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逆向工程技術又稱反求工程技術,相對于傳統的正向設計工程,是一種產品設計技術的再現過程,即對某一項目標產品進行逆向分析及研究,推導得出該產品的功能特性、技術指標、組織結構等設計要素,制作出功能相近但又不完全一樣的產品。該技術的特點是能讓設計者快速消化吸收原產品優點的基礎上進行改進和創新設計,從而縮短新產品的研發時間,增強企業的競爭力,目前被廣泛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。電類生產實習的過程一般是實現完整的產品流程,讓學生從市場調研、資料分析、方案設計、項目實施的全過程,了解企業電子產品的開發設計流程、生產制造工藝、成本控制、檢驗測試等產品階段,從而學習體會電子產品企業規范化、專業化的電子產品設計、開發流程及典型開發團隊中人員角色設置。大部分高校的電類專業生產實習,周期一般是3~5周,在有限的時間內讓學生完成實際產品開發任務的目的幾乎是不可能的;逆向工程技術則可有效地實現這一目標,縮短產品從設計到制造的時間,從而達到實習學生完成實際產品開發任務的目的,提高職業能力。
2典型案例應用介紹
逆向工程技術是一種非常高效的產品設計方法,經實習教研組老師和企業專業技術人員的多次交流和慎重考慮,決定在實習中引進逆向工程技術,方法是將學生按5~6人分為一個項目組,自選一個典型的現有產品作為樣品,直接對樣品進行分析,推導出產品的設計流程,從而制作出新的產品,在項目中每個成員必須承擔一定的實施角色如硬件工程師、測試工程師等,按照產品的規范開展項目管理與工程活動,每個里程碑階段開展產品模式的階段評審(原產品的分析測試階段、新產品的電路設計階段、新產品的實施階段等),評審由實習指導老師和企業專業技術人員組成評審委員會,根據項目組出現的問題,提出改進和修改意見。在實習中,主要分成兩大部分,一是產品的逆向工程,二是新產品的再設計。
2.1產品的逆向工程
所謂產品的逆向工程技術是在對原有產品的觀察測試后,拆開產品,逐一分析單個零件的組成、功能、裝配尺寸和制造過程。在電類專業生產實習中,考慮到實習目的及效果,以及當前電子行業的整體形勢,中小功率開關電源是一個不錯的選擇,目的是通過典型應用產品(開關電源)的逆向工程,縮短產品的開發設計時間,使學生能在有限的實訓時間內達到熟練掌握實際產品的開發流程,提高工作能力。開關電源的逆向工程中,主要環節有三:一是對原有產品的參數測定及分析;二是對原有產品的PCB板進行反演,還原該產品的電路設計圖;三是原有產品的工藝分析。下面從這三個方面介紹開關電源的逆向過程:(1)原有產品的參數測定和分析。每個項目組的學生從提供的4~5種開關電源中選定要仿制的品牌,確定其參數要求,測試3~5個樣品的輸入輸出等參數,并做好相關的記錄并分析。(2)反演原有產品的PCB板,還原電路設計圖。傳統的PCB反演技術很多,一般分為抄板軟件的輔助反演過程和手工抄板?,F存的抄板軟件國內主要有CBR系列、QuickPCB系列和PHOTOSHOP等,該方法仿制PCB板的過程是:給樣本PCB板照相→在抄板軟件中導入樣本PCB板的圖片→根據樣本照片繪制出PCB圖→逆向生成網絡表→把網絡表導入PCB設計軟件中,如Protel、Altiumdesigner→在PCB軟件中完成其它設計過程。對于復雜的電路板如多層電路板,可以考慮借助如上抄板軟件來實現。在實習中,考慮到產品的簡易性及鍛煉學生電路掌握能力,采取手工抄板的方式來反演。手工抄板對學生自身素質要求比較高,要求有較扎實的電路基本功,熟悉各典型單元電路的原理及功能,這樣才能游刃有余地進行抄板。對于電路板上元件較多的電路,首先將實物電路劃分為多個單元模塊,比如對一些稍復雜的電路,一般可劃分為電源模塊、采集模塊、MCU控制模塊及顯示模塊,然后針對各個模塊,找出各模塊中引腳多且起主要作用的元件,以這些元件作為核心,從其引腳開始畫圖,注意有極性元件的標志,拿不準的點用萬用表測量其相連接的元器件。手工抄板過程中一個關鍵點就是要注意單元電路的輸入、輸出端,把握好輸入輸出和核心元件,電路抄板就成功了一半。開關電源電路實物與抄板得到的原理圖對照。該開關電源是基于BP9021A設計的市電驅動型LED照明電源,主要由三個部分組成:整流濾波、恒流調節和變壓器隔離整流輸出。整流部分中的MB6S,恒流調節電路中的BP9021A,輸出部分中的變壓器,以這些元件作為核心元件,從各核心元件的引腳展開作圖,最終把各部分連通起來,實物的PCB抄板就完成了。(3)樣品的工藝分析。在產品的整體設計過程中,工藝設計也是其中重要的一個環節,它涉及產品的方方面面,如產品的結構件設計、元件的安裝工藝、PCB設計工藝等等,在開關電源中:市電輸入端,在PCB板上采用U型槽隔開,增加爬電距離;高壓和低壓部分有較大的安全距離。燈板與底座之間涂上散熱膠,通過螺釘固定,弧形的散熱鰭片加大散熱面積,散熱效率高。
2.2產品的再設計
產品的再設計過程其實也是產品的正向設計過程,在此不再贅述。在實習中,根據PCB板逆向得出的電路圖進行分析,有條件的可以提出改進方法,然后采用PCB設計軟件如AltiumDesigner完成新的PCB圖設計。按照新的PCB圖制作新的PCB板,安裝調試,完成5~6個新產品的裝配,并進行測試,原產品與新產品的轉換效率特性測試對比。因該產品屬于一款穩定的通用產品,改進的空間不大,學生在設計過程中不需要進行創新性設計。整個產品設計完成后,根據企業產品規范化、專業化的設計要求,學生最終還得提供產品設計過程的生產文件,如產品參數測試報告、產品工藝分析報告、元件清單、電路圖、產品裝配工藝報告等一系列產品文件。
3結語
逆向工程技術是產品開發設計的重要手段,利用逆向工程技術可以有效地縮短產品的開發周期;在生產實習教學中引進逆向工程技術,提升了學生設計開發能力的培養,為高校集中性實踐教學環節改革提供了參考案例,2013年電信10級和2014年電信11級暑假電類生產實習,學生反饋良好,實踐證明,在實習中引入逆向工程技術是可行、有效的。
作者:謝斌盛 陳新兵 龍曉莉 單位:廣州大學實驗中心