现代设计技术.ppt.ppt

1、第第2章现代设计技术章现代设计技术第2章 现代设计技术2.1 概述概述2.2 并行设计并行设计2.3 反求工程反求工程2.4 工业设计技术工业设计技术2.5 计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)技术技术2.6 有限元分析有限元分析2.7 绿色绿色产品设计产品设计复习思考题复习思考题 第第2章现代设计技术章现代设计技术 2.1 概概 述述 工程设计的最终目的是创造满足用户需工程设计的最终目的是创造满足用户需求的求的产品产品。产品所达到的质量、性能、。产品所达到的质量、性能、时间、成本、寿命等综合指标主要是在时间、成本、寿命等综合指标主要是在设计阶段决定的。设计阶段决定的。传统的工程设计，根据工

2、作性质与内容传统的工程设计，根据工作性质与内容不同，将设计过程划分为不同，将设计过程划分为方案设计、技方案设计、技术设计和工艺设计。术设计和工艺设计。现代工程设计技术已扩展到产品规划、现代工程设计技术已扩展到产品规划、制造、检测、实验、营销、运行、维护、制造、检测、实验、营销、运行、维护、报废、回收等全过程的设计。报废、回收等全过程的设计。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.1 概概 述述 2.1.1 2.1.1 现代设计技术定义与特点现代设计技术定义与特点1.1.现代设计技术的定义现代设计技术的定义现代设计技术是以满足市场产品的质量、性能、现代设计技术是以满足市场产品的质量、性能、时间、成

3、本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅时间、成本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。到的技术群体的总称。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.1 概概 述述 2.1.1 2.1.1 现代设计技术定义与特点现代设计技术定义与特点1.1.现代设计技术的定义现代设计技术的定义内涵内涵：1 1）现代设计技术是多学科交叉融合的产物）现代设计技术是多学科交叉融合的产物现代设计方法学，计算机辅助设计技术，可

4、信性设计现代设计方法学，计算机辅助设计技术，可信性设计技术，试验设计技术等。技术，试验设计技术等。各学科间相互独立又相互联系、相互渗透。各学科间相互独立又相互联系、相互渗透。2 2）现代设计技术是传统设计技术的继承、延伸和发）现代设计技术是传统设计技术的继承、延伸和发展。展。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.1 概概 述述 2.1.1 2.1.1 现代设计技术定义与特点现代设计技术定义与特点1.1.现代设计技术的定义现代设计技术的定义从系统工程观点分析从系统工程观点分析3 3）现代设计技术）现代设计技术时间维、逻辑维和方法维时间维、逻辑维和方法维共同组成共同组成的三维系统。的三维系统。时间

5、维：产品规划时间维：产品规划-方案设计方案设计-技术设计技术设计-施工设计施工设计逻辑维：分析逻辑维：分析-综合综合-评价评价-决策决策方法维：现代设计方法，设计过程中的各种思维方法和工作方方法维：现代设计方法，设计过程中的各种思维方法和工作方法。法。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.2.现代设计技术的特点现代设计技术的特点(1)(1)系统性系统性：德国的抽象到具体的发散思维，：德国的抽象到具体的发散思维，美国的创造性设计学，想象，辩证思维美国的创造性设计学，想象，辩证思维传统的设计是经验类比的，收敛性的思维。传统的设计是经验类比的，收敛性的思维。(2)社会性。社会性。(3)创造性。创造性

6、。(4)计算机化。计算机化。(5)并行化、最优化、虚拟化和自动化。并行化、最优化、虚拟化和自动化。(6)主动性主动性。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.1.2 2.1.2 现代设计技术体系现代设计技术体系 现代设计技术的整个体系好比一棵大树，由现代设计技术的整个体系好比一棵大树，由基基础技术、主体技术、支撑技术和应用技术础技术、主体技术、支撑技术和应用技术四个层次四个层次组成，如图组成，如图2-2所示。所示。第第2章现代设计技术章现代设计技术图图2-1 现代设计技术的体系及与其它学科的关系现代设计技术的体系及与其它学科的关系 第第2章现代设计技术章现代设计技术1.1.基础技术基础技术基础技

7、术是指传统的设计理论与方法，基础技术是指传统的设计理论与方法，运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法等。电磁学、工程数学的基本原理与方法等。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.2.主体技术主体技术现代设计技术的诞生和发展与计算机技术的发展息息相关、现代设计技术的诞生和发展与计算机技术的发展息息相关、相辅相成。计算机科学与设计技术结合产生相辅相成。计算机科学与设计技术结合产生计算机辅助设计、计算机辅助设计、智能智能CAD(Intelligent CAD，ICAD)、优化设计、有限元分析、优化设计、

8、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等技术程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等技术。运用现代设。运用现代设计技术的多种理论与方法如优化设计、可靠性设计、模糊设计计技术的多种理论与方法如优化设计、可靠性设计、模糊设计等理论构造的数学模型，来编制计算机应用程序，可以更广泛、等理论构造的数学模型，来编制计算机应用程序，可以更广泛、更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的“智力智力”。而计算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知识的而计算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知识的独特处理能力，成为现代设计技术群体的主干，即主体技术

9、。独特处理能力，成为现代设计技术群体的主干，即主体技术。“计算机学习不断线计算机学习不断线”第第2章现代设计技术章现代设计技术3.3.支撑技术支撑技术现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术为设计现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术为设计信息的处理、加工、推理与验证提供了多种理论，方法和手段信息的处理、加工、推理与验证提供了多种理论，方法和手段的支撑的支撑。1)1)现代设计方法学涉及的内容很广，如并行设计、系统设计、现代设计方法学涉及的内容很广，如并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求工程、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求工程、绿色

10、设计、模糊设计、面向对象设计、工业造型设计等。绿色设计、模糊设计、面向对象设计、工业造型设计等。2)2)可信性设计主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设计、可信性设计主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、健壮设计、耐环境设计等。防断裂设计、健壮设计、耐环境设计等。3)3)设计试验技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以设计试验技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。及运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。第第2章现代设计技术章现代设计技术4.4.应用技术应用技术应用技术是针对实用目的解决各类具体产品设计问题的技应用技术是针对实

11、用目的解决各类具体产品设计问题的技术，如术，如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容可以可以看作是现代设计技术派生出来的具体技术群。看作是现代设计技术派生出来的具体技术群。现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各个方面，除了必要的传统设计理论与方法的基础知识外，相各个方面，除了必要的传统设计理论与方法的基础知识外，相关的学科与技术，尤其是制造工艺、自动化技术、系统管理技关的学科与技术，尤其是制造工艺、自动化技术、系统管理技术、材料知识与经验及广泛的自然科学知识等也是十分必要的。术、材

12、料知识与经验及广泛的自然科学知识等也是十分必要的。此外，设计产品总是以满足社会需求为目的的，因此，设计人此外，设计产品总是以满足社会需求为目的的，因此，设计人员还应具备政治、经济、法律、人文社会、艺术等方面的知识员还应具备政治、经济、法律、人文社会、艺术等方面的知识与素养。与素养。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.2 并并 行行 设设 计计-现代设计方法学之一现代设计方法学之一 2.2.12.2.1并行工程定义并行工程定义并行工程并行工程CECE（concurrent engineering)concurrent engineering)的定义目前国际上的定义目前国际上有多种提法，被普遍采

13、用的是美国防务研究所有多种提法，被普遍采用的是美国防务研究所1988年年12月在第月在第一届一届CE专题研讨会上给出的定义：专题研讨会上给出的定义：“并行工程并行工程：是一种对产品及其相关过程：是一种对产品及其相关过程(包括制造过程包括制造过程和支持过程和支持过程)进行进行并行并行的、的、一体化设计一体化设计的的系统化系统化工作模式。这工作模式。这种工作模式可使产品开发人员一开始就能考虑到从产品概念设种工作模式可使产品开发人员一开始就能考虑到从产品概念设计到消亡的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、计到消亡的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户要求。进度和用户要求

14、。”第第2章现代设计技术章现代设计技术2.2 并并 行行 设设 计计-现代设计方法学之一现代设计方法学之一 2.2.12.2.1并行设计定义并行设计定义 “并行设计并行设计：是一种对产品及其相关过程是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相包括设计制造过程和相关的支持过程关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。与传统的串行设计进行并行和集成设计的系统化工作模式。与传统的串行设计相比，并行设计更强调在产品开发的初期阶段，要求产品的设计开发者从相比，并行设计更强调在产品开发的初期阶段，要求产品的设计开发者从一开始就要考虑产品整个生命周期（从产品的工艺规划、制造、装配、检一开始就要考虑

15、产品整个生命周期（从产品的工艺规划、制造、装配、检验、销售、使用、维修到产品的报废为止）的所有环节，建立产品寿命周验、销售、使用、维修到产品的报废为止）的所有环节，建立产品寿命周期中各个阶段性能的继承和约束关系及产品各个方面属性间的关系，以追期中各个阶段性能的继承和约束关系及产品各个方面属性间的关系，以追求产品在寿命周期全过程中其性能最优。通过产品每个功能设计小组，使求产品在寿命周期全过程中其性能最优。通过产品每个功能设计小组，使设计更加协调，使产品性能更加完善。从而更好的满足客户对产品综合性设计更加协调，使产品性能更加完善。从而更好的满足客户对产品综合性能的要求，并减少开发过程中产品的反复，

16、进而提高产品的质量、缩短开能的要求，并减少开发过程中产品的反复，进而提高产品的质量、缩短开发周期并大大的降低产品的成本。发周期并大大的降低产品的成本。第第2章现代设计技术章现代设计技术图图2-8 2-8 串行工程基本概念示意图串行工程基本概念示意图 传统的制造系统，新产品的开发从传统的制造系统，新产品的开发从概念设计概念设计到产品出厂的整个到产品出厂的整个过程是按顺序过程是按顺序(即串行即串行)进行的。（进行的。（“泰勒制泰勒制”产品开发进程）产品开发进程）过程过程：产品图纸设计：产品图纸设计-样机试制，图纸修改，同时整理试制工样机试制，图纸修改，同时整理试制工艺，设计制造工艺装备，艺，设计制

17、造工艺装备，-小批量生产，考核工艺规程和工装的小批量生产，考核工艺规程和工装的正确性，并进行必要的修改。正确性，并进行必要的修改。特点特点：只有在小批量试制通过验证后，才能正式批量：只有在小批量试制通过验证后，才能正式批量投产。投产。第第2章现代设计技术章现代设计技术适用范围适用范围：串行工程方式适用于批量较大和市场寿命：串行工程方式适用于批量较大和市场寿命较长的产品较长的产品.缺点：缺点：不合理设计和错误设计只有通过试制过程才能不合理设计和错误设计只有通过试制过程才能发现，有时某些问题甚至是无法修改的，修改设计就发现，有时某些问题甚至是无法修改的，修改设计就意味着部分或全部报废，造成不必要的

18、人力和物力浪意味着部分或全部报废，造成不必要的人力和物力浪费。费。第第2章现代设计技术章现代设计技术并行设计采用并行方式，在产品设计阶段就集中产品研制周期中并行设计采用并行方式，在产品设计阶段就集中产品研制周期中的各有关工程技术人员，同步地设计或考虑整个产品生命周期中的各有关工程技术人员，同步地设计或考虑整个产品生命周期中的所有因素，的所有因素，对产品设计、工艺设计、装配设计、检验方式、售对产品设计、工艺设计、装配设计、检验方式、售后服务方案等进行统筹考虑，协同进行后服务方案等进行统筹考虑，协同进行。经系。经系统的仿真和分析评统的仿真和分析评估估，对设计对象进行反复修改和完善，力争后续的制造过

19、程一次，对设计对象进行反复修改和完善，力争后续的制造过程一次成功成功(Do Right First)。第第2章现代设计技术章现代设计技术特点：特点：1 1）及时修改，）及时修改，设计阶段完成后一般能保证后面阶段如制设计阶段完成后一般能保证后面阶段如制造、装配、检验、销售和维护等活动顺利进行，前馈信息在过程传递造、装配、检验、销售和维护等活动顺利进行，前馈信息在过程传递之前即预发布至各后续工作环节，反馈信息能在过程传递之前送至前之前即预发布至各后续工作环节，反馈信息能在过程传递之前送至前序环节，使之能及时修改。特殊情况下，并行设计中也需要对设计方序环节，使之能及时修改。特殊情况下，并行设计中也需

20、要对设计方案甚至产品模型进行修改。案甚至产品模型进行修改。2.2.2并行设计的特点并行设计的特点第第2章现代设计技术章现代设计技术并行工程特点：并行工程特点：2 2）采用团队工作）采用团队工作(Team Work)方式方式第第2章现代设计技术章现代设计技术并行工程设计网络并行工程设计网络 特点：特点：3 3）协调机制：）协调机制：在并行工程运行模式下，每个设计者可以像在传统的在并行工程运行模式下，每个设计者可以像在传统的CAD工作工作站上一样进行自己的设计工作。借助于适当的通信工具，在公共数据库、知识库的支持站上一样进行自己的设计工作。借助于适当的通信工具，在公共数据库、知识库的支持下，设计者

21、之间可以相互通信，根据目标要求既可随时应其它设计人员要求修改自己的下，设计者之间可以相互通信，根据目标要求既可随时应其它设计人员要求修改自己的设计，也可要求其它设计人员响应自己的要求。通过设计，也可要求其它设计人员响应自己的要求。通过协调机制协调机制，设计小组的多种设计工，设计小组的多种设计工作可以并行协调地进行作可以并行协调地进行第第2章现代设计技术章现代设计技术“运筹于帷幄之中运筹于帷幄之中,决胜于千里之外决胜于千里之外”设计具备预见性和预防性设计具备预见性和预防性,优点优点:缩短产品投放市场的时间。缩短产品投放市场的时间。降低成本。降低成本。并行技术不同于传统的并行技术不同于传统的“反复

22、试制样机反复试制样机”的作法的作法,强调强调“一次达到目的一次达到目的”。采用仿真技术。采用仿真技术,模拟产品的工作过程模拟产品的工作过程,对其对其“软软样品样品”进行仿真实验进行仿真实验,实现优化设计实现优化设计,省去了昂贵的样机试制。省去了昂贵的样机试制。提高质量。提高质量。并行设计在一开始就已经注意到产品的制造问题并行设计在一开始就已经注意到产品的制造问题,可面可面优化产品设计和过程设计优化产品设计和过程设计,使所设计的产品便于制造使所设计的产品便于制造,易于维护易于维护,避免避免返工和废品返工和废品,降低产品故障率。这就为质量的降低产品故障率。这就为质量的“零缺陷零缺陷”提供了基础提供

23、了基础,使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市;第第2章现代设计技术章现代设计技术 设计具备预见性和预防性设计具备预见性和预防性,优点优点:产品符合市场或用户的需求。产品符合市场或用户的需求。由于在设计过程中由于在设计过程中,同时有销售人员参加同时有销售人员参加,甚至还包括顾客甚至还包括顾客,所以设所以设计出的产品能够反映用户的需求计出的产品能够反映用户的需求,从而提高了产品的可靠性和实用性。从而提高了产品的可靠性和实用性。技术能较快地推出适销对路的产品并投放市场技术能较快地推出适销对路的产品并投放市场,增强了企业的市场竞增强了企业的市场竞争能力。争能

24、力。第第2章现代设计技术章现代设计技术并行设计方法与串行设计方法的主要区别：并行设计方法与串行设计方法的主要区别：(1)(1)串行设计方法是一个时间做一件工作，各项工作顺序进行，串行设计方法是一个时间做一件工作，各项工作顺序进行，并行设计方法则是一个时间做多项工作，有关工作同时推进。并行设计方法则是一个时间做多项工作，有关工作同时推进。(2)(2)串行设计方法的工作区间相互独立，并行设计方法则存在工串行设计方法的工作区间相互独立，并行设计方法则存在工作区间的相互交叉和重叠，因此并行设计可较好地考虑后期工作。作区间的相互交叉和重叠，因此并行设计可较好地考虑后期工作。(3)(3)串行设计是多专业小

25、组相互独立地工作，并行设计则是多专串行设计是多专业小组相互独立地工作，并行设计则是多专业组成的多功能小组协同一致地工作。业组成的多功能小组协同一致地工作。(4)(4)串行设计中各过程间的信息交换较少，特别是时间上靠前的串行设计中各过程间的信息交换较少，特别是时间上靠前的设计过程更难以得到后面过程的信息（因为后续过程还没开始）。并设计过程更难以得到后面过程的信息（因为后续过程还没开始）。并行设计中可通过信息流的多层次反复交互，与各个过程的全部状态的行设计中可通过信息流的多层次反复交互，与各个过程的全部状态的及时反馈，从而赢得系统设计的快速完成并一次成功；及时反馈，从而赢得系统设计的快速完成并一次

26、成功；(5)(5)串行设计需耗费较多时间资源，但节约了空间资源，并行设串行设计需耗费较多时间资源，但节约了空间资源，并行设计方法则以空间资源来换取时间资源，从而加快了设计工作的速度。计方法则以空间资源来换取时间资源，从而加快了设计工作的速度。第第2章现代设计技术章现代设计技术并行设计方法并行设计方法 并行设计方法强调协同性，交互性，预见性，并行设计方法强调协同性，交互性，预见性，可较好地避免串行设计方法存在的设计改动量大，可较好地避免串行设计方法存在的设计改动量大，系统开发周期长，设计实施成本高等问题。系统开发周期长，设计实施成本高等问题。设计工作设计工作 1 设计工作设计工作 2 设计工作设

27、计工作 3 设计工作设计工作 4 设计工作设计工作 5 设计工作设计工作 6 设设 计 任 务 时间 t1 t2 t3 t4 t5 t6 Tt 第第2章现代设计技术章现代设计技术2.2.3 并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术 1.产品并行开发过程中的建模及优化产品并行开发过程中的建模及优化 2.支持并行设计的计算机信息系统支持并行设计的计算机信息系统3.模拟仿真技术模拟仿真技术虚拟制造，虚拟装配，结构有限元计算，产虚拟制造，虚拟装配，结构有限元计算，产品静动态性能仿真，虚拟现实技术等品静动态性能仿真，虚拟现实技术等4.产品性能评价和决策系统产品性能评价和决策系统5.并行设计中的管理技术并

28、行设计中的管理技术第第2章现代设计技术章现代设计技术并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术 1.产品并行开发过程中的建模及优化产品并行开发过程中的建模及优化 并行设计作的核心准则是并行设计作的核心准则是“最优化最优化”。但并行设计不。但并行设计不完全追求单个部门、局部过程和单个部件的最优完全追求单个部门、局部过程和单个部件的最优,而是追求而是追求全局优化全局优化,追求产品整体的竞争能力。追求产品整体的竞争能力。对产品而言对产品而言,这种竞争能力就是指产品的这种竞争能力就是指产品的TQCS 综合指综合指标标交货期交货期(time)、质量、质量(quality)、价格、价格(cost)和服务和服

29、务(service)。在不同情况下。在不同情况下,侧重点不同。在某阶段侧重点不同。在某阶段,交货期交货期可能是关键因素可能是关键因素,也可能是质量也可能是质量,也可能是价格也可能是价格,有时是它们有时是它们中的几个综合指标。对每一个产品而言中的几个综合指标。对每一个产品而言,企业都对它有一个企业都对它有一个竞争目标的合理定位竞争目标的合理定位,因此并行设计是围绕这个目标来进行因此并行设计是围绕这个目标来进行整个产品开发活动。只要达到整体优化和全局目标即可整个产品开发活动。只要达到整体优化和全局目标即可,而而并不追求每个部门的工作最优。并不追求每个部门的工作最优。第第2章现代设计技术章现代设计技

30、术2.2.4 并行设计的案例：并行设计的案例：1.飞机制造：飞机制造：DELMIA三维数字化装配工艺设计与仿真技术三维数字化装配工艺设计与仿真技术应用研究应用研究2.发达国家制造业中发达国家制造业中STEP的典型应用的典型应用 麦道麦道波音波音通用通用德国的宝马德国的宝马奔驰、大众、欧宝奔驰、大众、欧宝第第2章现代设计技术章现代设计技术2.2.4 并行设计的案例：并行设计的案例：1.飞机制造：飞机制造：DELMIA三维数字化装配工艺设三维数字化装配工艺设计与仿真技术应用研究计与仿真技术应用研究第第2章现代设计技术章现代设计技术飞机制造：飞机结构设计和工装设计并行工程。飞机制造：飞机结构设计和工

31、装设计并行工程。工装的设计依据来源于飞机产品数据，要在最终产品数据还未确定的情况下进行工装的设计依据来源于飞机产品数据，要在最终产品数据还未确定的情况下进行工装设计，工装的部分结构必须独立于产品数据。工装设计，工装的部分结构必须独立于产品数据。工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于产品数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两产品数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两部分。部分。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，装配型架的标准结

32、构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，专用部分主要有用于定位桁条的刻度板、接头定位件等。专用部分主要有用于定位桁条的刻度板、接头定位件等。专用件一般尺寸较小，设计、加工制造周期很短，并且不需专门的大型加工设备。专用件一般尺寸较小，设计、加工制造周期很短，并且不需专门的大型加工设备。标准结构尺寸大，结构复杂，往往需要专用大型加工设备，其设计、制造周期标准结构尺寸大，结构复杂，往往需要专用大型加工设备，其设计、制造周期长。标准结构的设计不需要最终产品数据或只需一些基本数据，因此在飞机产长。标准结构的设计不需要最终产品数据或只需一些基本数据，因此在飞机产品设计的初期就可进行设计制造，当产品最终版本发放

33、后只需较短的时间就可品设计的初期就可进行设计制造，当产品最终版本发放后只需较短的时间就可完成专用结构的设计制造。完成专用结构的设计制造。标准件和专用件采用确定装配设计方法，装配非常方便，并且不需专用安装工具，标准件和专用件采用确定装配设计方法，装配非常方便，并且不需专用安装工具，装配周期短。这样，在产品设计完成后很短时间内型架就可投入产品装配。装配周期短。这样，在产品设计完成后很短时间内型架就可投入产品装配。2.2.4 并行设计的案例：并行设计的案例：第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3 反反 求求 工工 程程-现代设计方法学之二现代设计方法学之二 2.3.1 反求工程的定义反求工程的定义

34、 2.3.2 反求工程的研究对象和研究内容反求工程的研究对象和研究内容 2.3.3 产品反求工程的基本步骤产品反求工程的基本步骤 2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术 2.3.5 反求工程的应用实例反求工程的应用实例第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3 反反 求求 工工 程程-现代设计方法学之二现代设计方法学之二2.3.1 2.3.1 反求工程的定义反求工程的定义 正向工程正向工程：从市场需求出发，历经产品的概念设计：从市场需求出发，历经产品的概念设计结构设计加工制造装配检验等产品开发过程，称为产结构设计加工制造装配检验等产品开发过程，称为产品开发的正向工程。品开发的正向工程。

35、反求工程反求工程(reverse engineering,RE(reverse engineering,RE):):也叫逆向工也叫逆向工程、反向工程。以产品为基础，进行消化、吸收进行程、反向工程。以产品为基础，进行消化、吸收进行创新改进，使之成为新产品。创新改进，使之成为新产品。成功事例：日本的成功事例：日本的“吸收性战略吸收性战略”。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3 反反 求求 工工 程程-现代设计方法学之二现代设计方法学之二2.3.1 2.3.1 反求工程的定义反求工程的定义 反求工程反求工程(reverse engineering,RE(reverse engineering,R

36、E):):以先进产以先进产品设备的品设备的实物、样件、软件（包括图样程序，技术文实物、样件、软件（包括图样程序，技术文件等）或影像（图像、照片等）件等）或影像（图像、照片等）作为研究对象，应用作为研究对象，应用相待设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知相待设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究，探索掌握其关键技术，进而识进行系统分析和研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术。包括开发出同类的更为先进的产品的技术。包括形状（几形状（几何）反求，工艺反求和材料反求何）反求，工艺反求和材料反求等方面。等方面。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3

37、反反 求求 工工 程程-现代设计方法学之二现代设计方法学之二1.1.零件反求零件反求零件反求实质上是零件复制。对于结构复杂和要求精确的关零件反求实质上是零件复制。对于结构复杂和要求精确的关键零件，如果复制不精确，将直接影响所开发机器的性能。因此，键零件，如果复制不精确，将直接影响所开发机器的性能。因此，精确测量拟复制零件，并在此基础上逆向生成精确的零件精确测量拟复制零件，并在此基础上逆向生成精确的零件CAD模模型，这是反求工程的关键。型，这是反求工程的关键。反求工程中采用的测量方法有两类：反求工程中采用的测量方法有两类：1 1）采用坐标测量机）采用坐标测量机(Coordinate Measur

38、ing Machine，CMM)的接的接触式测量，触式测量，2 2）采用激光或机器视觉系统进行图像扫描的光学非接触式测量。）采用激光或机器视觉系统进行图像扫描的光学非接触式测量。2.3.2 反求工程的研究对象和研究内容反求工程的研究对象和研究内容第第2章现代设计技术章现代设计技术图2-11 零件反求工程系统原理图 第第2章现代设计技术章现代设计技术2.2.整机反求整机反求整机反求的工作内容：整机反求的工作内容：(1)探索样机的设计思想。事实上在选择引进样机时就有探索样机的设计思想。事实上在选择引进样机时就有一个指导思想，例如是选择功能齐全的还是造价便宜的，是注一个指导思想，例如是选择功能齐全的

39、还是造价便宜的，是注重高科技含量还是可持续发展性重高科技含量还是可持续发展性(如节约资源、不污染环境和如节约资源、不污染环境和模块化设计等模块化设计等)。根据这个指导思想去分析样机的特点，判断。根据这个指导思想去分析样机的特点，判断此指导思想是否与需求相吻合，这样才能为反求以后的产品发此指导思想是否与需求相吻合，这样才能为反求以后的产品发展打下良好的基础，避免引进错误。展打下良好的基础，避免引进错误。第第2章现代设计技术章现代设计技术(2)(2)功能剖析。每种产品都有其特定功能，这是引进样功能剖析。每种产品都有其特定功能，这是引进样机和发展产品的核心问题。因此，必须对样机的功能进行深机和发展产

40、品的核心问题。因此，必须对样机的功能进行深入的研究剖析，特别是关键性的功能，必须掌握其基本原理，入的研究剖析，特别是关键性的功能，必须掌握其基本原理，才能在此基础上设计自己的产品。才能在此基础上设计自己的产品。(3)性能试验。对样机的性能必须进行全面的试验和测定，性能试验。对样机的性能必须进行全面的试验和测定，反复验算，深入分析，掌握它的运动特性和动、静态力学特反复验算，深入分析，掌握它的运动特性和动、静态力学特性，找出它可能存在的薄弱环节，以便于在自行设计开发时性，找出它可能存在的薄弱环节，以便于在自行设计开发时加以改进，使反求产品优于样机。加以改进，使反求产品优于样机。第第2章现代设计技术

41、章现代设计技术(4)(4)结构分析。零部件的结构与功能原理和机械性能直接结构分析。零部件的结构与功能原理和机械性能直接有关，并同生产成本和使用性能关系密切，也影响产品的可制有关，并同生产成本和使用性能关系密切，也影响产品的可制造性和可维护性。因此，必须充分了解功能零部件的结构特点造性和可维护性。因此，必须充分了解功能零部件的结构特点及其作用，精确反求，否则会危及产品的稳定性和可靠性，达及其作用，精确反求，否则会危及产品的稳定性和可靠性，达不到样机的使用性能。不到样机的使用性能。(5)形体尺寸及精度测定。对于关键零件，必须采用先进形体尺寸及精度测定。对于关键零件，必须采用先进而精确的反求手段和仪

42、器，精确测定样件的形体和相关精度而精确的反求手段和仪器，精确测定样件的形体和相关精度(尺寸、形状和相互位置精度尺寸、形状和相互位置精度)，并分析它们的作用，否则，反，并分析它们的作用，否则，反求设计的产品将达不到样机的质量要求。求设计的产品将达不到样机的质量要求。第第2章现代设计技术章现代设计技术(6)(6)工艺分析。这是反求工程中至关重要的一步。反求产工艺分析。这是反求工程中至关重要的一步。反求产品往往可以做到同样机品往往可以做到同样机“形似形似”，但由于工艺问题没有解决而，但由于工艺问题没有解决而达不到达不到“神似神似”，即产品性能总达不到或不能超过样机。因此，即产品性能总达不到或不能超过

43、样机。因此，在工艺问题上必须特别重视分析和掌握其工艺诀窍，这样才能在工艺问题上必须特别重视分析和掌握其工艺诀窍，这样才能真正达到反求工程的目标。真正达到反求工程的目标。(7)材料分析。零件的材料及其处理方法是决定零件的功材料分析。零件的材料及其处理方法是决定零件的功能和使用性能的关键因素之一。一般情况下，可通过外观对比、能和使用性能的关键因素之一。一般情况下，可通过外观对比、密度确定、理化分析、硬度测定和光谱分析等各种方法来测定密度确定、理化分析、硬度测定和光谱分析等各种方法来测定材料的物理性能、化学成分，分析对它的热处理和表面处理方材料的物理性能、化学成分，分析对它的热处理和表面处理方法及工

44、艺方法。法及工艺方法。第第2章现代设计技术章现代设计技术(8)(8)使用和维修分析。以用户的目光审视样机的使用方使用和维修分析。以用户的目光审视样机的使用方便性和易维修性，充分理解和掌握样机在这方面的设计思想。便性和易维修性，充分理解和掌握样机在这方面的设计思想。(9)(9)相关辅料分析。样机中使用的冷却液、润滑剂、密相关辅料分析。样机中使用的冷却液、润滑剂、密封件等也会影响产品的使用性能，在反求工程中同样不能轻封件等也会影响产品的使用性能，在反求工程中同样不能轻视。视。除上述反求工作外，样机的造型设计、色彩配置、包装除上述反求工作外，样机的造型设计、色彩配置、包装技术等也不能忽视，这将影响用

45、户对产品的直觉印象和市场技术等也不能忽视，这将影响用户对产品的直觉印象和市场效应。效应。第第2章现代设计技术章现代设计技术图2-12 产品反求工程的工作流程产品反求工程的工作流程 2.3.3 产品反求工程的基本步骤产品反求工程的基本步骤分析阶段分析阶段-再设计阶段再设计阶段-反求产品的制造阶段反求产品的制造阶段第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术1.反求对象的数字化方法和技术反求对象的数字化方法和技术2.模型重构技术模型重构技术数据测量问题：标定，精度，数据测量问题：标定，精度，可观性，阻碍，固定，多视图，可观性，阻碍，固定，多视图，噪声级不完整性

46、，零件的统计噪声级不完整性，零件的统计分布，表面粗糙度，数据通信，分布，表面粗糙度，数据通信，探头半径补偿。探头半径补偿。数据获取方法数据获取方法接触方法接触方法非接触方法非接触方法其他其他机械手机械手CMMs声波声波电磁电磁光学光学声波声波电磁电磁层析法层析法三三角角测测量量激激光光测测距距干干涉涉测测量量结结构构光光图图像像分分析析第第2章现代设计技术章现代设计技术第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术1.反求对象的数字化方法和技术反求对象的数字化方法和技术用硬测头采集简单点数据，用激光扫描头用硬测头采集简单点数据，用激光扫描头采集曲面上的点（每

47、秒至少采集采集曲面上的点（每秒至少采集13000个个数据点）效率高数据点）效率高。LASER SCANARM 具有所有具有所有6轴测量臂，还具有以下轴测量臂，还具有以下特点：非接触式灵活快速扫描，获取曲线曲面的点云特点：非接触式灵活快速扫描，获取曲线曲面的点云数据，点云无分层。非触式测量，把握关键特征尺寸数据，点云无分层。非触式测量，把握关键特征尺寸与轮廓的精度。非接触式与接触式测量在同一坐标系与轮廓的精度。非接触式与接触式测量在同一坐标系下完美结合，扫描没有任何分层。下完美结合，扫描没有任何分层。专为扫描设计的专为扫描设计的7轴测量臂及手柄，让扫描过程更加轻轴测量臂及手柄，让扫描过程更加轻松

48、，方便快捷。松，方便快捷。扫描头与测量臂适用同一数据线和电源线，无额外扫描头与测量臂适用同一数据线和电源线，无额外的线缆缠绕。的线缆缠绕。扫描头与测量臂及测量软件同为扫描头与测量臂及测量软件同为FARO公司产品，公司产品，技术完全共享，服务更加方便。技术完全共享，服务更加方便。第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术1.反求对象的数字化方法和技术反求对象的数字化方法和技术第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术1.反求对象的数字化方法和技术反求对象的数字化方法和技术第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4

49、反求工程的关键技术反求工程的关键技术2.模型重构技术：定义见书！模型重构技术：定义见书！特点特点：海量数据处理：海量数据处理分类分类：有序数据的模型重构：有序数据的模型重构 散乱数据的模型重构散乱数据的模型重构基本步骤基本步骤：1）数据预处理：过）数据预处理：过滤，筛选，去噪，平滑，编辑滤，筛选，去噪，平滑，编辑2）网格模型生成）网格模型生成3）网格模型后处理）网格模型后处理第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术2.模型重构技术模型重构技术2）网格模型生成）网格模型生成第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术

50、2.模型重构技术模型重构技术2）网格模型生成）网格模型生成第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.4 反求工程的关键技术反求工程的关键技术2.模型重构技术模型重构技术3）网格模型后处理：三角网格模型简化，修补孔洞、缝隙和）网格模型后处理：三角网格模型简化，修补孔洞、缝隙和重叠等缺陷重叠等缺陷第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.5 2.3.5 反求工程应用实例：人工关节反求工程应用实例：人工关节 第第2章现代设计技术章现代设计技术2.3.5 2.3.5 商品化的反求工程软件商品化的反求工程软件UGUG的技术特点：的技术特点：第第2章现代设计技术章现代设计技术2.5 计算机辅助设计计算机辅