反求设计
机械创新设计中的反求设计
机械创新设计中的反求设计摘要反求设计是一种在机械创新设计中常用的方法，通过逆向思维和分析，从设计需求出发，逆向推导出实现该需求的具体设计方案。
本文将介绍反求设计的概念、原理和应用，并结合实际案例进行阐述，最后探讨反求设计在机械创新设计中的重要性。
引言机械创新设计是现代制造业中不可或缺的一环。
在日益激烈的市场竞争中，不断推陈出新的机械产品能够赢得更多的市场份额。
而要实现机械创新设计，反求设计是一个重要的方法。
它通过逆向思维和分析，从设计需求出发，逆向推导出实现该需求的具体设计方案。
反求设计的概念反求设计，顾名思义，就是从设计的结果出发，逆向推导出实现该结果的设计过程。
强调的是以终为始，从最终需求出发寻找最佳的设计方案。
这种设计方法能够帮助设计师开阔思路，发现并解决问题，提高创新设计的效率。
反求设计的原理反求设计的基本原理是逆向思维和分析。
通过逆向思维，设计师能够从一个已有的设计结果出发，分析其中的关键因素和约束条件，推导出实现该结果的设计方案。
逆向思维注重从结果出发，以问题为导向，发现问题，并找到解决问题的方法。
在逆向思维的基础上，分析是反求设计的重要环节。
通过分析，设计师能够剖析出设计结果的各个组成部分，了解它们之间的关系和作用。
在分析的基础上，可以有针对性地进行设计调整或优化，从而得到更加合理和高效的设计方案。
反求设计的应用反求设计广泛应用于机械创新设计的各个领域。
在产品设计中，通过逆向分析市场需求和竞争对手的产品，可以发现产品的优势和不足，从而改善设计。
在工艺设计中，通过逆向思考工艺流程和工装设备的问题，可以提高生产效率和产品质量。
在结构设计中，通过逆向分析已有结构的强度和稳定性，可以进行针对性的优化。
以下是一个具体的反求设计案例：产品需求：设计一款紧凑型的折叠自行车，体积小巧，方便携带，同时具有良好的骑行体验。
1.逆向思维：以折叠自行车为起点，思考如何实现紧凑型的设计。
观察市场上已有的折叠自行车产品，了解其结构和特点。
现代设计理论与方法第7章反求工程设计
验证和评估。
反求工程设计的流程
1 2
数据采集
利用测量、扫描等技术手段获取产品实物数据。
数据处理
对采集的数据进行预处理、降噪、拼接等操作， 得到完整、准确的数据。
3
逆向建模
利用反求工程软件进行逆向建模，生成三维模型。
反求工程设计的流程
创新设计
在逆向建模的基础上，结合设计需求和创意， 进行产品的创新设计。
03 反求工程设计的方法与流 程
反求工程设计的方法
逆向建模
通过测量和扫描等手段获取产品实 物数据，然后利用反求工程软件进
行逆向建模，生成三维模型。
创新设计
在逆向建模的基础上，结合设 计需求和创意，进行产品的创 新设计。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优 化等方面的设计，提高产品的 性能和品质。
快速原型制造
现代设计理论与方法第7章反求工 程设计
目录
• 反求工程设计概述 • 反求工程设计的基本原理 • 反求工程设计的方法与流程 • 反求工程设计案例分析 • 反求工程设计的挑战与展望
01 反求工程设计概述
反求工程设计的定义与特点
反求工程设计的定义
反求工程设计是指通过分析、研究已有的产品或模型，获 取其设计参数、设计思想和制造技术，进而开发出相似或 新的产品的一种设计方法。
快速原型制造
利用快速原型制造技术，将设计模型转化为 实物模型，进行验证和评估。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优化等方面的设 计，提高产品的性能和品质。
设计评估与改进
对实物模型进行测试和评估，根据评估结果 进行设计改进和优化。
反求工程设计的软件工具
机械创新设计反求设计与创新课件
机械创新设计产反求品设生计与产创新
变异设计
❖ 8.1.3 反求设计的研究对象 从工程技术角度分析，反求设计的研究对象一般分为三类。
它们分别是实物反求、软件反求和图片反求。反求对象应该 是比较先进的技术或产品；也可能是自然界的产物，例如反 求人体结构进行再植手术等。
机械创新设计反求设计与创新
材料的组织结构是指材料的化学成分及结构组织情况，可用显微镜观察，然后通过 计算机描述。
材料的工艺反求是指材料的成形方法，包括铸造、锻压、挤压、烧结、各种机加工 以及各种热处理等。
材料的力学性能反求可以通过各种测试仪器，如应力应变仪、硬度计等进行测量， 通过对材料各种力学性能的测试还可以反求出材料的热处理方法，以及材料的主要成 分。
机械创新设计反求设计与创新
➢ 2．功能原理的反求
功能原理的反求也是一个分析过程。对于一个已知产品，其总功 能是已知的，但深入分析其组成结构时，会发现产品的各组成部分的 分功能，乃至功能元并非全了解，因此很有必要首先分析组成产品各 部分存在的意义。其次应深入分析实现这一功能的工作原理，是简单 的机械效应，或是气动与液压的效应，还是电磁等效应；是采用了分 割，还是合并原理等。掌握了功能原理，就可以变被动为主动，开发 出实现同样功能的不同原理解，也就实现了从反求到创新的过程。
❖ 8.1.2 反求设计的含义 人们通常所指的设计是正设计，是由未知到已知和由想象到现实的
过程。当然这一过程也需要运用类比、移植等创新技法，但产品的概 念是新颖的，是独创的。
反求设计则不然，虽然为反设计，但绝不是正设计的简单逆过程。 因为针对的是别人已知和现实的产品，而不是自己的，所以也不是全 知的。是一个虽然知其然，但不知其所以然的问题。因为一个先进成 熟的产品凝聚着原创者长时间的思考与实践、研究与探索，要理解、
现代设计方法反求工程设计
研究反求工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术 水平的提高，具有重大的意义。
引进国外先进技术是世界各国加快技术发展的重要手段， 是发展中国家追赶发达国家的必然选择。
对国外先进技术的消化吸收与创新，在较短时间内使我 国技术达到国际先进水平，实现跨越式发展。
反求工程是消化吸收先进技术进行技术创新的高新技术， 实施好反求工程是实现跨越式发展的关键。
在机械制造领域应用多年的仿制技术，是反求工程的发 展基础。
2.传统设计与反求设计比较
• a）传统设计过程
如图（a）所示，传统设计是通过工程师的创造性劳动， 将一个事先并不知道的事物变为人类需求的产品。为此， 工程师首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，再进 行功能设计，创造新方案，在经过一系列的设计活动之后， 得到预期的新产品。概括地说，传统设计是由未知到已知、 由想象到现实的过程，回答的是“怎么做？”的问题。
定位物体的内部缺陷 • 方便地产生基于模型的计算机视觉 • 使产品设计充分利用CAD技术的优势，适应信息交换 • 特殊领域的应用
反求工程集成制造系统综合运用了CAD/CAE、数控、伺 服驱动、激光和材料等先进技术，可在没有传统制造工具 的情况下，在短时间内制造出几何形状复杂的物体。
• 4.缩短新产品研发周期 快速响应制造是21世纪对制造业更具影响的技术之一。
追求完美与个性化的消费需求使产品品种多样化，企业间 的竞争不再只是质量与成本的竞争，更重要的是产品上市 时间的竞争。采用反求技术可避免走自行开发中不可避免 的许多弯路，从而大大缩短新产品的开发周期，为企业快 速占领市场创造有利条件。
反求工程 案例分享
反求工程案例分享反求工程是指根据已知结果或现象推导出相关的工程设计、参数或方法。
下面将列举10个反求工程的案例分享：1. 案例一：根据已知建筑物的设计需求，通过逆向计算得出所需的基础承载力。
根据建筑物的重量、地基土壤的承载能力等因素，通过反求工程得出合适的基础设计参数。
2. 案例二：根据已知的流量和管道长度，反求出管道的直径。
通过流体力学的计算方法，根据所需的流速和管道材料的摩擦阻力等因素，反向计算出合适的管道直径。
3. 案例三：根据已知的电路参数，反求出电路中的未知元件值。
通过电路分析和计算，根据已知的电压、电流和电阻等参数，反向推导出电路中的未知元件值。
4. 案例四：根据已知的机械系统的运动学参数，反求出系统的动力学参数。
通过动力学分析和运动学方程，根据已知的速度、加速度和质量等参数，反向计算出系统的力和力矩。
5. 案例五：根据已知的声音信号和传感器的响应特性，反求出信号源的特性。
通过声学信号处理和传感器的响应模型，根据已知的接收信号和传感器响应，反向计算出信号源的频率、幅度和相位等特性。
6. 案例六：根据已知的地震波形和结构的响应，反求出结构的刚度和阻尼参数。
通过地震工程分析和振动响应计算，根据已知的地震波形和结构的响应，反向计算出结构的刚度和阻尼参数。
7. 案例七：根据已知的气象数据和建筑物的能耗，反求出建筑物的能源利用效率。
通过能源分析和气象数据统计，根据已知的气温、湿度和建筑物的能耗数据，反向计算出建筑物的能源利用效率。
8. 案例八：根据已知的水质和污染源的位置，反求出污染源的排放浓度。
通过水质模型和污染扩散方程，根据已知的水质监测数据和污染源的位置，反向计算出污染源的排放浓度。
9. 案例九：根据已知的交通流量和道路参数，反求出道路的通行能力。
通过交通流模型和道路设计参数，根据已知的交通流量和车速，反向计算出道路的通行能力。
10. 案例十：根据已知的物料流量和工艺要求，反求出生产线的生产能力。
反求工程设计
案例3 转炉
反求工程设计
• 1957年日本从奥地利引进顶吹氧气转炉，通过使用进行 多项技术改造，并在此基础上研制出新型转炉，作为专利 向英、美、意等发达国家出口。6年后日本转炉炼钢率竟 居世界之首。
一 概论
反求工程设计
• 反求工程：在现代社会中，科技成果的应用已成为推动生产 力发展的重要手段。把别国的科技成果加以引进、消化、吸 收、改进提高，再进行创新设计，进而发展自己的新技术， 是发展民族经济的捷径，称这一过程为反求工程（reverse engineering） 。
反求工程设计
反求工程设计程序
反求工程设计
反求设计与传统设计
反求工程设计
• 传统设计： how to do? • 反求设计： why have they make it in this way?
传统设计过程是一个主动的创造性活动. 而反求设计过程则是一种高起点的、先 被动后主动的创造性活动。
反求与仿制
反求工程设计
（10）工艺分析 许多引进设备的关键技术主要是先进的工 艺决窍，国外某些工厂视先进工艺为生命线，严格保密。 因而对加工、装配工艺的分析，对加工—精度及精度分配 的反求，是重要而又细致的工作。如硬度大于350HBS的 硬齿面齿轮用螺旋槽砂轮磨削，既能保证高精度,又能达 到高效率；而直径较大的硕齿颁齿轮，在没有大磨削设备 的分件下，可以通过研合达到精度要求。
反求工程设计
实物（硬件）的反求设计 分类 技术资料（技术资料）的反求设计 反求工程的研究内容 (1)探索原产品的设计思想 (2)探索原产品的原理方案设计 (3)研究产品的结构设计 (4)对产品的零、部件进行测绘 (5)对产品的零件公差与配合公差进行分析 (6)对产品中零件的材料进行分析 (7)对产品的工作性能进行分析 (8)对产品的造型进行分析 (9)对产品的维护与管理进行分析
反求设计介绍,方法
● 可对产品或设备的尺寸直接进行测试与分析，以获得重要的尺寸设计资料；
● 目的是反求仿制时，缩短了设计周期，提高了产品的生产起点与速度；
● 仿制产品与引进产品有可比性，有利于提高产品的质量；
● 在仿制的基础上加以改进和创新，为开发新产品提供了有利条件
一、 对反求对象的分析在进行，首先要对反求设计的对象（全文简称反求对象）进行分析。
⑷ 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。对反求对象进行装配分析，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。
㈢ 对反求对象的工艺和装配的分析反求设计和反求工艺是相互联系的，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，对反求对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法。
⑴ 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、表面质量等为依据，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。
①材料的成分分析：是指确定材料中的化学成分 在对材料的整体、局部1表面进行定性分析或定量分析时，可通过火花鉴别法、音质判别法、原子发射光谱分析法、红外光谱分析法、化学成分分析法、微探针分析法等手段对材料的表面进行定性分析或定量分析
机械本体反求设计的工作过程
机械本体反求设计的工作过程
机械本体反求设计是一种设计方法，它的工作过程包括以下几个步骤：
1. 确定需求和目标：首先，根据用户的需求和设计目标，明确机械本体的功能、性能要求以及其他相关要求。
这可以包括机械本体的运动方式、负载要求、工作环境等方面的要求。
2. 收集现有信息：在进行反求设计之前，需要收集现有的相关信息。
这可以包括已有的设计图纸、技术手册、性能数据等。
这些信息可以为后续的设计提供基础。
3. 建立数学模型：基于机械本体的需求和目标，建立机械模型是反求设计的关键步骤。
数学模型可以通过多种方法建立，如使用几何学、力学、动力学等原理。
通过数学模型，可以描述机械本体的结构、运动、载荷等特性。
4. 进行仿真和优化：借助计算机辅助设计软件，对建立的数学模型进行仿真和优化。
通过对模型进行力学分析、运动学分析、热力学分析等，可以评估机械本体的性能和可靠性，并且可以通过参数优化来改善设计。
5. 设计验证和优化：在仿真和优化的基础上，进行机械本体的实际设计。
这包括选择合适的材料、制定具体的结构设计方案等。
设计完成后，需要进行验证和测试，以确保设计的性能和可靠性符合需求和目标。
6. 文档编制和交付：最后，根据设计结果，编制设计文档，包括设计图纸、技术说明书等。
这些文档可以作为交付给制造商或其他相关人员的参考，以便实际制造和使用机械本体。
总之，机械本体反求设计的工作过程是一个系统的工程设计过程，通过建立数学模型、进行仿真和优化以及设计验证和优化等步骤，以实现机械本体的功能和性能要求。
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数字化设计制造技术基础题目反求设计简析起讫日期2011年10月11日至2011年11月6 日学生姓名陈子杰专业班级学号机械+软件08-4 30 所在院系软件学院指导教师单丽君职称教授2011年11月6日摘要：反求设计（也称反求工程），是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的CAD模型(曲面模型重构)，并进一步用CAD/CAE/CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。
反求设计是综合性很强的术语，它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，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计，这就是反求工程的含义，特别强调再创造是反求的灵魂。
据统计，各国70%以上的技术都是来自外国，通过反求工程掌握这些技术是十分必要的。
而在反求的基础上进行工程设计，起点高，更容易得到创新的产品。
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。
诸如原理、方案、功能、性能、参数、材质、结构、表面状况、精度和公差、工艺过程、油品、试验和检测、使用规范、维修、运输、可靠性、经济性、贮存等等都要寻究“为什么”的答案，要找出其先进科学的和落后不足的细节。
引进产品不一定都先进，盲目吸收掩盖了落后，不适合国情是虚假的先进，最后都要吃大亏，都不是真正的反求的目标。
Inverse Design(also known as Inverse Engineering)，it is means that designers make digital process（Data collection、Data Processing）to the surface of physical product sample, and use the reverse can be achieved three-dimensional design software to reconstruct the CAD model of physical(Surface Model Reconstruction),and further use CAD/CAE/CAM system to achieve analysis、re-design、NC programming、NC machining process. Inverse Design is a very comprehensive term, it is a design methodology as a guide, modern design theories, methods and technology-based, using a variety of professional engineering experience, knowledge and innovative thinking, new products for anatomy, deepen and re-creation, it is a design to which have already designed, this is the meaning of Inverse Engineering, with particular emphasis on re-creation is the soul of Inverse Engineering. According to statistic, countries are more than 70% of technology from foreign, it is very essential to master these technologies by Inverse Engineering. And on the basis of Inverse Design to make engineering design, the starting point is higher, more likely to be innovative products. Inverse Design include a wide rang of knowledge and content, different products have different areas of professional. Such as principles, programs, functions, performance, parameters, material, structure, surface, condition, accuracy and tolerance, process, oil, test and inspection, the use of specifications,maintenance,transportation,reliability,economy,storage and so on must research the"Why"answer, to find its advanced science and insufficient details. Introducing new products does not have to be advanced, blind absorption masked backward, conditions which not suitable for the condition of our country is fake advanced, possibly face a big loss in the end, it is not the real goal of Inverse Design.关键词：反求设计反求工程逆向设计1、前言随着科学技术的高度发展，充分利用心有科技成果引进先进的技术，进行消化、吸收，在此基础上创新，这是发展新技术的一条重要途径。
现代设计理论和方法包括通用的(不针对具体工程专业)和专用的(针对工程专业)的两大范畴。
科技发展日新月异，如果说早期的反求活动偏于模仿性、经验性、粗略近似的技术活动，用传统的、常规的方法基本可以胜任，那么对现代产品中高新技术和复杂多样的技术就无能为力。
例如用断裂力学设计的产品，使用中出现裂纹是正常的，要想用经典力学去反求是无法解释的；高次方组合曲线或曲面的零件断面，不掌握优化技术就难以消化；引进产品某些零件寿命可精确地给出多少小时多少分，如不掌握疲劳和可靠性设计方法就会是个谜，等等。
反求设计是以先进的产品或技术作为对象，进行深入的分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型创新产品的设计。
反求设计强调剖析原产品时在“求”上狠下功夫，吃透原设计；而再设计时在“改”和“创”上作文章，力图在较高起点上设计出竞争力更强的创新产品。
但应该强调，作为一个国家、民族，为发展科技和振兴经济，不能全靠反求来生存；鼓励独立的创造性永远是主旋律或主题。
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，正在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”。
特别是中外合资和技术引进后的国产化，有大量反求工作。
国产化就要创新，反求本质就是再创造，没有相应技术的人才就很难胜任。
市场经济竞争机制已渗透到各个领域，如何发展科技和经济，世界各国都在研究对策。
从共性特征可概括为4个方面对策：(1)大力提倡创造性。
包括新的思维方式、新原理、新理论、新方案、新结构、新技术、新材料、新工艺、新仪器等等。
对于发展一个国家的国民经济来说，创造性是永恒主题。
(2)研究和应用新的设计理论、方法去改造和完善传统的方法，使能既快又好地设计出新型产品。
(3)把计算机应用广泛地引入产品设计、开发的全过程(预测、决策、管理、设计制造、试验、销售服务等)中，以期达到这些过程的一体化、智能化和自动化。
(4)研究和应用反求工程，使能在高的起点去创造新产品。
2、反求设计的起源及其时代背景2、1 时代背景二次大战中，几十个国家卷入战祸，饱受战争创伤。
特别是战败国，在二战结束后，急于恢复和振兴经济。
日本的国家经济在此时几乎处于瘫痪状态，经济上落后于欧美先进国家二三十年。
但在后来的30余年中，却以惊人的速度一跃而成为仅次于美国的世界第二号经济强国。
日本正式采用了旨在引进国外先进技术的“吸收性战略”，1945~1970年用60亿美元引进国外先进技术，并投资150亿美元进行消化吸收取得26000项技术成果。
成功的技术引进时日本节省了约9/10的研究费用和约2/3的研究时间。
日本在消化、吸收引进技术的基础上，采用移植、组合、改造等方法开发出许多创新产品，并出口创汇。
美国人发明的晶体管技术原来仅用于军事领域。
日本SONY公司买到晶体管专利技术后，进行反求研究，移植于民用领域，开发出晶体管半导体收音机，占领了国际市场。
日本本田公司对世界各国500多种型号的摩托车进行反求研究，对不同技术条件下的技术特点加以分析解剖综合其优点研制出耗油少、噪声小、成本低、造型美的新型本田摩托车，风靡世界。
1957年日本从奥地利引进顶吹氧气转炉，通过使用进行多项技术改造，并在此基础上研制出新型转炉，作为专利向英、美、意等发达国家出口，6年后日本转炉炼钢率竟居世界之首。
2、2 反求设计的起源人们通称的设计，一般均指正设计。
它是对一个事物真相事先并不知道，通过设计师的创造性劳动，变为人类需求的喜爱的产品。
为此，首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计，创造新方案，经过一系列的设计活动，变为产品。
概括地说，正设计是由未知到已知、由想象到现实的过程。
反设计是从已知事物的有关信息(包括硬件、软件、照片、广告、情报等)去寻求这些信息的科学性、技术性，先进性、经济性、合理性、国产化的可能性等等，要回溯这些信息的科学依据，即充分消化和吸收，而更重要本质是在此基础上要改进、挖潜进行再创造。
反求的目标如仅限于仿制，是最原始、低级的模仿，其质量和生命周期不会有竞争力，更严重的是侵权行为，要受产权保护制裁。
如果说正设计的关键要解答“怎么做?”，即设计任务提出后，怎样实现和达到预定目标，那么反求的关键要解答“为什么要这样做?”，即已知目标后，要探索和掌握这种目标的设计者是如何一步一步实现的，反求别人脑袋里是怎样想、怎样做的，要摸清设计意图、所用技术、关键和设计理论与方法。