Blog

Inżynieria odwrotna – Reverse engineering – "z czym się to je"? Pojęcie inżynieria odwrotna (ang. reverse engineering) to proces badania produktu (np. urządzenia, programu komputerowego) w celu ustalenia, jak on dokładnie działa, a także w jaki sposób i jakim kosztem został wykonany. Zazwyczaj proces ten jest prowadzony w celu zdobycia informacji niezbędnych do skonstruowania odpowiednika czy tez zamiennika. Innym zastosowaniem jest porównanie lub zapewnienie współdziałania z własnymi produktami [1].

Inżynieria odwrotna umożliwia tworzenie innowacyjnych rozwiązań ułatwiających pracę oraz projektowanie form i matryc dopasowanych do istniejących już podzespołów. Co więcej, pozwala na kontrolowaną modyfikację obiektu poprzez wprowadzanie zmian wewnątrz struktury oraz testowanie wytrzymałości poszczególnych części. Jednak przede wszystkim inżynieria wsteczna to oszczędność czasu i środków finansowych, które firma może przeznaczyć na rozwój działalności. Dzięki wykorzystaniu jednego z podstawowych modeli (powierzchniowy, parametryczny lub hybrydowy) można w krótkim czasie wprowadzać aktualizacje w obiektach rzeczywistych lub opracować precyzyjne narzędzia przystosowane do określonego produktu [2]. Obecnie inżynierię odwrotną wykorzystuje się w takich branżach jak [2, 3]: motoryzacja, lotnictwo, medycyna, energetyka, archeologia, architektura czy nawet rozrywka.

Ponadto w dzisiejszych czasach zastosowanie inżynierii odwrotnej może być podyktowane [4]:

• potrzebą wprowadzenia zmian konstrukcyjnych,
• odtworzeniem części uszkodzonych,
• koniecznością zaprojektowania dodatkowego oprzyrządowania,
• koniecznością stworzenia modelu CAD na podstawie części wykonanej ręcznie w celu uruchomienia produkcji masowej,
• przygotowaniem dokumentacji powykonawczej,
• archiwizacją dokumentacji, modelu w celu późniejszego odtworzenia części w przypadku uszkodzenia lub zużycia.

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 sterowanych numerycznie 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 [3, 6].

W wyniku prac skanowania obiektu powstaje model 3D, który może być zapisany w formatach [4]:

• stl – skan, w postaci siatki trójkątów, wymagający dalszej obróbki,
• igs – (automatycznie generowany) – powierzchniowy model, nieparametryczny, możliwy do importu w programach CAD (stl często nie da się wykorzystać) w celu dalszej modyfikacji,
• stp – parametryczny model umożliwiający edycję w oprogramowaniach typu CAD.

Zastanawiacie się zapewne jak to działa? Na samym początku skanowany element jest pokrywany specjalnym środkiem matowiącym, który zapobiega powstawaniu zakłóceń i pozwala na skanowanie przezroczystych i szklanych elementów. Następnie wykorzystywany jest skaner (np. Shining 3D), który to składa się z dwóch kamer oraz projektora, który z kolei wyświetla linie światła niebieskiego o znanej gęstości. Kamery rejestrują odkształcenia linii rzutowanych na skanowany obiekt, aby na ich podstawie stworzyć plik zawierający chmurę punktów rozmieszczonych w przestrzeni. Do dobrego zobrazowania obiektu wykonuje się serię skanów, które następnie są ze sobą łączone. Surowe skany potrafią być chropowate i nieregularne, dlatego warto upewnić się, że firma której zlecamy skanowanie zajmuje się również ich obróbką. Następnie przy pomocy kolejnego programu (np. Rapidform) na podstawie skanu można stworzyć obiekt bryłowy edytowalny w programach CAD. W omawianym przypadku maksymalne pole powierzchni pojedynczego skanu to 300×400 mm, lecz skany można ze sobą łączyć. Nic więc nie stoi na przeszkodzie do zeskanowania większego elementu. Musimy jednak pamiętać, że im więcej skanów musimy wykonać tym większe będą straty na dokładności. Zalecana objętość skanowanego obiektu to 2 x 2 x 2 m. Dokładność jaką jesteśmy w stanie osiągnąć dla takiego elementu to 0,05 mm [5].

Na rys. 1a oraz 1b przedstawiono przykłady, odpowiednio model 3D elementu wykorzystywanego w medycynie oraz skanowanie odlewu korpusu pompy w celu wykonania modelu CAD.

Rys. 1. Przykłady wykorzystania inżynierii odwrotnej: a) skan 3D cewki do rezonansu magnetycznego głowy, b) proces skanowania odlewu korpusu pompy w celu wykonania modelu CAD [4]

Literatura:

[1] https://pl.wikipedia.org/wiki/In%C5%BCynieria_odwrotna, z dnia 1.03.2022r.
[2] https://rlcnc.pl/inzynieria-odwrotna-zastosowanie/, z dnia 1.03.2022r.
[3] https://mfiles.pl/pl/index.php/In%C5%BCynieria_odwrotna, z dnia 1.03.2022r.
[4] http://www.oberon3d.pl/Inzynieria-odwrotna
[5] https://cubicinch.pl/inzynieria-odwrotna-z-czym-to-sie-je/
[6] Werner A.: Ocena dokładności realizacji procesu inżynierii odwrotnej obiektu przestrzennego, Pomiary, automatyka, robotyka. Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej, nr 5 / 2012r.

 dr inż. Ireneusz Zagórski
Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji
Politechnika Lubelska