Inżynieria odwrotna

Inżynieria odwrotna
Polecane artykuły
CAE Podatność eksploatacyjna Prototypowanie i modelowanie Metody wykrywania usterek Automatyka Typizacja Metoda Taguchi Analiza wartości Inżynieria oprogramowania

Inżynieria odwrotna to dziedzina nauki, która obejmuje wszystkie dostępne metody, umożliwiające wprowadzenie obiektów rzeczywistych do wirtualnej rzeczywistości.

Jak sama nazwa wskazuje, w procesach wykorzystujących metody inżynierii odwrotnej (reverse engineering), początkowo mamy do czynienia z rzeczywistym obiektem fizycznym. Dopiero zastosowanie wysoce wyspecjalizowanych urządzeń (jak skanery) oraz określonych metod inżynierskich, pozwala na generację modelu wirtualnego.

Zakres jej działania obejmuje czynności powiązane ze zbieraniem danych geometrycznych fizycznych obiektów, następnie odtwarzaniem ich geometrii oraz przetwarzaniem danych do formatu akceptowanego przez systemy CAD.

TL;DR

Inżynieria odwrotna to dziedzina nauki, która polega na wprowadzeniu obiektów rzeczywistych do wirtualnej rzeczywistości. Proces ten polega na zbieraniu danych geometrycznych obiektów fizycznych, odtwarzaniu ich geometrii i przetwarzaniu ich do formatu CAD. Inżynieria odwrotna jest stosowana głównie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, stoczniowym i medycznym. Pozwala na powielanie konstrukcji istniejących obiektów, badanie konkurencyjnych produktów, odtwarzanie dokumentacji urządzeń i przeprowadzanie analiz numerycznych. Jednak ma również wady, takie jak niedoskonałość geometryczna fizycznych modeli i ograniczenia dokładności pomiarowej systemu skanującego.

Proces inżynierii odwrotnej

W przypadku kiedy wytwór nie posiada sprecyzowanego geometrycznego odwzorowania, nie jest możliwy zapis jego konstrukcji wykorzystując rysunek techniczny. Ponadto, utrudnione jest również wygenerowanie trójwymiarowego modelu, które wymaga przyjęcia licznych uproszczeń. Aby zminimalizować ryzyko związane z nieudanym odtworzeniem wyrobu, obecnie coraz większe zastosowanie znajduje projektowanie modelowe na podstawie istniejących modeli fizycznych. W realizacji procesu konstruowania, elementem wejściowym jest więc obiekt fizyczny. Może nim być wyrób gotowy lub model wzorcowy, który nie jest jeszcze wytworem finalnym. To właśnie modele fizyczne są podstawą w procesach wytwarzania zgodnymi z zasadami inżynierii odwrotnej.

W celu umożliwienia opracowania fizycznej konstrukcji przyszłego produktu, konieczne jest dokonanie digitalizacji jej powierzchni oraz generacja modelu CAD, który wówczas może być dowolnie modyfikowany i optymalizowany.

W celu digitalizacji obiektu stosuje się obecnie skanery 3D (digitalizatory), współrzędnościowe maszyny pomiarowe bądź skanery laserowe. Ich zastosowanie daje możliwość zaprezentowania powierzchni obiektów w postaci siatki trójkątów lub chmury punktów. Model w takiej postaci zazwyczaj wystarcza do wykonania obiektu. W tym zaś celu wykorzystywane są nowoczesne obrabiarki CNC.

Podejścia w inżynierii odwrotnej

Możliwe jest zastosowanie jednego z dwóch podejść wykorzystania inżynierii odwrotnej.

Pierwsze z nich bazuje na zamianie geometrii konkretnego obiektu na cyfrowy obiekt wirtualny, który może być w dowolny sposób przekształcany i modelowany. W następnym etapie przeprowadzane są analizy numeryczne, w których stosowana jest metoda elementów skończonych (MES). Ostatecznie, wykorzystanie kodów sterujących na obrabiarkach numerycznych daje możliwość odtworzenia obiektu rzeczywistego. Niestety, obiekty otrzymywane w taki sposób obciążone są błędem, który jest wynikiem niedokładności stosowanej technologii.

W drugim podejściu uzyskiwane są informacje na temat geometrii otrzymanego obiektu, które umożliwiają ocenę rodzaju i wielkości powstałych błędów. Podejście to jest elementem sprzężenia zwrotnego dopełniającego pętlę projektowania technicznego obiektu. Powtórny proces skanowania daje możliwość oceny jakości wykonania obiektu, oceny dokładności oraz jeśli to konieczne wprowadzenia niezbędnych zmian w modelu, umożliwiających otrzymanie pożądanej dokładności rzeczywistego obiektu.

Zastosowanie

Inżynieria odwrotna znajduje uzasadnienie stosowania przede wszystkim tam, gdzie istnieje zapotrzebowanie na powielenie konstrukcji obiektu, który fizycznie już istnieje. Jest wykorzystywana gdy jednak nie istnieje jakakolwiek forma zapisu konstrukcji istniejącego obiektu, która mogłaby stanowić podstawę jego wytworzenia. W pracach inżynierskich może wiązać się zarówno z konstruowaniem nowych wyrobów, jak i projektowaniem zapasowych części zużytych elementów. Stosowana jest najczęściej w gałęziach technicznych, jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny, stoczniowy czy medyczny.

Umożliwia badanie obiektów czy konkurencyjnych produktów w celu umożliwienia określenia sposobu ich działania, metod i sposobów wykorzystanych przy ich konstruowaniu oraz kosztów ich wykonania. Pozwala więc na uzyskanie kluczowych informacji umożliwiających wtórną konstrukcję badanych produktów. W przemyśle daje ponadto możliwość odtworzenia dokumentacji urządzeń oraz określenie składu komponentów określonego obiektu. Tworzenie duplikatów umożliwia też konstrukcję modeli, na których możliwe jest przeprowadzanie szeroko pojętych analiz numerycznych zachowania pod wpływem zmiennych warunków pracy, a także testowanie wytrzymałości pojedynczych elementów, jak i całych ich zespołów.

W dziedzinach informatycznych zaś służy do odtwarzania kodów programów źródłowych wykorzystując ich kody wykonywalne.

W ostatnim czasie widoczny jest również rozwój inżynierii wstecznej oprogramowania (reverse code engineering). Obejmuje ona procesy związane z analizą zarówno budowy, jak i sposobu działania różnego typu programów komputerowych (zarówno takich sterujących pracą urządzeń sieciowych i przemysłowych, jak i przeznaczonych na urządzenia mobilne, serwery oraz komputery osobiste.

Wady

Do wad tego sposobu możemy zaliczyć przede wszystkim niedoskonałość geometryczną fizycznych modeli związaną m.in. z technologicznością wytworu, geometryczną jakością odwzorowania powierzchni czy użytecznością techniczną. Dokładność otrzymanego obiektu jest dodatkowo uzależniona od dokładności pomiarowej systemu wykonującego skan 3D. Obiekt odtworzony w taki sposób, a więc bazując na jednym egzemplarzu, nie daje możliwości jego pełnego odtworzenia.

Bibliografia

• Bachaalany E., Bruce D., Gazet A., Josse S., (2015), Inżynieria odwrotna w praktyce. Narzędzia i techniki, Wydawnictwo Helion
• Coldwind G., Jurczyk M., (2016), Praktyczna inżynieria wsteczna. Metody, techniki i narzędzia , Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Kachel S., KozakIewicz A., Łącki T., Olejnik A., (2011), Zastosowanie inżynierii odwrotnej do procesu odtwarzania geometrii układu wlotowego silnika RD-33 w samolocie MiG-2, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa
• Werner A., (2012),Ocena dokładności realizacji procesu inżynierii odwrotnej obiektu przestrzennego, Pomiary, automatyka, robotyka, Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej, nr 5
• Wyleżoł M., (2006), Inżynieria odwrotna w doskonaleniu konstrukcji , Modelowanie Inżynierskie, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Śląska, Gliwice
• Wyleżoł M., (2013), Metodyka modelowania na potrzeby inżynierii rekonstrukcyjnej , Wydawnicwo Politechniki Śląskiej, Gliwice

Autor: Justyna Rędziniak