1.张 强 2.任国彪

1.沈阳蓝英工业自动化装备股份有限公司 2.沈阳新松智能驱动股份有限公司

机械逆向设计的方法论述

1.张 强 2.任国彪

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机械设备等具体实物的逆向设计是目前让各国广泛采用的吸取别国先进经验的方法。在进行某一产品的逆向设计时，要广泛收集国内外同类产品的设计生产、使用等方而的资料，进行分析对比，找出优点和不足之处，取优去劣。逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁的途径之一。

逆向设计；逆向工程

一、对逆向对象的分析在进行，首先要对逆向设计的对象(全文简称逆向对象)进行分析

(1)对逆向对象的设计指导思想和功能原理的分析

产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。充分了解逆向对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握，且有可能在进行逆向设计时得到基于原产品而高于原产品的原理方案。

(2)对逆向对象材料的分析

对逆向对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织结构的分析和材料的性能检测几大部分，在对逆向对象进行材料分析时，要充分考虑到材料表面的改性处理技术。

(3)对逆向对象的工艺和装配的分析

逆向设计和逆向工艺是相互联系的，缺一不可。

在缺乏制造原型产品的先进设备与先进工艺方法和未掌握某些技术技巧的情况下，对逆向对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法。

a)采用反判法编制工艺规程。以零件的技术要求如尺寸精度、形位公差、表而质量等为依据，查明设计基准，分析关键工艺，优选加工工艺方案，并依次由后向前递推加工工序，编制工艺规程。

b)改进工艺方案，保证引进技术的原设计要求。在保证引进技术的设计要求和功能的前提条件下，局部地改进某些实现较为困难的工艺方案。

c)用曲线对应法逆向工艺参数。先将需分析的产品的性能指标或工艺参数建立第一参照系，以实际条件建立第二参照系，根据已知点或某些特殊点把工艺参数及其有关的量与性能的关系拟合出一条曲线，并按曲线的规律适当拓宽，从曲线中找出相对于第一参照系性能指标的工艺参数，即是需求的工艺参数。

d)材料国产化，局部改进原型结构以适应工艺水平。由于材料以及工艺对加工方法的选择起决定性作用，所以，在无法保证使用原产品的制造材料时，或在使用原产品的制造材料后，工艺水平不能满足要求的情况下，可以使用国产化材料，以适应当前的工艺水平。对逆向对象进行装配分析，应主要考虑：用什么装配工艺来保证产品的性能要求，能否将原产品的若干个零件组合成一个部件，如何提高装配速度等。

(4)对逆向对象精度的分析产品的精度直接影响到产品的性能，对逆向对象精度的分析包括了对逆向对象形体尺寸的确定、精度的分配等内容。

(5)对逆向对象造型的分析产品造型设计是产品设计与艺术设计相结合的综合性技术。其主要目的是运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理等对产品的外形造型、色彩一设计等进行分析，以提高产品的外观质量和舒适方便程度。

(6)对逆向对象系列化与模块化的分析逆向对象时，要考虑到所引进的产品是否已经系列化，是否为系列型谱中的一个，在系列型谱中是否具有代表性，产品的模块化程度如何等具体问题，使得在设计制造时少走弯路，提高产品质量，降低成本，生产出多品种、多规格、通用化较强的产品，从而提高产品的市场竞争力。

二、逆向设计的研究内容与方法

(1)软件逆向设计法软件逆向设计法是以产品的样本资料、产品标准、产品规范以及与设计、研制、生产制造有关的技术资料和技术文件等为研究对象的逆向工程技术。软件逆向设计的目的是通过对所引进的如上所述的技术软件的分析、研究，提高本国在该产品技术上的设计、生产制造能力。

软件逆向设计的设计步骤为：分析需求，明确逆向设计的目的；对所进行分析的产品进行功能上和结构上的分析；分析并验证产品的性能参数；调研国内外同类产品，并从中吸收有益的成分；撰写逆向设计论证书。

(2)影像逆向设计法影像逆向设计是以产品照片、图片、影视画面等参考资料为对象来进行分析设计的。

在运用影像逆向设计的方法进行分析、设计时，由于研究对象主要是产品的外观图片、画面、影像等，很难甚至无法了解到产品的内部结构。为此，在进行设计时，要求工程技术人员必须掌握相应的理论和分析方法，如中心投影规律，透视变换和透视投影，透视图的形成原理、色彩、阴影等相关知识。

影像逆向设计法的设计步骤：广泛地收集参考资料，多方面分析、研究参考资料，设计产品的方案，评价方案，设计逆向技术。

(3)实物逆向设计法实物逆向设计法的研究对象为引进的比较先进的设备或产品实物，其目的是通过对产品的设计原理、结构、材料、工艺装配等进行分析研究，研制开发出与被分析产品功能、结构等方而相似的产品。实物逆向设计是一个认识产品-再现产品-超越原产品的过程。

实物逆向可分为对整个设备的逆向(即整机逆向)、对组成机器的部件的逆向(即部件逆向)和对机器零件的逆向(即零件逆向)几个组成部分。

实物逆向设计法一般是通过三坐标测量机或激光扫描机等先进的数据采集设备获取复杂零件的止维数据点，然后利用逆向软件进行数据点处理，实现由点一线一面的CAD三维模型设计。所以，软件逆向设计法主要包含两项内容，一是实物模型表面数据点的获取，即数字化技术，二是曲而造型技术。

(4)零部件测绘前的准备和设备的分解原则在进行测绘之前，应备齐、读懂有关资料，为逆向设计做前期准备工作，还要收集与测绘有关的资料。

(5)关键零件的逆向设计与创新。因为机械是可见的实物，容易仿造，所以任何机器中都会有一些关键零件，也就是生产商要控制的技术。这些零件是逆向的重点，也是难点。在进行逆向设计时，要找出这些关键零件。如发动机中的凸轮轴、纺织机械中的打纬凸轮、高速机械中的轴承、重型减速器中的齿轮等都是逆向设计中的关键零件。特别是高速凸轮的逆向，要把实测的凸轮廓线坐标值拟合为若干段光滑曲线，而且要利其运动规律相一致，难度很大。

三、结语

本文分析了逆向技术的概念以及逆向设计的研究内容与方法，为进行逆向工程打下了理论基础，具有积极的意义。