5反求工程研究方法

5反求工程研究方法李峰尹同耀MATIZ對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及分解從而反求其制造過程、技術(shù)訣竅、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想。反求工程（ReverseEngineering）是指以產(chǎn)品實(shí)物為起點(diǎn)，進(jìn)行的反推性研究。內(nèi)容5.1反求工程研究方法5.2反求設(shè)計(jì)方法5.3功能的分析5.4功能的設(shè)計(jì)方法5.5反求對(duì)象材料的分析5.1反求工程研究方法

隨著科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，科技成果的應(yīng)用已成為推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的重要手段。引進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)一般分為三階段：

（1）應(yīng)用階段“知其然”

（2）消化階段knowhow

（3）創(chuàng)新階段

反求工程是針對(duì)消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合，反求工程是以先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物、軟件（圖紙、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖片、照片等）作為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析和研究，探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類的先進(jìn)產(chǎn)品。反求工程含義廣泛，包括設(shè)計(jì)反求、工藝反求、管理反求等各方面。日本國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速度發(fā)展是與善于引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和進(jìn)行反求工程研究分不開的。“吸收性戰(zhàn)略”作為堅(jiān)定不移的國(guó)策注意反求工程的研究移植、組合、改造等方法開發(fā)出許多創(chuàng)新產(chǎn)品有必要在技術(shù)引進(jìn)中加強(qiáng)和推進(jìn)反求工程的研究和應(yīng)用。在“知其所以然”的基礎(chǔ)上進(jìn)行“求中仿”、“求中變”、“求中創(chuàng)”，這樣才能利用引進(jìn)技術(shù)以取得最佳技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)出具有競(jìng)爭(zhēng)能力的產(chǎn)品。

5.2反求設(shè)計(jì)方法引進(jìn)技術(shù)中包括產(chǎn)品的研究與發(fā)展、生產(chǎn)制造工程、管理和市場(chǎng)等方面的問題，它們組成完整的系統(tǒng)。反求工程包含對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的分析和研究。反求設(shè)計(jì)法（二次設(shè)計(jì)法）---從已有產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，掌握其功能原理、參數(shù)、尺寸、材料和結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿制或再設(shè)計(jì)，開發(fā)出先進(jìn)產(chǎn)品。一、反求設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)反求的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)的思維規(guī)律，研究反求對(duì)象的設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)和內(nèi)在聯(lián)系。

1.探索產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想

2．原理方案的分析

3．結(jié)構(gòu)分析

4．形體尺寸

5.精度分配

6.材料分析

7.工作性能分析

8.造型設(shè)計(jì)分析

9.工藝分析

10.使用維護(hù)分析

11．包裝技術(shù)

二、反求設(shè)計(jì)的研究特點(diǎn)1.反求工程的理論與方法基礎(chǔ)2.了解有關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向3.深入分析研究，掌握關(guān)鍵技術(shù)knowhow

三、反求設(shè)計(jì)過程反求分析

相對(duì)于一般設(shè)計(jì)，反求設(shè)計(jì)首先應(yīng)突出“求”的環(huán)節(jié)

針對(duì)反求對(duì)象的不同形式—實(shí)物、軟件或影像，可采用不同的手段和方法2.反求設(shè)計(jì)

在反求分析的基礎(chǔ)上可進(jìn)行測(cè)繪仿制、變參數(shù)設(shè)計(jì)、適應(yīng)型設(shè)計(jì)或開發(fā)型設(shè)計(jì)明確設(shè)計(jì)要求反求分析（實(shí)物、軟件或影響）（測(cè)繪仿制）（開發(fā)設(shè)計(jì)）變型設(shè)計(jì)變參數(shù)設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)原理方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)試驗(yàn)試制投產(chǎn)反求過程階段5.3功能的分析

功能是技術(shù)系統(tǒng)或產(chǎn)品能完成的任務(wù)的抽象描述，它是產(chǎn)品所具有的特定用途與各種特性。

一、功能分類從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，可將功能系統(tǒng)分為總功能和分功能。

功能元是能直接求解的最小功能元素

從功能樹上可看到前級(jí)功能是后級(jí)功能的目的功能，而后級(jí)功能是完成前級(jí)功能的手段功能，末級(jí)分功能即為功能元，可以直接求解。功能樹根據(jù)功能的性質(zhì)及其重要性，可按以下方法分類：1.按功能的重要程度分類2．按功能的用途分類

3．按功能的性質(zhì)分類

4.按用戶的要求分類

銑床二、功能分析在反求設(shè)計(jì)中功能分析過程一般是由功能載體→分功能→總功能

功能載體→功能

功能→功能載體新型割草機(jī)5.4功能的設(shè)計(jì)方法功能設(shè)計(jì)法的步驟示意圖抽象分解一、功能的分解1.總功能分析

待求系統(tǒng)（黑箱）水泥砂石水甲地混凝土乙地總功能：物料結(jié)合、移位由功能載體反求系統(tǒng)總功能示意圖2．分解總功能

二、功能元求解1.消化、吸收、借鑒求解法2.利用設(shè)計(jì)目錄求解3.創(chuàng)新構(gòu)思求解飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的“沙丘駐波燃燒器”

發(fā)電機(jī)風(fēng)車陽(yáng)光陽(yáng)光太陽(yáng)能溫室+風(fēng)筒+風(fēng)車

氣流發(fā)電三、求系統(tǒng)原理解一般采用形態(tài)學(xué)矩陣法進(jìn)行功能元解的組合。將系統(tǒng)的功能元列為縱坐標(biāo)，各功能元的相應(yīng)解法列為橫坐標(biāo)，構(gòu)成形狀學(xué)矩陣。組合出的方案總數(shù)功能元的個(gè)數(shù)第i種功能元解的個(gè)數(shù)四、求系統(tǒng)最佳原理方案解在眾多方案中選取最佳方案，一般先進(jìn)行粗篩選，把與設(shè)計(jì)要求不符或各功能元解不相容的方案去除。在粗篩選的基礎(chǔ)上取幾個(gè)較滿意的方案進(jìn)行科學(xué)的定量評(píng)價(jià)，以便進(jìn)一步比較選優(yōu)。最常用的有加權(quán)評(píng)分法（有效值法）

例對(duì)編輯文字處理機(jī)掃描系統(tǒng)的A、B、C三方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。解（1）確定評(píng)價(jià)目標(biāo)：分辨率分辨速度

成像質(zhì)量傳動(dòng)誤差傳動(dòng)效率

加工制造價(jià)格（2）確定加權(quán)系數(shù)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求希望在保證一定使用性能下價(jià)格較低。加權(quán)系數(shù)矩陣

0.1；0.05；0.2；0.1；0.05；0.1；0.4

（3）按10分制進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分結(jié)果列于下表：

評(píng)價(jià)目標(biāo)方案u1u2u3u4u5u6u7A101010101073B7899965C869641010三方案的評(píng)分矩陣表達(dá)式：P=PAPBPC=1010101010737899965869641010（4）求各方案的有效值：0.110+0.0510+0.210+0.110+0.0510+0.17+0.43=6.90.17+0.058+0.29+0.19+0.059+0.16+0.45=6.850.18+0.056+0.29+0.16+0.054+0.110+0.45=8.7

功能設(shè)計(jì)法從系統(tǒng)出發(fā)，緊緊抓住功能的本質(zhì)問題，據(jù)化繁為簡(jiǎn)（將總功能分解為功能元），解法由少變多（廣泛搜索求功能元解，再組合求系統(tǒng)原理解），最佳解多中擇優(yōu)等特點(diǎn)，是一種較好的原理方案設(shè)計(jì)方法。5.5反求對(duì)象材料的分析

材料的性能不僅與材料的成分有關(guān)，而且與產(chǎn)品的工藝過程有關(guān)。

一、材料選擇的原則1.材料的性能應(yīng)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求

根據(jù)產(chǎn)品總的作用和工作條件，選擇使用性能、力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能與之相適應(yīng)的材料，以滿足用戶提出的壽命、尺寸及重量限制的要求。傳遞力和運(yùn)動(dòng)的零件，一般采用結(jié)構(gòu)鋼；而工具一般采用工具鋼制成。

2.材料的工藝性應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

所選材料的工藝性能（成型工藝、熱處理工藝、切削加工性能）應(yīng)與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相適應(yīng)，以保證產(chǎn)品毛坯和成品的質(zhì)量。金屬制品的工藝路線3.要求材料的成本和產(chǎn)品制造成本最低

二、材料的分析技術(shù)

用于機(jī)器、裝備、工具、構(gòu)件或其它產(chǎn)品中的材料種類繁多，通常將材料分為三類：金屬材料、陶瓷材料和聚合物材料（高分子材料）。材料的性能除由其成分確定外，還與處理工藝有關(guān)。每種材料的性能與其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、成分、處理工藝之間都有確定的聯(lián)系，在材料分析工作中主要對(duì)材料的成分、組織、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析。對(duì)其加工處理工藝需根據(jù)上述分析進(jìn)行推斷。（一）、材料成分的分析1．鋼種的火花鑒別法

鑄鐵的火花有明顯的差別，火花鑒別一般從三方面綜合考慮，即：（l）火束中流線的長(zhǎng)、短、粗、細(xì)變化：（2）爆花多少，花粉數(shù)量的變化；（3）流線與火花圖的顏色與程度區(qū)別。鋼鐵的幾種典型火花中碳鋼（0.45%C）的火花鉻鋼的火花高碳鋼（1.2%C）的火花鑄鐵的火花2.鋼種聽音鑒別法

利用不同含碳量的鋼和鑄鐵的滯震性能不同，敲擊時(shí)其聲音清脆不同。鑄鐵的聲音發(fā)“啞”，而鋼的聲音清脆且余音長(zhǎng)。

3．原子發(fā)射光譜分析法

4．紅外光譜分析法

5．化學(xué)分析法

6．微探針分析技術(shù)

顯微成分分析技術(shù)（二）材料組織結(jié)構(gòu)分析組織分析由宏觀組織分析和微觀組織分析組成。

結(jié)構(gòu)分析主要是分析研究材料中相的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷及相之間的位相關(guān)系。1．分析試樣的選取

（1）不允許試樣產(chǎn)生塑性變形而使晶粒變形和扭曲；（2）不允許試樣因受熱而引起顯微組織的變化。2.粗視分析法

曲軸的硫線示意圖a)鍛造曲軸b)棒料加工的曲軸3．顯微分析法

4．結(jié)構(gòu)分析法

（三）性能檢測(cè)三、材料表面的改性處理技術(shù)四、反求對(duì)象材料分析程序及案例反求對(duì)象材料分析，它不僅涉及到材料科學(xué)和分析技術(shù)，而且與產(chǎn)品的工藝過程有密切關(guān)系。

1、明確分析的目的要求2、材料的具體分析流程3、反求對(duì)象材料和工藝的確定4、試制--國(guó)產(chǎn)化研究及案例分析例1.某汽車轉(zhuǎn)向節(jié)工藝分析1、制動(dòng)鼓2、輪轂3、4、輪轂軸承5、轉(zhuǎn)向節(jié)

6、油封7、襯套8、主銷9、滾子止椎軸承10、前軸

查閱有關(guān)該類零件的資料可知，該類零件通常采用的材料為40Cr、40CrMo、40CrMnMo等中碳合金鋼，其一般加工過程為：

模鍛---正火---粗加工---調(diào)質(zhì)（淬火＋高溫回火）處理---精加工---成品為了提高該零件的疲勞抗力，在加工后又進(jìn)行了表面處理，其加工過程為：模鍛---正火---粗加工---調(diào)質(zhì)---精加工---軸頸根部表面淬火---成品表面“發(fā)藍(lán)色”是表面淬火時(shí)加熱形成的氧化膜，這種顏色是感應(yīng)加熱淬火表面的特征。例2某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷加工工藝分析?；钊N結(jié)構(gòu)示意圖a)進(jìn)口汽車活塞銷b)某廠生產(chǎn)的活塞銷(a)(b)這類零件通常采用的材料為15Cr、20Cr等低碳合金鋼經(jīng)滲碳、淬火處理，以提高耐磨性。

某廠生產(chǎn)