第六讲反求工程设计
反求工程课课程设计
反求工程课课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握反求工程的基本概念、方法和应用。
知识目标包括：了解反求工程的定义、原理和流程；掌握反求工程在工程设计、制造和维修领域的应用；理解反求工程与传统工程设计的区别。
技能目标包括：能够运用反求工程的方法和技巧进行实际问题的解决；能够运用反求工程软件进行实物的三维扫描和模型重建。
情感态度价值观目标包括：培养学生对反求工程技术的兴趣和好奇心；使学生认识到反求工程在工程领域的的重要性和前景。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括反求工程的基本概念、方法和应用。
首先，介绍反求工程的定义和原理，让学生了解反求工程的基本内涵。
然后，讲解反求工程的具体流程和方法，包括实物测量、数据处理、模型重建等步骤，使学生掌握反求工程的基本操作技能。
接下来，通过案例分析，介绍反求工程在工程设计、制造和维修领域的应用，让学生了解反求工程在实际工程中的重要性。
最后，与传统工程设计进行对比，使学生认识到反求工程的优势和特点。
三、教学方法为了实现本节课的教学目标，将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
首先，采用讲授法，系统地讲解反求工程的基本概念、方法和应用，使学生掌握反求工程的基本知识。
其次，采用案例分析法，通过分析实际案例，使学生了解反求工程在工程设计、制造和维修领域的应用。
此外，还采用讨论法，鼓励学生积极参与课堂讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。
最后，利用实验法，让学生亲自动手进行实物测量和模型重建，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法的实施，将准备以下教学资源。
首先，教材《反求工程》，作为学生学习的主要参考资料，为学生提供反求工程的基本知识和理论。
其次，多媒体资料，包括反求工程的图片、视频等，用于直观地展示反求工程的应用场景。
再次，反求工程软件，如三维扫描仪、模型重建软件等，用于学生进行实物测量和模型重建的实践操作。
最后，实验设备，如三维扫描仪、计算机等，用于支持学生进行实验操作，提高学生的实践能力。
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
反求设计——精选推荐
反求设计反求设计1 反求设计理论（1/4）2实验设备体系参数（1/4）3 过程步骤（1/4）4 报告（1/4）反求设计⼀．反求设计理论的分析1.1反求⼯程的概念与内容⼈们通常所称的设计，⼀般均指正向设计。
先是市场调研设计要求，然后设计师创造性的劳动，最后完成产品的设计。
⽽反求⼯程则是在⼰知某种产品的有关信息(包括硬件、软件、照⽚、⼴告、情报等)的条件下，以⽅法学为指导，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，回溯这些信息的科学依据，即寻求这些信息的先进性、积极性、合理性、改进的可能性等等，达到充分消化和吸收，然后在此基础上改进、挖潜进⾏再创造，反求⼯程是⼰有设计的设计。
反求⼯程涉及的内容⽐较⼴泛，包括⼏何形状反求、材料反求、⼯艺反求等许多⽅⾯。
⼀般可以按反求对象分为以下三类: 实物反求；软件反求；影像反求。
从狭义上说，反求⼯程主要指⼏何形状反求。
传统的⼏何形状反求的⼯作流程如下：图1.1传统⼏何形状反求的⼯作流程这种反求⽅式往往带来以下问题：a.仿制精度不⾜，翻制模具和⼿⼯测绘难以保证精度；b.加⼯⼯艺复杂，需要经验丰富的熟练技⼯；c.处理⽅式有限，对于⼀些复杂曲⾯难以加⼯；d.花费成本太⼤，需要多种加⼯设备和⼯具；e.开发⼿⼯样品或成品翻制⽯膏模⼿⼯测绘仿削机1:1加⼯⼿⼯图纸仿制品改进性产品周期长，模具的制造要耗费⼤量的⼯时；f.改变设计困难，不便对产品进⾏改进。
总之传统的反求⽅式使得设计制造与开发产品的效率很低，⽽且主要是⽤来仿制已有产品，难以作为⼀种创新设计⼿段。
这些问题使反求⼯程的应⽤范围也因此受到了很⼤限制。
近⼗⼏年来，随着信息技术、测控技术、计算机技术的曲⾯重构技术、快速原型制造等技术的发展与兴起，反求⼯程技术也得到了迅速的发展，并⼴泛地应⽤于机械、家电、航空、汽车、轻⼯、医疗等领域。
较之于传统的反求技术，速度⼤为提⾼。
现有的反求⼯程就是指根据先进的测量设备从实物模型测得的数据，构造出该物体CAD 模型，继⽽将这些模型和设计表征⽤于产品的分析和制造。
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。
完整版反求工程设计.ppt
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反求设计（reverse design）反求工程设计
• 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。
反求工程设计
实物样件 数字化测量
二维图样、技 术文档
CAD模型重构
快速成型RP
产品样件
仿制改制产品 CAD/CAE系统
CAM系统 模具
新产品
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PD M 系 统
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反求工程关键技术
1. 数字化测量 2. 测量数据预处理 3. 三维重构 4. 坐标配准 5. 误差分析
反求工程设计
产品 实物
数字 测量
反求工程软件：Imageware、Raindrop、Geomagic Studio、Paraform、 ICEM Surf、Copy CAD 等
CAD/CAM系统类似模块，UG—Unigrahics、 ProE—Pro/SCAM、 Cimatron90—PointCloud等
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反求工程流程图
反求工程设计
数字化设计——反求工程
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1
反求工程设计
引子
日本在第二次世界大战结束时,国家经济几乎处于瘫 痪状态，1950年国民生产总值仅为英国的1／29，法国 的1／38，经济上落后于欧洲先进国家二三十年,但在后 来的30余年中却以惊人的速度一跃而为仅次于美国的世 界第二号经济强国.
战后日本经济为什么会得到高速发展呢?
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反求工程设计程序
反求工程课件
六、数控加工装备
• • • • 加工中心 数控铣床 电火花机床 数控雕刻机
第四章 反求工程关键技术
一、数据采集技术
(1) 接触式测量 ★ 三坐标测量机 是一种大型精密的三坐标测量仪器，可以对形状复杂的工 件的空间尺寸（数据）进行测量。 坐标测量机一般采用触发式接触测量头，一次采样只能获 取一个点的三维坐标值。 二十世纪九十年代初，英国Renishaw公司研制出一种三 维力一位移传感的测量头，该测头可以在工件上滑动测量， 连续获取表面的坐标数据。 坐标测量机主要优点是测量精度高，适应性强，但测量效 率低，而且对一些软质表面无法进行测量。 只能反求外部形状
配置信息
配置名称 配置1 测量器具 光栅尺 电机 YXB Renishaw SANYO 配置列表 配置2 Renishaw RSF HEIDENHAIN 配置3
控制系统
机身结构 台面材料 测量软件
YXB
气浮结构 大理石平台 RationalDMIS
Renishaw
Pantec
二、非接触式测量设备
系统应用实例3(个体化颅骨修复)
第三章 反求工程设备与工具
一、接触式测量设备
YXB-龙门式三坐标测量机
详细规格:
测量行程: 外形尺寸: 工件限重: X×Y×Z(mm) L×W×H(mm) 800 kg 1200×1500×1000 2200×2500×4000
测量精度(有三种选择): (1) (2) (3) 2.5 + L/300 μ 2.5 + 2L/300 μ 2.5 + 4L/300 μ
五、反求工程的技术实现
1、数据采集
2、三维重构
3、再设计
4、制造
六、反求工程的应用领域
反求工程课程设计
反求工程课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解反求工程的基本概念、原理和方法。
2. 学生能够掌握运用反求工程对产品进行逆向设计的基本流程。
3. 学生了解反求工程在工业设计、制造业等领域中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用三维扫描、CAD软件等工具进行反求工程操作。
2. 学生能够独立完成对简单产品的逆向设计，并生成详细的工程图。
3. 学生具备分析和解决反求工程过程中遇到的问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对反求工程及相关技术的兴趣，激发创新意识。
2. 学生认识到反求工程在保护知识产权、推动产业升级等方面的重要性。
3. 学生通过反求工程实践，增强团队合作意识，培养严谨、细致的工作态度。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在让学生通过实际操作，掌握反求工程的基本技能。
学生特点：学生具备一定的机械制图、CAD软件操作基础，对新技术有较高的兴趣。
教学要求：教师需结合课本内容，通过讲解、示范、指导等方式，帮助学生掌握反求工程的知识和技能。
同时，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力，提高学生的综合素养。
在教学过程中，关注学生的个体差异，给予个性化指导，确保课程目标的实现。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 反求工程基本理论：- 反求工程的概念、原理及分类- 反求工程的应用领域及发展趋势- 反求工程与知识产权的关系教学内容对应教材第1章。
2. 反求工程操作技术：- 三维扫描技术：光学扫描、激光扫描等- CAD软件逆向建模：Geomagic、SolidWorks等软件的应用- 数据处理与优化：曲面重构、模型修复等教学内容对应教材第2章和第3章。
3. 反求工程实践应用：- 实际产品的逆向设计流程- 反求工程在产品改进、创新设计中的应用案例- 反求工程项目的实施与管理教学内容对应教材第4章和第5章。
教学进度安排：1. 第1周：反求工程基本理论2. 第2-3周：反求工程操作技术3. 第4-5周：反求工程实践应用在教学过程中，教师需根据学生的实际水平和进度，适当调整教学内容和进度，确保课程的系统性和科学性。
现代设计方法和理论-反求工程
2)相似定数法
将测量单位转换为相对测量单位的方法称为相似定数法。简 单数群仅由两个同类物理量组成，综合数群由多个不向物理量 组成。 相似定数的物理意义是，在彼此相似现象的系统中，其对应 点上的物理量与定点上的各同类物理量的比值都相等。由相似 系数所组成的方程式中的所有变量均用无量纲量来替代。 应用相似定数法来推导相似准则的步骤，一般如下: ①写出微分方程和单值条件; ②选择所有变量的测量单位; ③方程中各物理量都用其无量纲来代替; ④用方程中任一个幂次组合量除方程中的各项，求得相似准则。
1.相似准则的确定
相似准则是相似理论、模型试验研究以及相似性设计的核心。因此， 如何确定相似准则就成为解决问题的关键。确定相似准则多采用三 类方法:方程分析法和量纲分析法。
(1)方程分析法
任何正确的物理方程都是量纲和谐的，即方程中每一项 的量纲都相同。这是通过方程分析能够导出相似准则的 基础。通常采用的方程分析法有三种:相似变换法、积分 类比法和相似定数法。下面简要地介绍一下积分类比法 和相似定数法。
b
F km
2
r
(3)定律分析法
运用已知的物理定理来求解相似准则的方法，称为定律分
析法。这种方法要求研究人员必须对所研究的对象和所包括的物
理定理有明确的认知，各个定理的主次关系要明确，相互间的联 系也要明确，什么是可以忽略，什么是不可以忽略必须慎重考虑。
有些定理间的关系还得通过试验来研究，在确定关系上要花费大
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量，降低成本，生产出多品种、多规格、通用化较强的产品，提
高产品的市场竞争力。
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第六讲反求工程设计
•6.2 反求工程的研究对象及研究内容
• 2. 反求工程的研究内容
• 从设计角度而言，反求工程的研究内容主要包括以下几个部分： 1）分析所引进产品的设计指导思想； 2）功能和原理方案分析； 3）结构分析； 4）形体尺寸分析； 5）精度分析； 6）材料分析； 7）工作性能分析； 8）造型设计分析； 9）工艺分析； 10）使用和维修分析； 11）包装技术分析。
• 在进行精度的分配时，根据产品的精度指标及总的技术条件， 产品的工作原理图，并且综合考虑生产的技术水平、产品生产的 经济性和国家技术标准等，按以下步骤进行：
1）明确产品的精度指标； 2）综合考虑理论误差和原理误差，进行产品工作原理设计和安 排总体布局； 3）在完成草图设计后，找出全部的误差源，进行总的精度计算； 4）编写技术设计说明书，确定精度； 5）在产品的研制、生产的全过程中，根据实际的生产情况，对 所作的精度分配进行调整、修改。
• 3）材料国产化，局部改进原型结构以适应工艺水平。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
不能满足要求时，可以使用国产化材料，以适应目前的工艺水平。
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第六讲反求工程设计
•6.2 反求工程的研究对象及研究内容
• （4）反求对象精度的分析。
反求对象精度的分析包括了反求对象形体尺寸的确定、精度的 分配等内容。
第六讲反求工程设计
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2020/11/28
第六讲反求工程设计
•6.1 反求工程的概念
•
• 在机械领域中，反求工程(Reverse Engineering)是在没有设计图 纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件 的模型（称为零件原形），利用各种数字化技术及CAD技术重新构 造原形CAD模型的过程。
示器的布局问题，图形显示和汉字显示问题，数控系统操作面板
的造型问题、色彩问题，各个功能操作按键的造型、色彩、布局
问题等等。
（6）反求对象系列化、模块化分析。分析反求对象时，要做
到思路开阔，要考虑到所引进的产品是否已经系列化了，是否为
系列型谱中的一个，在系列型谱中是否具有代表性，产品的模块
化程度如何等具体问题，使在设计制造时少走弯路，提高产品质
• 反求工程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。
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第六讲反求工程设计
•6.2 反求工程的研究对象及研究6.2 反求工程的研究对象及研究内容
• （5）反求对象造型的分析。产品造型设计是产品设计与艺术设
计相结合的综合性技术。其主要目的是运用工业美学、产品造型
原理、人机工程学原理等对产品的外形构型、色彩设计等进行分
析，以提高产品的外观质量和舒适方便程度。
例如，在数控系统的设计中，就要充分考虑到数控系统的显
• l）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。
2）改进工艺方案，保证引进技术的原设计要求。在保证引进技 术的设计要求和功能的前提条件下，局部地改进某些实现较为困难的 工艺方案。对反求对象进行装配分析主要是考虑用什么装配工艺来保 证性能要求。
• 据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，应用反求工程 消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。其主要目的是为了改 善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。
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第六讲反求工程设计
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第六讲反求工程设计
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第六讲反求工程设计
•6.2 反求工程的研究对象及研究内容
生准确的测量结果 v 缺点：由于测头的限制，可能丢失某些测头不可到达的细节
数据 › 不能测量软材料 › 测量速度受到机构运动的限制
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第六讲反求工程设计
三坐标测量机（CMM）
一般工作台面是 花岗岩，测头为宝 石
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•意大利COORD3公司 半桥式CMM测量机
• 1. 反求对象分析
• （1）反求对象设计指导思想、功能原理方案分析。
• 要分析一个产品，首先要从产品的设计指导思想分析入手。 产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握 产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。
充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、 理解和掌握，才有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又 高于原产品的原理方案，这才是反求工程技术的精髓所在。
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第六讲反求工程设计
6.3 反求工程的步骤
v 数据获取 Data Capture v 数据预处理 Preprocessing v 数据分块与曲面拟合 Segmentation and Surface fitting v CAD模型生成 CAD model creation
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第六讲反求工程设计
测量机分类
v 接触式
› 三坐标测量机（CMM coordinate measure machine） › 机械手
v 非接触式
› 光学测量 › 声学测量 › 磁学测量
v 破坏式——自动断层扫描
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第六讲反求工程设计
接触式测量机
v 工作方式：点触发，连续或间断式数据采集 v 特点：不受物体表面颜色及光照的限制，对物体边界也能产
• （2）反求对象材料的分析。
• 对反求对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织 结构的分析和材料的性能检测几大部分。
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第六讲反求工程设计
•6.2 反求工程的研究对象及研究内容
• （3）反求对象工艺、装配分析。
• 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诀窍的情况下，对 反求对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法：