5rad/s）。设计中要求手指以一定的速度接近目标，并迅速转换为提高捏紧力，只有解决了速度转化这个关键功能，人工假手才有价值。关键原理
23、：关键原理：产品的同一功能可以采用不同的工作原理，某些产品会在工作原理上实现关键技术的特色。例如新型的可控离合器采用电流变液悬浮液系统，(Electrorheological Fiuld)通过电流变液在不同电压下粘稠度的变化，在两轴间起离合作用，结构简单，可控性能好。ER材料 关键结构：关键结构：某些产品巧妙的结构形成关键性技术 例如汽轮机转子的叶片并非径向安装，而是沿蒸汽推力Ft的方向与径向倾斜一个角度。这样当转子运转时，叶片离心力Fc对根部的弯矩与工作推力的弯矩方向相反，使叶片根部应力降低，这是一种自平衡结构。关键材料：关键材料：某些产品中采用一些特殊材料形成关键性技术 形状记忆合金（SM
24、A）Ni-Ti合金，Cu-Ti合金和Fe-Ti合金等具有记忆形状的特点。将合金加工成一定形状，在高温下进行热处理，该合金就能记住自己的形状。在自动关窗装置，人造卫星天线展开装置都采用了形状记忆合金，利用其自动恢复原加工形状的特点，大大简化了机构。反求工程步骤 Stepsn数据获取 Data Capturen数据预处理 Preprocessingn数据分块与曲面拟合 Segmentation and Surface fittingnCAD模型生成 CAD model creation8.3 8.3 反求工程中的测量技术反求工程中的测量技术测量机分类n接触式n三坐标测量机（CMMcoordinat
25、emeasuremachine）n机械手n非接触式n光学测量n声学测量n磁学测量n破坏式自动断层扫描接触式测量机 n工作方式：点触发，连续或间断式数据采集n特点：不受物体表面颜色及光照的限制，对物体边界也能产生准确的测量结果n缺点：由于测头的限制，可能丢失某些测头不可到达的细节数据n不能测量软材料n测量速度受到机构运动的限制三坐标测量机（CMM）一般工作台面是花一般工作台面是花岗岩，测头为宝石岗岩，测头为宝石我们学校，青岛海我们学校，青岛海克斯康克斯康CLY-545型型Chameleon 7107 三坐标测量机 美国布朗夏普公司制造测量范围:7001000700龙门式CMM 大型设备测量机械手
26、式测量机 n测量方法：操作者手持测量手臂，末端探针接触被测量物体表面时按下按钮，记录坐标和探针手柄方向，通过串口线传到各种软件包上FaroARM手动式手动式 精度低，范围大精度低，范围大Cimcore手动式手动式光学测量机n激光三角形法 n激光测距法 n投影光栅法 n图像分析法 特点：高速测量，短时间内测量大量的点特点：高速测量，短时间内测量大量的点缺点：对表面粗糙和表面漫反射率敏感（如透明、高光）缺点：对表面粗糙和表面漫反射率敏感（如透明、高光）3D Scanners三维激光扫描仪（3D laser scanners）Scantech三维激光三维激光扫描仪非常便于安装扫描仪非常便于安装在所有
27、在所有CNC机床上，机床上，无论其大小。可以安无论其大小。可以安装于任何装于任何3轴、轴、5轴铣轴铣床或床或3轴车床，激光轴车床，激光扫描仪比探针扫描仪扫描仪比探针扫描仪快快10倍，还可以扫描倍，还可以扫描柔软和易碎的物体。柔软和易碎的物体。3D ScannerCyberWare测量机构成：构成：平台平台传感器（光学系统）传感器（光学系统）计算机计算机处理软件处理软件 CyberwareAtos测量数据光照图8.4 反求中的相似设计反求中的相似设计一、相似理论一、相似理论二、模型设计二、模型设计一、相似理论一、相似理论1、相似概念和相似模型、相似概念和相似模型 反求中经常利用与原型相似的模型来
28、探求原型的功能特点，以及工作规律等。为真实地反映原型的功能特点，在建模过程中必须遵循相似设计定理。几何的相似几何的相似C为常数几何相似概念可以推广到一系列物理现象 各种相似现象各种相似现象空间相似时间相似运动相似力相似温度相似 相似模型相似模型 所谓相似模型是指将原型各种物理现象如长度、时间、力、速度等缩小或扩大。并据此制作出样品进行试验的装置。此装置在实验中必须能比较容易、迅速、方便地再现原型发生的实际过程。模型并非原型，但又要模拟原型。因此按照何种规律构造模型就是问题的关键。2、相似理论、相似理论 相似准则相似准则彼此相似的现象必须具有数值相同的同名相似准则，且相应的相似指标等于1。例：原
29、型系统：模型系统：若两系统相似，则相应物理量之间的比值应为常数，即相似比：.（1）.（2）.（3）将（1）（2）式代入（3）式得：.（4）该式为相似比方程相似比方程。等号左边是相似指标相似指标，它代表多个物理量所采用的相似比之间关系。两系统相似，则相似指标为1将（3）式代入（4）式得各物理量之间关系为：将（5）式写成一般形式：式中：相似准则的专用符号，并非圆周率；idem拉丁文，表示同一数值。相似判据是一个无量纲的数。准则准则相似准则的组合与变换相似准则的组合与变换相似准则具有一定的物理意义，对于复杂系统，可能有几个相似准则。因为相似现象的相似准则在数值上相等，即：=idem，所以相似现象可以
30、根据需要写成不同的形式，也可以和常数值或其它的相似准则进行不同的组合变换，所得的新相似准则具有新的物理意义，常见的组合变换有：1）相似准则的指数幂：n仍是相似准则2）相似准则的指数积：1n2mns仍是相似准则3）相似准则与任意常数的和或差仍是相似准则4）相似准则间的和或差：1n2mns仍是相似准则5）相似准则中任意物理量用其差值代替仍是相似准则，如：和都是同一相似准则 相似准则（判据）的确相似准则（判据）的确定定相似准则是相似设计的核心，因此，如何确定相似准则就是解决问题的关键。确定相似准则（求得相似判据）一般规则：将物理方程简化成无量纲形式，并将该方程中的任意一项遍除其余各项，得出相似判据；
31、若方程中有微分运算，则将运算符号删去，如ds/dt用s/t代替；d2s/dt2用s/t2代替；若方程中含有超越函数，还须使超越函数中的自变量相似。如sint和e-t中的t和t都必须是相似判据。相似判据必须是独立的，即任何一个判据不能由其它判据导出，但可由各个独立判据的乘积或商得到新的判据代替原有的判据。例如按梁的挠度曲线微分方程确定模型的相似判据在小变形条件下，梁的挠度曲线微分方程为：按前述规则，上式可写为：于是得到：由于截面上的弯矩与外力P和梁的长度L成比例，坐标x也与L成比例，相似判据在乘、除某一常数后仍为相似判据，故得：相应的相似比方程为：二、模型设计二、模型设计模型设计是相似理论的应用
32、 许多工程问题，很难用数学方法描述其工作过程，或即使能描述也无法求解；而直接利用原型进行研究分析又有局限性。因此利用模型进行试验是产品开发的一个重要途径。模型是指和原型的形态、工作原理或信息传递规律相似的物体或设备；模型是对所研究的对象在某些特定方面的抽象。通过模型对原型进行研究，具有更深刻、更集中的特点。1、确定模型尺寸、确定模型尺寸首先确定几何尺寸相似常数Cl不宜过大或小，过大则模型加工精度要求高，试验误差较大；例如汽车模型的风洞试验，若取Cl=4时，误差为10%；若取Cl=10时，误差为40%。2、确定模型材料、确定模型材料1）应具有良好的物理机械性能，在弹性范围内，应力与应变应呈线性关
33、系；2）为了加载和测量方便，材料的弹性模量要小，以便能用较小的作用力得到较大的变形；3）材料的强度要高，蠕变量小，泊松比与原型材料接近，温度稳定性好；4）材料的加工性好，制造方便，价格低廉，原料来源丰富。3、确定模型结构确定模型结构 原型一般结构复杂，模型结构多在原型上进行简化。简化是为制造方便，但在结构性能上应与原型一致。因此简化一定要合理，如原型中尺寸较大的台阶、凸缘、床身和箱体上的肋板等不应简化掉；应尽量保证原型截面的惯性矩，使模型与原型在力学特性参数上相似。如图示的床身模型，保留了主要部分的结构：底、壁、导轨等；把对结构性能影响较小的沟槽、直径孔略去。8.5 反求与创新（反求与创新（二
34、次设计二次设计）*拟仿设计：拟仿设计：基本模仿原设计，无大变动，属最低水平。基本模仿原设计，无大变动，属最低水平。*变异设计：变异设计：在原产品的基础上对结构、材料及参数进行了局部的在原产品的基础上对结构、材料及参数进行了局部的改进设计。改进设计。*开发设计：开发设计：在分析原有产品的基础上，抓住其功能本质，从原理在分析原有产品的基础上，抓住其功能本质，从原理方案开始进行创新设计。方案开始进行创新设计。反求设计一般应取得以下的效果：反求设计一般应取得以下的效果：“功能不变、降低成本；功能不变、降低成本；增加功能、成本不变；增加功能、成本不变；增加功能、降低成本增加功能、降低成本”计算机辅助反求
35、设计计算机辅助反求设计n数据测量数据测量三坐标测量仪、坐标扫描仪、激光扫描仪测量事物的表面形状和尺寸，将物理模型转化为测量数据点。n数据处理数据处理编译处理、坐标变换、加密精化。n数据输出数据输出曲线拟合、CAD几何模型、NC轨迹、刀具轨迹加工等。d)叶片实体 计算机辅助实物反求设计 a)反求对象 b)叶轮基体的反求 c)叶片反求 e)反求结果 v 反求设计案例反求设计案例减速器装置的反求设计减速器装置的反求设计1、原产品分析、原产品分析：反求对象：反求对象：德国某公司AF系列电机减速器，装配简图1张。设计特点：设计特点：电机通过三级斜齿轮减速，输出转速较低，转矩较大；结构紧凑，采用锥形转子电
36、机，停车可自动制动；齿轮全部采用硬齿面，传递载荷大；齿轮与轴之间采用过盈配合，减少轴向固定元件；产品系列化，有五种机座号，有23种传动比，能适应较宽的工作范围。机座号中心距AF05AF06AF08AF010 AF012a105125160200250a13341516481.6a241516481.6120a3657492120151AF系列电机减速器中心距系列电机减速器中心距存在问题：存在问题：（1）参数不合理；（2）三级齿轮强度不匹配；（3）模块化设计不突出；（4）硬齿面工艺对我国中小企业有待探索。2、二次设计、二次设计：（1）优化参数：）优化参数：中心距皆为优先数，有六种，且每种后面两级
37、与高一级前两级中心距一致；各中心距传动比有22种，可组成132种规格。承载能力比原设计提高20%。机座号中心距0102030405a105125160200250a140506380100a2506380100125a36380100125160（2）模块系列化设计：）模块系列化设计：建立齿轮、轴、轴承、密封件等功能模块，尽量通用。如齿轮经优化设计统一取螺旋角为15，齿宽系数为0.4，模数，齿数，变位系数等也尽量取一致。最后通用化率为83.56%。（3）硬齿面齿轮工艺的探索：）硬齿面齿轮工艺的探索：利用CS系列研合剂对硬齿面齿轮进行负载对研跑合，齿面接触斑点由30%提高到接近100%，各项精度
38、提高一级，齿轮噪声下降。并且找到了一种不经磨削工艺也能保证硬齿面加工精度的一种途径。（4）建立了计算机辅助管理系统：）建立了计算机辅助管理系统：几分钟内就可按用户要求利用模块组装成所需的传动装置。机构系统的反求与创新 抽油机示意图抽油机示意图抽油机运动简图抽油机运动简图绳索滑轮式无游梁抽油机绳索滑轮式无游梁抽油机无游梁抽油机运动简图无游梁抽油机运动简图 反求工程是一门开拓性、综合性和实用性很强的技术。尽管国内外已有大量成功经验，但目前还很少有这方面系统的论著，大多散见在各个行业的案例或设计资料中，很多企业也不愿将其反求技术公开。应该看到，反求工程有其独特的共性技术和内容，还是一门新兴的交叉学科分支，正如高新技术层出不穷，解密技术亦要相应发展。在工程专业领域，需有设计、制造、试验、使用、维修、检测等方面知识；在现代设计法领域，应有系统设计、优化、有限元、价值工程、可靠性、工业设计、创新技法等知识；在计算机方面，需有硬件和软件的基本知识；等等。总之，现行产品中的各种复杂、高新技术，在反求工程中都会遇到如何消化吸收问题。