逆向工程在煤機備件國產(chǎn)化中的應用

石紅衛(wèi)

（山西天地煤機裝備有限公司，山西太原 030006）

0 引言

我國既是人口大國，也是土地大國，土地面積遼闊，各種資源豐富。我國的煤礦開采事業(yè)從建國初期到現(xiàn)在已經(jīng)有了很大突破，起初的煤礦開采主要是人力開采，在開采過程中存在各種危險，一旦發(fā)生礦坑坍塌就會損失很多人力物力；現(xiàn)今國家科技發(fā)展迅速，各種器械被應用于煤礦的開發(fā)中，但是煤礦開發(fā)環(huán)境復雜，很多器械的使用壽命較短，想要提高煤礦開采器械的使用壽命就要提高其生產(chǎn)時的備件質(zhì)量。我國大多數(shù)煤機備件是從國外進口的，近幾年也開始了煤機備件的自主研發(fā)，在研發(fā)過程中應用逆向工程大大提高了煤機備件國產(chǎn)化的效率。

1 逆向工程的概念

我國傳統(tǒng)的機械設計與生產(chǎn)過程是將設計者的設計概念轉(zhuǎn)化為實體的過程。依據(jù)產(chǎn)生設計理念，通過各種計算將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品圖紙，接著生產(chǎn)產(chǎn)品的過程稱為正向過程。逆向工程與之相反，逆向工程是根據(jù)實物或樣品進行產(chǎn)品的反向設計與制造的過程，是對于樣品的設計理念以及設計數(shù)據(jù)的求算過程。逆向工程又稱為反向工程，以樣品為依據(jù)來求出產(chǎn)品參數(shù)的過程是其實質(zhì)，這種工程在20 世紀末就已經(jīng)掀起了一股熱潮。逆向工程的核心是數(shù)字化技術(shù)，以樣品為依據(jù)，通過數(shù)字化的測量儀器對樣品進行精細測量，構(gòu)造立體模型，將模型的各種數(shù)據(jù)進行處理后用機器直接加工成產(chǎn)品，制造出大量產(chǎn)業(yè)所需要的模型。逆向工程技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展為我國各種產(chǎn)業(yè)備件生產(chǎn)的核心。

2 逆向工程應用于煤機備件生產(chǎn)

（1）對煤機備件的樣品的數(shù)據(jù)采集。樣品數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步，數(shù)據(jù)采集是產(chǎn)品表面數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)，對數(shù)據(jù)采集時需要運用快速有效的數(shù)據(jù)采集方法。逆向工程中對數(shù)據(jù)的采集方法通常有：①通過照相的方法，根據(jù)光源的不同，利用計算機等科學儀器將其還原為立體數(shù)據(jù)模型；②通過專業(yè)的器材測量儀器直接獲取三維模型的數(shù)據(jù)；③近幾年才發(fā)展起來的激光掃描測量法和斷層掃描測量法。這幾種方法都可以快速收集到樣品各個方面的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)也都比較準確。

（2）煤機備件模型的構(gòu)造。樣品的數(shù)據(jù)采集完畢后，就要對這些數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)這些數(shù)據(jù)在計算機中形成立體模型，就完成了逆向工程的目的，得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型用于產(chǎn)品的再造和改善完善等方面的再設計。

（3）煤機備件的制造。利用測量到的數(shù)據(jù)和構(gòu)造好的模型，對煤機備件進行制造，可以實現(xiàn)煤機備件制造的方法有3 種：①通過計算機直接將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控加工設備上，通過數(shù)控加工設備直接加工出產(chǎn)品；②將數(shù)據(jù)輸入到計算機中，利用模具設計軟件，將所需要的模具模型進行立體化處理，對模具的模型設計好后再加工出成型的模具，再由模具生產(chǎn)出需要的各種產(chǎn)品；③產(chǎn)品設計，利用已經(jīng)測量好的煤機備件的各個方面數(shù)據(jù)，對該備件進一步地改進加工，重新設計該備件，加強其不足之處，依靠相應的設計軟件和設計人員，在此基礎上不僅可以對煤機備件進行改進，還可以對該產(chǎn)品進行一系列的開發(fā)。

3 煤機備件國產(chǎn)化過程中的難點

（1）對于煤機備件表面的數(shù)據(jù)測量技術(shù)不夠完備。關于物體的數(shù)據(jù)測量精度有時難以保證，測量的精度與測量設備的最小精度和測量人員的技術(shù)有關。我國逆向工程所用的測量儀器大都由國外進口，進口測量儀器的測量精度大多數(shù)在0.001 mm左右，有的測量儀器精度可以達到0.000 5 mm，國產(chǎn)的測量儀器都不能達到該精度。

（2）有些煤機備件的表面較復雜。由于探測儀器探測不到或光線照不到的地方，比如拐角處可能測不到，往往會造成數(shù)據(jù)測量不全面或者數(shù)據(jù)測量誤差較大的情況，給曲面的模具構(gòu)造造成困難。

（3）體積較大且表面形狀較為復雜的的煤機備件。進行測量時往往分成若干個部分進行測量，在測量過程中有很多數(shù)據(jù)不能夠準確重疊，在煤機備件的生產(chǎn)或模具的設計過程中會出現(xiàn)很大誤差。

（4）測量時測量人員的專業(yè)技術(shù)不達標。應用逆向工程的關鍵不在于設備的好壞，而在于測量人員的熟練度和應用軟件的能力，設備誤差和系統(tǒng)誤差是不能忽視的因素，而人才才是逆向工程應用時的最關鍵問題。在對樣品進行測量時會有人為因素的干擾，測量人員的專業(yè)技術(shù)能力不強也會對測量結(jié)果造成干擾，在煤機備件設計過程中會產(chǎn)生很大誤差，降低煤機備件的質(zhì)量。

4 逆向工程系統(tǒng)的基本構(gòu)成

逆向工程應用于煤機備件生產(chǎn)過程可以直接加工相關的仿制產(chǎn)品，也可以制作相關模具再進行產(chǎn)品的制作。建立一個完整的逆向工程制造體系通常需要以下的設備：①測量頭，測量頭是測量數(shù)據(jù)的關鍵部件，分為接觸式和非接觸式；②測量儀器，測量儀器通常有三坐標測量儀和激光掃描儀器等；③逆向工程軟件，該軟件應該有消除測量誤差，可以對收集到的數(shù)據(jù)行編輯，生產(chǎn)出質(zhì)量更好的備件的功能；④數(shù)控加工機器，對數(shù)據(jù)進行加工處理后直接傳輸給數(shù)控加工設備，進行產(chǎn)品的生產(chǎn)；⑤快速生產(chǎn)裝備，備件應用是比較緊急的，數(shù)量也會很大，因此逆向工程的產(chǎn)品生產(chǎn)設備要擁有高效快速生產(chǎn)備件的特點。

5 逆向工程在煤機備件國產(chǎn)化方面的應用

煤礦是我國最主要的熱能來源之一，被應用于各個領域，煤礦器械的零件能否高效、快速、準確地按原進口的備件進行仿制，能否降低備件的制造成本，能否提高制造出的備件的性價比，是當下做好煤機備件國產(chǎn)化工作的關鍵。在煤機備件國產(chǎn)化工作過程中應用逆向工程，是解決這些問題的最好方法。逆向工程的優(yōu)點有：①逆向工程技術(shù)可以提取進口煤機備件的所有數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字化系統(tǒng)，這些設備提取的數(shù)據(jù)準確性高、可靠性高，減少了人工測繪帶來的誤差，且收集的數(shù)據(jù)可以自動生成圖紙，不需要人工手繪圖紙；②數(shù)字化的數(shù)據(jù)可以直接轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品模型，模型輸入數(shù)控設備后可以直接加工相應的煤機備件，該數(shù)據(jù)也可以反復設計和反復加工煤機備件生產(chǎn)所需的模具，可以消除傳統(tǒng)加工方法步驟過多而造成的誤差，保證生產(chǎn)出的煤機備件各方面尺寸的準確性；③利用逆向工程可以將數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)記錄，可以對這些數(shù)據(jù)進行可行性分析，保證了逆向工程仿制備件的科學性。

6 結(jié)束語

社會飛速發(fā)展，科學技術(shù)發(fā)展迅速，人們只注重產(chǎn)品制造的速度，忽略了產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是大型工業(yè)器械的磨損消耗越來越嚴重，煤礦開采作為我國一大工業(yè)，機械零件的磨損十分嚴重，因此需要較多的煤機備件，應用逆向工程技術(shù)可以加快煤機備件的生產(chǎn)速度，還可以對部件的不足之處進行改進，具有較多優(yōu)點。逆向工程技術(shù)在機械零件仿制過程的難點在于備件的測量。在實際的逆向工程技術(shù)的應用中，應對具體問題進行具體分析，設計最優(yōu)的煤機備件方案。逆向工程技術(shù)雖然有高效、便捷、迅速生產(chǎn)備件的優(yōu)點，但仍然存在很多弊端。逆向工程的應用還涉及到備件材料的選擇、零件的進一步檢驗等問題，還要在今后的煤機備件的國產(chǎn)化過程中進一步研究。