逆向工程期末小論文.doc

精品文檔逆向工程技術(shù)及其發(fā)展摘要逆向工程(又稱逆向技術(shù))，是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)再現(xiàn)過程，即對一項(xiàng)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計(jì)要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)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(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析，推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。逆向工程是一門正在迅速發(fā)展中的學(xué)科分支，目前還處于不斷研究和探討之中。AbstractReverse engineering (reverse technology), is a reappear the process of product design technology, namely to reverse a target product research and analysis, to deduce and draw the product processing process, organization structure, features and technical specifications and other design elements, in order to produce similar functionality, but not exactly the same product. Reverse engineering is the result of the field of commercial and military hardware. Its main aim is to cannot easily obtain the necessary production information, directly from the finished product analysis, product design principle is deduced. Reverse engineering is a rapidly developing branch of discipline, but is still in the further research and discussion.引言逆向工程(Reverse Engineering, RE)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)據(jù)測量技術(shù)而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。利用RE技術(shù)可以快速在無圖紙或者圖紙不完全的情況下，將樣件轉(zhuǎn)化為CAD數(shù)據(jù)或imageware點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以便利用快速原型系統(tǒng)(Rapid Prototyping，RP)、計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacture，CAM)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)對其處理，并進(jìn)行優(yōu)化和再設(shè)計(jì)優(yōu)化。逆向工程改變了傳統(tǒng)的從圖紙到實(shí)物樣件的正向過程，使產(chǎn)品的開發(fā)更加便捷，快速。最典型的利用是航空航天，國防軍事，等對外形要求比較高的領(lǐng)域，在航空領(lǐng)域，為了滿足空氣動力學(xué)的要求，首先會通過實(shí)體模型進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，建立起滿足要求的模型，再通過逆向工程轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品CAD模型。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，通過對軟件功能的流程圖繪制，由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)越來越龐大，流程圖比源代碼更容易推理，通過對源代碼進(jìn)行反編譯，從而展現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)向及關(guān)系。以下就對逆向工程發(fā)展及過程進(jìn)行論述。1、逆向工程的發(fā)展1.1逆向工程概述逆向工程是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展而新興起來的學(xué)科。以實(shí)體為研究對象，利用逆向工程技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行建模、仿真、優(yōu)化成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)。1.2逆向工程發(fā)展現(xiàn)狀1980年始?xì)W美國家許多研究單位開始注意逆向工程領(lǐng)域。1990 年初期包括臺灣在內(nèi)，各國各地區(qū)學(xué)術(shù)界團(tuán)隊(duì)大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。逆向工程的硬件最早是運(yùn)用仿制加工設(shè)備，制作出來的樣品品質(zhì)粗糙。后來有接觸式掃描設(shè)備，運(yùn)用探針接觸工件取得產(chǎn)品外形的基本數(shù)據(jù)，再來進(jìn)一步開發(fā)非接觸式設(shè)備，運(yùn)用照相或激光技術(shù)，計(jì)算光線反射回來的時間取得距離。接觸式的三坐標(biāo)測量儀，非接觸式的掃描儀等都是獲取產(chǎn)品外形基本數(shù)據(jù)的設(shè)備。逆向工程軟件部分品牌包括 Imageware、ICEM、CAD等。逆向軟件的演進(jìn)約略可區(qū)分為三個階段。十一年前在逆向工程上，只能運(yùn)用 CATIA 等 CAD/CAM 高階曲面系統(tǒng)。市場后來發(fā)展出兩套主流產(chǎn)品約在七、八年前技術(shù)成熟，廣為業(yè)界引用。到最近四年來，發(fā)展出不同以往的逆向工程數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算，速度快1。1998 年，NEWPOWER 啟動了逆向工程的一些項(xiàng)目，要求是把客戶的現(xiàn)有源代碼轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)，如果需要的話，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求規(guī)約，這恰恰與類似于 V 模型的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程模型相逆。這樣一來，客戶就可以容易地維護(hù)他們的產(chǎn)品( 需求，設(shè)計(jì)，源代碼等等) ，而不需要想以前那樣，每次改動產(chǎn)品都需要直接修改源代碼2。2、逆向過程 逆向工程過程主要包括數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)處理，曲面重建，下面以著三種過程展開詳細(xì)論述。 2.1、數(shù)據(jù)獲取完整的數(shù)據(jù)是進(jìn)行建模的基礎(chǔ)，在逆向工程中,獲取物體表面的三維數(shù)據(jù)是第一步,然后才能進(jìn)行三維建模及誤差檢測,測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量及精度也將直接影響后期建模的品質(zhì)。目前獲取數(shù)據(jù)的方法有接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量使用的儀器是三坐標(biāo)測量機(jī)，其與物體表面直接接觸，測量材質(zhì)為硬質(zhì)、容易定位,只需測量孔位、平面、輪廓等指定特征的物體時,一般都采用接觸式的測量方法,測量的精度可達(dá)0.02mm。非接觸式測量一般是應(yīng)用光學(xué)原理進(jìn)行，主要有德國GOM公司的ATOS光學(xué)掃描儀,加拿大Creaform公司的手持式激光快抄手,英國雷尼紹公司的CYCLON 2高速掃描儀,英國泰勒霍普森公司的TALY-SCAN 150多傳感掃描儀等。德國GOM的ATOS測量系統(tǒng)可以在1 min內(nèi)完成一幅包括430 000個像素點(diǎn)的測量,精度達(dá)0.03 mm。非光學(xué)測量法包括CT測量法、MRI核磁共振測量法、層析法、超聲波法等,但是在逆向工程的數(shù)據(jù)獲取中應(yīng)用很少。采用非接觸式測量方法獲得的數(shù)據(jù)一般都是大量無序高密度的點(diǎn)云,適合于測量具有復(fù)雜曲面,對材質(zhì)沒有要求的物體。2.2數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理是逆向工程中的一個重要環(huán)節(jié)，決定了后續(xù)CAD模型能否方便，準(zhǔn)確的進(jìn)行。因此，在曲面重構(gòu)前，對點(diǎn)云進(jìn)行一定的處理，為曲面重構(gòu)做好準(zhǔn)備。通過以上兩種方法得到的點(diǎn)數(shù)據(jù)有兩種，規(guī)則的點(diǎn)數(shù)據(jù)和離散的點(diǎn)數(shù)據(jù)，規(guī)則的點(diǎn)數(shù)據(jù)之間有一定的關(guān)系，處理起來相對簡單，離散的點(diǎn)處理起來比較麻煩，這也是逆向工程中一個重點(diǎn)的研究方向。離散數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：去除噪聲點(diǎn)、遺漏點(diǎn)補(bǔ)齊、數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)精簡、數(shù)據(jù)分塊、多視點(diǎn)云的對齊、點(diǎn)云過濾、數(shù)據(jù)勻化等。無論何種方式，采集到的數(shù)據(jù)都有一定的壞點(diǎn)，或叫做錯誤的點(diǎn)，通常是由測量設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)或者測量環(huán)境變化造成的，因而必須剔除這些點(diǎn)，稱為去噪。目前應(yīng)用于逆向工程的數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法或技術(shù)主要有實(shí)物填充法、造型設(shè)計(jì)法和曲線、曲面插值補(bǔ)充法，這些方法對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)齊，這是遺漏點(diǎn)補(bǔ)齊。數(shù)據(jù)平滑通常采用標(biāo)準(zhǔn)Gaussian(高斯)、平均(Averaging)或中值(Median)濾波算法。數(shù)據(jù)精簡的過程中發(fā)展了很多算法，例如自動分割方法，拋物面擬合等，數(shù)據(jù)分割方法分為基于測量的分割和自動分割兩種方法。基于測量的分割指在測量過程中,操作人員根據(jù)實(shí)物外形特征劃分子曲面,并對各種特征進(jìn)行標(biāo)記,在此基礎(chǔ)上規(guī)劃測量路徑,在將不同的曲面特征數(shù)據(jù)輸入CAD軟件的時候,可以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的分層顯示及處理。自動分割方法有基于邊(Edge-Base)和基于面(Surface-Based)兩種方法。在實(shí)際操作中,產(chǎn)品的外形數(shù)據(jù)往往不是一次測量的結(jié)果,這就需要將不同坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系中,這個處理過程稱為數(shù)據(jù)的對齊3。2.3曲面重建 在逆向工程中,三維CAD模型的曲面重建是利用產(chǎn)品表面的散亂點(diǎn)數(shù)據(jù),通過插值或者擬合構(gòu)建一個近似模型來近似的達(dá)到產(chǎn)品原型。根據(jù)拓?fù)湫问降牟煌?目前逆向工程研究中,自由曲面建模手段分為以三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)建方法和以NURBS(非均勻有理B樣條)曲面為基礎(chǔ)的矩形域參數(shù)曲面擬合方法3。3、逆向工程的發(fā)展趨勢逆向工程的發(fā)展是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量技術(shù)發(fā)展起來的學(xué)科。如今計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，測量儀器精度越來越高。三坐標(biāo)測量技術(shù)向著高精度、自動化、非接觸測量和使用現(xiàn)場化發(fā)展。數(shù)據(jù)處理由憑借操作者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手工完成到根據(jù)曲率自動識別的方向發(fā)展。曲面重構(gòu)的速度和精度進(jìn)一步提高。參考文獻(xiàn)1 袁望洪,陳向葵,謝濤,郭耀. 逆向工程研究與發(fā)展 J.