機械創(chuàng)新作業(yè) (21)new

《機械創(chuàng)新設(shè)計》結(jié)課論文課程名稱《機械創(chuàng)新設(shè)計》院（系、部、中心）機械工程學院專業(yè)流體傳動控制及其自動化班級流體（卓越）111姓名王剛學號201110627題目反求設(shè)計及其應用起止日期2014-05-10~2014-05-31任課教師王育榮反求設(shè)計及其應用作者：王剛（南京工程學院機械工程學院，南京211167）摘要：發(fā)明創(chuàng)造是人類文明進步的原動力，在人類社會的發(fā)展與進步過程中發(fā)揮了極其重要的作用，設(shè)計是人類改造自然的一種基本活動。也是一種復雜的創(chuàng)造性思維過程。反求設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進行分析研究，掌握其功能原理、零部件的設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、關(guān)鍵技術(shù)等指標，在根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，對原產(chǎn)品進行仿造設(shè)計、改進或者創(chuàng)新設(shè)計的過程。關(guān)鍵詞：機械創(chuàng)新設(shè)計反求設(shè)計反求法反求工程1引言我國是一個發(fā)展中國家，科學技術(shù)相對落后。投入大量資金去研究發(fā)達國家已推向市場的產(chǎn)品或技術(shù)是完全沒有必要的。這不僅浪費資金，也拖延發(fā)展經(jīng)濟的時間。由于設(shè)計到發(fā)展經(jīng)濟的科學技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，我國也缺少巨額資金去進行大范圍的基礎(chǔ)理論研究和應用科學研究。因此，引進發(fā)達國家先進的科學技術(shù)或先進的產(chǎn)品，然后進行反求設(shè)計，仿造或設(shè)計出更新的產(chǎn)品，是發(fā)展中國家發(fā)展國民經(jīng)濟的最佳道路。特別是在知識經(jīng)濟的時代，反求工程在科技發(fā)展中的地位更為重要。2反求設(shè)計反求設(shè)計(也稱逆向設(shè)計)是設(shè)計人員以先進設(shè)備的軟件(圖樣、程序、技術(shù)文件)、影像(圖片、照片等)和實物作為研究對象，應用現(xiàn)代設(shè)計理論方法、人機工程學等有關(guān)專業(yè)知識，進行系統(tǒng)的分析和研究，進而開發(fā)出同類的先進產(chǎn)品的過程。2.1反求設(shè)計的思路反求設(shè)計分為兩個階段：反求分析階段與再設(shè)計階段。反求分析階段：包括宏觀分析和詳細分析，通過對原有產(chǎn)品的剖析、尋找原產(chǎn)品的技術(shù)缺陷、吸取其技術(shù)精華、關(guān)鍵技術(shù)，為改進或創(chuàng)新設(shè)計提出方向。再設(shè)計階段：是一個創(chuàng)新設(shè)計階段，包括變異設(shè)計和開發(fā)設(shè)計。在對原產(chǎn)品進行反求分析的基礎(chǔ)上，開發(fā)出符合市場需求的新產(chǎn)品的過程，稱為“再設(shè)計”。變異設(shè)計就是在現(xiàn)有的產(chǎn)品基礎(chǔ)上對參數(shù)、機構(gòu)、結(jié)構(gòu)、材料等改進設(shè)計，或進行產(chǎn)品的系列化設(shè)計。開發(fā)設(shè)計就是在分析原有的產(chǎn)品基礎(chǔ)上，抓住功能的本質(zhì)，從原理方案開始進行創(chuàng)新設(shè)計。反求設(shè)計的過程如圖1所示。圖表SEQ圖表\*ARABIC1反求設(shè)計過程2.2對反求對象的分析在進行反求設(shè)計前，首先要對反求設(shè)計的對象進行分析。產(chǎn)品的設(shè)計指導思想決定了產(chǎn)品的設(shè)計方案，深入分析并掌握產(chǎn)品的設(shè)計指導思想是分析了解整個產(chǎn)品設(shè)計的前提。充分了解反求對象的功能有助于對產(chǎn)品原理方案的分析、理解和掌握，且有可能在進行反求設(shè)計時得到基于原產(chǎn)品而又高于原產(chǎn)品的原理方案。因此，在對反求對象作分析時應注意下面幾個方面：1．系統(tǒng)整體性系統(tǒng)中的各個分系統(tǒng)，都具有其特定的功能和目標，只有各系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，才能達到系統(tǒng)的整體目標。如果只研究改善某些局部問題，而忽略其他分系統(tǒng)的影響，將可能影響整個系統(tǒng)的整體效益。2．針對性系統(tǒng)分析應有針對性，尋求解決特定問題的最優(yōu)方案。3．定量性解決問題，不應單憑主觀臆斷、經(jīng)驗和直覺。在許多復雜情況下，必須以相對可靠的數(shù)字資料為分析依據(jù)，保證結(jié)果的客觀性。2.3對反求對象材料的分析對反求對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組織結(jié)構(gòu)的分析和材料的性能檢測幾大部分。機械零件材料及熱處理方法的選擇將直接影響零件的強度、剛度、壽命、可靠性等性能指標。因此在一些產(chǎn)品中材料及熱處理方式的選擇顯得非常重要，并可能成為該產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。一般采用表面觀測、化學分析、金相檢驗等方式確定材料的化學成分、組織結(jié)構(gòu)和表面處理情況，并通過物理試驗測定材料的各種物理性能和主要的力學性能，確定材料牌號及熱處理方式。有時需通過材料分析進行材料代用，代用的原則是首先滿足力學、物理性能，其次滿足化學成分的要求，并參照其他同類產(chǎn)品，確定代用材料的牌號及技術(shù)條件在對反求對象進行材料分析時，要充分考慮到材料表面的改性處理技術(shù)。2.4對反求對象的工藝和裝配的分析反求設(shè)計和反求工藝是相互聯(lián)系的，缺一不可。在缺乏制造原型產(chǎn)品的先進設(shè)備與先進工藝方法和未掌握某些技術(shù)技巧的情況下，對反求對象進行工藝分析通常采用以下幾種常用的方法。1．采用反判法編制工藝規(guī)程。以零件的技術(shù)要求如尺寸精度、形位公差、表面質(zhì)量等為依據(jù)，查明設(shè)計基準，分析關(guān)鍵工藝，優(yōu)選加工工藝方案，并依次由后向前遞推加工工序，編制工藝規(guī)程。2．改進工藝方案，保證引進技術(shù)的原設(shè)計要求。在保證引進技術(shù)的設(shè)計要求和功能的前提條件下，局部地改進某些實現(xiàn)較為困難的工藝方案。3．用曲線對應法反求工藝參數(shù)。先將需分析的產(chǎn)品的性能指標或工藝參數(shù)建立第一參照系，以實際條件建立第二參照系，根據(jù)已知點或某些特殊點把工藝參數(shù)及其有關(guān)的量與性能的關(guān)系擬合出一條曲線，并按曲線的規(guī)律適當拓寬，從曲線中找出相對于第一參照系性能指標的工藝參數(shù)，即是需求的工藝參數(shù)。4．材料國產(chǎn)化，局部改進原型結(jié)構(gòu)以適應工藝水平。由于材料以及工藝對加工方法的選擇起決定性作用，所以，在無法保證使用原產(chǎn)品的制造材料時，或在使用原產(chǎn)品的制造材料后，工藝水平不能滿足要求的情況下，可以使用國產(chǎn)化材料，以適應當前的工藝水平。對反求對象進行裝配分析，應主要考慮：用什么裝配工藝來保證產(chǎn)品的性能要求，能否將原產(chǎn)品的若干個零件組合成一個部件，如何提高裝配速度等。2.5對反求對象精度的分析精度是衡量反求對象性能的重要指標之一，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)計中的難點之一。合理分析設(shè)計零件精度及其分配關(guān)系，對提高產(chǎn)品的裝配精度、機械性能，降低產(chǎn)品成本至關(guān)重要。對反求對象精度的分析包括了對反求對象形體尺寸的確定、精度的分配等內(nèi)容。在確定形體尺寸時，根據(jù)反求對象軟件、影像或?qū)嵨锏牟煌?，所選用的反求方法也有所不同。若是實物反求，則可通過常用的測量設(shè)備對產(chǎn)品直接進行測量，以確定形體尺寸；若是軟件反求和影像反求，則可采用參照物對比法，利用透視成像的原理和作圖技術(shù)并結(jié)合人機工程學和相關(guān)的專業(yè)知識，通過分析計算來確定形體尺寸。2.6對反求對象外觀造型的分析產(chǎn)品造型設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計與藝術(shù)設(shè)計相結(jié)合的綜合性技術(shù)。其主要目的是運用工業(yè)美學、產(chǎn)品造型原理、人機工程學原理等對產(chǎn)品的外形造型、色彩設(shè)計等進行分析，以提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和舒適方便程度。在市場經(jīng)濟條件下，產(chǎn)品的外觀造型在商品競爭中起著重要的作用。在對產(chǎn)品外觀造型分析時，應從產(chǎn)品的美學原則、用戶的需求心理及商品價值等角度來分析。比如，美學原理包括合理的尺度、比例，造型上的對稱與均衡、穩(wěn)定與輕巧、統(tǒng)一與變化、節(jié)奏與韻律等。此外，色彩也能美化產(chǎn)品并引起感情效果。對有關(guān)產(chǎn)品色調(diào)的選擇與配色、色彩的對比與調(diào)和等方面作相應分析，有利于了解它的設(shè)計風格。2.7對反求對象系列化與模塊化的分析分析反求對象時，要考慮到所引進的產(chǎn)品是否已經(jīng)系列化，是否為系列型譜中的一個，在系列型譜中是否具有代表性，產(chǎn)品的模塊化程度如何等具體問題，使得在設(shè)計制造時少走彎路，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，生產(chǎn)出多品種、多規(guī)格、通用化較強的產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品的市場競爭力。2.8對反求對象其他方面的分析對產(chǎn)品的管理、使用、維護、包裝技術(shù)等的分析也很重要。管理的好壞直接影響產(chǎn)品效能的發(fā)揮。比如，分析了解重要零部件及易損零部件就有助于產(chǎn)品的維修、改進和創(chuàng)新設(shè)計。3現(xiàn)代設(shè)計的發(fā)展趨勢展望反求法的研究已經(jīng)日益引人注目，在數(shù)據(jù)處理、幾何特征識別、商用專業(yè)軟件和坐標丈量機的研究開發(fā)上已經(jīng)取得了很大的成績。但是在實際應用當中，整個過程仍需要大量的人機交互工作，操縱者的經(jīng)驗和素質(zhì)直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，下面一些關(guān)鍵技術(shù)將是逆向工程主要發(fā)展方面：1．數(shù)據(jù)丈量方面：發(fā)展反求工程的專用丈量設(shè)備，能夠高速、高精度的實現(xiàn)產(chǎn)品幾何外形的三維數(shù)字化，并能進行自動丈量和規(guī)劃路徑；2．數(shù)據(jù)的頂處理方面：針對不同種類的丈量數(shù)據(jù)，開發(fā)研究一種通用的數(shù)據(jù)處理軟件，完善改進目前的數(shù)據(jù)處理算法；3．曲面擬合：能夠控制曲面的光順性和能夠進行光滑拼接；4．集成技術(shù)：發(fā)展包括丈量技術(shù)、模型重建技術(shù)、基于網(wǎng)絡的協(xié)同設(shè)計和數(shù)字化制造技術(shù)等的反向工程技術(shù)。4結(jié)語反求技術(shù)與NC加工技術(shù)相結(jié)合稱之為反求工程。目前常用的方法是實物反求設(shè)計法即針對現(xiàn)有工件(樣品或模型)利用3D數(shù)字化測量儀器準確、快速地量取輪廓坐標值，并加以建構(gòu)曲面，對曲面進行編輯、修改后，傳到CAD~CAM系統(tǒng)，再由CAM所產(chǎn)生刀具的NC加工路徑送至CNC加工制作所需模具，或者送到快速成型機(RapidPrototyping)將樣品模型制作出來。反求工程技術(shù)為快速設(shè)計和制造提供了很好的技術(shù)支持，它已經(jīng)成為制造業(yè)信息傳遞的重要而簡潔的途徑之一。參考文獻[1]張春林.《機械創(chuàng)新設(shè)計》.北京:機械工業(yè)出版社，2010[2]