顾名思义，它是在已有实物条件下，通过试验、测绘和详细分析，再创造出新产品的过程。实物反求包括功能、性能、方案、结构、材质、精度、使用规范等众多方面的反求。实物反求的对象可以是整机、部件组件和零件。通常实物反求的对象大多是比较先进的设备、产品，包括从国外引进的和国内的先进产品。实物反求应用于技术引进的硬件模式中，是以扩大生产能力为主要目的，在此基础之上，开发创新的新产品。
实物反求设计有如下特点：①具有形象直观的实物；②可对产品的性能、功能、材料等直接进行测试分析，获得详细的产品技术资料；③可对产品各组成部分的尺寸直接进行测试分析，获得产品的尺寸参数；④起点高，缩短了产品的开发周期；⑤实物样品与新产品之间有可比性，有利于提高新产品开发的质量。实物反求设计一般要经历如图7-3所示的过程。
图7-3 实物反求设计的一般过程
由上述分析可以看出，实物反求设计的创新性可以体现在产品设计中的许多方面，设计思想、方案选择、零部件结构设计、尺寸公差设计、材料选择、工艺设计等都有设计师发挥创造的空间。
（1）设计思想反求分析与创新 了解产品设计的指导思想是反求设计的重要前提。不同时期的产品在设计指导思想方面是不同的，并与社会的发展及科技发展水平密切相关。
比如，在早期人们往往是从完善功能、扩展功能、降低成本方面开发产品，但随着社会的发展、人民生活水平的提高，在保证功能的前提下，产品的精美造型、工作生活的舒适性等方面上升为主要矛盾：冰箱要求能美化人们家居生活或能满足人们的健康需求，计算机键盘、鼠标必须使操作人员手位舒适，汽车座椅设计能够缓解驾驶员的疲劳等。
又比如，为贯彻可持续发展战略，满足人们对产品的节能、保护环境等方面的要求，工程师们提出了绿色设计的指导思想，即从产品的设计、加工、装配、使用、报废整个生命周期充分考虑产品的环境属性（可回收性、可拆卸性、可维修性、重复利用性等），防止影响环境的噪声或废弃物产生，使零件或材料在产品达到寿命周期时以最高附加值回收并重复利用。从绿色设计的指导思想出发，许多产品在选择材料时注意选择无毒、无污染、废弃物排放量小的材料（避免含铅、镍、汞等），IBM计算机中所有塑料制品都采用同样的材料，减少材料种类，并压有识别标志，便于回收；用精模压铸保持表面精度；采用弹性连接结构替代金属铰链，因此，材料和零件成本大大降低。无氟冰箱、无烟抽油烟机也是应健康、环保要求而生。
在另外一些场合，降低噪声变得非常重要，成了产品设计中的主要矛盾。比如，家庭用空调，降低噪声始终都是人们的追求；又比如某公司开发的低噪声电动机，其中消噪器在机壳内测定并产生音频，与电动机产生的噪声相位差180°而将其部分抵消，可减小约50%的噪声，它用于炉灶排风扇上，提高效率37%，噪声下降15dB。
（2）原理方案反求分析与创新 产品是针对其功能要求进行设计的，而实现相同功能的原理方案是多种多样的。了解现有原理方案的工作原理和机构组成，探索其构思过程和特点，通过反求，设计变异出更多能实现同样功能新的原理解法，在此基础上进行优化，以获得性能更好的产品。
例如图7-4所示的无发动机惯性玩具汽车，除用飞轮（惯性轮）存储动力外，还利用惯性原理使汽车在遇到障碍物时反向行驶。通过原理方案分析可以知道该汽车中的飞轮及小齿轮所在轴沿轴向可以滑动，当汽车遇到障碍物后，由于惯性作用，滑移小齿轮前冲，从图7-4a所示位置达到图7-4b所示位置，小齿轮与冠轮另一侧相啮合，使车轮反向倒行。
又例如对图7-5所示的油田抽油机机构做反求设计。由图可知ABCD为一曲柄摇杆机构，当曲柄1逆时针转动时，游梁3顺时针绕D点摆动，驴头4带动抽油杆5上升，完成抽油动作。在抽油过程中，曲柄要克服抽油阻力和抽油杆的重量做功，连杆2承受拉力。当曲柄逆时针转过某角度后，游梁3逆时针绕D点摆动，抽油杆做回程运动，在该过程中，抽油杆5的重量带动驴头4下摆，此时驴头和抽油杆的重量为驱动力，二者受力不变，连杆2仍然承受拉力。既然连杆在一个运动循环中都受拉力，如果用柔性构件代替原来的刚性构件，取消游梁和驴头，则可以创新设计出如图7-6所示的采用线索滑轮式的无游梁抽油机机构。无游梁抽油机结构进一步简化，能耗降低，效率得到了提高。
图7-4 惯性玩具汽车
图7-5 油田抽油机机构
1—曲柄 2—连杆 3—游梁 4—驴头 5—抽油杆 6—平衡配重
图7-6 无游梁抽油机机构
1—曲柄 2—钢索 3—滑轮 4—平衡配重
（3）零部件的反求分析与创新 结构设计不仅仅是原理方案的具体化过程，还必须要考虑许多细节。除了要考虑提高产品性能（提高强度、刚度、精度、寿命，减少磨损，降低噪声等），还要考虑工艺、装配、美观、成本、安全、环保等诸多方面的要求和限制。不同的反求对象，零、部件尺寸分析方法有所不同。对于实物或图样，可以测量分析零部件形体尺寸；对于照片、图像，可通过透视法求得尺寸之间的比例，再按参照物确定各尺寸。对于具有复杂曲线曲面的零件，则要采用一些先进的测绘手段及测绘仪器（比如三坐标测量机）方可实现反求测绘。
精度是衡量反求对象性能的重要指标之一，也直接影响产品的成本。零件尺寸易于获得，但尺寸精度却难以确定，这也是反求设计中的难点之一。合理分析设计零件精度及其分配关系，对提高产品的装配精度、力学性能，降低产品成本至关重要。
比如尺寸和公差反求。在确定公称尺寸时，首先判断尺寸的配合是基孔制配合还是基轴制配合。对于基孔制配合，孔的上偏差为正值，下偏差为零（见图7-7a）；对于基轴制配合，轴的上偏差为零，下偏差为负值（见图7-7b），假设实测尺寸为公称尺寸与公差中值之和，则孔或轴的公称尺寸应满足下面不等式：
图7-7 配合基制
a）基孔制配合 b）基轴制配合
基孔制：
孔的公称尺寸＜孔的实测尺寸
轴的公称尺寸＜孔的实测尺寸
孔的实测值-公称尺寸＜1／2IT孔公差（IT11级）
基轴制：(www.xing528.com)
轴的公称尺寸＞轴的实测尺寸
孔的公称尺寸＞轴的实测尺寸
轴的实测值-公称尺寸＜1／2IT轴公差（IT11级）
公称尺寸可以根据实测尺寸，按照国际数字修约规则“四舍六入五单双”的原则圆整取得，即：逢四以下数据则舍，逢六以上数据则进，逢五保证偶数的原则实测数据定舍进。例如有一实测数据73.52mm，采用基孔制，则公称尺寸为73mm，而另一实测数据为73.55mm，则公称尺寸应为73.6mm；如果实测数据为73.45mm；则公称尺寸为73.4mm。
在确定公称尺寸之后，求得与实测尺寸的差值，并由该差值查阅公差表。根据公称尺寸，选择配合精度，按差值小于或等于所对应公差的一半的原则，最后确定公差的精度等级和对应的公差值。
在参照国家标准确定几何公差时，要注意以下原则：
1）确定同一要素上的几何公差时，形状公差值应小于位置公差值，比如要求两平面平行时，其平面度公差值要小于平行度公差值。
2）圆柱类零件的形状公差值在一般情况下应小于其尺寸公差值。
3）几何公差值与尺寸公差值相适应。
4）几何公差值与表面粗糙度相适应。
5）在选择几何公差值时，要考虑到加工方法。
零件表面粗糙度可以用粗糙度仪较准确地测量出来，再根据零件功能、测量值、加工方法，参照国家标准，选择合理的表面粗糙度。
（4）零件材料的反求分析与创新 机械零件材料及热处理方法的选择将直接影响零件的强度、刚度、寿命、可靠性等性能指标，因此在一些产品中材料及热处理方式的选择显得非常重要，并可能成为该产品的关键技术。
一般采用表面观测、化学分析、金相检验等方式确定材料的化学成分、组织结构和表面处理情况，并通过物理试验测定材料的各种物理性能和主要的力学性能，确定材料牌号及热处理方式。有时需通过材料分析进行材料代用，代用的原则是首先满足力学、物理性能，其次满足化学成分的要求，并参照其他同类产品，确定代用材料的牌号及技术条件。
材料反求分析包括材料成分反求分析、材料组织结构反求分析、材料硬度反求分析。
零件材料的化学成分可以通过以下方法确定：①火花鉴别法，根据材料与砂轮磨削后产生的火花判别材料的成分；②音质判别法，根据敲击材料声音的清脆不同，判别材料的成分；③原子发射光谱分析法，通过几至几十毫克的粉末对材料成分进行定量分析；④红外光谱分析法，多用于橡胶、塑料等非金属材料的成分分析；⑤化学成分分析法，用于定量分析金属材料成分；⑥微探针分析法，材料表面成分的分析方法，利用电子探针、离子探针等仪器对材料的表面进行定性分析或定量分析。
材料的组织结构分析包括材料的宏观组织结构分析和微观组织结构分析。
可用放大镜观察材料的晶粒大小、淬火硬层的分布、缩孔缺陷等宏观组织结构；利用显微镜观察材料的微观组织结构。
材料的硬度分析一般是通过硬度计测定材料的表面硬度，然后根据硬度或表面处理的厚度判别材料的表面处理方法。
例如，在1983年，中原油田从美国引进英格索兰公司的注水泵，用于高压注水。使用中发现，材料为42CrMo的泵头在水压大于36MPa工作时寿命急剧下降，发生开裂失效。经分析是由于油田污水腐蚀引起裂纹所致。于是从强度、耐腐蚀性和韧性三方面综合考虑，用耐腐蚀、高强度的低碳马氏体不锈钢作为泵体材料，解决了高压注水泵的关键问题。
（5）工艺反求分析与创新 许多先进设备的关键技术是先进的工艺，因此分析产品的加工过程和关键工艺十分必要。在工艺反求分析的基础上，结合企业的实际制造工艺水平，改进工艺方案，或选择合理工艺参数，确定新的产品制造工艺方法。
比如，戴纳卡斯特公司生产的电气元件接线盒中，大批电缆支架所用的锌镁合金螺母顶部有宽缝，只有局部螺纹。为抵抗螺钉使支架螺孔两侧分开的力，螺母外部为方形，放在模压的塑料外壳中。经过分析发现，之所以设计这种特别的结构是因为采用压铸工艺制造内螺纹孔（见图7-8）。压铸工艺1min可以生产100个零件，精度达30μm，模具寿命100万次，大大提高了效率，降低了成本。
（6）其他方面内容的反求与创新
1）外观造型反求分析与创新。在市场经济条件下，产品的外观造型在商品竞争中起着重要的作用。在对产品外观造型分析时，应从产品的美学原则、用户的需求心理及商品价值等角度来分析。比如，美学原理包括合理的尺度、比例，造型上的对称与均衡、稳定与轻巧、统一与变化、节奏与韵律等。此外，色彩也能美化产品并引起感情效果。对有关产品色调的选择与配色、色彩的对比与调和等方面做相应分析，有利于了解它的设计风格。
2）工作性能反求分析与创新。运用各种测试手段，仔细分析产品的运动特性、动力特性、工作特性等，掌握原产品的设计方法和设计规范，并提出改进措施。
图7-8 压铸内螺纹孔
比如，某机床厂与法国Vemier公司合作，开发生产DB420型工作台不升降铣键床。在测试了原铣键床的部件几何精度、机床静刚度、主传动效率、主轴部件热变形、温升，并进行切削振动、激振、噪声等试验之后，抓住了刚度和热变形的主要矛盾。主要矛盾的解决，使新产品工作性能得到了很大改善。
对产品的管理、使用、维护、包装技术等的分析也很重要。管理的好坏直接影响产品效能的发挥。
比如，分析了解重要零部件及易损零部件就有助于产品的维修、改进设计和创新设计。
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