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工程 研究 方法
5 反求工程研究方法反求工程研究方法 李峰 尹同耀 MATIZ 对产品进行结构分析及分解从而反求其制造过程、技术诀窍、设计方法、设计原理和设计思想。反求工程(Reverse Engineering)是指以产品实物为起点,进行的反推性研究。内 容 5.1 反求工程研究方法 5.2 反求设计方法 5.3 功能的分析 5.4 功能的设计方法 5.5 反求对象材料的分析 5.1 反求工程研究方法 随着科学技术的高度发展,科技成果的应用已成为推动生产力发展和社会进步的重要手段。引进技术的应用和开发一般分为三阶段:(1)应用阶段 “知其然”(2)消化阶段 know how (3)创新阶段 反求工程是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合,反求工程是以先进产品设备的实物、软件(图纸、程序、技术文件等)或影像(图片、照片等)作为研究对象,应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入地分析和研究,探索掌握其关键技术,进而开发出同类的先进产品。反求工程含义广泛,包括设计反求、工艺反求、管理反求等各方面。日本国家经济高速度发展是与善于引进先进技术和进行反求工程研究分不开的。“吸收性战略”作为坚定不移的国策 注意反求工程的研究 移植、组合、改造等方法开发出许多创新产品 有必要在技术引进中加强和推进反求工程的研究和应用。在“知其所以然”的基础上进行“求中仿”、“求中变”、“求中创”,这样才能利用引进技术以取得最佳技术效益和经济效益,开发出具有竞争能力的产品。5.2 反求设计方法反求设计方法 引进技术中包括产品的研究与发展、生产制造工程、管理和市场等方面的问题,它们组成完整的系统。反求工程包含对整个系统的分析和研究。反求设计法(二次设计法)-从已有产品或技术进行分析研究,掌握其功能原理、参数、尺寸、材料和结构,特别是关键技术,在此基础上进行仿制或再设计,开发出先进产品。一、反求设计的研究内容 设计反求的目的是根据设计的思维规律,研究反求对象的设计思想系统的组成、特点和内在联系。1.探索产品设计的指导思想 2原理方案的分析 3结构分析 4形体尺寸 5.精度分配 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.使用维护分析 11包装技术 二、反求设计的研究特点 1.反求工程的理论与方法基础 2.了解有关产品及技术的发展动向 3.深入分析研究,掌握关键技术 know how 三、反求设计过程 1.反求分析 相对于一般设计,反求设计首先应突出“求”的环节 针对反求对象的不同形式实物、软件或影像,可采用不同的手段和方法 2.反求设计 在反求分析的基础上可进行测绘仿制、变参数设计、适应型设计或开发型设计 明确设计要求 反求分析(实物、软件或影响)(测绘仿制)(开发设计)变型设计 变参数 设计 适应性 设计 原理方案设计 技术设计 施工设计 试验试制 投产 反求过程阶段 5.3 功能的分析功能的分析 功能是技术系统或产品能完成的任务的抽象描述,它是产品所具有的特定用途与各种特性。一、功能分类 从系统工程的观点出发,可将功能系统分为总功能和分功能。功能元是能直接求解的最小功能元素 从功能树上可看到前级功能是后级功能的目的功能,而后级功能是完成前级功能的手段功能,末级分功能即为功能元,可以直接求解。功能树 根据功能的性质及其重要性,可按以下方法分类:1.按功能的重要程度分类 2按功能的用途分类 3按功能的性质分类 4.按用户的要求分类 铣 床 二、功能分析 在反求设计中功能分析过程一般是由功能载体分功能总功能 功能载体功能 功能功能载体 新型割草机 5.4 功能的设计方法功能的设计方法 功能设计法的步骤示意图 抽象 分解 一、功能的分解 1.总功能分析 待求系统(黑箱)水泥 砂石 水 甲 地 混凝土 乙 地 总功能:物料结合、移位 由功能载体反求系统总功能示意图 2分解总功能 二、功能元求解 1.消化、吸收、借鉴求解法 2.利用设计目录求解 3.创新构思求解 飞机发动机的“沙丘驻波燃烧器”发电机 风车 阳光 阳光 太阳能温室+风筒+风车气流发电 三、求系统原理解 一般采用形态学矩阵法进行功能元解的组合。将系统的功能元列为纵坐标,各功能元的相应解法列为横坐标,构成形状学矩阵。minnnnN21组合出的方案总数 功能元的个数 第i种功能元解的个数 四、求系统最佳原理方案解 在众多方案中选取最佳方案,一般先进行粗筛选,把与设计要求不符或各功能元解不相容的方案去除。在粗筛选的基础上取几个较满意的方案进行科学的定量评价,以便进一步比较选优。最常用的有加权评分法(有效值法)例 对编辑文字处理机扫描系统的A、B、C三方案进行评价。解(1)确定评价目标:,7654321uuuuuuuu 分辨率 分辨速度 成像质量 传动误差 传动效率 加工制造 价格 (2)确定加权系数:根据设计要求希望在保证一定使用性能下价格较低。加权系数矩阵 ,7654321gggggggG 0.1;0.05;0.2;0.1;0.05;0.1;0.4 (3)按10分制进行评分,评分结果列于下表:评价目标 方案 u1 u2 u3 u4 u5 u6 u7 A 10 10 10 10 10 7 3 B 7 8 9 9 9 6 5 C 8 6 9 6 4 10 10 三方案的评分矩阵表达式:P=PA PB PC=10 10 10 10 10 7 3 7 8 9 9 9 6 5 8 6 9 6 4 10 10(4)求各方案的有效值:TAAGPNTBBGPN0.110+0.0510+0.210+0.110+0.0510+0.17+0.43=6.9 TCCGPN0.17+0.058+0.29+0.19+0.059+0.16+0.45=6.85 0.18+0.056+0.29+0.16+0.054+0.110+0.45=8.7 功能设计法从系统出发,紧紧抓住功能的本质问题,据化繁为简(将总功能分解为功能元),解法由少变多(广泛搜索求功能元解,再组合求系统原理解),最佳解多中择优等特点,是一种较好的原理方案设计方法。5.5 反求对象材料的分析反求对象材料的分析 材料的性能不仅与材料的成分有关,而且与产品的工艺过程有关。一、材料选择的原则 1.材料的性能应满足产品设计要求 根据产品总的作用和工作条件,选择使用性能、力学性能、物理性能、化学性能与之相适应的材料,以满足用户提出的寿命、尺寸及重量限制的要求。传递力和运动的零件,一般采用结构钢;而工具一般采用工具钢制成。2.材料的工艺性应满足结构设计的技术要求 所选材料的工艺性能(成型工艺、热处理工艺、切削加工性能)应与产品的结构设计相适应,以保证产品毛坯和成品的质量。金属制品的工艺路线 3.要求材料的成本和产品制造成本最低 二、材料的分析技术 用于机器、装备、工具、构件或其它产品中的材料种类繁多,通常将材料分为三类:金属材料、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确定外,还与处理工艺有关。每种材料的性能与其内部组织结构、成分、处理工艺之间都有确定的联系,在材料分析工作中主要对材料的成分、组织、结构和性能进行分析。对其加工处理工艺需根据上述分析进行推断。(一)、材料成分的分析 1钢种的火花鉴别法 铸铁的火花有明显的差别,火花鉴别一般从三方面综合考虑,即:(l)火束中流线的长、短、粗、细变化:(2)爆花多少,花粉数量的变化;(3)流线与火花图的颜色与程度区别。钢铁的几种典型火花 中碳钢(0.45%C)的火花 铬钢的火花 高碳钢(1.2%C)的火花 铸铁的火花 2.钢种听音鉴别法 利用不同含碳量的钢和铸铁的滞震性能不同,敲击时其声音清脆不同。铸铁的声音发“哑”,而钢的声音清脆且余音长。3原子发射光谱分析法 4红外光谱分析法 5化学分析法 6微探针分析技术 显微成分分析技术 (二)材料组织结构分析 组织分析由宏观组织分析和微观组织分析组成。结构分析主要是分析研究材料中相的晶体结构、晶体缺陷及相之间的位相关系。1分析试样的选取 (1)不允许试样产生塑性变形而使晶粒变形和扭曲;(2)不允许试样因受热而引起显微组织的变化。2.粗视分析法 曲轴的硫线示意图 a)锻造曲轴 b)棒料加工的曲轴 3显微分析法 4结构分析法 (三)性能检测 三、材料表面的改性处理技术 四、反求对象材料分析程序及案例 反求对象材料分析,它不仅涉及到材料科学和分析技术,而且与产品的工艺过程有密切关系。1、明确分析的目的要求 2、材料的具体分析流程 3、反求对象材料和工艺的确定 4、试制-国产化研究及案例分析 例1.某汽车转向节工艺分析 1、制动鼓 2、轮毂 3、4、轮毂轴承 5、转向节 6、油封 7、衬套 8、主销 9、滚子止椎轴承 10、前轴 查阅有关该类零件的资料可知,该类零件通常采用的材料为40Cr、40CrMo、40CrMnMo等中碳合金钢,其一般加工过程为:模锻-正火-粗加工-调质(淬火高温回火)处理-精加工-成品 为了提高该零件的疲劳抗力,在加工后又进行了表面处理,其加工过程为:模锻-正火-粗加工-调质-精加工-轴颈根部表面淬火-成品 表面“发蓝色”是表面淬火时加热形成的氧化膜,这种颜色是感应加热淬火表面的特征。例2 某汽车发动机活塞销加工工艺分析。活塞销结构示意图 a)进口汽车活塞销 b)某厂生产的活塞销(a)(b)这类零件通常采用的材料为15Cr、20Cr等低碳合金钢经渗碳、淬火处理,以提高耐磨性。某厂生产活塞销的工艺过程为:棒料-粗加工-渗碳-加工内孔-淬火+低温回火-精加工-成品。加工过程中,只对活塞销的外表面进行渗碳处理。对进口汽车发动机活塞进行了金相分析,该活塞销不仅外表面进行了渗碳,而且孔的内表面也进行了渗碳。其表面硬度为HRC60,外表面渗碳层厚度为0.8mm,内表面渗碳层深度为0.3mm。该活塞销加工工艺过程为:冷挤压成形-渗碳-淬火+低温回火-精加工-成品。演讲完毕,谢谢观看!

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