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該怎麽制定逆向工程技術學習目標

逆向工程(又稱逆向技術),是壹種產品設計技術再現過程,即對壹項目標產品進行逆向分析及研究,從而演繹並得出該產品的處理流程、組織結構、功能特性及技術規格等設計要素,以制作出功能相近,但又不完全壹樣的產品。逆向工程源於商業及軍事領域中的硬件分析。其主要目的是在不能輕易獲得必要的生產信息的情況下,直接從成品分析,推導出產品的設計原理。

逆向工程可能會被誤認為是對知識產權的嚴重侵害,但是在實際應用上,反而可能會保護知識產權所有者。例如在集成電路領域,如果懷疑某公司侵犯知識產權,可以用逆向工程技術來尋找證據。

中文名逆向工程又 稱逆向技術作 用保護知識產權所有者動 力確認競爭產品是否侵權專利或版權

目錄

1 產生動機

2 作用

3 機械設備

4 逆向工程

5 方法實現

6 相關操作軟件

7 硬件

8 流行技術

研究發展

系統

關鍵技術

9 相關法律

10 拓展應用

產生動機編輯

需要逆向工程的原因如下:

●接口設計。由於互操作性,逆向工程被用來找出系統之間的協作協議。

●軍事或商業機密。竊取敵人或競爭對手的最新研究或產品原型。

●改善文檔。當原有的文檔有不充分處,又當系統被更新而原設計人員不在時,逆向工程被用來獲取所需數據,以補充說明或了解系統的最新狀態。

●軟件升級或更新。出於功能、合規、安全等需求更改,逆向工程被用來了解現有或遺留軟件系統,以評估更新或移植系統所需的工作。

●制造沒有許可/未授權的副本。

●學術/學習目的。

●去除復制保護和偽裝的登錄權限。

●文件丟失:采取逆向工程的情況往往是在某壹個特殊設備的文件已經丟失了(或者根本就沒有),同時又找不到工程的負責人。完整的系統時常需要基於陳舊的系統上進行再設計,這就意味著想要集成原有的功能進行項目的唯壹方法,便是采用逆向工程的方法,分析已有的碎片進行再設計。

●產品分析:用於調查產品的運作方式,部件構成,估計預算,識別潛在的侵權行為。

●制作遊戲外掛:通過逆向工程了解遊戲運行機制,進而繞過保護機制並通過修改內存數值、修改內存中的代碼、調用內部函數等方式來實現外掛功能。

作用編輯

逆向工程被廣泛地應用到新產品開發和產品改型設計、產品仿制、質量分析檢測等領域,它的作用是:

1、縮短產品的設計、開發周期,加快產品的更新換代速度;

2、降低企業開發新產品的成本與風險;

3、加快產品的造型和系列化的設計;

4、適合單件、小批量的零件制造,特別是模具的制造,可分為直接制模與間接制模法。直接制模法:基於RP技術的快速直接制模法是將模具CAD的結果由RP系統直接制造成型。該法既不需用RP系統制作樣件,也不依賴傳統的模具制造工藝,對金屬模具制造而言尤為快捷,是壹種極具開發前景的制模方法;間接制模法:間接制模法是利用RP技術制造產品零件原型,以原型作為母模、模芯或制模工具(研磨模),再與傳統的制模工藝相結合,制造出所需模具。

機械設備編輯

隨著計算機輔助設計的流行,逆向工程變成了壹種能根據現有的物理部件通過CAD、CAM、CAE或其他軟件構築3D虛擬模型的方法。逆向工程的過程采用了通過丈量實際物體的尺寸並將其制作成3D模型的方法,真實的對象可以通過如CMMs,激光掃描儀,結構光源轉換儀或者X射線斷層成像這些3D掃描技術進行尺寸測量。這些測量數據通常被認作是點集,缺乏拓撲信息並且同時通常會被制作成更有用格式,例如多邊形網格,NURBS曲線或者CAD模型。由於頂點雲本身並不像3D軟件裏的模型那樣直觀,所以如同3-matic、Imageware、PolyWorks、Rapidform或者Geomagic,這些軟件都提供了將頂點雲變成能可視圖像或者被其他應用軟件,如3D CAD、CAM、CAE識別的格式的功能。

逆向工程同時會被需要將真實的幾何體應用在虛擬的數字開發環境中的商業活動中應用,比如將自己產品或者競爭者的三維數據數字化。通過這種手段可以分析出產品的運作方式,部件構成,估計預算和識別潛在的侵權行為等。

價值工程也是商業中應用的類似手段。不過價值工程的目的是通過反構造和分析產品來找到節省開銷的辦法。

逆向工程編輯

逆向工程(又名反向工程,Reverse Engineering-RE)是對產品設計過程的壹種描述。在2007年初,我國相關的法律為逆向工程正名,承認了逆向技術用於學習研究的合法性。

在工程技術人員的壹般概念中,產品設計過程是壹個從設計到產品的過程,即設計人員首先在大腦中構思產品的外形、性能和大致的技術參數等,然後在詳細設計階段完成各類數據模型,最終將這個模型轉入到研發流程中,完成產品的整個設計研發周期。這樣的產品設計過程我們稱為“正向設計”過程。逆向工程產品設計可以認為是壹個從產品到設計的過程。簡單地說,逆向工程產品設計就是根據已經存在的產品,反向推出產品設計數據(包括各類設計圖或數據模型)的過程。從這個意義上說,逆向工程在工業設計中的應用已經很久了。比如早期的船舶工業中常用的船體放樣設計就是逆向工程的很好實例。

隨著計算機技術在各個領域的廣泛應用,特別是軟件開發技術的迅猛發展,基於某個軟件,以反匯編閱讀源碼的方式去推斷其數據結構、體系結構和程序設計信息成為軟件逆向工程技術關註的主要對象。軟件逆向技術的目的是用來研究和學習先進的技術,特別是當手裏沒有合適的文檔資料,而妳又很需要實現某個軟件的功能的時候。也正因為這樣,很多軟件為了壟斷技術,在軟件安裝之前,要求用戶同意不去逆向研究。

逆向工程的實施過程是多領域、多學科的協同過程。

方法實現編輯

軟件逆向工程有多種實現方法,主要有三:

1.分析通過信息交換所得的觀察。

最常用於協議逆向工程,涉及使用總線分析器和數據包嗅探器。在接入計算機總線或網絡的連接,並成功截取通信數據後,可以對總線或網絡行為進行分析,以制造出擁有相同行為的通信實現。此法特別適用於設備驅動程序的逆向工程。有時,由硬件制造商特意所做的工具,如JTAG端口或各種調試工具,也有助於嵌入式系統的逆向工程。對於微軟的Windows系統,受歡迎的底層調試器有SoftICE。

2.反匯編,即使用反匯編器,把程序的原始機器碼,翻譯成較便於閱讀理解的匯編代碼。這適用於任何的計算機程序,對不熟悉機器碼的人特別有用。流行的相關工具有OllyDebug和IDA。

3.反編譯,即使用反編譯器,嘗試從程序的機器碼或字節碼,重現高級語言形式的源代碼。

相關操作軟件編輯

Imageware

Imageware 由美國 EDS 公司出品,是最著名的逆向工程軟件,正被廣泛應用於汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設計與制造領域。該軟件擁有廣大的用戶群,國外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名國際大公司,國內則有上海大眾、上海交大、上海 DELPHI、成都飛機制造公司等大企業。

以前該軟件主要被應用於航空航天和汽車工業,因為這兩個領域對空氣動力學性能要求很高,在產品開發的開始階段就要認真考慮空氣動力性。常規的設計流程首先根據工業造型需要設計出結構,制作出油泥模型之後將其送到風洞實驗室去測量空氣動力學性能,然後再根據實驗結果對模型進行反復修改直到獲得滿意結果為止,如此所得到的最終油泥模型才是符合需要的模型。如何將油泥模型的外形精確地輸入計算機成為電子模型,這就需要采用逆向工程軟件。首先利用三坐標測量儀器測出模型表面點陣數據,然後利用逆向工程軟件(例如:Imageware surfacer)進行處理即可獲得 class 1 曲面。

隨著科學技術的進步和消費水平的不斷提高,其它許多行業也開始紛紛采用逆向工程軟件進行產品設計。以微軟公司生產的鼠標器為例,就其功能而言,只需要有三個按鍵就可以滿足使用需要,但是,怎樣才能讓鼠標器的手感最好,而且經過長時間使用也不易產生疲勞感卻是生產廠商需要認真考慮的問題。因此微軟公司首先根據人體工程學制作了幾個模型並交給使用者評估,然後根據評估意見對模型直接進行修改,直至修改到大家都滿意為止,最後再將模型數據利用逆向工程軟件 Imageware 生成 CAD 數據。當產品推向市場後,由於外觀新穎、曲線流暢,再加上手感也很好,符合人體工程學原理,因而迅速獲得用戶的廣泛認可,產品的市場占有率大幅度上升。

Imageware 逆向工程軟件的主要產品有:

Surfacer——逆向工程工具和 class 1 曲面生成工具

Verdict——對測量數據和CAD數據進行對比評估

Build it——提供實時測量能力,驗證產品的制造性

RPM——生成快速成型數據

View——功能與 Verdict 相似,主要用於提供三維報告

Imageware 采用 NURBS技術,軟件功能強大,易於應用。Imageware 對硬件要求不高,可運行於各種平臺:UNIX 工作站、PC 機均可,操作系統可以是 UNIX、NT、Windows95 及其它平臺。

Imageware 由於在逆向工程方面具有技術先進性,產品壹經推出就占領了很大市場分額,軟件收益正以 47% 的年速率快速增長。

Surfacer 是 Imageware 的主要產品,主要用來做逆向工程,它處理數據的流程遵循點——曲線——曲面原則,流程簡單清晰,軟件易於使用。其流程如下:

壹、點過程

讀入點陣數據。

Surfacer 可以接收幾乎所有的三坐標測量數據,此外還可以接收其它格式,例如:STL、VDA 等。

將分離的點陣對齊在壹起(如果需要)。

有時候由於零件形狀復雜,壹次掃描無法獲得全部的數據,或是零件較大無法壹次掃描完成,這就需要移動或旋轉零件,這樣會得到很多單獨的點陣。Surfacer可以利用諸如圓柱面、球面、平面等特殊的點信息將點陣準確對齊。

對點陣進行判斷,去除噪音點(即測量誤差點)。

由於受到測量工具及測量方式的限制,有時會出現壹些噪音點,Surfacer 有很多工具來對點陣進行判斷並去掉噪音點,以保證結果的準確性。

通過可視化點陣觀察和判斷,規劃如何創建曲面。

壹個零件,是由很多單獨的曲面構成,對於每壹個曲面,可根據特性判斷用用什麽方式來構成。例如,如果曲面可以直接由點的網格生成,就可以考慮直接采用這壹片點陣;如果曲面需要采用多段曲線蒙皮,就可以考慮截取點的分段。提前作出規劃可以避免以後走彎路。

根據需要創建點的網格或點的分段。

Surfacer 能提供很多種生成點的網格和點的分段工具,這些工具使用起來靈活方便,還可以壹次生成多個點的分段。

二、曲線創建過程

判斷和決定生成哪種類型的曲線。

曲線可以是精確通過點陣的、也可以是很光順的(捕捉點陣代表的曲線主要形狀),或介於兩者之間。

創建曲線。

根據需要創建曲線,可以改變控制點的數目來調整曲線。控制點增多則形狀吻合度好,控制點減少則曲線較為光順。

診斷和修改曲線。

可以通過曲線的曲率來判斷曲線的光順性,可以檢查曲線與點陣的吻合性,還可以改變曲線與其它曲線的連續性(連接、相切、曲率連續)。Surfacer 提供很多工具來調整和修改曲線。

三、曲面創建過程

決定生成那種曲面。

同曲線壹樣,可以考慮生成更準確的曲面、更光順的曲面(例如 class 1 曲面),或兩者兼顧,可根據產品設計需要來決定。

創建曲面。

創建曲面的方法很多,可以用點陣直接生成曲面(Fit free form),可以用曲線通過蒙皮、掃掠、四個邊界線等方法生成曲面,也可以結合點陣和曲線的信息來創建曲面。還可以通過其它例如圓角、過橋面等生成曲面。

診斷和修改曲面。

比較曲面與點陣的吻合程度,檢查曲面的光順性及與其它曲面的連續性,同時可以進行修改,例如可以讓曲面與點陣對齊,可以調整曲面的控制點讓曲面更光順,或對曲面進行重構等處理。

英國 Triumph Motorcycles 有限公司的設計工程師 Chris Chatburn 說:“利用 Surfacer 我們可以在更短的時間內完成更多的設計循環次數,這樣可以讓我們減少 50% 的設計時間。”

最新發布的 Surfacer 10.6 軟件將以下工作流程的高性能工具完整的集成到壹起:

彈性的曲面創建工具:可以在壹個彈性的設計環境裏非常方便的直接從曲線、曲面、或測量數據創建曲面,支持貝茨爾(Bezier)和非均勻有理 B 樣條(NURBS)曲面兩種方法。用戶可以選擇適合的曲面方法,通過結合兩種方法的優點來獲益。

動態的曲面修改工具:允許用戶在交互的方式下試探設計主題,立刻就可以看到是否美觀和思路是否符合工程觀念。設計、工程分析、制造的標準都通過精心的構造過程考慮進去,所以當每次修改曲面時不需要再重新校核標準。

實時的曲面診斷工具:可以提供諸如任意截面的連續性、曲面反射線情況、高亮度線、光譜圖、曲率雲圖和園柱型光源照射下的反光圖等多種方法,在設計的任何時候都可以查出曲面缺陷。

有效的曲面連續性管理工具:在復雜的曲面縫補等情況下,即使曲面進行了移動修改等操作,也能保證曲面同與之相連的曲面間的曲率連續,避免了乏味的手工再調整過程。

強大的處理掃描數據能力:根據 Rainbow 圖法(相當於假設雨水從上面落下,由於形狀差異導致雨水流速差異)、曲率大小變化雲圖法(對於壹個完全光順的 class 1 曲面,相當於曲率大小變化為零,對於兩個不同曲面,此值會不同)將掃描數據分開,這樣可以很快地捕捉產品的主要特征,並迅速建立各個相應曲面,避免了費事的分析和處理。

正是由於 Imageware 在計算機輔助曲面檢查、曲面造型及快速樣件等方面具有其它軟件無可匹敵的強大功能,使它當之無愧的成為逆向工程領域的領導者。

Geomagic Studio

由美國 Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三維檢測軟件 Geomagic Studio 可輕易地從掃描所得的點雲數據創建出完美的多邊形模型和網格,並可自動轉換為 NURBS 曲面。該軟件也是除了 Imageware 以外應用最為廣泛的逆向工程軟件。

Geomagic Studio 主要包括 Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五個模塊。主要功能包括:

自動將點雲數據轉換為多邊形(Polygons)

快速減少多邊形數目(Decimate)

把多邊形轉換為 NURBS 曲面

曲面分析(公差分析等)

輸出與 CAD/CAM/CAE 匹配的文件格式(IGS、STL、DXF等)

1.從CAD數模得到的產品模型

2.將CAD模型讀入 Geomagic Studio

3.CAD 設計模型與從實際模型掃描所得的點雲數據(不同坐標系)

4.掃描數據與CAD模型的自動對合

5.掃描數據與CAD模型的自動對齊

6.誤差以彩色圖形直觀顯示

7.用戶可標出任意點誤差

8. Qualify 的結果可以輸出為 HTML 格式

CopyCAD

CopyCAD 是由英國 DELCAM 公司出品的功能強大的逆向工程系統軟件,它能允許從已存在的零件或實體模型中產生三維CAD模型。該軟件為來自數字化數據的 CAD 曲面的產生提供了復雜的工具。CopyCAD 能夠接受來自坐標測量機床的數據,同時跟蹤機床和激光掃描器。

CopyCAD 簡單的用戶界面允許用戶在盡可能短的時間內進行生產,並且能夠快速掌握其功能,即使對於初次使用者也能做到這點。使用 CopyCAD 的用戶將能夠快速編輯數字化數據,產生具有高質量的復雜曲面。該軟件系統可以完全控制曲面邊界的選取,然後根據設定的公差能夠自動產生光滑的多塊曲面,同時,CopyCAD 還能夠確保在連接曲面之間的正切的連續性。

該軟件的主要功能如下:

數字化點數據輸入

DUCT 圖形和三角模型文件

CNC 坐標測量機床

分隔的 ASCII 碼和 NC 文件

激光掃描器、三維掃描器和 SCANTRON

PC ArtCAM

Renishaw MOD 文件

點操作

能夠進行相加、相減、刪除、移動以及點的隱藏和標記等點編輯

能夠為測量探針大小對模型的三維偏置進行補償

能夠進行模型的轉換、縮放、旋轉和鏡像等模型轉換

能夠對平面、多邊形或其它模型進行模型裁剪

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