第九章逆向工程、仿生机械与反求设计.pptx

第九章 逆向工程、仿生机械与反求设计;§9.1 逆向工程简介; 作为研究对象，产品实物是面向消费市场的设计成果，也是最容易获取的研究对象。同时，在产品开发和制造的过程中，最初的产品设计并不是由计算机辅助设计模型描述的，设计和制造者面对的是实物样件。 目前，这种从实物样件获取产品数字模型并制造得到新产品的相关技术，即逆向工程技术，已成为CAD/CAM系统中的一个研究及应用的热点。; 逆向工程（reverse engineering)也称反求工程、 反向工程，是一种以先进技术或产品的实物、样件、 软件（图样、程序、技术文件等）或影像（照片、 广告）作为研究对象，应用现代设计方法学、系统工程学、材料学、计算机辅助技术的理论和方法进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发同类的或更先进的产品技术，是针对消化、吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的综合。; 正设计是主动的创造，而逆向工程是先被动后主动的创造，并非是正向工程的简单逆过程。 正向工程的关键是要解答： 逆向工程的关键是要解答： ;二、逆向工程的研究内容; 3. 研究产品的结构设计 零部件的具体结构是实现产品功能目标的保证。 4. 确定产品的零部件形体尺寸 由外至内、由部件至零件分解产品实物。它是反求设计中工作量很大的一部分工作。 5. 确定产品中零件的精度 确定零件的精度（即公差设计）是反求设计中的难点之一。精度是衡量反求对象性能的重要指标，科学合理地进行精度分配，对提高产品的装配精度和力学性能至关重要。; 6. 确定产品中零件的材料 在对原产品材料进行全面鉴定的基础上，立足实际，选择合用的材料。 7. 确定产品的工作性能 对性能进行试验测定和分析，提出改进措施。 8. 确定产品的造型 对产品的外形构型、色彩设计进行分析，以提高产品的外观质量和舒适程度。 9. 确定产品的维护与管理 分析产品的维护和管理方式，了解重要零部件及易损零部件，有助于维修及设计的改进和创新。;三、逆向工程的设计程序;四、逆向工程的应用领域;; 2. 建造实验模型 用??设计需要通过实验测试才能定型的工作模型，以此作为设计此类零件及反求其模具的依据。; 3. 评估美学效果 在美学设计重要的领域，采用真实比例的木制或油泥模型来评估设计的美学效果。; 4. 修复破埙艺术品 修复破埙的艺术品或缺乏供应的损坏零件。不需要对整个零件原型进行复制，借助逆向工程技术抽取零件原型的设计思想，指导新的设计。;五、逆向工程的关键技术; 2. 数据点云的预处理技术 主要包括半径补偿、数据插补、数据平滑、点云数据精简、不同坐标点云的归一化等。;; 3. 三维重构技术 复杂曲面的CAD重构是逆向工程研究的重点。对复杂曲面产品来说，其实体模型可由曲面模型经过一定的计算演变而来，因此曲面重构是复杂产品逆向工程的关键。 4. 曲线/曲面光顺技术 光顺操作在产品外形设计中尤为重要。常用的光顺方法有最小二乘法、能量法、回弹法、基于小波的光顺技术等，而光顺效果就取决于所使用方法的原理准则。; 5. 逆向工程的误差分析和品质分析 现阶段逆向工程所构造的CAD模型，多为几何形状重构，谈不上满足一定要求的“精度设计”和“精度制造”，这极大地限制了逆向工程的应用范围。 ① 重构参数 依据测量点数据经拟合运算得到的参数，体现在重构的CAD模型上。 ② 实物原型参数 零件或原型本身具有的固定形状参数。 ③ 原始设计参数 体现在制造零件或原型的设计图纸上的参数。; 重构参数与原始设计参数之间存在误差，设为重构误差△构。在重构过程中，不可避免地会产生计算误差△计；在对零件或原型进行测量时，会产生测量误差△测；零件或原型自身也存在制造误差△制和磨损误差△损。 重构误差由这四种误差组成，一般取各项误差的均方根作为重构误差，则有：; 反求工程制造的产品，是被置于原型的工作环境下，代替原型工作的。 原型是用原始设计参数制造的，产品是用重构参数制造的，由于重构误差的存在，会出现废品。因此提高逆向精度仍然是一个待完善的课题。 品质分析主要是分析曲面的光顺度，属于非量化评价。;六、逆向工程与知识产权;§9.2 机械仿生原理与仿生机械实例;一、仿生学简介; 仿生学（Bionics）是研究自然或生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。