逆向工程在煤機備件國產化中的應用

石紅衛

（山西天地煤機裝備有限公司，山西太原 030006）

0 引言

我國既是人口大國，也是土地大國，土地面積遼闊，各種資源豐富。我國的煤礦開采事業從建國初期到現在已經有了很大突破，起初的煤礦開采主要是人力開采，在開采過程中存在各種危險，一旦發生礦坑坍塌就會損失很多人力物力；現今國家科技發展迅速，各種器械被應用于煤礦的開發中，但是煤礦開發環境復雜，很多器械的使用壽命較短，想要提高煤礦開采器械的使用壽命就要提高其生產時的備件質量。我國大多數煤機備件是從國外進口的，近幾年也開始了煤機備件的自主研發，在研發過程中應用逆向工程大大提高了煤機備件國產化的效率。

1 逆向工程的概念

我國傳統的機械設計與生產過程是將設計者的設計概念轉化為實體的過程。依據產生設計理念，通過各種計算將數據轉化為產品圖紙，接著生產產品的過程稱為正向過程。逆向工程與之相反，逆向工程是根據實物或樣品進行產品的反向設計與制造的過程，是對于樣品的設計理念以及設計數據的求算過程。逆向工程又稱為反向工程，以樣品為依據來求出產品參數的過程是其實質，這種工程在20 世紀末就已經掀起了一股熱潮。逆向工程的核心是數字化技術，以樣品為依據，通過數字化的測量儀器對樣品進行精細測量，構造立體模型，將模型的各種數據進行處理后用機器直接加工成產品，制造出大量產業所需要的模型。逆向工程技術已經逐步發展為我國各種產業備件生產的核心。

2 逆向工程應用于煤機備件生產

（1）對煤機備件的樣品的數據采集。樣品數據采集是逆向工程的第一步，數據采集是產品表面數據的獲取技術，對數據采集時需要運用快速有效的數據采集方法。逆向工程中對數據的采集方法通常有：①通過照相的方法，根據光源的不同，利用計算機等科學儀器將其還原為立體數據模型；②通過專業的器材測量儀器直接獲取三維模型的數據；③近幾年才發展起來的激光掃描測量法和斷層掃描測量法。這幾種方法都可以快速收集到樣品各個方面的數據，數據也都比較準確。

（2）煤機備件模型的構造。樣品的數據采集完畢后，就要對這些數據進行分析。根據這些數據在計算機中形成立體模型，就完成了逆向工程的目的，得到產品的數據模型用于產品的再造和改善完善等方面的再設計。

（3）煤機備件的制造。利用測量到的數據和構造好的模型，對煤機備件進行制造，可以實現煤機備件制造的方法有3 種：①通過計算機直接將數據輸入到數控加工設備上，通過數控加工設備直接加工出產品；②將數據輸入到計算機中，利用模具設計軟件，將所需要的模具模型進行立體化處理，對模具的模型設計好后再加工出成型的模具，再由模具生產出需要的各種產品；③產品設計，利用已經測量好的煤機備件的各個方面數據，對該備件進一步地改進加工，重新設計該備件，加強其不足之處，依靠相應的設計軟件和設計人員，在此基礎上不僅可以對煤機備件進行改進，還可以對該產品進行一系列的開發。

3 煤機備件國產化過程中的難點

（1）對于煤機備件表面的數據測量技術不夠完備。關于物體的數據測量精度有時難以保證，測量的精度與測量設備的最小精度和測量人員的技術有關。我國逆向工程所用的測量儀器大都由國外進口，進口測量儀器的測量精度大多數在0.001 mm左右，有的測量儀器精度可以達到0.000 5 mm，國產的測量儀器都不能達到該精度。

（2）有些煤機備件的表面較復雜。由于探測儀器探測不到或光線照不到的地方，比如拐角處可能測不到，往往會造成數據測量不全面或者數據測量誤差較大的情況，給曲面的模具構造造成困難。

（3）體積較大且表面形狀較為復雜的的煤機備件。進行測量時往往分成若干個部分進行測量，在測量過程中有很多數據不能夠準確重疊，在煤機備件的生產或模具的設計過程中會出現很大誤差。

（4）測量時測量人員的專業技術不達標。應用逆向工程的關鍵不在于設備的好壞，而在于測量人員的熟練度和應用軟件的能力，設備誤差和系統誤差是不能忽視的因素，而人才才是逆向工程應用時的最關鍵問題。在對樣品進行測量時會有人為因素的干擾，測量人員的專業技術能力不強也會對測量結果造成干擾，在煤機備件設計過程中會產生很大誤差，降低煤機備件的質量。

4 逆向工程系統的基本構成

逆向工程應用于煤機備件生產過程可以直接加工相關的仿制產品，也可以制作相關模具再進行產品的制作。建立一個完整的逆向工程制造體系通常需要以下的設備：①測量頭，測量頭是測量數據的關鍵部件，分為接觸式和非接觸式；②測量儀器，測量儀器通常有三坐標測量儀和激光掃描儀器等；③逆向工程軟件，該軟件應該有消除測量誤差，可以對收集到的數據行編輯，生產出質量更好的備件的功能；④數控加工機器，對數據進行加工處理后直接傳輸給數控加工設備，進行產品的生產；⑤快速生產裝備，備件應用是比較緊急的，數量也會很大，因此逆向工程的產品生產設備要擁有高效快速生產備件的特點。

5 逆向工程在煤機備件國產化方面的應用

煤礦是我國最主要的熱能來源之一，被應用于各個領域，煤礦器械的零件能否高效、快速、準確地按原進口的備件進行仿制，能否降低備件的制造成本，能否提高制造出的備件的性價比，是當下做好煤機備件國產化工作的關鍵。在煤機備件國產化工作過程中應用逆向工程，是解決這些問題的最好方法。逆向工程的優點有：①逆向工程技術可以提取進口煤機備件的所有數據，轉化為數字化系統，這些設備提取的數據準確性高、可靠性高，減少了人工測繪帶來的誤差，且收集的數據可以自動生成圖紙，不需要人工手繪圖紙；②數字化的數據可以直接轉換為產品模型，模型輸入數控設備后可以直接加工相應的煤機備件，該數據也可以反復設計和反復加工煤機備件生產所需的模具，可以消除傳統加工方法步驟過多而造成的誤差，保證生產出的煤機備件各方面尺寸的準確性；③利用逆向工程可以將數據進行系統記錄，可以對這些數據進行可行性分析，保證了逆向工程仿制備件的科學性。

6 結束語

社會飛速發展，科學技術發展迅速，人們只注重產品制造的速度，忽略了產品的質量，尤其是大型工業器械的磨損消耗越來越嚴重，煤礦開采作為我國一大工業，機械零件的磨損十分嚴重，因此需要較多的煤機備件，應用逆向工程技術可以加快煤機備件的生產速度，還可以對部件的不足之處進行改進，具有較多優點。逆向工程技術在機械零件仿制過程的難點在于備件的測量。在實際的逆向工程技術的應用中，應對具體問題進行具體分析，設計最優的煤機備件方案。逆向工程技術雖然有高效、便捷、迅速生產備件的優點，但仍然存在很多弊端。逆向工程的應用還涉及到備件材料的選擇、零件的進一步檢驗等問題，還要在今后的煤機備件的國產化過程中進一步研究。