Обзор: что такое реверс-инжиниринг с применением 3D-технологий

В этой статье мы рассказываем о том, что такое реверс-инжиниринг, как и для чего он применяется, какие в нем используются технологии и оборудование и каких результатов можно достичь с его помощью.

Фото: Creaform

Читайте статью, чтобы узнать больше.

Содержание:

Определение реверс-инжиниринга: процесс, обратный проектированию, основа технологии воспроизводства

Фото: Computer Aided Technology

Реверс-инжиниринг, обратное проектирование, обратный инжиниринг, реверсивная разработка — это синонимы, обозначающие процесс, при котором деталь или совокупность деталей как устройство подвергается измерениям и съему параметров для создания совокупности данных, позволяющих производить такие объекты, либо использовать эти данные для разработки и создания новых, измененных и усовершенствованных по сравнению с оригиналом деталей и устройств.

Реверс-инжиниринг может включать в себя непосредственный съем данных, как вручную, с применением простейших измерительных инструментов, так и с помощью сложных технологических средств, таких как 3D-сканеры и координатно-измерительные машины.

Для чего выполняется обратное проектирование? Обратное проектирование необходимо и применяется в тех случаях, когда существует физический образец изделия, но нет его проектной документации — делается оно для получения полных технических данных об объекте, которые дадут возможность его воспроизводства и доработки.

Результатом работ по обратному проектированию является проектная документация, пригодная для максимально точного воссоздания изделия, либо для создания на его базе нового, усовершенствованного.

В чем различие реинжиниринга и реверс инжиниринга? Реинжиниринг, реверс-инжиниринг и обратное проектирование это синонимы, обозначающие один и тот же процесс, а вернее — комплекс процессов, который мы уже описали в общем и подробнее разберем ниже.

Итак. Реверс-инжиниринг — что это, простыми словами: реверс-инжиниринг это съем всех параметров детали или устройства для последующего её повторения или усовершенствования.

И основной на данный момент метод реверс инжиниринга это цифровое обратное проектирование.

Этапы обратного проектирования модель цикла, программа и порядок действий: измерения, рендеринг, прототип

Процесс обратного проектирования проходит в несколько этапов:

Получение данных о детали или устройстве: сбор доступной информации об объекте.
Аппаратное получение 3D-данных, векторных или в виде облака точек: 3D-сканирование или измерение с помощью ККМ.
Перевод полученных данных в формат цифровой модели (CAD): обработка информации в программах для проектирования.
Анализ параметров полученной модели: полученная об объекте информация анализируется и обрабатывается на предмет повторения или улучшения объекта.
Создание и испытания тестового образца: на основании полученной и обработанной 3D-модели аппаратными средствами создается физический объект, с помощью 3D-печати, фрезерования и других аппаратных операций. Этот объект испытывается в рабочих условиях для выявления его положительных и отрицательных сторон, информация фиксируется.
Обработка полученных данных и формирование отчета: полученные в результате испытаний данные проверяются на соответствие целевым параметрам, составляется техническая документация на новый объект.

Преимущества обратного проектирования: промышленность и исследования, что позволяет существовать этой концепции

Преимущество экономии времени

Так как обратное проектирование предполагает получение информации об уже существующем объекте, то, как правило, уже доступна информация о его основных свойствах и ожидаемых характеристиках, и для начала анализа не нужно разрабатывать объект с нуля, что сильно экономит время.

Преимущество технологичности

Обратное проектирование дает возможность создать проектную информацию, то есть набор данных, которые позволят производить предмет такого проектирования серийно, минуя длительную и дорогостоящую стадию создания концепции и проработки вариантов прототипов. Это также экономит и время, и средства.

Преимущество совершенствования

По полученным в результате обратного проектирования данным можно создать новый объект, внеся в старый усовершенствования, сделав результат таких исследований лучше: более экономичным в производстве, превосходящим исследованный прототип по техническим характеристикам, более эстетичным внешне или по всем указанным параметрам.

Реинжиниринг и импортозамещение

Реинжиниринг представляет огромную ценность для импортозамещения, так как это основной процесс получения новых образцов изделий, которые раньше не производились местной промышленностью, а лишь поступали по импорту. Он позволяет наладить производство необходимых изделий на месте, что дает возможность заместить ушедшие с рынка страны изделия и детали.

Как будет выполняться обратное проектирование: существующие технологии и методы обратного проектирования, различие между ними

Метод 3D-сканирования — основной метод, технология 3D-сканирования в обратном проектировании и каков бывает результат

3D-сканирование это получение объемной модели физического объекта путем использования специального устройства, 3D-сканера. 3D-сканер получает информацию об объекте, его форме и размерах, принимая отраженный от него свет, затем информация передается на компьютер для последующей обработки и становится основой трехмерной модели, представляющей собой цифровую копию сканированного объекта. В реверс-инжиниринге эта технология используется для получения точной информации о формах и размерах исследуемого объекта, для создания проектной документации и последующего использования в создании новых деталей и устройств.

Преимущества применения 3D-сканера в реверс-инжиниринге:

Большая площадь и скорость обработки поверхностей,
Получение готовой 3D-модели,
Возможность получения информации о текстуре и цвете поверхностей.

Недостатки применения 3D-сканера в реверс-инжиниринге:

Недоступность некоторых мест на деталях для 3D-сканирования, в случае их сложной геометрии,
Меньшая точность, чем у КИМ,
Для автоматизированной работы может понадобиться применение дорогостоящего робота.

Инструментальный автоматический метод измерений — получение данных с помощью КИМ, как исследуется деталь

Фото: Klimakamera

Реверс инжиниринг это не только 3D-сканирование деталей. Контрольно-измерительные машины используются в том числе в производствах, на сборочных линиях, для контроля качества выпускаемой продукции по сравнению с заданными параметрами или существующей цифровой моделью. Это ещё один метод реверс-инжиниринга. В реверс-инжиниринге КИМ применяются параллельно 3D-сканерам — они помогают получить точную информацию об отдельных точках поверхностей с повышенной точностью, более высокой, чем точность при 3D-сканировании. Также КИМ способны дать информацию о тех участках детали, которая недоступна 3D-сканерам — о глубине каналов для винтов, например, поднутрениях и других местах, куда не достают камеры 3D-cканера. Некоторые модели КИМ могут работать на конвейере в автоматическом режиме, без прямого участия оператора, что расширяет их применение в области контроля качества.

Преимущества применения КИМ в реверс-инжиниринге:

Повышенная точность измерений,
Щуп КИМ способен проводить измерения в местах, куда не достают камеры 3D-сканера,
Зачастую КИМ это стационарная машина, способная автоматически обрабатывать детали без применения какого-либо дополнительного оборудования.

Недостатки применения КИМ в реверс-инжиниринге:

Точечность измерений по этой технологии делает очень медленным получение информации, когда надо измерить множество точек — там, где 3D-сканер получает за секунды информацию о миллионах точек, КИМ измеряет каждую отдельно при помощи щупа,
Недостаток портативности — как правило, КИМ — это массивное стационарное оборудование, измерительный станок, который в принципе не предполагает никакого перемещения,
Недоступность дополнительной информации: КИМ замеряет только координаты и не может получить информацию о цвете или фактуре поверхностей.

Метод 3D-печати: технология создания 3D-печатных прототипов, как решается задача

Трехмерная печать применяется в обратном проектировании для создания физических копий исследуемых или заново создаваемых объектов, с тем чтобы рассмотреть “живьем” их применимость и эргономику, для внесения последующих улучшений.

Применяемое оборудование, как средство реализации

Существуют ли инструментальные средства для обратного проектирования? Да, такие средства существуют, и далее мы расскажем о них.

3D-сканеры, как основной пример применяемого оборудования

Итак, с помощью какого оборудования применяется реверс инжиниринг в промышленности.

3D-сканеры — устройства для получения трехмерных компьютерных изображений физических объектов, как правило — высокой точности. 3D-сканеры отличаются разрешением камер и технологией подсвета.

Большинство 3D-сканеров имеют подсветку объекта сканирования лазерными лучами или проецируемыми паттернами, помогающими компьютерной программе с большей точностью определить формы сканируемых поверхностей.

КИМ – координатно-измерительные машины

Фото: Abelink

Координа́тно-измери́тельные маши́ны (КИМ) — это специальные устройства для получения данных о размерах и формах объектов с помощью зондирования их физическим щупом. Зонд КИМ касается точек на поверхности объекта и передает информацию о них в компьютер,

КИМ могу управляться операторами в ручном режиме либо действовать по заранее заданной программе автоматически. Датчики КИМ отличаются принципом измерения, они бывают индукционные, оптические, емкостные, пьезометрические и тензометрические.

Традиционная промышленная КИМ устроена как стационарный станок с трехосевой декартовой системой координат, многие из них имеют дополнительные степени свободы, например — возможность наклонения зонда для измерения углублений под разными углами.

3D-принтеры: простой пример применения

3D-принтеры используются в реверс-инжиниринге для проверки получаемых данных на физическом уровне: разрабатываемая деталь печатается на 3D-принтере и исследуется инструментальными методами, путем измерений, практически – на совместимость с внутренними деталями, например, если речь о корпусе устройства, а также тактильно – на предмет эргономики

Возможности обратного проектирования: машиностроение, реинжиниринг в деле, чего хотят предприятия

Реверс-инжиниринг помогает в копировании и усовершенствовании существующих объектов, а также в разработке новых с применением данных о предшествующих им.

Во многих отраслях, и в том числе в машиностроении, такой подход значительно ускоряет и облегчает создание функциональных объектов для последующего массового производства или разработку уникальных устройств и изделий, а также сильно удешевляет производство новых образцов технологического оборудования, всевозможных устройств и товаров народного потребления, экономя предприятиям-производителям много времени и средств, а также позволяя обойти конкурентов по скорости разработки и начала выпуска новых позиций.