مقاله مهندسی معکوس در صنعت و فناوری

مهندسی معکوس فرآیندی برای کشف فناوری های به کار رفته در دستگاه ها، نرم افزارها و سیستم ها است. این روش در صنعت برای کپی سازی، بهینه سازی و توسعه محصولات جدید استفاده می شود. در این مقاله، کاربردها، مزایا و چالش های مهندسی معکوس در صنایع مختلف بررسی شده است.

مقدمه

مهندسی معکوس فرایند اکتشاف فناوری های به کار رفته در یک دستگاه، شی و یا سیستم از طریق تحلیل ساختار، عملکرد و وظیفه آن می باشد. معمولاً از این فرایند برای دستیابی به (برای مثال یک دستگاه مکانیکی، قطعه الکترونیکی و یا برنامه نرم افزاری) و تحلیل جزئیات نحوه عملکرد آن در نگهداری یا ساخت یک دستگاه یا برنامه مشابه استفاده می شود. حاصل این فرایند مشابه کپی کردن یک چیز از روی اصل آن می باشد.

درک سیستم نرم افزاری بر هر نوع تغییر مقدم است. فرایند درک، مقدار زیادی از کل زمان صرف شده را در اِعمال تغییر می گیرد. نگهدارندگان دلایلی از جمله مستندات ناصحیح یا قدیمی، نبود مستندات، پیچیدگی سیستم و عدم شناخت کافی از قلمرو را علت فقدان درک صحیح از سیستم می دانند. راه تسهیل این مسائل، خلاصه کردن اطلاعات مربوط به سیستم (مثل تبیین مشخصات و طرح) از طریق کد منبع است، به شکلی که درک آن را بالا برد.

مهندسی معکوس تکنیکی است که می توان از آن برای این کار استفاده کرد. مهندسی معکوس به تنهایی منجر به تغییر در برنامه نمی شود، بلکه فقط راه را برای اجرای آسان تر تغییراتِ مطلوب هموار می نماید. تغییرات با استفاده از فنونی چون مهندسی پیشرو، بازسازی، و مهندسی مجدد پیاده سازی می شوند.

هدف از مهندسی معکوس تسهیل در اِعمال تغییر از طریق فهمیدن سیستم نرم افزاری با توجه به ماهیت کار، چگونگی کار و نمایش معماری آن است. به عنوان اهداف پیگیریِ این مقصود می توان به ترمیم اطلاعات از دست رفته، تسهیل جابه جایی بین بسترها، بهبود و (یا) تهیهٔ مستندات جدید، استخراج عناصر قابل استفادهٔ مجدد، کاهش تلاش برای نگهداری، مقابله با پیچیدگی، کشف عوارض جانبی، کمک به انتقال به محیط CASE و ایجاد محصولات مشابه یا رقابتی اشاره کرد. از دیگر مزایای مهندسی معکوس کاهش هزینه ها و سریع آماده شدن نرم افزار است.

برای مثال، هنگامی که یک خودرو به بازار می آید، رقیبان آن شرکت تولیدی مدلی از خودرو را تهیه کرده و آن را جداسازی می کنند (Disassembling) تا طرز کار و چگونگی ساخت آن را ببینند و از تکنیک های آن در تولیدات خود استفاده کنند؛ یا در مهندسی راه و ساختمان از طرح پل ها و ساختمان های قدیمی که هنوز پابرجا باقی مانده اند کپی گرفته می شود و در مورد چگونگی ساخت آنها، مواد اولیه استفاده شده و علل سالم ماندن آن تحقیق می شود تا در طرح های خود برای استحکام بیشتر استفاده کنند.

در بعضی موارد، طراحان شکلی از ایده هایشان را با استفاده از گچ، سفال و … نشان می دهند (ساخت ماکت) که نیازی به اندازه گیری دقیق ندارد؛ این در حالی است که مدل کامپیوتری (CAD) نیاز به اندازه گیری دقیق قسمت های مختلف دارد و تا زمانی که این اندازه ها دقیق نباشند، وارد کردن آن در CAD بسیار دشوار و حتی ناممکن است؛ زیرا هیچ تضمینی وجود ندارد که مدل ارائه شده در CAD و مدل های ساخته شده بعدی با مدل اولیه مطابقت داشته باشند. مهندسی معکوس راه حلی برای این مشکل دارد:

از نظر مهندسی معکوس، در این حالت مدل فیزیکی یک منبع اطلاعاتی مناسب برای مدل CAD است. در این حالت با استفاده از ابعاد سه بعدی و اسکنرهای لیزری و سطح نگارها، با در نظر گرفتن ابعاد فیزیکی، جنس ماده تشکیل دهنده و دیگر جنبه ها، یک مدل و الگوی پارامتری به دست می آید؛ سپس این مدل به CAD فرستاده می شود و تغییرات نهایی روی آن انجام می شود و سپس به دستگاه های برش و تولید (CAM) فرستاده می شود که CAM این قسمت فیزیکی را تولید می نماید.

پس می توان گفت که مهندسی معکوس با کالا آغاز می شود و به فرایند طراحی می رسد و این دقیقاً مخالف مسیر روش تولید (Product Definition Statement = PDS) است و به همین علت آن را مهندسی معکوس نامیده اند. به وسیله این روش، بیشترین اطلاعات ممکن دربارهٔ ایده های مختلف طراحی که برای تولید یک کالا استفاده می شود، به دست می آید.

بدین وسیله هم می توان کالا را دوباره تولید کرد و هم می توان از ایده های مفید آن برای تولید کالایی جدید بهره برد. همین امر باعث شده که مهندسی معکوس به یکی از شاخه های مهم مهندسی تبدیل گردد و همواره نگاه ها به سوی تولیدات وارد شده به بازار جلب شود.

تاریخچه کاربردی مهندسی معکوس :

اگر سابقه ی صنعت و چگونگی رشد آن در کشورهای جنوب شرقی آسیا را مورد مطالعه قرار دهیم، به این مطلب خواهیم رسید که در کمتر مواردی این کشورها دارای ابداعات فناوری بوده اند و تقریباً در تمامی موارد، کشورهای غربی (آمریکا و اروپا) پیشرو بوده اند. پس چه عاملی باعث این رشد شگفت آور و فنی در کشورهای خاور دور گردیده است؟

در این نوشتار به یکی از راهکارهای این کشورها در رسیدن به این سطح از دانش فنی می پردازیم.

در صورتی که به طور خاص کشور ژاپن را زیر نظر بگیریم، خواهیم دید که تقریباً تمامی مردم دنیا از نظر کیفیت، محصولات آنها را تحسین می کنند، ولی به آنها ایراد می گیرند که ژاپنی ها از طریق کپی برداری از روی محصولات دیگران به این موفقیت دست یافته اند.

این سخن اگر هم که درست باشد و در صورتی که کپی برداری راهی مطمئن برای رسیدن به هدف باشد، چه مانعی دارد که این کار انجام شود؟ این مورد، به خصوص درباره ی کشورهای در حال توسعه یا جهان سوم که با شکاف عمیق فناوری بین این کشورها و کشورهای پیشرفته ی دنیا روبه رو هستند، امری حیاتی به شمار می رود و این کشورها باید همان شیوه را پیش بگیرند (البته در قالب مقتضیات زمان و مکان و سایر محدودیت ها). به عنوان یک نمونه، قسمتی از تاریخچه ی صنعت خودرو و آغاز تولید آن در ژاپن را مورد بررسی قرار می دهیم:

تولید انبوه خودرو در ژاپن قبل از جنگ جهانی دوم و در سال ۱۹۲۰، بوسیله ی کارخانه های "ایشی کاواجیما" آغاز شد که مدل ژاپنی فورد آمریکایی را کپی کرده و به شکل تولید انبوه به بازار عرضه نمود.

همچنین شورلت ژاپنی AE جزو اولین خودروهای کپی شده ی آمریکایی توسط ژاپنی ها بود که به تعداد زیاد تولید می شد. سپس با تلاش های فراوانی که انجام شد (آن هم در شرایط بحرانی ژاپن در آن دوره)، مهم ترین کارخانه ی خودروسازی ژاپن یعنی "تویوتا" در سال ۱۹۳۲ فعالیت خود را با ساخت خودرویی با موتور "کرایسلر" آغاز نمود. در سال ۱۹۳۴، نوع دیگری از خودرو را با موتور "شورلت" ساخته و وارد بازار نموده و از سال ۱۹۳۶، اولین تلاش ها برای ساخت خودروی تمام ژاپنی آغاز شد. البته تا مدت ها ژاپنی ها مشغول کپی برداری از اتومبیل های آمریکایی و اروپایی بودند.

آنها خودروی پاکارد و بیوک آمریکایی و رولزرویس، مرسدس بنز و فیات اروپایی را نیز تولید کردند که همین تولیدها زمینه ساز گسترش فعالیت خودروسازی ژاپن شد و سرانجام در دهه ی ۱۹۶۰ میلادی، پس از سعی و کوشش فراوان، اولین اتومبیل تمام ژاپنی که ضمناً دارای استاندارد جهانی بود، تولید و به بازار عرضه شد.

در تمامی مطالب فوق، رد پای یک شگرد خاص و بسیار مفید به چشم می خورد که "مهندسی معکوس" (Reverse Engineering) نام دارد.

مهندسی معکوس روشی آگاهانه برای دستیابی به فناوری حاضر و محصولات موجود است. در این روش، متخصصین رشته های مختلف علوم پایه و کاربردی از قبیل مکانیک، فیزیک و اپتیک، مکاترونیک، شیمی پلیمر، متالورژی، الکترونیک و ... جهت شناخت کامل نحوه ی عملکرد یک محصول که الگوی فناوری مذکور می باشد، تشکیل گروه های تخصصی داده و توسط تجهیزات پیشرفته و دستگاه های دقیق آزمایشگاهی، به همراه سازماندهی مناسب تشکیلات تحقیقاتی و توسعه های R&D، سعی در به دست آوردن مدارک و نقشه های طراحی محصول فوق دارند تا پس از مراحل نمونه سازی (Prototyping) و ساخت نیمه صنعتی (Pilot plant)، در صورت لزوم، تولید محصول فوق طبق استاندارد فنی محصول الگو انجام شود.

همان گونه که اشاره شد، استفاده از روش مهندسی معکوس برای کشورهای در حال توسعه یا عقب مانده، روشی بسیار مناسب جهت دسترسی به فناوری، رشد و توسعه ی آن می باشد. این کشورها که در موارد بسیاری از فناوری ها در سطح پایینی قرار دارند، در کنار روش ها و سیاست های دریافت دانش فنی، مهندسی معکوس را مناسب ترین روش دسترسی به فناوری تشخیص داده و سعی می کنند با استفاده از روش مهندسی معکوس، اطلاعات و دانش فنی محصولات موجود، مکانیسم عملکرد و هزاران اطلاعات مهم دیگر را بازیابی کرده و در کنار استفاده از روش های مهندسی مستقیم (Forward Engineering) و روش های ساخت قطعات، تجهیزات، تسترهای مورد استفاده در خط مونتاژ و ساخت مانند قالب ها، گیج و فیکسچرها و دستگاه های کنترل، نسبت به ایجاد کارخانه ای پیشرفته و مجهز جهت تولید محصولات فوق اقدام نمایند.

همچنین ممکن است مهندسی معکوس برای رفع معایب و افزایش قابلیت های محصولات موجود نیز مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، در کشور آمریکا، مهندسی معکوس توسط شرکت "جنرال موتورز" بر روی محصولات کمپانی "فورد موتور" و نیز برعکس، برای حفظ وضعیت رقابتی و رفع نواقص محصولات به کار برده شده است.

بسیاری از مدیران کمپانی های آمریکایی، هر روز قبل از مراجعت به کارخانه، بازدیدی از جدیدترین محصولات عرضه شده در فروشگاه ها و نمایشگاه های برگزارشده انجام داده و جدیدترین محصولات عرضه شده مربوط به محصولات کمپانی خود را خریداری نموده و به واحد تحقیق و توسعه (R&D) تحویل می دهند تا نکات فنی مربوط به طراحی و ساخت محصولات مذکور و آخرین تحقیقات، هر چه سریع تر در محصولات شرکت فوق نیز مورد توجه قرار گیرد.

جالب است بدانید که مهندسی معکوس حتی توسط سازندگان اصلی نیز ممکن است به کار گرفته شود، زیرا به دلایل متعدد، نقشه های مهندسی اولیه با ابعاد واقعی قطعات (مخصوصاً زمانی که قطعات چندین سال پیش طراحی و ساخته و به دفعات مکرر اصلاح شده اند) مطابقت ندارد. برای مثال، جهت نشان دادن چنین نقشه هایی با ابعاد واقعی قطعات و کشف اصول طراحی و تلرانس گذاری قطعات، بخش میکروسوئیچ شرکت Honywell از مهندسی معکوس استفاده نموده و با استفاده از سیستم اندازه گیری CMM (Coordinate Measuring Machine)، با دقت و سرعت زیاد ابعاد را تعیین نموده و به نقشه های مهندسی ایجادشده توسط سیستم CAD منتقل می کنند.

متخصصین این شرکت اعلام می دارند که روش مهندسی معکوس و استفاده از ابزار مربوطه، به نحو مؤثری زمان لازم برای تعمیر و بازسازی ابزارآلات، قالب ها و فیکسچرهای فرسوده را کم می کند و لذا اظهار می دارند که "مهندسی معکوس زمان اصلاح را به نصف کاهش می دهد."

مهندسین معکوس، اضافه بر اینکه باید محصول موجود را جهت کشف طراحی آن به دقت مورد مطالعه قرار دهند، همچنین باید مراحل بعد از خط تولید یعنی انبارداری و حمل و نقل را از کارخانه تا مشتری و نیز قابلیت اعتماد را در مدت استفاده ی مفید مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. چرا که مثلاً فرآیند آنیلینگ مورد نیاز قطعه، ممکن است برای ایجاد مشخصات مورد نظر در هنگام عملکرد واقعی محصول یا در طول مدت انبارداری و حمل و نقل طراحی شده و لزوم وجود آن تنها در هنگام اجرای مراحل مذکور آشکار خواهد شد.

چه بسا که بررسی یک پیچ بر روی سوراخی بر بدنه ی محصول (که به قطعات و اجزای دیگر متصل نشده)، متخصصان مهندسی معکوس را ماه ها جهت کشف راز عملیاتی آن به خود مشغول کند، غافل از اینکه محل این پیچ، امکانی جهت تخلیه ی هوا، تست آب بندی یا امکان دسترسی به داخل محصول جهت تست نهایی می باشد.

از سوی دیگر، مهندسین معکوس باید عوامل غیرمستقیمی را که ممکن است در طراحی و تولید محصول مذکور تأثیر بگذارند، به دقت بررسی نمایند. به دلیل اینکه بسیاری از این موارد با توجه به خصوصیات و مقتضیات زمانی و مکانی ساخت محصول مورد نظر، توسط سازندگان اصلی توجیه پذیر باشد اما ماجرای آن به وسیله ی مهندسین معکوس فاجعه ساز باشد.

مثلاً فرآیند تولید قطعات تا حدود قابل توجهی بستگی به تعداد محصولات مورد نیاز و ... دارد. اگر تعداد محصولات مورد نیاز جهت کشور ثانویه بسیار کمتر از کشور اصلی که در حد جهانی و بین المللی فعالیت نموده، باشد پس به عنوان مثال تعیین فرآیند یک قطعه با باکالیتی (نوعی مواد پلیمری) از طریق ساخت قالب های چندحفره ای با مکانیزم عملکرد خودکار با توجه به معضلات پخت قطعه در داخل قالب، می تواند برای مجریان مهندسی معکوس فاجعه ساز باشد (اگر که این مهندسان از فرآیندهای ساده تر با توجه به تیراژ تولید محصول و نیز خصوصیات تکنولوژیکی کشور خود استفاده نکنند). بنابراین، مرحله ی بعد از کشف طراحی، تطبیق طراحی انجام شده بر مقتضیات زمانی و مکانی کشور ثانویه می باشد که باید به دقت مورد توجه متخصصین مهندسی معکوس واقع شود.

خلاصه اینکه مهندسی معکوس ممکن است یک کاربرد غیرمعقول و نامناسب از کاربرد هنر و علم مهندسی به نظر برسد، اما آن یک حقیقت از زندگی روزمره ی ما به شمار می رود.

مزایا و دستاوردهای مهندسی معکوس:

مهندسی معکوس یکی از روش های دسترسی به دانش فنی است. لازمه ی اجرای این روش وجود نمونه هایی از محصول است که مبنای کار تحقیقات قرار می گیرد؛ در این روش برای دستیابی به دانش فنی به برون فکنی اطلاعات فنی از طریق تجزیه ی محصول متوسل می شویم که اصطلاحاً کشف کردن دانش فنی نامیده می شود.

در این فرآیند کارشناسان مربوطه، مشخصات، هدف و شرایط طراحی محصول را در نظر گرفته و سعی در ساخت و تولید محصول طبق استانداردهای ملی و رایج خود دارند و نقاط مجهول و ناشناخته ی مسئله را نیز با درایت و بررسی های کارشناسی و تحقیقاتی پوشش می دهند، بدون اینکه از ابتدا درگیر جزئیات فنی و طراحی محصول شده باشند.

شاید بتوان از مهندسی معکوس به عنوان کپی برداری آگاهانه از یک محصول نام برد، روشی که عده ای از کشورهای شرق آسیا و نیز تعدادی از کشورهای اروپایی بعد از جنگ جهانی دوم عملاً پیاده کردند و در حال حاضر جزء کشورهای پیشرفته و صنعتی محسوب می شوند.

مزایا و دستاوردهای مهندسی معکوس را می توان در موارد ذیل خلاصه نمود:
1- ایجاد توانایی و تقویت تکنیکی - فناوری ساخت از طریق شناخت و درک کامل محصول (اخذ دانش فنی محصول) و به وجود آوردن اعتمادبه نفس در مهندسان و کارشناسان صنعت در مواجهه با صنایع و فناوری های وارداتی.
2- امکان طراحی یک محصول بهنگام، در سطح استانداردهای جهانی با کشف راه های جدید بهبود و توسعه ی محصول در جهت ارضای نیازهای مشتری همانند عملکرد بهتر، افزودن ویژگی های مطلوب و رفع نواقص محصول؛ همچنین ارضای نیازهای بازار مثل تغییر فناوری یا بهبود آن و کاهش هزینه.
3- ایجاد توان بالقوه جهت جذب، به هنگام انتقال فناوری های پیشرفته در عرصه ی جهانی.
4- تربیت نیروی متخصص مورد نیاز در صنایع استراتژیک.
5- به وجود آوردن قدم های سیستماتیک برای کمک به درک و مستندسازی طراحی و فرآیند طراحی.
6- امکان الگوبرداری رقابتی در جهت درک محصولات رقبا و توسعه ی بهتر محصولات خود.
7- امکان انجام مهندسی مجدد با استفاده از دانش فنی اخذ شده به وسیله ی مهندسی معکوس.

مهندسی معکوس در زمینه های مختلف سخت افزاری و نرم افزاری از جمله برای غلبه بر عیب ها یا گسترش توانایی های دستگاه های موجود، تهیه ی قطعات یدکی و ایجاد مراکز تعمیر و نگهداری دستگاه های پیشرفته، به عنوان ابزاری برای یادگیری، ابزاری برای ساختن محصولات جدید و سازگار که از محصولات موجود در بازار ارزان تر باشند، ابزاری برای رقابت، برای بالا بردن کارایی نرم افزارها مورد استفاده قرار می گیرد و در حیطه های سخت افزار و نرم افزار رایانه ای نیز اهمیت ویژه ای دارد.

فهرست مطالب

مقدمه
تاریخچه ی کاربردی مهندسی معکوس
مزایا و دستاوردهای مهندسی معکوس
متدولوژی مهندسی معکوس
ضرورت شناخت رفتار فناوری برای انتخاب استراتژی مناسب
نگاهی به مهندسی مجدد
دنیای Crack
بخش اول:
معرفی
بخش دوم:
Reverse Engineering یا مهندسی معکوس چیست
بخش سوم:
برنامه های امروزی و حفاظت از آنها
بخش چهارم:
رابطه ی Reverse Engineering و Assembly
بخش پنجم:
نگاهی به Coding
مهندسی معکوس و امنیت در دنیای نرم افزار
نتیجه گیری
منابع