逆向工程技术生产实习应用

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逆向工程技术生产实习应用

1逆向工程技术

逆向工程技术又称反求工程技术,相对于传统的正向设计工程,是一种产品设计技术的再现过程,即对某一项目标产品进行逆向分析及研究,推导得出该产品的功能特性、技术指标、组织结构等设计要素,制作出功能相近但又不完全一样的产品。该技术的特点是能让设计者快速消化吸收原产品优点的基础上进行改进和创新设计,从而缩短新产品的研发时间,增强企业的竞争力,目前被广泛应用到新产品开发和产品改型设计、产品仿制、质量分析检测等领域。电类生产实习的过程一般是实现完整的产品流程,让学生从市场调研、资料分析、方案设计、项目实施的全过程,了解企业电子产品的开发设计流程、生产制造工艺、成本控制、检验测试等产品阶段,从而学习体会电子产品企业规范化、专业化的电子产品设计、开发流程及典型开发团队中人员角色设置。大部分高校的电类专业生产实习,周期一般是3~5周,在有限的时间内让学生完成实际产品开发任务的目的几乎是不可能的;逆向工程技术则可有效地实现这一目标,缩短产品从设计到制造的时间,从而达到实习学生完成实际产品开发任务的目的,提高职业能力。

2典型案例应用介绍

逆向工程技术是一种非常高效的产品设计方法,经实习教研组老师和企业专业技术人员的多次交流和慎重考虑,决定在实习中引进逆向工程技术,方法是将学生按5~6人分为一个项目组,自选一个典型的现有产品作为样品,直接对样品进行分析,推导出产品的设计流程,从而制作出新的产品,在项目中每个成员必须承担一定的实施角色如硬件工程师、测试工程师等,按照产品的规范开展项目管理与工程活动,每个里程碑阶段开展产品模式的阶段评审(原产品的分析测试阶段、新产品的电路设计阶段、新产品的实施阶段等),评审由实习指导老师和企业专业技术人员组成评审委员会,根据项目组出现的问题,提出改进和修改意见。在实习中,主要分成两大部分,一是产品的逆向工程,二是新产品的再设计。

2.1产品的逆向工程

所谓产品的逆向工程技术是在对原有产品的观察测试后,拆开产品,逐一分析单个零件的组成、功能、装配尺寸和制造过程。在电类专业生产实习中,考虑到实习目的及效果,以及当前电子行业的整体形势,中小功率开关电源是一个不错的选择,目的是通过典型应用产品(开关电源)的逆向工程,缩短产品的开发设计时间,使学生能在有限的实训时间内达到熟练掌握实际产品的开发流程,提高工作能力。开关电源的逆向工程中,主要环节有三:一是对原有产品的参数测定及分析;二是对原有产品的PCB板进行反演,还原该产品的电路设计图;三是原有产品的工艺分析。下面从这三个方面介绍开关电源的逆向过程:(1)原有产品的参数测定和分析。每个项目组的学生从提供的4~5种开关电源中选定要仿制的品牌,确定其参数要求,测试3~5个样品的输入输出等参数,并做好相关的记录并分析。(2)反演原有产品的PCB板,还原电路设计图。传统的PCB反演技术很多,一般分为抄板软件的辅助反演过程和手工抄板。现存的抄板软件国内主要有CBR系列、QuickPCB系列和PHOTOSHOP等,该方法仿制PCB板的过程是:给样本PCB板照相→在抄板软件中导入样本PCB板的图片→根据样本照片绘制出PCB图→逆向生成网络表→把网络表导入PCB设计软件中,如Protel、Altiumdesigner→在PCB软件中完成其它设计过程。对于复杂的电路板如多层电路板,可以考虑借助如上抄板软件来实现。在实习中,考虑到产品的简易性及锻炼学生电路掌握能力,采取手工抄板的方式来反演。手工抄板对学生自身素质要求比较高,要求有较扎实的电路基本功,熟悉各典型单元电路的原理及功能,这样才能游刃有余地进行抄板。对于电路板上元件较多的电路,首先将实物电路划分为多个单元模块,比如对一些稍复杂的电路,一般可划分为电源模块、采集模块、MCU控制模块及显示模块,然后针对各个模块,找出各模块中引脚多且起主要作用的元件,以这些元件作为核心,从其引脚开始画图,注意有极性元件的标志,拿不准的点用万用表测量其相连接的元器件。手工抄板过程中一个关键点就是要注意单元电路的输入、输出端,把握好输入输出和核心元件,电路抄板就成功了一半。开关电源电路实物与抄板得到的原理图对照。该开关电源是基于BP9021A设计的市电驱动型LED照明电源,主要由三个部分组成:整流滤波、恒流调节和变压器隔离整流输出。整流部分中的MB6S,恒流调节电路中的BP9021A,输出部分中的变压器,以这些元件作为核心元件,从各核心元件的引脚展开作图,最终把各部分连通起来,实物的PCB抄板就完成了。(3)样品的工艺分析。在产品的整体设计过程中,工艺设计也是其中重要的一个环节,它涉及产品的方方面面,如产品的结构件设计、元件的安装工艺、PCB设计工艺等等,在开关电源中:市电输入端,在PCB板上采用U型槽隔开,增加爬电距离;高压和低压部分有较大的安全距离。灯板与底座之间涂上散热胶,通过螺钉固定,弧形的散热鳍片加大散热面积,散热效率高。

2.2产品的再设计

产品的再设计过程其实也是产品的正向设计过程,在此不再赘述。在实习中,根据PCB板逆向得出的电路图进行分析,有条件的可以提出改进方法,然后采用PCB设计软件如AltiumDesigner完成新的PCB图设计。按照新的PCB图制作新的PCB板,安装调试,完成5~6个新产品的装配,并进行测试,原产品与新产品的转换效率特性测试对比。因该产品属于一款稳定的通用产品,改进的空间不大,学生在设计过程中不需要进行创新性设计。整个产品设计完成后,根据企业产品规范化、专业化的设计要求,学生最终还得提供产品设计过程的生产文件,如产品参数测试报告、产品工艺分析报告、元件清单、电路图、产品装配工艺报告等一系列产品文件。

3结语

逆向工程技术是产品开发设计的重要手段,利用逆向工程技术可以有效地缩短产品的开发周期;在生产实习教学中引进逆向工程技术,提升了学生设计开发能力的培养,为高校集中性实践教学环节改革提供了参考案例,2013年电信10级和2014年电信11级暑假电类生产实习,学生反馈良好,实践证明,在实习中引入逆向工程技术是可行、有效的。

作者:谢斌盛 陈新兵 龙晓莉 单位:广州大学实验中心