反求设计方法

反求工程设计又称逆向工程或反向工程设计，是指采用一定的测量手段对实物或模型进行测量，再根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的计算机辅助设计模型的过程。反求工程设计是一个从样品生成产品数字化信息模型，并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。

反求工程研究的主要内容包括：反求工程的类型、反求工程涉及的知识范围、相似理论与相似设计方法、设备设计及制造工艺反求等。

1.反求工程的基本概念

反求工程 （Reverse Engineering，RE）这一术语起源于20世纪60年代，但对它从工程的广泛性方面去研究以及从反求的科学性进行深化还是从20世纪90年代初刚刚开始的。反求工程类似于反向推理，属于逆向思维体系。反求工程是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的新产品进行解剖、深化和再创造，是对已有设计的设计。

反求工程技术是测量技术、数据处理技术、图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术的逐渐成熟，近年来在新产品设计开发中越来越多地被得到应用。因为在产品开发过程中需要以实物 （样件）作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术。所以，在汽车、摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计、家电产品外形设计、艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。

2.反求工程的研究内容

反求工程技术的研究对象多种多样，所包含的内容也比较多，主要可以分为以下三大类：

（1）实物类：主要是指先进产品设备的实物本身。

（2）软件类：包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等。

（3）影像类：包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现的资料。

反求工程包含对产品的研究与发展、生产制造过程、管理和市场组成的完整系统的分析和研究。主要包括以下几个方面：

（1）探索原产品设计的指导思想。

掌握原产品设计的指导思想，分析了解整个产品的设计过程。如微型汽车的消费群体是普通百姓，其设计的指导思想是在满足一般功能的前提下，尽可能降低成本，所以结构上通常是较简化的。

（2）探索原产品原理方案的设计。

了解功能目标的确定原则，对产品进行改进设计。产品的功能概括而论是能量、物料信号的转换。例如，一般动力机构的功能通常是能量转换，工作机通常是物料转换，仪器仪表通常是信号转换。不同的功能目标可引出不同的原理方案。如设计一个夹紧装置时，把功能目标定在机械手段上，则可能设计出斜楔夹紧、螺旋夹紧、偏心夹紧、定心夹紧、联动夹紧等原理方案。如把功能目标确定扩大，则可设计出液压、气动、电磁夹紧等原理方案。

（3）研究产品的结构设计。

产品中零部件的具体结构是实现产品功能目标的保证，对产品的性能、工作能力、经济性、寿命和可靠性有着密切关系。

（4）确定产品中零部件的形体尺寸。

分解产品实物，由外至内，由部件至零件，通过测绘与计算确定零部件的形体尺寸，并用图样及技术文件方式表达出来。总结箱体类、轴类、盘套类、齿轮、弹簧、曲线曲面及其他特殊形体的测量方法，并合理标注尺寸。

（5）确定产品中零件的精度。

精度是衡量反求对象性能的重要指标，是评价反求设计产品质量的主要技术参数之一。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。

通过零件的外观比较、重量测量、力学性能测定、化学分析、光谱分析、金相分析等试验方法，对材料的物理性能、化学成分、热处理等情况进行全面鉴定。在此基础上，遵循立足国内的方针，考虑资源及成本，选择合适的国产材料，或参照同类产品的材料牌号，选择满足力学性能及化学性能的国产材料代用。

（7）确定产品的工作性能。

针对产品的工作特点及机器主要性能进行试验测定，反计算和深入地分析，了解产品的设计准则和设计规范，并提出改进措施。

（8）确定产品的造型。

对产品的外形构型、色彩设计等进行分析，从美学原则、顾客需求心理、商品价值等角度进行构型设计和色彩设计。

（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。

3.反求工程的四个阶段

反求工程 （逆向工程）一般可分为以下四个阶段：

（1）零件原形的数字化。

通常采用三坐标测量机 （CMM）或激光扫描仪等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。

（2）从测量数据中提取零件原形的几何特征。

按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。

（3）零件原形CAD模型的重建。

将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合，并通过各表面间的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。

（4）重建CAD模型的检验与修正。

根据获得的CAD模型，重新测量和加工出样品的方法来检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要求，对不满足要求者重复以上过程，直至达到零件的逆向工程设计要求。反求工程一般都遵循点—线—面—体的原则。设计流程图如图1－5所示。

图1－5 反求工程 （RE）流程图

4.反求工程的应用展望

反求工程是一门开拓性、综合性和实用性很强的技术。有其独特的共性技术和内容，还是一门新兴的交叉学科分支。正如高新技术层出不穷，解密技术亦要相应发展。反求工程包含的内容和知识面很广，不同专业产品又有不同领域。反求过程中，如何用现代设计理论、方法和技术去寻求符合国情的适用技术，是提高国产化零件质量的核心问题。

同时开展反求工程的研究和应用，有助于人才培养。人们需要通过学习、创造、发明去发现新事物，而反求本身既是学习又可尽快掌握高新技术，缩小差距。发达国家重视反求，发展中国家更要重视和掌握这种艺术和技术。要完成一项反求任务，进而再创造，需学习和掌握众多知识和经验，促使人们不断去探讨 “为什么这样做”，进而深化提高到 “应该怎样做”。

反求设计 （也称逆向设计）是设计人员以先进设备的软件 （图样、程序、技术文件）、影像 （图片、照片等）和实物作为研究对象，应用现代设计理论方法、人机工程学等有关专业知识，进行系统的分析和研究，进而开发出同类先进产品的过程。