反求工程及反求設(shè)計(jì)講稿

1、反求工程(gngchng)反求設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)(shj)方法主講人：鄭超強(qiáng) 趙榮共五十三頁(yè)目錄Contents Page反求設(shè)計(jì)的研究(ynji)對(duì)象常用(chn yn)的測(cè)量方法與建模應(yīng)用實(shí)例什么是反求工程？What is Reverse Engineering?為什么要進(jìn)行反求？Why should we do RE?怎么進(jìn)行反求設(shè)計(jì)？How to make a Reverse design?共五十三頁(yè)P(yáng)art ASONY收音機(jī)本田(bn tin)摩托車CRH反求工程(gngchng)？什么是反求工程？What is Reverse Engineering?共五十三頁(yè)反求工程出現(xiàn)(chxin)

2、和發(fā)展的時(shí)代背景二戰(zhàn)結(jié)束(jish)后，日本國(guó)內(nèi)一片狼藉，經(jīng)濟(jì)蕭條，國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值僅為英國(guó)的 1/29,法國(guó)的1/38,落后于歐美等強(qiáng)國(guó)2030年。然而，僅僅經(jīng)過(guò)短短1020年 時(shí)間的建設(shè)，日本一躍成為僅次于美國(guó)的世界第二經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)。日本在60年代初提出科技立國(guó)方針：“一代引進(jìn)，二代國(guó)產(chǎn)化，三代改進(jìn)出 口，四代占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上 最突出。為要國(guó)產(chǎn)化的改進(jìn)，迫切需要對(duì)別國(guó)產(chǎn)品進(jìn)行消化、吸收、改進(jìn) 和挖潛。這使得日本節(jié)省了2/3的研究時(shí)間和9/10的研究經(jīng)費(fèi)。日本是一個(gè)會(huì)“偷”的國(guó)家！共五十三頁(yè)P(yáng)art ASONY收音機(jī)本田(bn tin)摩托車CRH反求工程

3、(gngchng)？什么是反求工程？What is Reverse Engineering?共五十三頁(yè)Example中國(guó)高鐵的技術(shù)來(lái)源于德國(guó)、日本和法國(guó)、加拿大，但根據(jù)中國(guó)的國(guó)情和道路狀況又在其基礎(chǔ)上進(jìn)行(jnxng)了一定的創(chuàng)新，形成了中國(guó)獨(dú)特的高鐵技術(shù)。中國(guó)巨牛無(wú)比的山寨，山寨為什么成不了潮流？中國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，但還算不上一個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)。引進(jìn)消化吸收創(chuàng)新 共五十三頁(yè)反求工程：是消化、吸收、先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合，它以先進(jìn)產(chǎn)品(chnpn)實(shí)物、軟件（圖紙、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖片、照片等）作為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)及相關(guān)專業(yè)知識(shí)，對(duì)

4、其進(jìn)行系統(tǒng)的分析與研究，探索并掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品(chnpn)。Definition：反求工程(gngchng)從引進(jìn)到創(chuàng)新的三個(gè)階段：應(yīng)用階段知其然消化階段知其所以然吸收創(chuàng)新階段二次設(shè)計(jì)反求工程共五十三頁(yè)P(yáng)art B傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計(jì)VS反求設(shè)計(jì)反求設(shè)計(jì)(shj)優(yōu)勢(shì)反求工程？為什么要進(jìn)行反求？Why should we do RE?共五十三頁(yè)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程 如圖（a）所示，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過(guò)工程師的創(chuàng)造性勞動(dòng)，將一個(gè)事先并不知道的事物變?yōu)槿祟愋枨蟮漠a(chǎn)品。為此，工程師首先要根據(jù)市場(chǎng)需求，提出目標(biāo)和技術(shù)要求，再進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，創(chuàng)造新方案，在經(jīng)過(guò)一系列的設(shè)計(jì)活動(dòng)之后，得到預(yù)期的新產(chǎn)

5、品。概括地說(shuō)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是由未知到已知、由想象(xingxing)到現(xiàn)實(shí)的過(guò)程，回答的是“怎么做？”的問(wèn)題。傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計(jì)VS反求設(shè)計(jì)共五十三頁(yè)反求設(shè)計(jì)過(guò)程(guchng) 反求設(shè)計(jì)則是從已知事物的有關(guān)信息（包括實(shí)物、技術(shù)資料文件、照片、廣告、情報(bào)等）出發(fā)，去尋求這些信息的科學(xué)性、技術(shù)性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性等，并充分消化和吸收，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和再創(chuàng)造。圖（b）為反求設(shè)計(jì)過(guò)程示意圖，回答的是“為什么要這樣做？”的問(wèn)題。傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計(jì)VS反求設(shè)計(jì)共五十三頁(yè)傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計(jì)VS反求設(shè)計(jì)小結(jié) 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)主動(dòng)的創(chuàng)造性活動(dòng)，而反求設(shè)計(jì)過(guò)程則是一種高起點(diǎn)的、先

6、被動(dòng)后主動(dòng)的創(chuàng)造性活動(dòng)。一個(gè)先進(jìn)成熟的產(chǎn)品，凝集著設(shè)計(jì)者的智慧和技術(shù)，要在吃透、消化原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)(jch)上設(shè)計(jì)出更強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新產(chǎn)品，別有一番難度，所以說(shuō)反求設(shè)計(jì)并非傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單逆過(guò)程。 共五十三頁(yè)1.快速建立新產(chǎn)品的數(shù)據(jù)(shj)化模型反求設(shè)計(jì)(shj)的優(yōu)勢(shì)2.顯著提高新產(chǎn)品技術(shù)水平3.徹底改變新產(chǎn)品傳統(tǒng)制造工藝方法4.縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期5.實(shí)現(xiàn)異地(遠(yuǎn)地)制造或虛擬制造 6.實(shí)現(xiàn)快速模具制造(RT)7.快速制造出復(fù)雜物體三維模型 利用坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器對(duì)原產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，快速建立起新產(chǎn)品的原始數(shù)據(jù)模型，為快速原形制造提供數(shù)據(jù)來(lái)源。坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集是反求工程中的第一環(huán)節(jié)，是數(shù)據(jù)處理、模型重建的

7、基礎(chǔ)。常用的測(cè)量方法有機(jī)械坐標(biāo)測(cè)量法、激光線掃描、光柵法及層切法等。在對(duì)原產(chǎn)品原理、結(jié)構(gòu)、材料、精度、使用維護(hù)分析的基礎(chǔ)上，采用價(jià)值工程、人機(jī)工程學(xué)、相似理論、精度設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)工具對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和提高，以制造出更好的產(chǎn)品來(lái)。因此，反求工程技術(shù)有助于企業(yè)迅速消化吸收和改進(jìn)提高國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，確保企業(yè)自身在同行業(yè)中新產(chǎn)品的技術(shù)水平優(yōu)勢(shì)。反求工程集成制造系統(tǒng)綜合運(yùn)用了CAD/CAE、數(shù)控、伺服驅(qū)動(dòng)、激光和材料等先進(jìn)技術(shù)，可在沒(méi)有傳統(tǒng)制造工具的情況下，在短時(shí)間內(nèi)制造出幾何形狀復(fù)雜的物體?？焖夙憫?yīng)制造是21世紀(jì)對(duì)制造業(yè)更具影響的技術(shù)之一。追求完美與個(gè)性化的消費(fèi)需求使產(chǎn)品品種多樣

8、化，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)不再只是質(zhì)量與成本的競(jìng)爭(zhēng)，更重要的是產(chǎn)品上市時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)。采用反求技術(shù)可避免走自行開(kāi)發(fā)中不可避免的許多彎路，從而大大縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，為企業(yè)快速占領(lǐng)市場(chǎng)創(chuàng)造有利條件。將反求工程與快速原形制造相結(jié)合，利用互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)將三維物體數(shù)據(jù)方便地讀入、傳輸，實(shí)現(xiàn)異地(遠(yuǎn)地)制造或虛擬制造。共五十三頁(yè)P(yáng)art C反求工程一般(ybn)步驟反求設(shè)計(jì)(shj)具體內(nèi)容怎么進(jìn)行反求設(shè)計(jì)？How to make a Reverse design?共五十三頁(yè)反求工程(gngchng)步驟Step1零件原形(yunxng)的數(shù)字化 通常采用三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(CMM)或激光掃描儀等測(cè)量裝置來(lái)獲取零件原形

9、表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。Step3 零件原形CAD模型的重建Step4 重建CAD模型的檢驗(yàn)與修正Step2 從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識(shí)別的方法來(lái)獲取零件原形所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過(guò)各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。采用根據(jù)獲得的CAD模型重新測(cè)量和加工出樣品的方法來(lái)檢驗(yàn)重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)的要，對(duì)不滿足要求者重復(fù)以上過(guò)程，直至達(dá)到零件的逆向工程設(shè)計(jì)要求。共五十三頁(yè)eg.mastercam生成(shn chn)NC程序eg.標(biāo)準(zhǔn)(bio

10、zhn)模版庫(kù)，c+分層制造，逐層疊加共五十三頁(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想分析(fnx)原理(yunl)方案的分析材料分析反求設(shè)計(jì)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)分析形體尺寸分析精度分配分析工作性能分析共五十三頁(yè)反求設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容(1) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想分析 了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要前提，是明確反求設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。不同時(shí)期的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想方面是不同的，并與社會(huì)的發(fā)展及科技發(fā)展水平密切相關(guān)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期，人們往往是從完善功能、擴(kuò)展功能、降低成本方面開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，但隨著社會(huì)的發(fā)展，人民生活(shnghu)水平的提高，在保證功能的前提下，產(chǎn)品的精美造型、工作生活(shnghu)的舒適性等也成為設(shè)計(jì)人員追

11、求的目標(biāo). 要分析一個(gè)產(chǎn)品，首先要從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想入手。它決定了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，深入分析并掌握其指導(dǎo)思想是分析了解整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提。了解反求對(duì)象的功能將有助于對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的分析、理解和掌握，才有可能在進(jìn)行反求設(shè)計(jì)時(shí)，得到優(yōu)于原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。共五十三頁(yè)反求設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容(2) 功能原理方案(fng n)分析 各種產(chǎn)品都是按照一定的要求設(shè)計(jì)的，而滿足一定要求的產(chǎn)品，可能有多種不同的形式。所以產(chǎn)品的功能目標(biāo)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，不同的目標(biāo)可引出不同的原理方案。例如設(shè)計(jì)一個(gè)夾緊裝置時(shí)，如果把功能目標(biāo)定在機(jī)械手段上，則可能設(shè)計(jì)出螺旋夾緊、凸輪夾緊、連桿結(jié)構(gòu)夾緊、斜面夾緊等原理方案。如果把功

12、能目標(biāo)擴(kuò)大，則可能出現(xiàn)液壓、氣動(dòng)、電磁夾緊等原理方案。充分了解反求對(duì)象的功能有助于對(duì)產(chǎn)品原理方案的分析、理解和掌握，也才有可能在進(jìn)行反求設(shè)計(jì)時(shí)得到基于原產(chǎn)品而又高于原產(chǎn)品的原理方案，這也是反求工程技術(shù)的精髓所在。尼龍絲割草機(jī)的設(shè)計(jì)理念由來(lái)：有雜技演員用鞭子“切紙”和“切煙頭”的情景啟發(fā)了人們用高速度的軟物體抽切草的可能性。達(dá)到了將草與根基分離的目的。共五十三頁(yè)反求設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容(3) 零部件結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅是原理方案的具體化過(guò)程，還必須要考慮許多細(xì)節(jié)，而細(xì)節(jié)的總和就是質(zhì)量。因此，零、部件結(jié)構(gòu)分析時(shí)除了要考慮提高產(chǎn)品性能（提高強(qiáng)度、剛度、精度、壽命，減少磨損，降低噪聲等），還要考慮工

13、藝、裝配(zhungpi)、美觀、成本、安全、環(huán)保等諸多方面的要求和限制。共五十三頁(yè)(4) 零部件形體尺寸分析 根據(jù)擁有反求對(duì)象的資料（實(shí)物、軟件或影像）的不同，在確定反求對(duì)象形狀尺寸時(shí)，所選用的方法也有所不同。若是實(shí)物反求，則可對(duì)產(chǎn)品直接進(jìn)行(jnxng)測(cè)量；若是軟件或影像反求，則可采用參照物對(duì)比法、利用透視成像原理和作圖技術(shù)，并結(jié)合人機(jī)工程學(xué)和相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，通過(guò)分析計(jì)算確定其形狀尺寸。對(duì)于具有復(fù)雜曲線曲面的零件，則要采用一些先進(jìn)的測(cè)繪手段及測(cè)繪儀器方可實(shí)現(xiàn)。(5)精度分析 精度是衡量反求對(duì)象性能的重要指標(biāo)之一，也直接影響產(chǎn)品的成本。零件尺寸易于獲得，但尺寸精度卻難以確定，這也是反求設(shè)計(jì)

14、中的難點(diǎn)之一。合理(hl)分析設(shè)計(jì)零件精度及其分配關(guān)系，對(duì)提高產(chǎn)品的裝配精度、機(jī)械性能，降低產(chǎn)品成本至關(guān)重要。eg.極值法、封閉環(huán)、尺寸鏈、增減環(huán)、封閉環(huán)上下偏差 完全互換法、大數(shù)互換法共五十三頁(yè)（6）材料分析 同一零件采用不同的材料及材料處理方式，對(duì)零件的功能、加工工藝、使用性能有著重要影響。探求原設(shè)計(jì)零件材料的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和表面處理情況，可以使用表面觀測(cè)、化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)等分析方法。物理試驗(yàn)可以測(cè)定材料的各種物理性能和主要的力學(xué)性能，確定材料牌號(hào)及熱處理方式。立足本國(guó)資源，必要時(shí)選擇適用的國(guó)產(chǎn)材料替代。替代原則是優(yōu)先滿足力學(xué)及物理性能，其次滿足化學(xué)成分的要求，參照其它同類產(chǎn)品，確定替代

15、材料的牌號(hào)及技術(shù)條件。eg.材料成分不一樣性能也不一樣 低碳鋼因塑性(sxng)好可作冷沖壓的零件 高碳鋼硬度高可作切削工具 含合金元素高的不銹鋼、耐熱鋼具有特殊性能eg.熱處理不同,材料內(nèi)部組織不同，性能也不同 高速鋼經(jīng)退火處理后硬度不高，可加工成各種形狀 高速鋼成形后經(jīng)淬火回火處理，其硬度高耐磨性好，可作切削工具共五十三頁(yè)反求設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容(7) 工作性能分析 針對(duì)產(chǎn)品的工作特點(diǎn)及其主要性能（強(qiáng)度、剛度、精度或壽命等）進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定、反計(jì)算和深入的分析，掌握其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)規(guī)范。在分析產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)特性、力學(xué)特性過(guò)程中，建立合理的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的全面分析。例如，某機(jī)床廠與法國(guó)Ver

16、nier公司合作(hzu)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)DB420型工作臺(tái)不升降銑鍵床。（8）造型設(shè)計(jì)分析60年代開(kāi)始，出現(xiàn)了工業(yè)設(shè)計(jì)這門新興設(shè)計(jì)技術(shù)，現(xiàn)在全國(guó)高校里也很熱門的一個(gè)專業(yè)。內(nèi)在質(zhì)量實(shí)用性（結(jié)構(gòu)、性能、壽命）外觀質(zhì)量美觀性（形態(tài)、色彩、裝飾）舒適方便程度舒適性（人機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)）eg.書(shū)桌的高度適合人體的坐姿、機(jī)床上的各種旋鈕手柄等必須置于操作員上手范圍內(nèi)、從早期的馬氏汽車到現(xiàn)在的流線型汽車、龍門數(shù)控鉆床共五十三頁(yè)反求設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容（9）工藝分析 在反求工程技術(shù)中，反求設(shè)計(jì)(shj)與反求工藝是相互聯(lián)系，缺一不可的。在某些情況下，反求工程中工藝問(wèn)題比設(shè)計(jì)問(wèn)題更難處理，因此，在缺乏制造原型產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)備

17、與先進(jìn)工藝方法和未掌握某些特殊技術(shù)的條件下，對(duì)反求工程中的工藝問(wèn)題的處理就顯得尤為重要。通常采用的方法有反叛法編制工藝；改進(jìn)工藝方案，保證原設(shè)計(jì)的要求；曲線對(duì)應(yīng)法反求工藝參數(shù)；材料國(guó)產(chǎn)化，局部改進(jìn)原型結(jié)構(gòu)以適應(yīng)工藝水平 （10）對(duì)產(chǎn)品的維護(hù)與管理分析 分析產(chǎn)品的維護(hù)與管理方式，了解重要零、部件及易損的零、部件，有助于維修、改進(jìn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。共五十三頁(yè)THANK YOU!Taking a break, will be right back!共五十三頁(yè)P(yáng)art D實(shí)物(shw)反求軟件(run jin)反求反求工程？反求設(shè)計(jì)研究對(duì)象影像反求共五十三頁(yè)實(shí)物(shw)反求 顧名思義，實(shí)物反求是在已有

18、實(shí)物條件下，通過(guò)試驗(yàn)、測(cè)繪和詳細(xì)分折，研制開(kāi)發(fā)出與原型產(chǎn)品相同或相似的新產(chǎn)品。實(shí)物反求過(guò)程是一個(gè)認(rèn)識(shí)產(chǎn)品、再現(xiàn)產(chǎn)品或創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程，其中(qzhng)包括功能反求、性能反求、方案、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、精度、使用規(guī)范等眾多方面的反求。 反求工程不僅要研究同行的先進(jìn)技術(shù)，而且還要了解競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的水平和動(dòng)向，如美國(guó)著名的寇明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司為了了解我國(guó)柴油機(jī)的水平，就曾引進(jìn)我國(guó)的135系列柴油機(jī)進(jìn)行了反求研究，從他們對(duì)其軸瓦材料和工藝分析的研究報(bào)告來(lái)看，似乎已經(jīng)完全掌握了該柴油機(jī)的技術(shù)秘密。只有運(yùn)用反求技術(shù)才能更好的消化國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)。共五十三頁(yè)實(shí)物反求設(shè)計(jì)(shj)的分類1整機(jī)反求 2部件(bjin)反

19、求 3零件反求 共五十三頁(yè)實(shí)物(shw)反求設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1. 具有形象直觀的實(shí)物，有利于形象思維2. 可對(duì)產(chǎn)品(chnpn)或設(shè)備的性能、材料等內(nèi)容直接進(jìn)行測(cè)試與分析，以獲得詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料3 . 可對(duì)產(chǎn)品或設(shè)備的尺寸直接進(jìn)行測(cè)試與分析，以獲得重要的尺寸設(shè)計(jì)資料4. 目的是反求仿制時(shí)，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)起點(diǎn)與速度5. 仿制產(chǎn)品與引進(jìn)產(chǎn)品有可比性，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量6. 在仿制的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)和創(chuàng)新，為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品提供了有利條件共五十三頁(yè)實(shí)物(shw)反求的一般過(guò)程（1）分析(fnx)1）功能分析2）原理方案分析3）結(jié)構(gòu)形式分析4）工藝過(guò)程分析（2）測(cè)試（3）分解（4）測(cè)繪（5）改進(jìn)與

20、創(chuàng)新共五十三頁(yè)機(jī)械設(shè)備的反求設(shè)計(jì)(shj)零部件的測(cè)繪(chu)與分析機(jī)械設(shè)備的分解原則機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的反求設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)尺寸數(shù)據(jù)的處理測(cè)繪的一般方法機(jī)械零件材料的反求設(shè)計(jì)關(guān)鍵零件的反求設(shè)計(jì)材料成分分析材料的硬度分析材料的工藝分析材料的組織結(jié)構(gòu)分析策略： 功能不變，降低成本。 增加功能，降低成本。 增加功能，成本不變。 減少功能，降低更多成本。 增加功能，增加成本。共五十三頁(yè)軟件(run jin)反求技術(shù)軟件泛指產(chǎn)品樣本資料、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品規(guī)范，以及與設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)制造有關(guān)的技術(shù)資料和技術(shù)文件，如產(chǎn)品圖紙、制造驗(yàn)收技術(shù)條件、產(chǎn)品設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、計(jì)算書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工具工裝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工藝守則、操

21、作規(guī)范、管理(gunl)規(guī)范、質(zhì)量保證手冊(cè)等。依據(jù)這些技術(shù)軟件，設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的過(guò)程，稱為軟件反求。共五十三頁(yè)軟件(run jin)反求的模式1. 以引進(jìn)產(chǎn)品實(shí)物(shw)、成套設(shè)備和生產(chǎn)線為主的硬件模式2.以獲得設(shè)計(jì)、制造、使用與研制技術(shù)秘密為主的軟件模式吉利公司收購(gòu)VOLVO的100%股份，獲得了包括生產(chǎn)線在內(nèi)的所有技術(shù)我國(guó)動(dòng)車組的研制就是以引進(jìn)的德國(guó)、日本等國(guó)家的相關(guān)技術(shù)在結(jié)合國(guó)情的情況下研發(fā)出來(lái)的共五十三頁(yè)軟件(run jin)反求的特點(diǎn)1.抽象性5.相關(guān)性2.嚴(yán)密性3.智力(zhl)性4.綜合性6.創(chuàng)造性共五十三頁(yè)影像(yn xin)反求根據(jù)產(chǎn)品相片、圖片、說(shuō)明書(shū)、廣告介紹、參觀印象、影

22、視畫面等為參考資料，進(jìn)行產(chǎn)品反求設(shè)計(jì)的方法稱為影像反求設(shè)計(jì)。影像反求設(shè)計(jì)具有原始資料面廣、量大的特點(diǎn)，為設(shè)計(jì)人員提供了從較多方案中篩選出較好方案的可能性。而產(chǎn)品廣告的圖片、資料等僅是簡(jiǎn)單的外形，性能的概括及使用維修的注意事項(xiàng)，這給反求設(shè)計(jì)帶來(lái)了較大的難度，但是也正是因?yàn)檫@樣，才能更好地發(fā)揮反求設(shè)計(jì)人員的聰明才智，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。如70年代初，我國(guó)前去蘇聯(lián)考察牙輪鉆機(jī)的代表團(tuán)，就靠著幾張?jiān)?00M以外拍攝的照片，仿制出我國(guó)第一臺(tái)牙輪鉆床。我國(guó)的航空、導(dǎo)彈工程在國(guó)外禁運(yùn)、封鎖的情況(qngkung)下，也是靠簡(jiǎn)單的圖像等資料，發(fā)揮我國(guó)技術(shù)人員的聰明才智，設(shè)計(jì)制造出了各種型號(hào)的導(dǎo)彈、火箭。共五

23、十三頁(yè) 影像反求設(shè)計(jì)中，對(duì)圖片等資料進(jìn)行分析是最關(guān)鍵的技術(shù)，包括透視變換原理與技術(shù)、陰影、色彩與三維信息等技術(shù)。隨著(su zhe)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像掃描技術(shù)與掃描結(jié)果的信息處理技術(shù)已逐漸完善。通過(guò)色彩可辨別出橡膠、塑料、皮革等非金屬材料的種類，也可辨別出是鑄件或是焊接件，還可辨別出鋼、鋁、銅、金等有色金屬材料。通過(guò)外形可辨別其傳動(dòng)形式和設(shè)備的部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)拍照距離可辨別其尺寸。當(dāng)然，圖像處理技術(shù)不能解決強(qiáng)度、剛度、傳動(dòng)比等反映機(jī)器特征的詳細(xì)問(wèn)題，更進(jìn)一步的問(wèn)題還需要技術(shù)人員去解決。共五十三頁(yè)P(yáng)art E接觸式測(cè)量方法非接觸式測(cè)量方法反求工程(gngchng)？常用(chn yn)

24、的測(cè)量方法與建模點(diǎn)云建模共五十三頁(yè)三維反求技術(shù)(jsh)三維反求技術(shù)是利用電子儀器去收集物體表面的原始數(shù)據(jù)，之后再使用軟件，計(jì)算出采集數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)，并得到對(duì)應(yīng)(duyng)的顏色。掃描儀是對(duì)物體作全方位掃描，然后整理數(shù)據(jù)、三維造型、格式轉(zhuǎn)換、輸出結(jié)果。整個(gè)操作過(guò)程，可以分為四個(gè)步驟：1）物體數(shù)據(jù)化2）從采集的數(shù)據(jù)中分析物體的幾何特征3）物體三維模型重建4）檢驗(yàn)、修正三維模型共五十三頁(yè)常用(chn yn)的測(cè)量方法一.接觸式測(cè)量方法 （一） 坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種大型精密(jngm)的三坐標(biāo)標(biāo)測(cè)量?jī)x器，可以對(duì)具有復(fù)雜形狀的工件的空間尺寸進(jìn)行逆向工程測(cè)量。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一般采用觸發(fā)式接觸測(cè)量頭

25、，一次采樣只能獲取一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。九十年代初，英國(guó)Renishaw公司研制出一種三維力一位移傳感的掃描測(cè)量頭，該測(cè)頭可以在工件上滑動(dòng)測(cè)量，連續(xù)獲取表面的坐標(biāo)信息，掃描速度可達(dá)8米/秒，數(shù)字化速度最高可達(dá)500點(diǎn)/秒，精度約為0.03mm。這種測(cè)頭價(jià)格昂貴，目前尚未在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上廣泛采用。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，但一般接觸式測(cè)頭測(cè)量效率低，而且對(duì)一些軟質(zhì)表面無(wú)法進(jìn)行逆向工程測(cè)量。 共五十三頁(yè)（二）層析(cn x)法 層析法是近年來(lái)發(fā)展的一種反求工程逆向工程技術(shù) 將研究的零件原形填充后，采用逐層銑削和逐層光掃描相結(jié)合的方法(fngf)獲取零件原形不同位置截面的內(nèi)外輪廓數(shù)據(jù)，并

26、將其組合起來(lái)獲得零件的三維數(shù)據(jù)。 層析法的優(yōu)點(diǎn)在于任意形狀，任意結(jié)構(gòu)零件的內(nèi)外輪廓進(jìn)行測(cè)量，但測(cè)量方式是破壞性的。 共五十三頁(yè)非接觸式反求工程測(cè)量方法非接觸式測(cè)量根據(jù)測(cè)量原理的不同，大致有光學(xué)測(cè)量、超聲波測(cè)量、電磁測(cè)量等方式。1.結(jié)構(gòu)光法 結(jié)構(gòu)光法的操作原理是把一定模式的光源，投射到被掃描對(duì)象的表面上，投射參考面光源，會(huì)被放在該位置的被掃描對(duì)象阻擋而發(fā)生變形，此時(shí)使用不同的鏡頭攝取不同角度的圖像，再分析變形的光源, 就可計(jì)算出被測(cè)對(duì)象表面的整幅圖像的三維坐標(biāo)。結(jié)構(gòu)光法采用的光源以光柵影線較為普遍。目前分析光柵影線變形的方法(fngf)主要有傳里葉及相移法。而相移法相對(duì)較為準(zhǔn)確，這種方法(fng

27、f)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的速度很快、掃描的面積大、設(shè)備相對(duì)輕便方面攜帶、測(cè)量場(chǎng)地沒(méi)有特別要求。在汽車行業(yè)，它普遍被用來(lái)掃描汽車的車身等大面積對(duì)象。共五十三頁(yè) 2.激光三角法 激光三角法是在被掃描物的表面用有規(guī)則幾何圖形的激光束，如點(diǎn)光源或線光源，進(jìn)行掃描，被掃描面便會(huì)形成漫反射光點(diǎn)、光帶，接著(ji zhe)安裝在光路的圖像傳感器接收這光點(diǎn)、光帶，然后利用三角原理計(jì)算出被采集點(diǎn)的空間坐標(biāo)。激光三角法的技術(shù)成熟、被廣泛使用，掃描速度高、精度高。它的圖像傳感器體積細(xì)而輕，安裝方便。它甚至可以它裝在三坐標(biāo)上，安裝拆卸輕易，這是它另一個(gè)特點(diǎn)。它也可以掃描材質(zhì)較柔軟的對(duì)象，如橡膠等。日本的 Konica Min

28、olta公司的非接觸儀 Vivid 9i的掃描精度可達(dá)0.05mm，只需要2.5秒便可獲取精確的數(shù)據(jù)。 共五十三頁(yè)3.基于光學(xué)三角型原理的逆向工程掃描法這種測(cè)量方法根據(jù)光學(xué)三角型測(cè)量原理，以光作為光源，其結(jié)構(gòu)模式可以分為光點(diǎn)、單線條、多光條等，將其投射到被測(cè)物體表面采用光電敏感元件在另一位置接收激光的反射能量根據(jù)光點(diǎn)或光條在物體上成象的偏移，通過(guò)被測(cè)物體基平面、象點(diǎn)、象距等之間的關(guān)系計(jì)算物體的深度信息4.基于相位偏移測(cè)量原理的莫爾條紋(tio wn)法這種測(cè)量方法將光柵條紋投射到被測(cè)物體表面，光柵條紋受物體表面形狀的調(diào)制，其條紋間的相位關(guān)系會(huì)發(fā)生變化，數(shù)字圖像處理的方法解析出光柵條紋圖像的相位

29、變化量來(lái)獲取被測(cè)物體表面的三維信息。共五十三頁(yè)5.基于工業(yè)CT斷層掃描圖像逆向工程法這種測(cè)量方法對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行斷層截面掃描,以X射線的衰減系數(shù)為依據(jù)，經(jīng)處理重建斷層截面圖像根據(jù)不同位置的斷層圖像可建立物體的三維信息。該方法可以對(duì)被測(cè)物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行無(wú)損測(cè)量。該方法造價(jià)高，測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率低，獲取數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備體積大。美國(guó)LLNL實(shí)驗(yàn)室研制的高分辨率ICT系統(tǒng)測(cè)量精度為0.01mm。6.立體視覺(jué)測(cè)量方法立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個(gè)（多個(gè)）攝象機(jī)拍攝的圖像中的視差，以及攝象機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來(lái)獲取(huq)該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺(jué)測(cè)量方法可以對(duì)處于兩

30、個(gè)（多個(gè)）攝象機(jī)共同視野內(nèi)的目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，而無(wú)須伺服機(jī)構(gòu)等掃描裝置。立體視覺(jué)測(cè)量面臨的最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖象中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問(wèn)題。共五十三頁(yè)反求工程(gngchng)建模點(diǎn)云處理通過(guò)激光三維掃描儀等信號(hào)采集設(shè)備，可以(ky)方便地獲取物體表面信息，這些信息通過(guò)大量的點(diǎn)來(lái)表達(dá)，往往形成包含幾百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)包，通常稱為點(diǎn)云（Point Cloud）。通過(guò)對(duì)點(diǎn)云的處理，可以得到物體的表面表達(dá)，與數(shù)控加工中心結(jié)合，能直接將處理結(jié)果用于加工生產(chǎn)，從而達(dá)到避免設(shè)計(jì)、修改圖紙的繁瑣過(guò)程的目的。此外，根據(jù)點(diǎn)與數(shù)據(jù)能直接實(shí)現(xiàn)三維建模，因此還能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)出機(jī)械部件的運(yùn)行情況和機(jī)構(gòu)

31、運(yùn)行時(shí)是否會(huì)發(fā)生干涉，在虛擬組裝和虛擬加工中具有重要意義。共五十三頁(yè)點(diǎn)云表達(dá)(biod)的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過(guò)點(diǎn)的組合、曲線擬合、面元擬合和面元組合等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意曲面的無(wú)窮逼近。從表達(dá)(biod)方法上講，大致可以分為基于網(wǎng)格和基于點(diǎn)的表達(dá)(biod)這兩個(gè)大類?；?jy)網(wǎng)格的點(diǎn)云表達(dá)以網(wǎng)格作為中介來(lái)表達(dá)離散點(diǎn)之間的依存關(guān)系，從而將點(diǎn)云組織成一個(gè)有機(jī)的整體，恢復(fù)出曲面原貌。通過(guò)網(wǎng)格顯式地表達(dá)物體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有簡(jiǎn)單直觀的優(yōu)點(diǎn)，能表現(xiàn)性狀任意復(fù)雜的物體?；邳c(diǎn)的點(diǎn)云表達(dá)直接以點(diǎn)作為曲面繪制和造型的基本元素，無(wú)需建立網(wǎng)格。它能更有效解決網(wǎng)格方法的高度復(fù)雜性問(wèn)題。不用顯式地存儲(chǔ)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，

32、對(duì)存儲(chǔ)空間要求少，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜物體的有效繪制，可以方便地修改曲面拓?fù)洹＞哂懈叨鹊臄?shù)據(jù)局部性，可并行處理，能快速實(shí)現(xiàn)物體曲面的粗糙表達(dá)。共五十三頁(yè)P(yáng)art F實(shí)物(shw)反求軟件(run jin)反求反求工程？反求工程應(yīng)用領(lǐng)域及實(shí)例共五十三頁(yè)反求工程(gngchng)的應(yīng)用領(lǐng)域汽車設(shè)計(jì)、復(fù)雜藝術(shù)品造型等領(lǐng)域重新建立零件的CAD模型不斷對(duì)修改后的樣品進(jìn)行(jnxng)測(cè)量和模型重建提供對(duì)機(jī)械產(chǎn)品零件的修復(fù)能力借助CT技術(shù)，產(chǎn)生物體的外部形狀，快速發(fā)現(xiàn)、度量、定位物體的內(nèi)部缺陷方便地產(chǎn)生基于模型的計(jì)算機(jī)視覺(jué)使產(chǎn)品設(shè)計(jì)充分利用CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)信息交換特殊領(lǐng)域的應(yīng)用共五十三頁(yè) 情形一：在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙(tzh)或者設(shè)計(jì)圖紙(tzh)不完整以及沒(méi)有CAD模型的情況下，在對(duì)零件原形進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)利用快速成型技術(shù)復(fù)制出一個(gè)相同的零件原型。 情形二：當(dāng)要設(shè)計(jì)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的工件模型時(shí)，通常采用反求工程的方法。 如航天航空領(lǐng)域，為了滿足產(chǎn)品對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)等要求，首先要求在初始設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)各種性能測(cè)試（如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等）建立