機械逆向設計的方法論述

1.張 強 2.任國彪

1.沈陽藍英工業自動化裝備股份有限公司 2.沈陽新松智能驅動股份有限公司

機械逆向設計的方法論述

1.張 強 2.任國彪

1.沈陽藍英工業自動化裝備股份有限公司 2.沈陽新松智能驅動股份有限公司

機械設備等具體實物的逆向設計是目前讓各國廣泛采用的吸取別國先進經驗的方法。在進行某一產品的逆向設計時，要廣泛收集國內外同類產品的設計生產、使用等方而的資料，進行分析對比，找出優點和不足之處，取優去劣。逆向工程技術為快速設計和制造提供了很好的技術支持，它已經成為制造業信息傳遞的重要而簡潔的途徑之一。

逆向設計；逆向工程

一、對逆向對象的分析在進行，首先要對逆向設計的對象(全文簡稱逆向對象)進行分析

(1)對逆向對象的設計指導思想和功能原理的分析

產品的設計指導思想決定了產品的設計方案，深入分析并掌握產品的設計指導思想是分析了解整個產品設計的前提。充分了解逆向對象的功能有助于對產品原理方案的分析、理解和掌握，且有可能在進行逆向設計時得到基于原產品而高于原產品的原理方案。

(2)對逆向對象材料的分析

對逆向對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組織結構的分析和材料的性能檢測幾大部分，在對逆向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。

(3)對逆向對象的工藝和裝配的分析

逆向設計和逆向工藝是相互聯系的，缺一不可。

在缺乏制造原型產品的先進設備與先進工藝方法和未掌握某些技術技巧的情況下，對逆向對象進行工藝分析通常采用以下幾種常用的方法。

a)采用反判法編制工藝規程。以零件的技術要求如尺寸精度、形位公差、表而質量等為依據，查明設計基準，分析關鍵工藝，優選加工工藝方案，并依次由后向前遞推加工工序，編制工藝規程。

b)改進工藝方案，保證引進技術的原設計要求。在保證引進技術的設計要求和功能的前提條件下，局部地改進某些實現較為困難的工藝方案。

c)用曲線對應法逆向工藝參數。先將需分析的產品的性能指標或工藝參數建立第一參照系，以實際條件建立第二參照系，根據已知點或某些特殊點把工藝參數及其有關的量與性能的關系擬合出一條曲線，并按曲線的規律適當拓寬，從曲線中找出相對于第一參照系性能指標的工藝參數，即是需求的工藝參數。

d)材料國產化，局部改進原型結構以適應工藝水平。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品的制造材料時，或在使用原產品的制造材料后，工藝水平不能滿足要求的情況下，可以使用國產化材料，以適應當前的工藝水平。對逆向對象進行裝配分析，應主要考慮：用什么裝配工藝來保證產品的性能要求，能否將原產品的若干個零件組合成一個部件，如何提高裝配速度等。

(4)對逆向對象精度的分析產品的精度直接影響到產品的性能，對逆向對象精度的分析包括了對逆向對象形體尺寸的確定、精度的分配等內容。

(5)對逆向對象造型的分析產品造型設計是產品設計與藝術設計相結合的綜合性技術。其主要目的是運用工業美學、產品造型原理、人機工程學原理等對產品的外形造型、色彩一設計等進行分析，以提高產品的外觀質量和舒適方便程度。

(6)對逆向對象系列化與模塊化的分析逆向對象時，要考慮到所引進的產品是否已經系列化，是否為系列型譜中的一個，在系列型譜中是否具有代表性，產品的模塊化程度如何等具體問題，使得在設計制造時少走彎路，提高產品質量，降低成本，生產出多品種、多規格、通用化較強的產品，從而提高產品的市場競爭力。

二、逆向設計的研究內容與方法

(1)軟件逆向設計法軟件逆向設計法是以產品的樣本資料、產品標準、產品規范以及與設計、研制、生產制造有關的技術資料和技術文件等為研究對象的逆向工程技術。軟件逆向設計的目的是通過對所引進的如上所述的技術軟件的分析、研究，提高本國在該產品技術上的設計、生產制造能力。

軟件逆向設計的設計步驟為：分析需求，明確逆向設計的目的；對所進行分析的產品進行功能上和結構上的分析；分析并驗證產品的性能參數；調研國內外同類產品，并從中吸收有益的成分；撰寫逆向設計論證書。

(2)影像逆向設計法影像逆向設計是以產品照片、圖片、影視畫面等參考資料為對象來進行分析設計的。

在運用影像逆向設計的方法進行分析、設計時，由于研究對象主要是產品的外觀圖片、畫面、影像等，很難甚至無法了解到產品的內部結構。為此，在進行設計時，要求工程技術人員必須掌握相應的理論和分析方法，如中心投影規律，透視變換和透視投影，透視圖的形成原理、色彩、陰影等相關知識。

影像逆向設計法的設計步驟：廣泛地收集參考資料，多方面分析、研究參考資料，設計產品的方案，評價方案，設計逆向技術。

(3)實物逆向設計法實物逆向設計法的研究對象為引進的比較先進的設備或產品實物，其目的是通過對產品的設計原理、結構、材料、工藝裝配等進行分析研究，研制開發出與被分析產品功能、結構等方而相似的產品。實物逆向設計是一個認識產品-再現產品-超越原產品的過程。

實物逆向可分為對整個設備的逆向(即整機逆向)、對組成機器的部件的逆向(即部件逆向)和對機器零件的逆向(即零件逆向)幾個組成部分。

實物逆向設計法一般是通過三坐標測量機或激光掃描機等先進的數據采集設備獲取復雜零件的止維數據點，然后利用逆向軟件進行數據點處理，實現由點一線一面的CAD三維模型設計。所以，軟件逆向設計法主要包含兩項內容，一是實物模型表面數據點的獲取，即數字化技術，二是曲而造型技術。

(4)零部件測繪前的準備和設備的分解原則在進行測繪之前，應備齊、讀懂有關資料，為逆向設計做前期準備工作，還要收集與測繪有關的資料。

(5)關鍵零件的逆向設計與創新。因為機械是可見的實物，容易仿造，所以任何機器中都會有一些關鍵零件，也就是生產商要控制的技術。這些零件是逆向的重點，也是難點。在進行逆向設計時，要找出這些關鍵零件。如發動機中的凸輪軸、紡織機械中的打緯凸輪、高速機械中的軸承、重型減速器中的齒輪等都是逆向設計中的關鍵零件。特別是高速凸輪的逆向，要把實測的凸輪廓線坐標值擬合為若干段光滑曲線，而且要利其運動規律相一致，難度很大。

三、結語

本文分析了逆向技術的概念以及逆向設計的研究內容與方法，為進行逆向工程打下了理論基礎，具有積極的意義。