Возможность применения технологии реверс-инжиниринга для быстрого прототипирования в машиностроении

В настоящее время, когда многие страны отказываются экспортировать свою продукцию в Россию, все чаще требуется разработка собственных машин и механизмов, что позволит предотвратить простои большей части объектов социальной инфраструктуры. Часто, реверс-инжиниринг воспринимают как копирование того или иного объекта, но за этим скрывается ряд преимуществ: улучшение качества и функциональности изделия, подвергаемого реверс-инжинирингу, сокращение затрат на разработку данного объекта, снижение зависимости от импорта, возможность конкурировать на рынке. Также, одной из ключевых задач реверс-инжиниринга является, получение прототипа изделия в максимально короткие сроки, поэтому это требует большого количества знаний и обширного количества оборудования.

Ключевые слова: реверс-инжиниринг, 3D моделирование, импортозамещение, 3D сканер.

Использование реверс-инжиниринга не ограничивается на импортозамещении, и охватывает множество отраслей. Одним из основных направлений использования реверс-инжиниринга является восстановлении разрушенной или вышедшей из строя детали, с сохранением ее геометрии, физических и механических свойств. При этом, данную работу зачастую требуется выполнить в короткие сроки. Так же, не мало важным направлением использования реверс-инжиниринга является изменение геометрии детали, для улучшения механических свойств, а также для облегчения производства, и уменьшения цикла изготовления данной детали. Это чаще всего требуется для деталей сложной геометрии, цикл изготовления требуется сократить, для снижения затрат без потери качества.

Процесс реверс-инжиниринга включает в себя ряд этапов, которые играют важную роль в получении точного прототипа изделия.

Первым этапом является сбор и анализирование информации. В рамках данного этапа собираются все данные, которые помогут при проектировании, и дальнейших испытаниях изделия. Это могут быть какие-либо чертежи, 3D модели, схемы, технические требования, технические задания, а также любая информация, для понимания работы данного изделия. Данный этап является основополагающим, так как от него зависит в дальнейшем количество затраченного времени на следующие этапы, и возможность провести реверс-инжиниринг изделия целом. Поэтому сбор информации занимает большую часть времени.

Вторым этапом является получение модели изделия. Данный этап очень обширный, и включает в себя разные методы получения результата. Одним из простых методов получения модели, является ручной замер геометрии изделия, с помощью мерительных инструментов, таких как штангенциркуль, микрометр, глубиномер, нутромер, и т. д. При этом можно получить модель изделия простой геометрии с высокой точностью, не затратив большого количества времени на ее разработку. Но при моделировании изделий сложной геометрии не только будет затрачено большое количество времени на разработку, но и с высокой вероятностью будет утрачена точность геометрии изделия. Для получения модели изделия сложной геометрии чаще всего применяют 3D сканирование, которое выполняют за счет специального оборудования. Но данное оборудование имеет ограничение по внутренней геометрии сканируемого изделия, а также является дорогостоящим. Поэтому часто применяют оба метода совместно, сканируя наружную геометрию изделия, и замеряя внутреннюю. После произведенных работ получается облако точек, которое нужно перевести в трехмерную модель, для дальнейшей работы с изделием. В случае особо сложной геометрии, большого количества внутренних каналов, используют координатно-вычислительные машины. За счет специального щупа можно определить не только диаметр и глубину каналов, но и межосевое расстояние, расположение оси отверстия относительно изделия, и т. д. Данные замеры часто невозможно определить вручную с необходимой точностью. Минусом использования данного оборудования является его высокая стоимость, и необходимые навыки работы на данной оборудовании. Поэтому данный этап может занимать как малую часть времени процесса реверс-инжиниринга, так и большую часть, исходя из сложности геометрии необходимого изделия.

Третьим этапом является анализирование изделия, для получения информации о твердости и используемом материале. Это нужно для дальнейшей оптимизации изделия, а также для ее изготовления. Для этого процесса необходимо специализированное оборудование, в зависимости от материала. Если это полимеры, то необходима лаборатория для анализа химического состава, если это металлы, то с помощью спектрометра можно определить химический состав изделия, и подобрать аналоги используемого материала. Измерение твердости проводится с помощью специальных твердомеров разных типов, в зависимости от материала изделия.

Четвертым этапом является принятие решения по оптимизации изделия. Данный этап зависит от требований к изделию, а также от технического задания, и проводится только если в этом есть необходимость. Зачастую, нацелен на выявление слабых мест изделия и их улучшений. В зависимости от назначения изделия требует определенного уровня знаний специалиста, и может занимать разное количество времени.

Пятый этап заключается в разработке образца изделия, для проведения испытаний и сравнения своего продукта с объектом реверс-инжиниринга. Этот этап объединяет все предыдущие, и требует в зависимости от материала изделия различное оборудование. Часто, для проведения испытаний параллельно с процессом реверс-инжиниринга разрабатывают специальные стенды для проведения испытаний.

Шестой этап является заключающим, в рамках этого этапа проводятся испытания, выявляются недостатки, и вносятся финальные корректировки. Он нужен для того, чтобы убедиться соответствует ли полученное изделие требованиям. В рамках данного этапа так же разрабатывается конечный вариант документации. После этого вся документация отправляется заказчику, и можно пускать изделие в серию.

Рис. 1. Реверс-инжиниринг крышки подшипника плунжерного аксиального насоса

Процесс реверс-инжиниринга включает в себя большой перечень современных технологий, без которых невозможно было бы назвать его быстрым прототипированием. Такие как:

– 3 D -сканирование . Этот процесс заключается в использовании специального оборудования, и позволяет на выходе получить точную модель необходимого изделия. В зависимости от вида сканера, накладываются определенные ограничения исходя из геометрии изделия, а также поверхности.

– CAD и CAM -системы . Без данных систем невозможно представить процесс реверс-инжиниринга, так как именно они позволяют создать модель изделия, произвести ее анализ, а также оптимизировать конструкцию. За счет CAM системы можно будет визуализировать процесс создания изделия, а также выявить недостатки в технологичности, и сложности в производстве.

– CAE -системы . Данная система позволяет производить прочностные расчеты изделия, и получить все необходимые характеристики до воспроизведения изделия в жизни.

В дальнейшем, в зависимости от материала изделия, будет необходимо специализированное оборудование, для производства тестового образца.

В данной работе рассмотрены некоторые возможности реверс-инжиниринга для получения быстрого прототипа изделия.

Литература:

1. Рубанова, К. А. Применения обратного инжиниринга на предприятиях промышленности в условиях новых санкций // Экономика и предпринимательство. 2022. № 4 (141). С.: 1368- 1372.
2. Лукманов, О. Обратный инжиниринг // САПР и графика. 2018. № 1 (255). С.: 7–8.
3. Краюшкин П. А., Старостенко Т. Ю., Суслов А. А. Применение 3D сканирующих устройств в литейном производстве // Машиностроение. Тенденции развития современной науки: Материалы научной конференции студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета, Липецк, 14–18 апреля 2018 года. Липецк: Липецкий государственный технический университет, 2018. С. 8–10.
4. Скрипничук Е. В., Решетникова Е. С. Реверсивный инжиниринг // Технологии металлургии, машиностроения и материалообработки. 2021. № 20. С. 238–245
5. Несмиянова И. О. 3D сканирование в экспертной деятельности: понятие, сущность и возможности применения // Systems and Management. 2020. Т. 2. № 2. С. 50–67. DOI 10.47351/2658–7874_2020_2_2_50.