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1、机械创新设计结课论文 课 程 名 称 机械创新设计 院（系、部、中心） 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 流体（卓越）111 姓 名 姜涛 学 号 201110615 题 目 反求设计及其应起 止 日 期 大三下 任 课 教 师 王育荣 反求设计及其应用作者：姜涛 摘要：反求设计是以先进技术或产品的实物、软件（图纸、程序、技术文件等）、影像（照片、广告图片等）作为研究对象，应用现代设计理论方法学、生产工程学、材料学、设计经验、创新思维等和有关专业知识进行系统深入地分析与探索，并掌握其关键技术，进而开发出先进产品。运用反求技术，可以缩短新产品开发的时间，提高新产品开发的成功率
2、，是创新设计的一种有效方法。关键词：机械设计创新；反求设计及应用；计算机辅助设计1.反求设计的定义反求设计是以先进的产品或技术为对象，通过深人分析，掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，仿型或开发出同类型创新产品的设计。人们通常所指的设计是正设计，是由未知到已知的过程，由想象到现实的过程。这一过程也需要运用类比、移植等创新方法，但产品的概念是新颖的，是创新的。反求设计则不然，虽然为反设计，但绝不是正设计的简单逆过程。因为针对的是别人的已知和现实的产品，而不是自己的，所以也不是全知的。是一个虽然知其然，但不知其所以然的问题。因为一个先进的、成熟的产品凝聚着原作者长时间的思考与实践、研究和探索，要
3、理解、吃透原作者的技术与思想，在某种程度上比自己创造难度还要大。因此反求设计绝不是简单仿造的意思，是需要进行专门分析与研究的问题。反求设计中要紧紧抓住两件事，一是在剖析原产品或技术中的“求”，二是在“再设计”中的“改”或“创”。通过反求，进行工程设计，起点高，更容易得到创新的产品。2.反求设计的对象与过程2.1反求设计的研究对象从工程技术角度分析，反求设计的研究对象一般分为三类，分别是实物反求、软件反求、图片反求。并且反求对象应该是笔记哦啊先进的技术或产品；也可能是自然界的产物，例如反求人体结构进行再移植手术等。（1）实物反求它是指在已有产品实物的条件下、通过试验、测绘、分析，确定其关键技术，
4、再创造出新的产品的过程。反求的产品实物可以是整机、部件或零件。反求的内容包括产品的功能、原理方案、结构性能、材料、精度等。实物反求，首先要在未解体前进行功能、性能等全面试验考核，测试其各项功能和性能指标（2）软件反求产品样本、技术文件、设计说明书、使用说明书、设计图纸以及有关规范和标准等均为软件。反求的内容主要有，深刻理解图样与技术要求，选择合适的材料、工艺过程与热处理方法，试制样机并进行性能测试，最后创新出新产品。软件反求中有三类情况：一是既有实物，又有全套技术软件；二是有实物而无技术软件；三是无实物，仅有全套或部分技术软件。每类反求各有特点和难点。（3）影像反求产品的图片、照片、广告介绍以
5、及参观或影视画面等均属影像。这是反求对象中信息量最少，难度最大，但也最富有创新性的反求设计。反求的工作主要是从影像的外形、尺寸、比列，并应用透视变换与投影等知识，及各种专业知识进行琢磨、分析、领会其功能、性能、结构特点等，然后进行从原理方案、构型综合、直到完成产品的创新。2.2反求设计的设计过程反求设计分为反求和再设计两个阶段。反求阶段主要是通过对原有产品或技术的剖析，吸取关键技术，达到为我所用;查证原有产品或技术存在矛盾及问题，为改进或创新设计明确方向。再设计阶段也称二次设计阶段，主要是仿型或开发出同类型的创新产品。反求设计过程见【图1】。3.反求工程中的反求设计反求设计就是对已有的产品或技
6、术进行分析研究，把握其功能原理，零部件的设计参数、材料、结构、尺寸、关键技术等指标，再根据现代设计理论与方法，对原产品进行仿造设计，改进设计或创新设计。反求设计是一个国家发展科学技术及进步工艺水平的一个重要手段。日本在引进、消化、吸收方面做的尤为突出，其反求工程的应用对国家经济发展起到了重大的作用。反求设计一般分为三种情况：(1) 仿造设计 完全按照引进产品进行设计、制造的产品，这些产品与引进产品基本相同。(2) 改进设计 在对原产品分析研究的基础上，进行局部的改造性设计，其性能与特征基本和原产品相同，但局部性能有所改善。(3) 创新设计 以原产品为基础，充分运用创新的设计思维与创新技法，设计
7、、制造出优于原产品的新产品，这是最好的一种反求设计。4.计算机辅助的反求设计在反求设计中应用计算机辅助技术，可以大大减少人工劳动，有效缩短设计、制造周期。尤其是将自动测量、重构CAD模型、自动成型、数控加工结合起来，用于三维实体造型的设计与反求，更是能够体现现代设计、加工技术的优越性。（1）三维实体的数据测取与处理为反求三维实体的物理模型，经常采用的仪器设备是三坐标测量仪、坐标扫描仪、激光扫描仪或3D数字仪等。通过测取实物表面的形状、尺寸数据，将实体的物理模型转化为数字数据，再将这些数据交由数字处理系统，利用计算机辅助技术，通过对数据的编辑、处理、修补，就能方便地在计算机中建立三维实体的CAD
8、几何模型，并允许对所获得的CAD几何模型进行适当的修改。（2）三维实体的再造计算机辅助技术允许利用已获得的三维实体CAD几何模型，通过对数据进行刀具轨迹编辑，自动生成NC轨迹，交由NC机床进行数控机械加工。若生成的是STL文件，则可将信号输人快速自动成型机，进行原型制造。事实上，在计算机、三坐标测量仪、数控加工及成型设备之间建立起网络连接，数据与信号的传输更是快捷、迅速。这种方法不仅可以进步产品质量，而且还可以缩短产品的设计与制造周期，它一般包括以下几个过程：(1) 数据的采集 在反求设计过程中，数据的测绘与收集特别重要，一般利用三坐标丈量仪、3D 数字丈量仪、激光扫描仪、高速坐标扫描仪或其他
9、丈量仪器来丈量原产品的形体尺寸以及位置尺寸，就是将原产品的几何模型转化为丈量点数据组成的数字模型。(2) 数据处理 利用计算机中的数字化数据处理系统，将大量的丈量点数据进行编辑处理，删除奇异数据点，增加补偿点，进行数据点的优化、平顺等工作。如CATIA 种的CLOUD 功能就是对数据点进行处理的。(3) 建立CAD 模型 通过三维建模、曲线拟合、曲面拟合、曲面重构方法及理论建立相应的CAD 几何模型。(4) 数控加工 通过数模编辑出NC 代码后，对有关数据进行刀具轨迹编程，产生刀具轨迹，进行数控加工。为了保证NC 加工质量，实现加工过程中的质量控制，CAM 系统可天生测头文件及程序，用于联机N
10、C 检验。5.反求设计中的软件应用在计算机的反求设计中，应用软件由三部分组成：产品设计和制造的数值计算及数据处理模块；图形信息交换和处理的交互式图形显示程序模块；工程数据库模块。它们的主要功能如下：(1) 曲面造型功能 根据丈量所得到的离散数据点和具体的边界条件，来定义、天生、控制、处理过渡曲面与非矩形曲面的拼合能力，提供设计与制造某些由自由曲面构造产品模型的曲面造型方法。(2) 实体造型功能 有定义和天生体素的能力及用几何元素构造法（CSG）或边界表示法（B-rep）构造实体模型的能力，并且能提供用规则几何形体构造产品几何模型所需的实体造型技术。(3) 物体质量特性计算功能 根据产品几何模型
11、能够计算其体积、表面积、质量、密度、重心等几何特性的能力，为工程分析和数值计算提供必要的参数与数据。(4) 三维运动分析和仿真功能 具有研究产品运动特性的能力及仿真的能力，提供直观的、仿真的交互设计方式。(5) 三维几何模型的显示处理功能 具有动态显示、消隐、着色浓度处理的功能，解决三维几何模型设计的复杂空间布局的题目。(6) 有限元网格自动天生功能 用有限元方法对产品结构的静态、动态特性、强度、振动进行分析，并能自动天生有限元网格和供设计职员精确研究产品的结构。(7) 优化设计功能 具有用参数优化法进行方案优选的功能。(8) 数控加工的功能 具有在数控机床上加工的能力，并能识别、数模刀具轨迹
12、及显示加工过程的模态方针。(9) 信息处理与信息治理功能 实现设计、制造和治理的信息共享，达到自动检索、快速存取及不同系统的信息交换与输出的目的。6.小结当今世界科学技术迅猛发展，高科技、高质量产品层出不穷，为了发展我国的综合经济实力，进步科技水平，走科技兴国之路，因此我们有必要把发达国家的先进的科技成果，先进的产品引进来，消化吸收，改进进步或进行创新设计，进而发展我们自己的新技术，新工艺以及开发新产品，研制新课题。这一过程就是我们经常所说的反求工程。参考文献1. 侯维芝，祁翠琴。反求设计与技术创新。机电一体化，2004年3期。2. 哈工大CAD/CAM 技术。3. 张美麟，张有忱，张莉彦。机械创新设计，第二版。学习是成就事业的基石姜涛201110615流体（卓越）1116
