反求工程基础

南京理工大学工业设计工程基础第七章反求工程基础产品制造基础引言INTRODUCTION反求工程技术是解决在既有设计对象的模型和实物模型的基础上，逆向获取设计对象的设计参数和设计模型的技术和方法，特别是在现代基于数字化的工业设计，反求工程是解决某些设计对象最适合的方法。产品制造基础目录7.1反求工程概念7.2实体数据测量与反求7.3产品三维CAD模型的重建与后处理7.4反求工程在工业设计中的作用产品制造基础7.1反求工程概念7.1.1反求工程含义7.1.2反求工程起源7.1.3反求工程的设计程序7.1.4反求工程的关键技术7.1.5反求工程的应用领域产品制造基础7.1.1反求工程含义以已有产品为基础，进行消化、吸收并加以创新改进，使之成为新产品的产品开发模式，即为反求工程(ReverseEngineering)。反求工程也是一项涉及多学科、多种技术交叉的综合工程。在机械领域中，反求工程是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，按照现有零件的模型（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。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，应用反求工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。产品制造基础工业设计与反求工程工业设计是解决工业产品中“人与物”关系问题的创造性学科，研究产品的使用方法设计、使用功能设计、外观造型设计、色彩设计、操作指示及表面装饰设计等。工业设计分类：视觉传达设计、产品设计、环境设计现行设计条件困扰：零件形状复杂，用CAD准确造型困难；造型设计大师用手绘或手工捏塑的设计方案难以用电脑在现；在没有图样和参数的情况下需要用实物仿制、再设计和改进，特别是复杂曲面；计算机模型不能提供产品的全部信息，如手感；计算机模型智能模拟我们已知的环境，也需要检验。产品制造基础反求工程定义反求工程，也称逆向工程、反向工程等，是近几年来迅速发展的一门工程技术．它集光学、电子、自动控制、机械、计算机视觉和数字图象处理等高新技术为一体。以产品的实物、软件（图纸、程序、技术文件和工艺流程等）、影象（图片、照片）作为研究对象，应用现代设计理论、生产工程学、材料科学和相关专业知识进行深入系统地分析和研究，进而开发出同类的产品。广义的产品反求工程包括形状（几何）反求、工艺反求和材料反求等狭义的实物反求工程：由于产品实物是面向消费市场最广、最多的一类设计成果，也是最容易获得的研究对象。目前，这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，发展成为一个相对独立的领域。产品制造基础反求工程流程正向开发流程逆向开发流程产品制造流程实物数字化测量模型重构模型修改原型制造模具设计制造产品制造产品CAD模型重构设计概念CAD几何建模产品测试与市场检验正向设计：市场调研、设计要求设计制造产品反求工程：已有产品信息消化、理解、再创新新产品产品制造基础产品制造基础在设计阶段，就是根据产品特性模型，开始按功能、几何、结构、工艺等观点进行产品的造型设计。不同的产品规划，导致了不同的产品设计方法。通常全新产品的设计就是通常意义的设计，也称为正向设计。而随着目前产品开发周期的缩短和多品种、小批量生产模式使新产品的更新换代越来越短，改进往往只是将已经有的产品设计方案作局部的或布局方面的较小的改动使之呈现出美观、多样化的特点。反求工程技术作为产品设计制造系统的一个有机补充部分，在新品开发及改型设计中应运而生。目前逆向设计已经成为产品开发中的一个重要的方法。7.1.2反求工程起源产品制造基础实际上，任何产品问世，包括创新、改进和仿制的，都蕴含着对已有科学、技术的继承和应用借鉴。因而反求思维在工程中的应用已源远流长，而提出这种术语并作为一门学问去研究，则是60年代初出现的。二次大战中，几十个国家卷入战祸，二战结束后，急于恢复和振兴经济。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、改进和挖潜。这就是反求设计（InverseDesign）或反求工程（InverseEngineering），这两者是同一内涵，仅是不同国家的不同提法。发展到现在，己成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或重要对策，反求工程的大量采用为日本的经济振兴、进而创造和开发各种新产品奠定了良好基础。产品制造基础ä先进产品通常是采用先进的设计手段和工具设计的。先进的设计理论和设计方法是先进产品设计的理论基础，而先进的设计手段和工具则是先进产品设计的实践技术。ä在进行反求工程分析的过程中，除了要求工程技术人员要具有基础理论（如数学，力学等）和有关专业的理论和知识外，还要求具有系统工程、价值工程、优化设计、工业造型、相似理论、人机工程学等现代设计理论和方法，并且还要求工程技术人员及时地跟踪有关产品的技术发展动向，能准确地把握住该类产品在设计、生产制造过程中的关键技术，以求达到对研究对象的全面的分析、研究。产品制造基础2007年9月11-23日，以“科技和绿色”为主题的法兰克福车展盛装开幕，双环CEO展出而双环小贵族而未参展，立刻成为中外媒体关注的焦点(石家庄双环汽车股份有限公司)。法兰克福车展开幕前起诉了该车的进口商（双环小贵族被指抄袭Smart）法兰克福车展后，宝马起诉了该车的进口商（双环CEO被指抄袭宝马X5）8月28日来华访问的德国总理默克尔在中国科学院演讲时表示：“如果一辆酷似Smart的轿车突然出现在你面前，但它其实并不是Smart，而是通过不完全合法的手段生产出来的抄袭车款，这非常不好。”默克尔表示，德国将公开提出这种剽窃和盗版的问题，她认为这种抄袭行为不仅损害了外国公司的利益，而且也会损伤中国汽车的独创性。被正在中国访问的客人当面发出抗议及警告，无疑是在国人脸上打了一巴掌，尽管现在我们仍无法确定双环究竟是模仿还是抄袭。2004/12/17奇瑞QQ并不是抄袭通用SPARK产品制造基础戴姆勒-克莱斯勒公司则认为双环小贵族迷你车的外观设计与其SmartFortwo的相似，并在法兰克福车展开幕前起诉了该车的进口商，并称，可能是起诉导致了小贵族没能在车展展出。不告诉你谁是谁，你分辨得出哪是小贵族，哪是SmartFortwo吗？产品制造基础双环CEO宝马X5。模仿并非坏事。鲁迅先生曾说：“世上本无路，走的人多了，也便成了路。”第一个探路的人当然是英雄，可紧接着模仿前者而跟进的，何尝不是好汉？钱钟书所说的“模仿引进创造，附庸风雅会养成内行的鉴赏，世界上不少真货色都是从冒牌起来的”。在中国民族自主品牌的发展道路上，暂时的模仿只是一种表象；而不断的寻求突破和超越创新才是灵魂。但如何进行反求？产品制造基础7.1.3反求工程的设计程序（l）确定反求对象（2）分析反求对象（3）进行反求设计产品制造基础7.1.3.1反求工程技术的研究对象反求工程技术的研究对象多种多样，所包含的内容也比较多，主要可以分为以下三大类：①实物反求：主要是指先进产品设备的实物本身；信息源为产品实物模型，应用最广；②软件反求：包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等；信息源为产品工程图样、数控程序、技术文件等技术软件；③影像反求：包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现的资料；信息源为图片、照片或影像等资料。产品制造基础反求工程影响因素实现影响因素–信息源的形式–反求对象的形状、结构和精度要求–制造企业的软、硬件条件及工程技术人员本身的素质产品制造基础7.1.3.2对反求对象分析从功能、原理方案、零部件结构尺寸、材料性能、加工装配工艺等有全面深入的了解，明确其关键功能和关键技术，对设计特点和不足之处作出必要的评估。在对反求对象的各种分析中，功能及原理方案是关键。•设计指导思想、功能原理方案分析•材料的分析•工艺、装配分析•精度的分析•造型的分析•系列化、模块化分析产品制造基础设计指导思想、功能原理方案分析要分析一个产品，首先要从产品的设计指导思想分析入手。产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握，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，这才是反求工程技术的精髓所在。产品制造基础材料的分析对反求对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织结构的分析和材料的性能检测几大部分。其中，常用的材料成分分析方法有：钢种的火花鉴别法，钢种听音鉴别法，原子发射光谱分析法，红外光谱分析法和化学分析微探针分析技术等；材料的结构分析主要是分析研究材料的组织结构、晶体缺陷及相之间的位相关系，可分为宏观组织分析和微观组织分析；性能检测主要是检测其力学性能和磁、电、声、光、热等物理性能。反求对象材料分析的一般过程如图所示。在对反求对象进行材料分析时，要充分考虑到材料表面的改性处理技术。产品制造基础制造工艺、装配分析反求设计和反求工艺是相互联系的，缺一不可。在缺乏制造原型产品的先进设备与先进工艺方法和未掌握某些技术诀窍的情况下，对反求对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法：l）采用反判法编制工艺规程。以零件的技术要求如尺寸精度、形位公差、表面质量等为依据，查明设计基准，分析关键工艺，优选加工工艺方案，并依次由后向前递推加工工序，编制工艺规程。2）改进工艺方案，保证引进技术的原设计要求。在保证引进技术的设计要求和功能的前提条件下，局部地改进某些实现较为困难的工艺方案。对反求对象进行装配分析主要是考虑用什么装配工艺来保证性能要求、能否将原产品的若干个零件组合成一个部件及如何提高装配速度等等。3）用曲线对应法反求工艺参数。先将需分析的产品的性能指标或工艺参数建立第一参照系，以实际条件建立第二参照系，根据已知点或某些特殊点把工艺参数及其有关的量与性能的关系拟合出一条曲线，并按曲线的规律适当拓宽，从曲线中找出相对于第一参照系性能指标的工艺参数，就是需求的工艺参数。4）材料国产化，局部改进原型结构以适应工艺水平。由于材料对加工方法的选择起决定性作用，所以，在无法保证使用原产品的制造材料时，或在使用原产品的制造材料后，工艺水平不能满足要求时，可以使用国产化材料，以适应目前的工艺水平。产品制造基础精度的分析产品的精度直接影响到产品的性能，对反求分析的产品进行精度分析，是反求分析的重要组成部分。反求对象精度的分析包括了反求对象形体尺寸的确定、精度的分配等内容。根据反求对象为实物、影象或软件的不同，在形体尺寸的确定时，所选用的方法也有所不同。若是实物反求，则可通过常用的测量设备如万能量具、投影仪、坐标机等对产品直接进行测量，以确定形体尺寸；若是软件反求和影象反求，则可采用参照物对比法，利用透视成像的原理和作图技术并结合人机工程学和相关的专业知识，通过分析计算来确定形体尺寸。产品制造基础在进行精度的分配时，根据产品的精度指标及总的技术条件，产品的工作原理图，并且综合考虑生产的技术水平、产品生产的经济性和国家技术标准等，按以下步骤进行：1）明确产品的精度指标；2）综合考虑理论误差和原理误差，进行产品工作原理设计和安排总体布局；3）在完成草图设计后，找出全部的误差源，进行总的精度计算；4）编写技术设计说明书，确定精度；5）在产品的研制、生产的全过程中，根据实际的生产情况，对所作的精度分配进行调整、修改。产品制造基础造型的分析产品造型设计是产品设计与艺术设计相结合的综合性技术。其主要目的是运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理等对产品的外形构型、色彩设计等进行分析，以提高产品的外观质量和舒适方便程度。例如，在数控系统的设计中，就要充分考虑到数控系统的显示器的布局问题，图形显示和汉字显示问题，数控系统操作面板的造