第九章逆向工程、仿生机械与反求设计要点分析.ppt

第九章 逆向工程、仿生机械与反求设计 2. 仿生设计学的特点 ★ 艺术性和科学性 ★ 商业性 ——为设计服务、为消费者服务。 ★ 无限可逆性 ——研究对象（原型）是无限的。 ★ 学科知识的综合性 ★ 学科的交叉性 ——是一种新型交叉学科。 3. 仿生设计学的研究方法——模型分析法 1）创造生物模型和技术模型 从功能出发，研究生物体结构形态，在感性认识的基础上，提出一个生物模型，用模型模拟生物结构原理——研究生物体本身的结构原理。 通过对模型的分析，做出定量的数学模型，用各种技术手段制造出可以在产品上进行实验的技术模型——研究和发展技术模型。 2）可行性分析与研究 ① 功能性分析；② 外部形态分析； ③ 色彩分析；④ 结构分析；⑤ 运动规律分析。 三、仿生机械 仿生机械是模仿生物的形态、结构和控制原理，设计、制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。 1. 仿生机械简史 15世纪意大利的达·芬奇认为人类可以模仿鸟类飞行，并绘制了扑翼机图。 只限于形体模仿 随着近代生物学的发展，人们发现生物在能量转换、控制调节、信息处理、辨别方位、导航和探测等方面有着以往技术所不可比拟的长处，因此在自然科学中又出现了控制论，它奠定了机器与生物可以类比的理论基础。 1960年，在美国召开了第一届仿生学讨论会，提出了“生物原型是新技术的关键”的论题，从而确定了仿生学学科；1970年日本手工研究会主办召开了第一届生物机构讨论会，从而确立了生物力学和生物机构学两个学科，在这个基础上形成了仿生机械学。 2. 仿生机械与机器人技术 仿生机器人是仿生机械学中的一个最为典型的应用实例。 从工程的角度看，它属于一种自动机械，具有对环境的通用性和实用性，可以实现独立的、随意的运行。从仿生学的角度看，认为它是具有近似人类相当部分功能的机械，能执行与人类似的动作。 日本和美国在仿生机器人的研究领域起步早、发展快，取得了较好地成果。 我国对仿生机器人的研究始于20世纪90年代，也取得了一定的成果。 §9.3 机械反求设计 反求设计的研究对象一般分为以下三类： 实物类——先进产品设备的实物本身； 软件类——先进产品设备的图样、程序和技术文件等； 影像类——先进产品设备的图片、照片和影像资料等； 一、实物反求设计 在已有产品实物的条件下，对产品的功能原理、设计参数、尺寸、材料、结构、装配工艺、包装使用等进行分析研究，研制开发出与原型产品相同或相似的新产品。这是一个从认识产品到再现产品或创造性开发产品的过程。 * 9.1 逆向工程简介 9.2 机械仿生原理与仿生机械实例 9.3 机械反求设计 §9.1 逆向工程简介 一、逆向工程的基本概念 正向工程是由未知到已知、由想象到现实的过程。 作为研究对象，产品实物是面向消费市场的设计成果，也是最容易获取的研究对象。同时，在产品开发和制造的过程中，最初的产品设计并不是由计算机辅助设计模型描述的，设计和制造者面对的是实物样件。 目前，这种从实物样件获取产品数字模型并制造得到新产品的相关技术，即逆向工程技术，已成为CAD/CAM系统中的一个研究及应用的热点。 逆向工程（reverse engineering)也称反求工程、 反向工程，是一种以先进技术或产品的实物、样件、 软件（图样、程序、技术文件等）或影像（照片、 广告）作为研究对象，应用现代设计方法学、系统工程学、材料学、计算机辅助技术的理论和方法进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发同类的或更先进的产品技术，是针对消化、吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的综合。 正设计是主动的创造，而逆向工程是先被动后主动的创造，并非是正向工程的简单逆过程。 正向工程的关键是要解答： 逆向工程的关键是要解答： 怎么做？ 为什么要这么做？ 二、逆向工程的研究内容 逆向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是分析整个产品设计的前提。 2. 探索原产品原理方案的设计 产品的功能目标是产品设计的核心问题，不同的功能目标，可引出不同的原理方案。 掌握原产品原理方案的设计，可了解功