反求工程设计

反求工程设计方法 实物反求

(一) 实物反求设计的一般过程

实物反求是以产品实物为依据，对有关产品的设计原理、结构、材料、工艺装配、包装、使用等进行分析研究，研制开发出与原型产品相同或相似的产品。因此，这是一个认识产品、再现产品或创造性地开发产品的过程。在进行实物反求时，应全面地分析大量同类产品，才能取长补短，进行综合。在反求过程中，才会触类旁通，举一反三，迸发出各种创造性的新的设计思想。反求工程不仅要研究同行的先进技术，而且要了解竞争对手的水平和动向，如美国著名的寇明斯发动机公司为了了解我国柴油机的水平，就曾经引进我国135系列柴油机进行了反求研究，从他们对其轴瓦材料和工艺分析的研究报告来看，似乎已完全掌握了该柴油机的技术秘密。只有运用反求工程的技术，才能更好地消化国外先进技术。根据反求对象的不同，实物反求可分三种：整机反求、部件反求、零件反求。通常实物反求的对象大多是比较先进的设备与产品，包括由国外引进的先进设备与产品及国内的先进产品。实物反求设计的特点：(1)具有直观、形象的实物；(2)对产品功能、性能、材料等均可进行直接试验分析，求得详细的设计参数；(3)对机器设备能进行直接测绘，求得尺寸参数；(4)仿制产品起点高，步伐大，设计周期可大大缩短；(5)引进的样品就是新产品的检验标准，为新产品开发确定了明确的赶超目标。实物反求虽形象、直观，但引进产品时费用较大，因此要充分调研，确保引进项目的先进性与合理性。如图8—3所示的过程。

准备阶段 审核 产品 试验、反馈 评价 反求产品的方案、技术设计、评价 相同或相类似产品的试制 工艺分析 原型实物 画零件图 性能测试 功能、原理分析 分解 测量并确定尺寸及公差 绘制草图 实物反求的准备阶段为实物反求设计过程中的一个重要步骤，只有认真、细致地做好准备阶段，才能使实物反求做到有的放矢。

实物反求的具体准备过程为：

1．决策准备

(1)广泛收集国内外同类产品的设计、使用、试验、研究和生产技术等方面的资料，进行分析对比，了解同类产品及其主要部件的结构、性能参数、产品系列的技术水平、生产水平和发展趋势。同时还应对国内企业(或本企业)进行调查，了解生产条件、生产设备、技术水平、工艺水平、管理水平及原有产品等方面的情况，以确定是否具备引进及进行反求设计的条件。

(2) 进行可行性研究，写出可行性研究报告。

(3)在可行性分析之后，要进行项目的评价工作。项目评价的主要内容有：反求工程设计的项目分析、产品水平、市场预测、用户及上级要求、技术发展的可能性、经济效益。 2．思想和组织准备

因为反求工程是复杂、细致、多学科且工作量很大的一项工作，因此需要各方面的人才，而且一定要有周密全面的安排和部署。 3．技术准备

技术准备是准备阶段工作量最大的部分，主要是收集有关反求对象的资料并消化资料。一般要收集以下两方面的资料：

第一、收集反求对象的原始资料，如产品说明书(使用说明书或构造说明书)、维修手册、维护手册、各类产品样本、维修配件目录、产品年鉴、广告、产品性能标鉴、产品证明书等，对于从外国进口的样机、样件，测绘时如能得到维修手册是比较理想的。

第二、收集有关分解、测：量、制图等方面的方法、资料和标准，如机器的分解与装配方法、零部件尺寸及公差的测量方法、制图及校核方法、标准资料(标准资料在测绘过程中是一种十分重要的参考性资料，通过它可对各国的品种、规格、质量和技术水平有较深入的了解)、齿轮、花键、螺纹、弹簧等典型零件的测绘方法、标准件、外购件、外协件的说明书及有关资料、与样机相近的同类型产品的有关资料。

(二)实物的功能分析和性能测试

1．实物的功能分析

对反求对象的功能、相应的功能载体及工作原理的了解是反求设计的重要一步，也是后面要进行的一系列工作的基础。

对实物的功能分析，可采用本章第一节中所述的功能分析法来进行。通过功能结构示意图找出相应功能载体和工作原理。在实际反求过程中，通常有下面三种情况：

(1)收集到的资料齐全，特别是当收集到维修手册或维护手册时，就可根据这些资料并参照实物画出结构示意图，进而可分析其功能及功能载体。

(2)手头占有的资料不充分，或者样机设计较为新颖，不可能全部吃透样机的结构原理时，应充分利用功能分析中求解功能元的方法，列出功能元件，然后在实物分解过程中注意该功能载体的结构，特别是功能面的结构，确定出其功能载体的工作原理。

(3)对样机的结构及工作原理掌握甚少，此时功能分析应和实物分解过程结合起来，边分析，边研究，画出示意图，分析出各功能结构及其功能载体。

2．实物的性能测试

在对样机分解前，须对实物进行详细的性能测试，通常有运转性能、整机性能、寿命、可靠性等，项目可视具体情况而定。一般来说，在进行性能测试时，最好把实际测试与理论计算结合起来。即除进行实际测试外，对关键零部件从理论上进行分析计算，为自行设计积累资料。

在现代机械产品设计中，动态设计是一个重要的组成部分。机械产品的动态性能对工作精度、稳定性、动态响应、动强度以及自激振动产生的条件和振动控制都有很大影响。下面重点介绍实物反求中动态性能的测试。

目前，机械产品结构动态设计和动态分析方法的现代理论基础是模态分析技术，为获取综合反映结构系统全部动特性信息，一般要进行模态实验，也叫激振实验。利用模态实验数据可识别结构系统的模态参数，进而对该系统进行动力响应、稳定性、载荷及结构灵敏度等动态设计分析。使反求出的产品在动态性能方面达到或超过原实物。整个过程见图8—4。

模态实验的基本过程为： (1)合理安装或固定被测结构系统。

(2)在选定的坐标和频段上对被测结构系统施加一定类型和量级的激振力，保证激发出结构

系统所需研究的振动模态。

(3)对激振力信号和运动响应信号进行采集和数字信号处理，排除模态实验过程中各种噪声和干扰的影响，得到可靠的模态实验数据。 (4)实验数据的记录和输出。

模态实验所需要的设备如图8—5所示，按激振点数划分实验，可分单点激振或多点激振，每种激振又有多个激振方法，如稳态正弦激振，周期随机电磁脉冲、手锤冲击。各种方法都有各自的优缺点，适用于不同的场合。有了模态实验的数据，按一定的准则，就可识别出定量描述机械结构动态特性的模态参数，即为模态识别。

(三)测绘的一般方法

1．实物的分解

在实物反求过程中，必须对样机进行分解，以便准确而方便地进行零件尺寸的测量、表面状况的分析和制定技术要求。

在分解实物时，一般要遵循以下基本原则： (1)分解工作必须遵循能恢复原机的原则；

(2)对于外购附件和机器上的不可拆卸连接，以及一些经过调整、拆开后不易调整复位的零件，一般不进行分解；

(3)分解的零部件应由专人负责，严格管理；

(4)分解中遇到问题要及时研究，尽量不解剖、少解剖、晚解剖。

在实物分解前，有关人员应根据上述的分解要求，结合对实际功能结构及工作原理的了解，编制出比较实用的分解计划，分解计划中应包括拆卸顺序、拆卸方法和注意事项等。特别是要拟定分解前、分解中需要记录和测量的一切原始数据，以免仓促分解后丧失标准。

一般在分解中需记录和测量的项目有：