逆向工程的毕业设计.docx

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逆向工程的毕业设计

0摘要

随着中国加入WTO，经济迅速发展，改革开放不断深入，工业发展越来越快，就要求我们能够快速制造，提高生产力，从而降低成本，基于MAXSCAN逆向工程就是在这个大背景下迅速发展起来的，它是通过扫描小物体，获取点云数据，再通过一些软件处理，得到我们想要的东西。

逆向工程，也有称逆向技术，是通过对某种产品的结构、功能、运作进行分析、分解、研究后，制作出功能相近，但又不完全一样的产品过程。

逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害，但是在实际应用上，反而可能会保护知识产权所有者。

例如在积体电路领域，如果怀疑某公司侵犯知识产权，可以用逆向工程技术来寻找证据。

1逆向工程

1.1定义

逆向工程（又名反向工程，ReverseEngineering-RE）是对产品设计过程的一种描述。

在2007年初，我国相关的法律为逆向工程正名，承认了逆向技术用于学习研究的合法性。

在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从设计到产品的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后在详细设计阶段完成各类数据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整个设计研发周期。

这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。

逆向工程产品设计可以认为是一个从产品到设计的过程。

简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据（包括各类设计图或数据模型）的过程。

从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。

比如早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。

随着计算机技术在各个领域的广泛应用，特别是软件开发技术的迅猛发展，基于某个软件，以反汇编阅读源码的方式去推断其数据结构、体系结构和程序设计信息成为软件逆向工程技术关注的主要对象。

软件逆向技术的目的是用来研究和学习先进的技术，特别是当手里没有合适的文档资料，而你又很需要实现某个软件的功能的时候。

也正因为这样，很多软件为了垄断技术，在软件安装之前，要求用户同意不去逆向研究。

逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。

软件的逆向工程可以用多种方法实现，主要的三类软件逆向工程是：

通过观察信息交换进行分析。

主要流行于对协议做逆向工程，它使用总线分析器和数据包嗅探器，例如，为了访问一个总线连接或一个计算机网络连接并揭示其上的通信数据就可以使用这种方法。

通过分析总线或网络的活动，做出一个独立的实现用以模拟那些活动。

此法对设备驱动的逆向工程特别有用。

在进行嵌入式系统的逆向工程时，厂商特意引进的工具有时能产生极大的促进作用，例如JTAG端口或其他的调试法。

在MicrosoftWindows中，底层的调试器很受欢迎，例如SoftICE。

使用反汇编器进行反汇编。

仅借助机器码助记符读取和理解已经被编译成原始机器码的程序。

此法对任何计算机程序都有效，但是相当耗时，特别是对于不熟悉机器码的人。

InteractiveDisassembler是一个很受欢迎的反汇编工具。

使用反编译器进行反编译。

对只有机器码或字节码形式的程序，重建高级语言形式的源代码。

这种方法得到的源代码结果不是唯一的。

1.2逆向工程的研究与发展

　　1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。

1990年初期包括台湾在内，各国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，制作出来的成品品质粗糙。

后来有接触式扫瞄设备，运用探针接触工件取得产品外型。

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。

　　逆向工程软件部分品牌包括Surfacer（Imageware）、ICEM、CopyCAD、RapidForm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。

　　逆向工程在台湾的发展轨迹持续在进行，工研院曾写过一套逆向工程软件，学术界不少研究团队也将逆向工程领域作为研究主题，开发出具不同功能的系统软件，但是最后这些软件都没有真正落实到产业界应用。

工研院的团队后来也结束逆向工程研究，转而开发其它主题。

原有的研发成果后继无人，殊为可惜。

　　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。

　　是指从实物上采集大量的三维坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的先进技术。

逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。

仿形加工就是一种典型的逆向工程应用。

目前，逆向工程，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。

　　通俗说，从某种意义上说，逆向工程就是仿造。

这里的前提是默认我们传统的设计制造为“正向工程（当然，没有这种说法）”。

软件的逆向工程是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程，逆向工程是设计的恢复过程。

逆向工程工具可以从已存在的程序中抽取数据结构、体系结构和程序设计信息。

1.3逆向工程系统

目前研究或应用中的系统可分以下几类：

（1）针对具体应用开发的系统开发了一种针对机械零件识别的逆向工程系统，此系统只能识别由平面组成的零件。

开发了基于微机的逆向工程系统主要用于仿制空军部门淘汰的零件。

（2）专用曲面拟合软件系统曲面拟合是逆向工程的关键过程，开发了拟合3D激光扫描数据的软件包，数据点被交互的划分区域，拟合曲面输入通用CAD系统进行相交、延伸、过渡、建立完整的CAD模型。

此系统只处理标准的二次曲面。

（3）与商用CAD系统的结合有些系统直接把数字化系统与商用CAD系统结合，Kwok开发的系统将CMM与AutoCAD结合起来，每测一个点的坐标，自动转化为IGES格式，系统具有实时可视化功能。

（4）测量与拟合的集成

以上系统中数字化与曲面拟合是两个分离的过程，为了提高测量精度，用拟合结果指导测量，减少测量数据，出现了测量与拟合的集成系统。

Liang-Chia提出的集成系统，首先由用户交互地划分测量边界，每个面片的测量中实时进行B2样条曲面拟合，用拟合结果进行下一个测量点的位置预测，用实测值与预测值的误差控制测量精度和拟合精度。

（5）与快速原形制造的结合

缩短产品制造的周期是逆向工程的目的之一，近年来出现了数字化系统直接用子制造的逆向工程与快速制造的集成系统，JonesC开发了由激光扫描结果产生螺旋线数控加工路径的系统。

1.4逆向工程的关键技术

当前使用的逆向工程系统存在以下不足之处：

（1）大多数系统是针对具体的应用而开发，数据处理往往针对特定的测量设备、测量对象，通用性差。

（2）曲面拟合系统大多是对于代数二次曲面，对自由曲面，特别是由大数据量散乱点拟合自由曲面，系统一般没有此功能

　　（3）数据区域分割往往要交互操作，降低了CAD建模的速度，自动化程度低；

　　（4）系统集成化程度低，有些系统只侧重与曲面的拟合，有些系统只侧重于与特定制造技术的结合，系统只包含简单几何数据，不符合现代设计制造的并行思想。

　　几何建模是逆向工程的关键环节，同时也是影响逆向工程速度的瓶颈问题，因此，提高逆向工程几何建模的自动化程度和通用性是目前逆向工程研究的一个重点方向。

作者提出了一种逆向工程几何建模自动化系统，具有体现设计意图的特征建模的特点，数据点的组织方式不限，输出的B-rep模型与现有商用CAD系统完全兼容。

系统的关键技术在于特征的自动提取、组合自由曲面的光滑连接。

　　提高系统的集成性，有些情况CAD模型并不是必需的，或者为了最快的制造产品，需要数字化系统与CMM的直接结合；另外，有些产品（例如注塑模、注塑件的设计）需要多次进行CAE分析，由数据点直接产生CAE模型，可极大地提高产品的设计、分析过程，在上一节已有一些集成系统的应用实例，大多是根据具体情况的部分集成，邢渊提出了完整的逆向工程集成系统框架，具有CAD、CAE、CAM多个数据接口，采用了面向对象的集成方法。

关键技术是通用、开放的产品数据库结构。

　　三坐标测量可分为接触式测量和非接触式测量两大类。

接触式测量方法通过传感测量头与样件的接触而记录样件表面的坐标位置，可以细分为点触发式和连续式数据采集方法。

对于航空航天、汽车等行业，大型样件的测量一般可以选用接触式测量，以满足精度要求。

因为，接触式测量中的点触发式测量可以通过人为规划，使得在大曲率或曲率变化剧烈的区域获得较多的测量点，而在相对平坦的区域则可以测量较少的点。

结合造型方法，人工对被测物体进行区域规划，测量对物体形状起关键作用的特征线和曲线网格，数据点可以根据需要组织成模型重建软件所需要的形式，然后根据特征线及曲线网格重建物体的CAD模型，减少了数据处理的难度和工作量。

其唯一的缺点是测量效率较低。

非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点。

例如：

声纳测量仪利用声音遇到被测物体产生回声的时间计算点与声源间的距离；激光测距法是将激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面间的距离。

非接触式测量使测量效率得到了极大提高，某些光学测量机可以在数秒钟内得到几十万个数据点，因而在测量过程中可以大大减少人工测量规划，在整个样件表面快速采集大量的密集点集。

由于操作简便，以激光测距法为代表的非接触式测量技术近两年来，发展迅速，应用普及面越来越广。

不过，非接触测量获得的海量数据的数据量非常庞大，常有几十万、上百万，甚至更多。

必须配合较强功能的逆向软件和高性能的计算机设备，才能顺利使用。

不过，将五年来，按照摩尔定律，计算机硬件的性能迅速提高，软件技术也今非昔比，基于光学的非接触式测量方法和三坐标测量设备在逆向工程中得到了更为广泛的应用。

在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从设计到产品的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后在详细设计阶段完成各类数据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整个设计研发周期。

这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。

逆向工程产品设计可以认为是一个从产品到设计的过程。

简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据（包括各类设计图或数据模型）的过程。

从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。

比如早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。

　　随着计算机技术在各个领域的广泛应用，特别是软件开发技术的迅猛发展，基于某个软件，以反汇编阅读源码的方式去推断其数据结构、体系结构和程序设计信息成为软件逆向工程技术关注的主要对象。

软件逆向技术的目的是用来研究和学习先进的技术，特别是当手里没有合适的文档资料，而你又很需要实现某个软件的功能的时候。

也正因为这样，很多软件为了垄断技术，在软件安装之前，要求用户同意不去逆向研究。

　　逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。

逆向工程是相对传统的设计而言。

是从一个存在的零件或原型入手，首先对其进行数字化处理，然后进行数据处理、曲面重建、构造CAD模型等，最后制造出产品的过程。

逆向工程技术能快速建立新产品的数据化模型，大大缩短新产品研发周期，提高企业产品设计和生产效率。

逆向工程流程图

1.5逆向工程与正向工程的区别

传统的产品设计一般都是“从无到有”的过程，设计