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逆向工程研究成果

發布時間:2022-07-01 01:33:08

A. 根據中國法律,關於反向工程的合法性,需要滿足哪些條件

而反向工程,顧名思義與正向工程相對,其為編譯的逆過程,因此在計算機軟體領域又被稱為反編譯。其具體是指,由目標程序入手,採用逆向分析的思維,目的是還原出軟體的源代碼繼而導出他人軟體開發的基本構成要素。對於反向工程相關問題的認識目前在國內更多的僅停留在感性層面,這從迄今為止,尚沒有研究成果對反向工程進行深入系統論證就可以得以輔政。我國的《著作權法》、《軟體保護條例》、《合同法》等都對反向工程做出了相關規定,但仍是不完善的。例如,我國《著作權法》中關於「復制」行為的范圍規定的非常狹窄,時至今日有關「復制」含義的外延不斷擴大。

B. 連載篇:微型晶元的逆向工程是怎麼操作和實現

有製造就對應著拆解,這是刻苦好學的人們為了獲取知識所進行的最暴力也是最直接的方法。

在中國,像國防科大就是玩這個的行家裡手,還有5X所、7xx所、國x等等企業,成果就是各種「自主知識產權」 「替代進口」 「國產」晶元「中國芯」。那麼,這些微型晶元的逆向工程(reverse engineering)是怎麼操作和實現的?

現在,我就來為大家講解,今天先跟大家講個大概,接著我們會連續就這個晶元的反向技術分篇細說,歡迎關注我們研究室頭條號,謝謝!

拆解

首先把要拆解的晶元放置在裝了濃硫酸的容器里,容器需要蓋住,但不能嚴實,這樣裡面的氣體才能漫溢出來。把容器里的濃硫酸加熱到沸騰(大約 300 攝氏度),在瓶底的周圍鋪上蘇打粉——用來預防意外飛濺出來的硫酸液和冒出來的硫酸氣體:

集成電路由多層組成,每層用光刻工藝由光掩膜加以確定。製造集成電路時用的掩膜上的幾何圖形就是版圖,版圖是集成電路對應的物理層。

現在提圖工作已經可以由電腦全部完成了。主流的電路原理圖分析系統已經具有多層顯微圖像瀏覽、電路單元符號設計、電路原理圖自動和互動式分析提取以及電路原理圖編輯等強大功能,版圖分析系統則可完成多層版圖輪廓自動提取、全功能版圖編輯、嵌入軟體代碼自動識別、提取、校驗以及設計規則的統計和提取。

提取、整理電路

數字電路需要歸並同類圖形,例如與非門、或非門、觸發器等,同樣的圖形不要分析多次。提出的電路用電路繪制軟體繪出(ViewWork、Laker、Cadence等),按照易於理解的電路布置,使其他人員也能看出你提取電路的功能,提取電路的速度完全由提圖人員經驗水平確定。注意,軟體是按照版圖的位置把各組件連接起來,如果不整理電路是看不出各模塊的連接及功能的,所以完全靠軟體是不能完成電路功能塊劃分和分析。

分析電路

提取出的電路整理成電路圖,並輸入幾何參數(MOS為寬長比)。通過你的分析,電路功能明確,電路連接無誤。

模擬驗證,電路調整

對電路進行功能模擬驗證。模擬電路一般採用Hspice、Cadence等工具,小規模數字電路採用Cadence,Hsim等工具。根據新的工藝調整電路,-調整後進行驗證。

版圖繪制驗證及後模擬

對輸入的電路原理圖進行瀏覽、查詢、編輯、調試與模擬。分析電路原理,調節電路參數,並在一定的激勵輸入下觀測輸出波形,以驗證設計的邏輯正確性。要對提取的網表作模擬驗證,並與前仿結果對比,-版圖導出GDS文件,Tape out(將設計數據轉交給製造方)。

C. 蘇聯兩項黑科技,一項至今沒參透,不得不求助俄羅斯

資料圖:RD-180火箭發動機內部

在美國全面對俄羅斯實行制裁的今天,美國宇航局也不敢宣布立即停止采購RD-180,DARPA在研製一款新的火箭發動機替代RD-180,這項研究還是在做NK-33的「逆向工程」。

相對於竊取NK-33遭遇的尷尬,雅克141卻帶給了美國人巨大的利益。波音、洛克希德·馬丁在美軍下一代隱身戰斗機的競爭中,洛克希德·馬丁做出了一項至今看起來非常正確的事情,就是獲得雅克-141的技術。在研製F-22同F-35戰斗機中,雅克-141的技術起到了關鍵作用,而波音錯失了訂單,只能在F/A-18大黃蜂戰斗機上止步不前。F-22讓美軍獲得了領先一代的空戰力量,F-35則讓洛克希德·馬丁賺了數千億美金。

這是美國搶劫來自蘇聯的黑科技的結果,一項至今無法超越,一項賺的金玉滿缽。

D. 逆向工程在產品設計中得到了廣泛的應用,請論述其應用范疇、特點、關鍵問題,並以一實例說明之。

逆向工程(ReverseEngineering,RE)是對產品設計過程的一種描述。是相對於現在的正向工程而言,正向工程就是我們先設計有圖紙,然後按圖紙加工出產品實物,而逆向工程是以目前已有的實物通過三維激光超數及逆向軟體處理,還原為電腦模型,並且可以修改和改進。

在工程技術人員的一般概念中,產品設計過程是一個從無到有的過程,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,然後通過繪制圖紙建立產品的三維數字化模型,最終將這個模型轉入到製造流程中,完成產品的整個設計製造周期。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一個「從有到無」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模型,反向推出產品設計數據(包括設計圖紙或數字模型)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。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。隨著計算機技術在製造領域的廣泛應用,特別是數字化測量技術的迅猛發展,基於測量數據的產品造型技術成為逆向工程技術關注的主要對象。通過數字化測量設備(如坐標測量機、激光測量設備等)獲取的物體表面的空間數據,需要利用逆向工程技術建立產品的三維模型,進而利用CAM系統完成產品的製造。因此,逆向工程技術可以認為是將產品樣件轉化為三維模型的相關數字化技術和幾何建模技術的總稱。

逆向工程的實施過程是多領域、多學科的協同過程。從圖1中我們可以看出,逆向工程的整個實施過程包括了從測量數據採集、處理到常規CAD/CAM系統,最終與產品數據管理系統(PDM系統)融合的過程。工程的實施需要人員和技術的高度協同、融合。

逆向工程實施原理:

逆向工程在CAD/CAM系統中的作用逆向工程技術不是一個孤立的技術,它和測量技術及現有CAD/CAM系統有著千絲萬縷的聯系。但是在實際應用過程中,由於大多數工程技術人員對逆向工程技術不夠了解,將逆向工程技術與現有CAD/CAM技術等同起來,用現有CAD/CAM系統的技術水平要求逆向工程技術,往往造成人們對逆向工程技術的不信任和誤解。

從理論角度分析,逆向工程技術能夠按照產品的測量數據重建出與現有CAD/CAM系統完全兼容的三維模型,這是逆向工程技術的最終實現目標。但是我們應該看到,目前人們所掌握的技術,包括工程上的和純理論上的(如曲面建模理論),都還無法滿足這種要求。特別是針對目前比較流行的大規模「點雲」數據建模,更是遠未達到可以直接在CAD系統中應用的程度。因此我們認為,目前逆向工程CAD技術與現有CAD/CAM系統的關系只能是一種相輔相成的關系。現有CAD/CAM系統經過幾十年的發展,無論從理論還是實際應用上都已經十分成熟,在這種狀況下,現有CAD/CAM系統不會也不可能為了滿足逆向工程建模的特殊要求變更系統底層。另一方面,逆向工程技術中用到的大量建模方法完全可以借鑒現有CAD/CAM系統,不需要另外搭建新平台。

基於這種分析,我們認為逆向工程技術在整個製造體系鏈中處於從屬、輔助建模的地位,逆向工程技術可以利用現有CAD/CAM系統,幫助其實現自身無法完成的工作。有了這種認識,我們就可以明白為什麼逆向工程技術(包括相應的軟體)始終不是市場上的主流,而大多數CAD/CAM系統又均包含逆向工程模塊或第三方軟體包這樣一種情況。

逆向工程技術在模具行業中的應用

從逆向工程的概念和技術特點可以看出,逆向工程的應用領域主要是飛機、汽車、玩具和家電等模具相關行業。近年來隨著生物、材料技術的發展,逆向工程技術也開始應用在人工生物骨骼等醫學領域。但是其最主要的應用領域還是在模具行業。由於模具製造過程中經常需要反復試沖和修改模具型面。若測量最終符合要求的模具並反求出其數字化模型,在重復製造該模具時就可運用這一備用數字模型生成加工程序,可以大大提高模具生產效率,降低模具製造成本。

逆向工程技術在我國,特別是以生產各種汽車、玩具配套件的地區、企業有著十分廣闊的應用前景。這些地區、企業經常需要根據客戶提供的樣件製造出模具或直接加工出產品。在這些企業,測量設備和CAD/CAM系統是必不可少的,但是由於逆向工程技術應用不夠完善,嚴重影響了產品的精度以及生產周期。因此,逆向工程技術與CAD/CAM系統的結合對這些企業的應用有重要意義。這一點我們在多年的技術服務過程中深有體會。一方面各個模具企業非常歡迎在企業推廣逆向工程技術,但另一方面又苦於缺乏必要的指導和合適的軟體產品。這種情況嚴重製約了逆向工程技術在模具行業的推廣。

與CAD/CAM系統在我國幾十年的應用時間相比,逆向工程技術為工程技術人員所了解只有十幾年甚至幾年的時間。時間雖短,但逆向工程技術廣泛的應用前景已經為大多數工程技術人員所關注,這對提高我國模具製造行業的整體技術含量,進而提高產品的市場競爭力具有重要的推動作用。

逆向工程軟體

逆向工程的實施需要逆向工程軟體的支撐。逆向工程軟體的主要作用是接收來自測量設備的產品數據,通過一系列的編輯操作,得到品質優良的曲線或曲面模型,並通過標准數據格式將這些曲線曲面數據輸送到現有CAD/CAM系統中,在這些系統中完成最終的產品造型。由於無法完全滿足用戶對產品造型的需求,因此逆向工程CAD軟體很難與現有主流CAD/CAM系統,如CATIA、UG、Pro/ENGINEER和SolidWorks等抗衡。很多逆向工程軟體成為這些CAD/CAM系統的第三方軟體。如UG採用ImageWare作為UG系列產品中完成逆向工程造型的軟體,Pro/ENGINEER採用ICEMSurf作為逆向工程模塊的支撐軟體。此外還有一些獨立的逆向工程軟體,如GeoMagic等,這些軟體一般具有多元化的功能。例如,GeoMagic除了處理幾何曲面造型以外,還可以處理以CT、MRI數據為代表的斷層界面數據造型,從而使軟體在醫療成像領域具有相當的競爭力。另外一些逆向工程軟體作為整體系列軟體產品中的一部分,無論數據模型還是幾何引擎均與系列產品中的其他組件保持一致,這樣做的好處是逆向工程軟體產生的模型可以直接進入CAD或CAM模塊中,實現了數據的無縫集成,這類軟體的代表是DELCAM公司的CopyCAD。

下面介紹幾個比較著名的逆向工程軟體。

GeoMagic(www.geomaigc.com)美國RainDrop公司的逆向工程軟體,具有豐富的數據處理手段,可以根據測量數據快速構造出多張連續的曲面模型。軟體的應用領域包括了從工業設計到醫療模擬等諸多方面,用戶包括通用汽車、BMW等大製造商。

ImageWare(www.imageware.com)作為UGNX中提供的逆向工程造型軟體,ImageWare具有強大的測量數據處理、曲面造型、誤差檢測功能。可以處理幾萬至幾百萬的點雲數據。根據這些點雲數據構造的A級曲面(CLASSA)具有良好的品質和曲面連續性。ImageWare的模型檢測功能可以方便、直觀地顯示所構造的曲面模型與實際測量數據之間的誤差以及平面度、真圓度等幾何公差。

CopyCAD(www.delcam.com)CopyCAD是英國DELCAM公司系列CAD產品中的一個,主要處理測量數據的曲面造型。DELCAM的產品涵蓋了從設計到製造、檢測的全過程。包括PowerSHAPE、PowerMILL、PowerINSPECT、ArtCAM、CopyCAD、PS-TEAM等諸多軟體產品。作為系列產品的一部分,CopyCAD與系列中的其他軟體可以很好地集成。

RapidForm(www.rapidform.com)RapidForm是由韓國INUS公司開發的逆向工程軟體。主要用於處理測量、掃描數據的曲面建模以及基於CT數據的醫療圖像建模,還可以完成藝術品的測量建模以及高級圖形生成。RapidForm提供一整套模型分割、曲面生成、曲面檢測的工具,用戶可以方便的利用以前構造的曲線網格經過縮放處理後應用到新的模型重構過程中。

以上介紹的是目前較常見的逆向工程軟體,在國內能夠見到的商品化的逆向工程軟體均是國外的。國內在逆向工程軟體方面雖然也有研究,但是主要集中在幾所高校。其中以清華大學、浙江大學、南京航空航天大學在這方面的研究比較深入,這些研究成果也有一些以軟體產品形式出現,由於系統穩定性、可操作性等方面的原因,這些研究性軟體還沒有完全具備與國外商業化軟體競爭的條件。

由國內逆向工程領域專業人士參與開發的逆向工程軟體QuickForm是國內逆向工程軟體中較好的一個。該系統採用先進的幾何引擎,運行穩定性好,具有良好的可操作性。由於開發人員具有豐富的逆向工程實施經驗,因此系統中的功能設置、操作方式符合國內用戶的習慣,這是國外軟體所無法具備的。QuickForm的另一個優勢是價格優勢,QuickForm的價格在同類軟體中具有極強的競爭力。同時,使用國產軟體也是對國內製造業和軟體行業的支持。

E. 逆向工程存在的問題有哪些

存在的問題 盡管經過多年的發展,逆向工程研究領域取得了上述的研究成果,但在應用方面、理論方面仍然很不成熟,還有若干問題有待於解決 (1)缺乏統一的逆向工程的概 念、標准術語。導致了研...

F. 逆向工程的流行技術

比較流行的逆向工程技術便是PCB抄板與晶元解密了。PCB抄板,又稱為電路板抄板,電路板克隆、復制,PCB逆向設計或PCB反向研發,即在已經有電子產品實物和電路板實物的前提下,利用反向研發技術手段對電路板進行逆向解析,將原有產品的PCB文件、物料清單(BOM)文件、原理圖文件等技術文件以及PCB絲印生產文件進行1:1的還原,然後再利用這些技術文件和生產文件進行PCB制板、元器件焊接、飛針測試、電路板調試,完成原電路板樣板的完整復制。晶元解密,又稱為IC解密,單片機解密,就是通過一定的設備和方法,直接得到加密單片機中的燒寫文件,可以自己復制燒寫晶元或反匯編後自己參考研究。單片機攻擊者藉助專用設備或者自製設備,利用單片機晶元設計上的漏洞或軟體缺陷,通過多種技術手段,從晶元中提取關鍵有用信息,獲取單片機內程序,這就叫晶元解密。 研究
1980年始歐美國家許多學校及工業界開始注意逆向工程這塊領域。1990年初期包括台灣在內,各國學術界團隊大量投入逆向工程的研究並發表成果。 逆向工程的硬體最早是運用仿製加工設備,製作出來的成品品質粗糙。後來有接觸式掃瞄設備,運用探針接觸工件取得產品外型。再來進一步開發非接觸式設備,運用照相或激光技術,計算光線反射回來的時間取得距離。
逆向工程軟體部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向軟體的演進約略可區分為三個階段。十一年前在逆向工程上,只能運用CATIA等CAD/CAM高階曲面系統。市場發展出兩套主流產品技術日漸成熟,廣為業界引用。發展出不同以往的逆向工程數學邏輯運算,速度快。
發展
逆向工程在台灣的發展軌跡持續在進行,工研院曾寫過一套逆向工程軟體,學術界不少研究團隊也將逆向工程領域作為研究主題,開發出具不同功能的系統軟體,但是最後這些軟體都沒有真正落實到產業界應用。工研院的團隊後來也結束逆向工程研究,轉而開發其它主題。原有的研發成果後繼無人,殊為可惜。
1998年,NEWPOWER啟動了逆向工程的一些項目,要求是把客戶的現有源代碼轉變成設計, 如果需要的話,進一步轉化成產品需求規約。這恰恰與類似於V模型的標准開發過程模型相逆。這樣一來,客戶就可以容易地維護他們的產品(需求,設計,源代碼等等),而不需要想以前那樣,每次改動產品都需要直接修改源代碼。
是指從實物上採集大量的三維坐標點,並由此建立該物體的幾何模型,進而開發出同類產品的先進技術。逆向工程與一般的設計製造過程相反,是先有實物後有模型。仿形加工就是一種典型的逆向工程應用。逆向工程,逆向工程的應用已從單純的技巧性手工操作,發展到採用先進的計算機及測量設備,進行設計、分析、製造等活動,如獲取修模後的模具形狀、分析實物模型、基於現有產品的創新設計、快速仿形製造等。
通俗說,從某種意義上說,逆向工程就是仿造。這里的前提是默認我們傳統的設計製造為「正向工程(當然,沒有這種說法)」。
軟體的逆向工程是分析程序,力圖在比源代碼更高抽象層次上建立程序的表示過程,逆向工程是設計的恢復過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數據結構、體系結構和程序設計信息。 研究或應用中的系統可分以下幾類:
(1)針對具體應用開發的系統開發了一種針對機械零件識別的逆向工程系統,此系統只能識別由平面組成的零件。開發了基於微機的逆向工程系統主要用於仿製空軍部門淘汰的零件。
(2)專用曲面擬合軟體系統曲面擬合是逆向工程的關鍵過程,開發了擬合3D激光掃描數據的軟體包,數據點被交互的劃分區域,擬合曲面輸入通用CAD系統進行相交、延伸、過渡、建立完整的CAD模型。此系統只處理標準的二次曲面。
(3)與商用CAD系統的結合有些系統直接把數字化系統與商用CAD系統結合,Kwok開發的系統將CMM與AutoCAD結合起來,每測一個點的坐標,自動轉化為IGES格式,系統具有實時可視化功能。
(4)測量與擬合的集成
以上系統中數字化與曲面擬合是兩個分離的過程,為了提高測量精度,用擬合結果指導測量,減少測量數據,出現了測量與擬合的集成系統。Liang-Chia提出的集成系統,首先由用戶交互地劃分測量邊界,每個面片的測量中實時進行B2樣條曲面擬合,用擬合結果進行下一個測量點的位置預測,用實測值與預測值的誤差控制測量精度和擬合精度。
(5)與快速原形製造的結合
縮短產品製造的周期是逆向工程的目的之一,出現了數字化系統直接用子製造的逆向工程與快速製造的集成系統,Jones C開發了由激光掃描結果產生螺旋線數控加工路徑的系統。 當前使用的逆向工程系統存在以下不足之處:
(1)大多數系統是針對具體的應用而開發,數據處理往往針對特定的測量設備、測量對象,通用性差。
(2)曲面擬合系統大多是對於代數二次曲面,對自由曲面,特別是由大數據量散亂點擬合自由曲面,系統一般沒有此功能
(3)數據區域分割往往要交互操作,降低了CAD建模的速度,自動化程度低;
(4)系統集成化程度低,有些系統只側重與曲面的擬合,有些系統只側重於與特定製造技術的結合,系統只包含簡單幾何數據,不符合現代設計製造的並行思想。
3.2發展方向及關鍵技術
幾何建模是逆向工程的關鍵環節,同時也是影響逆向工程速度的瓶頸問題,因此,提高逆向工程幾何建模的自動化程度和通用性是逆向工程研究的一個重點方向。這是一種逆向工程幾何建模自動化系統,具有體現設計意圖的特徵建模的特點,數據點的組織方式不限,輸出的B-rep模型與現有商用CAD系統完全兼容。系統的關鍵技術在於特徵的自動提取、組合自由曲面的光滑連接。
提高系統的集成性,有些情況CAD 模型並不是必需的,或者為了最快的製造產品,需要數字化系統與CMM 的直接結合;另外,有些產品(例如注塑模、注塑件的設計)需要多次進行CAE 分析,由數據點直接產生CAE 模型,可極大地提高產品的設計、分析過程,在上一節已有一些集成系統的應用實例,大多是根據具體情況的部分集成,邢淵提出了完整的逆向工程集成系統框架,具有CAD、CAE、CAM 多個數據介面,採用了面向對象的集成方法。關鍵技術是通用、開放的產品資料庫結構。
三坐標測量可分為接觸式測量和非接觸式測量兩大類。接觸式測量方法通過感測測量頭與樣件的接觸而記錄樣件表面的坐標位置,可以細分為點觸發式和連續式數據採集方法。對於航空航天、汽車等行業,大型樣件的測量一般可以選用接觸式測量,以滿足精度要求。因為,接觸式測量中的點觸發式測量可以通過人為規劃,使得在大麴率或曲率變化劇烈的區域獲得較多的測量點,而在相對平坦的區域則可以測量較少的點。結合造型方法,人工對被測物體進行區域規劃,測量對物體形狀起關鍵作用的特徵線和曲線網格,數據點可以根據需要組織成模型重建軟體所需要的形式,然後根據特徵線及曲線網格重建物體的CAD模型,減少了數據處理的難度和工作量。其唯一的缺點是測量效率較低。
非接觸式測量方法主要是基於光學、聲學、磁學等領域中的基本原理,將一定的物理模擬量通過適當的演算法轉化為樣件表面的坐標點。例如:聲納測量儀利用聲音遇到被測物體產生回聲的時間計算點與聲源間的距離;激光測距法是將激光束的飛行時間轉化為被測點與參考平面間的距離。非接觸式測量使測量效率得到了極大提高,某些光學測量機可以在數秒鍾內得到幾十萬個數據點,因而在測量過程中可以大大減少人工測量規劃,在整個樣件表面快速採集大量的密集點集。由於操作簡便,以激光測距法為代表的非接觸式測量技術近兩年來,發展迅速,應用普及面越來越廣。不過,非接觸測量獲得的海量數據的數據量非常龐大,常有幾十萬、上百萬,甚至更多。必須配合較強功能的逆向軟體和高性能的計算機設備,才能順利使用。不過,根據摩爾定律,計算機硬體的性能迅速提高,軟體技術也今非昔比,基於光學的非接觸式測量方法和三坐標測量設備在逆向工程中得到了更為廣泛的應用。

G. 逆向工程技術的應用領域、應用范圍和應用前景

逆向工程的應用領域

H. 反向工程研究違法嗎

對於屬於知識產權法保護的權利利用反向工程研究出來的成果國家是合法化的。

I. 什麼是逆向工程

逆向工程,有的人也叫反求工程,英文是reverse engineering。
逆向工程(reverse engineering)大意是根據已有的東西和結果,通過分析來推導出具體的實現方法。比如你看到別人寫的某個exe程序能夠做出某種漂亮的動畫效果,你通過反匯編、反編譯和動態跟蹤等方法,分析出其動畫效果的實現過程,這種行為就是逆向工程;不僅僅是反編譯,而且還要推倒出設計,並且文檔化,逆向軟體工程的目的是使軟體得以維護。
1980年始歐美國家許多學校及工業界開始注意逆向工程這塊領域。1990年初期包括台灣在內,各國學術界團隊大量投入逆向工程的研究並發表成果。
逆向工程的硬體最早是運用仿製加工設備,製作出來的成品品質粗糙。後來有接觸式掃瞄設備,運用探針接觸工件取得產品外型。再來進一步開發非接觸式設備,運用照相或激光技術,計算光線反射回來的時間取得距離。
逆向工程軟體部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向軟體的演進約略可區分為三個階段。十一年前在逆向工程上,只能運用CATIA等CAD/CAM高階曲面系統。市場後來發展出兩套主流產品約在七、八年前技術成熟,廣為業界引用。到最近四年來,發展出不同以往的逆向工程數學邏輯運算,速度快。
逆向工程在台灣的發展軌跡持續在進行,工研院曾寫過一套逆向工程軟體,學術界不少研究團隊也將逆向工程領域作為研究主題,開發出具不同功能的系統軟體,但是最後這些軟體都沒有真正落實到產業界應用。工研院的團隊後來也結束逆向工程研究,轉而開發其它主題。原有的研發成果後繼無人,殊為可惜。
1998年,NEWPOWER啟動了逆向工程的一些項目,要求是把客戶的現有源代碼轉變成設計, 如果需要的話,進一步轉化成產品需求規約。這恰恰與類似於V模型的標准開發過程模型相逆。這樣一來,客戶就可以容易地維護他們的產品(需求,設計,源代碼等等),而不需要想以前那樣,每次改動產品都需要直接修改源代碼。
是指從實物上採集大量的三維坐標點,並由此建立該物體的幾何模型,進而開發出同類產品的先進技術。逆向工程與一般的設計製造過程相反,是先有實物後有模型。仿形加工就是一種典型的逆向工程應用。目前,逆向工程,逆向工程的應用已從單純的技巧性手工操作,發展到採用先進的計算機及測量設備,進行設計、分析、製造等活動,如獲取修模後的模具形狀、分析實物模型、基於現有產品的創新設計、快速仿形製造等。
通俗說,從某種意義上說,逆向工程就是仿造。這里的前提是默認我們傳統的設計製造為「正向工程(當然,沒有這種說法)」。
軟體的逆向工程是分析程序,力圖在比源代碼更高抽象層次上建立程序的表示過程,逆向工程是設計的恢復過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數據結構、體系結構和程序設計信息。
四大逆向工程軟體簡介
Imageware
Imageware 由美國 EDS 公司出品,是最著名的逆向工程軟體,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製造領域。該軟體擁有廣大的用戶群,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、成都飛機製造公司等大企業。
以前該軟體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,製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,這就需要採用逆向工程軟體。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體(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採用逆向工程軟體進行產品設計。以微軟公司生產的滑鼠器為例,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,怎樣才能讓滑鼠器的手感最好,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製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體 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,產品的市場佔有率大幅度上升。
Imageware 逆向工程軟體的主要產品有:
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,驗證產品的製造性
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 採用 NURB 技術,軟體功能強大,易於應用。Imageware 對硬體要求不高,可運行於各種平台:UNIX 工作站、PC 機均可,操作系統可以是 UNIX、NT、Windows95 及其它平台。
Imageware 由於在逆向工程方面具有技術先進性,產品一經推出就佔領了很大市場分額,軟體收益正以 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,軟體易於使用。其流程如下:
一、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一起(如果需要)。
有時候由於零件形狀復雜,一次掃描無法獲得全部的數據,或是零件較大無法一次掃描完成,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准確對齊。
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,有時會出現一些噪音點,Surfacer 有很多工具來對點陣進行判斷並去掉噪音點,以保證結果的准確性。
通過可視化點陣觀察和判斷,規劃如何創建曲面。
一個零件,是由很多單獨的曲面構成,對於每一個曲面,可根據特性判斷用用什麼方式來構成。例如,如果曲面可以直接由點的網格生成,就可以考慮直接採用這一片點陣;如果曲面需要採用多段曲線蒙皮,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,還可以一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。
同曲線一樣,可以考慮生成更准確的曲面、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園角、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 軟體將以下工作流程的高性能工具完整的集成到一起:
[彈性的曲面創建工具]:可以在一個彈性的設計環境里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、製造的標准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准。
[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(對於一個完全光順的 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徵,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體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體 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。該軟體也是除了 Imageware 以外應用最為廣泛的逆向工程軟體。
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體,它能允許從已存在的零件或實體模型中產生三維CAD模型。該軟體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。該軟體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。
該軟體的主要功能如下:
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
三角測量
在用戶定義的公差和選項內的數字化模型的三角測量,包括:
① 原始的——法線設置
② 尖銳——尖銳特徵強化
③ 特徵匹配——來自點法線數據的特徵
④ 關閉三角測量——為了快速繪圖可以關閉模型
特徵線的產生
邊界——轉換模型外邊緣為特徵線
間斷——為找到簡單的特徵(如凸出和凹下)而探測數據里的尖銳邊緣
能夠轉換數字化掃描線為特徵線
輸入的數據——能夠從點文件中摘錄多線條和樣條曲線
曲面構造
通過在三角測量模型上跟蹤直線產生多樣化曲面
在連接的曲面之間,用已存在的曲面定義帶有選項的正切連續性的邊界
使用特徵線指導和加快曲面定義
曲面錯誤檢查
比較曲面與數字化點數據
報告最大限、中間值和標准值的錯誤背離
錯誤圖形形象地顯示變化
輸出
IGES、CADDS4X
STL ASCII 碼和二進制
DUCT 圖形、三角模型和曲面
分隔的 ASCII 碼
RapidForm
RapidForm 是韓國 INUS 公司出品的全球四大逆向工程軟體之一,RapidForm 提供了新一代運算模式,可實時將點雲數據運算出無接縫的多邊形曲面,使它成為 3D Scan 後處理之最佳化的介面。RapidForm 也將使您的工作效率提升,使 3D 掃描設備的運用范圍擴大,改善掃描品質。
多點雲數據管理介面
高級光學 3D 掃描儀會產生大量的數據(可達 100,000 ~ 200,000點),由於數據非常龐大,因此需要昂貴的電腦硬體才可以運算,現在 RapidForm 提供記憶管理技術(使用更少的系統資源)可縮短您處理數據的時間。
多點雲處理技術
可以迅速處理龐大的點雲數據,不論是稀疏的點雲還是跳點都可以輕易地轉換成非常好的點雲, RapidForm 提供過濾點雲工具以及分析表面偏差的技術來消除 3D 掃描儀所產生的不良點雲。
快速點雲轉換成多邊形曲面的計演算法
在所有逆向工程軟體中,RapidForm 提供一個特別的計算技術,針對 3D 及 2D 處理是同類型計算,軟體提供了一個最快最可靠的計算方法,可以將點雲快速計算出多邊形曲面。RapidForm 能處理無順序排列的點數據以及有順序排列的點數據。
彩色點雲數據處理
RapidForm 支持彩色 3D 掃描儀,可以生成最佳化的多邊形,並將顏色信息映像在多邊形模型中。在曲面設計過程中,顏色信息將完整保存,也可以運用 RP 成型機製作出有顏色信息的模型。RapidForm 也提供上色功能,通過實時上色編輯工具,使用者可以直接對模型編輯自己喜歡的顏色。
點雲合並功能
多個點掃描數據有可能經手動方式將特殊的點雲加以合並,當然,RapidForm 也提供一技術,使用者可以方便地對點雲數據進行各種各樣的合並。

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