逆向工程期末小论文 逆向工程技术及其发展

1、逆向工程技术及其发展摘要逆向工程(又称逆向技术)，是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。逆向工程是一门正在迅速发展中的学科分支，目前还处于不断研究和探讨之中。AbstractReverse engineering (reverse technology), is a reappear the process of product d

2、esign 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

3、 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 disciplin

4、e, but is still in the further research and discussion.引言逆向工程(Reverse Engineering, RE)是随着计算机技术及数据测量技术而发展起来的一门新兴技术。利用RE技术可以快速在无图纸或者图纸不完全的情况下，将样件转化为CAD数据或imageware点云数据，以便利用快速原型系统(Rapid Prototyping，RP)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacture，CAM)系统等先进技术对其处理，并进行优化和再设计优化。逆向工程改变了传统的从图纸到实物样件的正向过程，使产品的开发更加便捷，快速。

5、最典型的利用是航空航天，国防军事，等对外形要求比较高的领域，在航空领域，为了满足空气动力学的要求，首先会通过实体模型进行风洞实验，建立起满足要求的模型，再通过逆向工程转换为产品CAD模型。在计算机领域，通过对软件功能的流程图绘制，由于现代计算机软件系统越来越庞大，流程图比源代码更容易推理，通过对源代码进行反编译，从而展现系统的构向及关系。以下就对逆向工程发展及过程进行论述。1、逆向工程的发展1.1逆向工程概述逆向工程是随着计算机技术及现代测量技术的发展而新兴起来的学科。以实体为研究对象，利用逆向工程技术对产品进行建模、仿真、优化成为现代设计的一大特点。1.2逆向工程发展现状1980年始欧美国家

6、许多研究单位开始注意逆向工程领域。1990 年初期包括台湾在内，各国各地区学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向工程的硬件最早是运用仿制加工设备，制作出来的样品品质粗糙。后来有接触式扫描设备，运用探针接触工件取得产品外形的基本数据，再来进一步开发非接触式设备，运用照相或激光技术，计算光线反射回来的时间取得距离。接触式的三坐标测量仪，非接触式的扫描仪等都是获取产品外形基本数据的设备。逆向工程软件部分品牌包括 Imageware、ICEM、CAD等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用 CATIA 等 CAD/CAM 高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品

7、约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快1。1998 年，NEWPOWER 启动了逆向工程的一些项目，要求是把客户的现有源代码转变成设计，如果需要的话，进一步转化成产品需求规约，这恰恰与类似于 V 模型的标准开发过程模型相逆。这样一来，客户就可以容易地维护他们的产品( 需求，设计，源代码等等) ，而不需要想以前那样，每次改动产品都需要直接修改源代码2。2、逆向过程 逆向工程过程主要包括数据获取，数据处理，曲面重建，下面以着三种过程展开详细论述。 2.1、数据获取完整的数据是进行建模的基础，在逆向工程中,获取物体表面的三维数据是第一步,然后

8、才能进行三维建模及误差检测,测量数据的质量及精度也将直接影响后期建模的品质。目前获取数据的方法有接触式测量和非接触式测量。接触式测量使用的仪器是三坐标测量机，其与物体表面直接接触，测量材质为硬质、容易定位,只需测量孔位、平面、轮廓等指定特征的物体时,一般都采用接触式的测量方法,测量的精度可达0.02mm。非接触式测量一般是应用光学原理进行，主要有德国GOM公司的ATOS光学扫描仪,加拿大Creaform公司的手持式激光快抄手,英国雷尼绍公司的CYCLON 2高速扫描仪,英国泰勒霍普森公司的TALY-SCAN 150多传感扫描仪等。德国GOM的ATOS测量系统可以在1 min内完成一幅包括430

9、 000个像素点的测量,精度达0.03 mm。非光学测量法包括CT测量法、MRI核磁共振测量法、层析法、超声波法等,但是在逆向工程的数据获取中应用很少。采用非接触式测量方法获得的数据一般都是大量无序高密度的点云,适合于测量具有复杂曲面,对材质没有要求的物体。2.2数据处理 数据处理是逆向工程中的一个重要环节，决定了后续CAD模型能否方便，准确的进行。因此，在曲面重构前，对点云进行一定的处理，为曲面重构做好准备。通过以上两种方法得到的点数据有两种，规则的点数据和离散的点数据，规则的点数据之间有一定的关系，处理起来相对简单，离散的点处理起来比较麻烦，这也是逆向工程中一个重点的研究方向。离散数据的预

10、处理包括：去除噪声点、遗漏点补齐、数据平滑、数据精简、数据分块、多视点云的对齐、点云过滤、数据匀化等。无论何种方式，采集到的数据都有一定的坏点，或叫做错误的点，通常是由测量设备的标定参数或者测量环境变化造成的，因而必须剔除这些点，称为去噪。目前应用于逆向工程的数据插补方法或技术主要有实物填充法、造型设计法和曲线、曲面插值补充法，这些方法对点云数据进行补齐，这是遗漏点补齐。数据平滑通常采用标准Gaussian(高斯)、平均(Averaging)或中值(Median)滤波算法。数据精简的过程中发展了很多算法，例如自动分割方法，抛物面拟合等，数据分割方法分为基于测量的分割和自动分割两种方法。基于测量

11、的分割指在测量过程中,操作人员根据实物外形特征划分子曲面,并对各种特征进行标记,在此基础上规划测量路径,在将不同的曲面特征数据输入CAD软件的时候,可以实现不同数据的分层显示及处理。自动分割方法有基于边(Edge-Base)和基于面(Surface-Based)两种方法。在实际操作中,产品的外形数据往往不是一次测量的结果,这就需要将不同坐标系下的数据统一到同一坐标系中,这个处理过程称为数据的对齐3。2.3曲面重建 在逆向工程中,三维CAD模型的曲面重建是利用产品表面的散乱点数据,通过插值或者拟合构建一个近似模型来近似的达到产品原型。根据拓扑形式的不同,目前逆向工程研究中,自由曲面建模手段分为以三角Bezier曲面为基础的曲面构建方法和以NURBS(非均匀有理B样条)曲面为基础的矩形域参数曲面拟合方法3。3、逆向工程的发展趋势逆向工程的发展是随着计算机技术和测量技术发展起来的学科。如今计算机技术日新月异，测量仪器精度越来越高。三坐标测量技术向着高精度、自动化、非接触测量和使用现场化发展。数据处理由凭借操作者根据经验手工完成到根据曲率自动识别的