Co to jest inżynieria odwrotna?

Inżynieria odwrotna w ostatnich latach staje się coraz bardziej popularna i coraz częściej wykorzystywana przez firmy. To technika, która jest odpowiedzią na rozwijającą się nowoczesną technologię. To też szansa dla wielu firm na duży rozwój. Co zatem kryje się pod tym pojęciem? Jak dokładnie działa? Jakie jest jej zastosowanie i co warto wiedzieć, decydując się na skorzystanie z niej? Postaramy się odpowiedzieć na te pytania, tak by każdy mógł zrozumieć ten niezwykle przydatny i praktyczny proces.

Jeśli nie masz czasu, by zagłębić się w tajniki inżynierii odwrotnej, skontaktuj się z nami! Napisz na info@3dfrog.pl lub zadzwoń (+48 607 105 105 +48 607 105 106), a przekażemy Ci wszystko, co powinieneś wiedzieć na temat tego procesu i jak może on pomóc Ci w Twojej branży.

Na czym polega inżynieria odwrotna?

Inżynieria odwrotna (z ang. reverse engineering) nazywana jest także inżynierią wsteczną, rekonstrukcyjną, a czasem digitalizacją. Oznacza ona proces polegający na stworzeniu z fizycznego, rzeczywistego obiektu jego technicznej dokumentacji i/lub cyfrowej wersji. Słowem – odwracany jest proces projektowo-produkcyjny. Wychodzimy od wyrobu gotowego, by odtworzyć dla niego dokumentację techniczną. W procesie tym fizyczny przedmiot poddaje się dekonstrukcji w celu wyodrębnienia z niego informacji parametrycznych, geometrycznych i konstrukcyjnych. W związku z tym zazwyczaj prowadzony jest szereg różnych pomiarów.

Proces ten umożliwia określenie szczegółowo cech produktu i tego jak jest zbudowany, a w zależności od użytych urządzeń pomiarowych i oprogramowania, pozwala na jego przekształcenie w cyfrowy model 2D lub 3D. Tak przygotowaną dokumentację można zaimplementować do programów projektowych oraz stworzyć na jej podstawie model CAD. Zbuduje to w ten sposób podstawy do dalszych procesów projektowych, optymalizacyjnych, wytwórczych, archiwizacyjnych, modelowania czy kontroli jakości.

Inżynieria wsteczna – skąd jej popularność w ostatnich latach?

Dzięki możliwościom, jakie daje skanowanie 3D, inżynieria wsteczna staje się coraz bardziej popularna i chętnie wykorzystywana. Nieustannie znajdują się dla niej nowe zastosowania. Zawdzięcza to skanerom 3D. W zależności od swoich możliwości technicznych i dokładności, urządzenia te oferują bardzo szybki i niezawodny sposób na wiarygodne odwzorowanie obiektu rzeczywistego. Uzupełniając skaner 3D o nowoczesne, specjalistyczne oprogramowanie, możemy uzyskać doskonałą bazę do inżynierii rekonstrukcyjnej. Precyzyjne dane, jakie zyskuje się z pomocą tego procesu, to szansa na rozwój dla wielu branż, które coraz częściej sięgają po to nowoczesne rozwiązanie.

Jakie możliwości daje inżynieria odwrotna?

Zastosowanie inżynierii odwrotnej jest bardzo szerokie. To na przykład przyspieszenie i usprawnienie procesów projektowych, takich jak wprowadzenie zmian konstrukcyjnych do urządzenia, unowocześnienie produktu, a także doprojektowanie dodatkowych elementów kompatybilnych z istniejącym wyrobem. Bywa, że jakiś obiekt ma się stać częścią większej konstrukcji i trzeba go odpowiednio zaadoptować. W sytuacji kiedy firma nie posiada wcale lub posiada niewystarczającą dokumentację techniczną – idealnym rozwiązaniem jest właśnie technika odwracania. Uzyskana w jej efekcie dokumentacja techniczna i modele cyfrowe zaoszczędzą sporo czasu i środków finansowych, usprawnią i przyspieszą wprowadzanie unowocześnień, pomogą zoptymalizować procesy produkcyjne, zminimalizują koszty ewentualnych pomyłek i błędów, a wszystko to dlatego, że można je wyłapać już na poziomie projektowym.

Nowe szanse dla firm

Z efektów inżynierii odwrotnej korzystają także firmy ubiegające się o pozyskiwanie środków lub inwestorów na rozwój. Do tych celów wymagane jest przygotowanie szczegółowej dokumentacji technicznej obiektów, urządzeń lub wyrobów, których będą dotyczyć planowane prace rozwojowe. Tu często okazuje się, że prowadzona od wielu lat rodzinna firma jej nie posiada, została ona zniszczona, zaginęła bądź uległa dezaktualizacji w wyniku wielu historycznych, nieudokumentowanych projektowo modyfikacji. Szansa polega zatem na ominięciu konsekwencji wynikających z braku dokumentacji, w tej sytuacji firmy mogą bowiem z powodzeniem wykorzystać inżynierię odwrotną w celu zdobycia informacji niezbędnych do skompletowania danych.

Jakie są zastosowania inżynierii odwrotnej?

• Inżynieria wsteczna pozwala na wsparcie w procesach archiwizacyjnych dokumentacji technicznej czy produkcyjnej, dla uniknięcia wspomnianych wcześniej komplikacji. Wykorzystuje się ją również do archiwizowania cyfrowego obiektów kultury, sztuki, infrastruktury czy przedmiotów i obiektów historycznych.
• Inżynieria rekonstrukcyjna może też mieć na celu stworzenie dokumentacji powykonawczej w celu uruchomienia produkcji. Tu podstawą prac są już istniejące wyroby gotowe czy prototypy stworzone ręcznie, np. jako projekt koncepcyjny designera wykonany rzemieślniczo lub rękodzieło. Bazując na efektach digitalizacji, możemy skrócić czas wdrożenia ich do seryjnej produkcji.
• Identyczna sytuacja dotyczy procesów unowocześniania narzędzi, maszyn, urządzeń, ich części lub podzespołów, a nawet całych taśm i linii produkcyjnych. Można usprawnić i przyspieszyć te procesy, bazując na dokumentacji uzyskanej z procesów inżynierii odwrotnej.
• Pomaga ona także „uratować” i zrewitalizować wiekowe, lecz nadal dobrze działające maszyny i urządzenia, do których nie ma już części zamiennych. Dzięki digitalizacji uszkodzonych części, elementów czy podzespołów, dokonując następnie w cyfrowych modelach naprawy lub rekonstrukcji uszkodzeń, można je w dalszej kolejności odtworzyć przy pomocy technologii CNC lub druku w formie trójwymiarowej. Pozwala to uniknąć przestojów produkcji oraz często sporych kosztów wymiany całej maszyny czy urządzenia.
• Ważnym zadaniem, które również realizuje inżynieria odwrotna, jest wsparcie w procesach kontroli jakości i testowanie wytrzymałości. Wyprodukowane wyroby gotowe poddaje się digitalizacji i porównuje z wyrobem wzorcowym w celu ustalenia, czy występują odchylenia.

Co warto wiedzieć, decydując się na skorzystanie z inżynierii wstecznej?

Kluczowe w procesie inżynierii wstecznej jest zbieranie danych, proces badania produktu i dokonywanie szczegółowych pomiarów obiektu, bo to od wyników działań na tym etapie zależy jakość i dokładność uzyskanej w efekcie końcowym dokumentacji technicznej i modeli cyfrowych. Zdecydowanie lepszą i dokładniejszą metodą zbierania tych danych niż użycie suwmiarki i kartki papieru, jest zastosowanie skanera 3D. Urządzenia te bardzo szybko i dokładnie są w stanie odwzorować w zasadzie każdą rzecz, począwszy od geometrii, przez teksturę, do szczegółowych wymiarów z dokładnością liczoną nawet w setnych milimetra. O doborze skanera 3D do konkretnej realizacji, a co za tym idzie, optymalnej dokładności zbierania danych pomiarowych, decyduje wielkość odwzorowywanego obiektu. Małe modele z drobnymi szczegółach wymagają wysokiej rozdzielczości. Z kolei skanowanie dużych obiektów, ze względu na duże ilości danych, determinuje obniżenie dokładności. Sprawdź: inżynieria odwrotna – skanowanie 3D.

Skanowanie małych obiektów

Wyspecjalizowane firmy jak na przykład 3DFrog oferują skanowanie hybrydowe – duże przemysłowe obiekty skanerem o mniejszej rozdzielczości, a ich mniejsze detale, wymagające precyzyjniejszego odwzorowania, skanerem o wysokiej rozdzielczości. Producenci skanerów 3D prześcigają się, podając coraz niższe dokładności, nawet od 0,02 mm, ale doświadczenie i praktyka pokazują, że realnie można uzyskać nieco mniejsze dokładności, co jednak w większości realizacji jest w pełni wystarczające. Jednym z precyzyjniejszych urządzeń na rynku jest skaner ręczny Space Spider firmy ARTEC, wyprodukowany z myślą o inżynierach i użytkownikach programów CAD. Oparty jest na technologii niebieskiego światła i doskonale nadaje się do skanowania małych modeli lub skomplikowanych detali. Zachowuje przy tym dużą dokładność i wyrazistą teksturę. Skaner 3D Space Spider sprawdza się świetnie przy skanowaniu obiektów w wysokiej rozdzielczości, jak na przykład elementy odlewnicze, biżuteria, klucze, monety, elementy ciała ludzkiego (np. ucho) czy podobne.

Skanowanie większych obiektów

Z kolei do skanowania 3D średnich i dużych obiektów służy lekki, szybki i wszechstronny skaner ARTEC 3D Eva. Skaner ten opiera się na bezpiecznej w użyciu technologii skanowania białym światłem. Rozwiązanie to świetnie sprawdza się do skanowania obiektów niemal każdego rodzaju, w tym, dzięki nowemu algorytmowi, pozwala zminimalizować problemy ze skanowaniem czarnych i odblaskowych powierzchni. Łatwość obsługi, szybkość i precyzja skanerów AREC sprawiają, że skanery te mogą być wykorzystywane w różnych branżach: motoryzacji, lotnictwie, sprzedaży detalicznej, medycynie i stomatologii, sporcie, jubilerstwie, rozrywce, modzie, edukacji, architekturze i wielu innych. Zapewniają możliwość płynnego skanowania w miejscach, gdzie nie ma dostępu do elektryczności, posiadają bowiem własne źródło energii w postaci przenośnej baterii ARTEC, która może zasilać skaner do 6 godzin.

Jak twierdzi ich producent oraz wielu użytkowników, w tym i my, skanery 3D Space Spider i Eva oferują prawie nieograniczone możliwości związane z inżynierią odwrotną. Jednakże nie bez znaczenia swoją pracę wykonują operatorzy skanerów 3D oraz osoby odpowiedzialne za obróbkę skanów. Często doświadczenie, dobra znajomość skanera i optymalnego środowiska pracy tego urządzenia dają znacznie lepsze efekty końcowe i usprawniają inżynierię wsteczną.

Obróbka i opracowanie danych

Następnym krokiem w procesie inżynierii rekonstrukcyjnej jest obróbka oraz opracowanie pozyskanych w pierwszym etapie danych. Jego newralgicznym elementem jest tzw. bazowanie, czyli odpowiednie ustawienie przedmiotu w układzie współrzędnych XYZ. Ma to niebagatelne znaczenie dla dalszych prac nad skanami i decyduje o łatwości, z jaką będzie można zmieniać widok modelu, a także wykonać inne ważne operacje, na przykład odbicia czy obrotu. W zestawie czynności tego etapu jest także wykonanie dodatkowych skanów uzupełniających braki i poprawne ich osadzenie, zamykanie dziur, uproszczenie siatki, by móc sprawniej operować na dużej ilości danych w wirtualnej rzeczywistości, czy wygładzanie niedoskonałości powierzchni. W tych pracach oprócz dobrego, nowoczesnego programu do obróbki i scalenia poszczególnych skanów bardzo ważnym elementem są umiejętności i doświadczenie operatora.

Modele na bazie inżynierii wstecznej

Każdy finalny produkt wykonany przez maszynę wymaga kontroli. Nie inaczej jest z modelem wygenerowanym na bazie serii skanów 3D. Profesjonalne programy do inżynierii odwrotnej posiadają wbudowane narzędzia, które na bieżąco pozwalają sprawdzać, czy tworzony model odbiega od fizycznego pierwowzoru. Dzięki nim z łatwością można ocenić jakość modelu cyfrowego. Niemniej jednak algorytm nie zawsze jest w stanie wychwycić, czy dana niedoskonałość powierzchni jest wadą skanu do pominięcia, czy stanowi element konstrukcji – tu także nieodzowny jest weryfikacyjny czynnik ludzki.

Siatki i modele bryłowe

Końcowym wynikiem inżynierii wstecznej są siatki trójkątów lub chmura punktów. Ważne, by zdawać sobie sprawę, że efektem pomiarów skanerem 3D nie są od razu modele bryłowe, ale siatki. Dane dostarczone przez wysokiej klasy skanery 3D jakimi są Space Spider i Eva najczęściej nie potrzebują specjalnej obróbki i od razu można je wykorzystać do różnych procesów – jak na przykład druk 3D czy dalsze modelowanie, ale najistotniejsze dla inżynierii odwrotnej jest to, że na ich podstawie można zbudować modele bryłowe CAD. Wymaga to dodatkowego zaangażowania po stronie oprogramowania i inżynierów 3D. Modele bryłowe natomiast z powodzeniem można eksportować na maszyny i oprogramowanie CNC oraz do programów projektowych, takich jak SolidWorks, SolidEdge, Inventor, NX czy inne.

Uzyskanie modeli CAD-owskich dzięki inżynierii rekonstrukcyjne pozwala na dalsze prace nad zdigitalizowanym obiektem – modelowanie, ponowne projektowanie, unowocześnianie, adoptowanie, optymalizację, modernizowanie, porównywanie z wzorcem modelu i wiele innych. Inżynieria odwrotna w praktyce ma bardzo szerokie zastosowanie.

Odwrotna inżynieria – podsumowanie

Inżynieria odwrotna umożliwia odtworzenie w szybki sposób istniejących obiektów w przestrzeni cyfrowej dzięki wsparciu nowoczesnych technologii 3D. Realizuje bardzo ważne i trudne zadanie, jakim jest odwzorowanie fizycznego obiektu, aby móc odtworzyć jego techniczną dokumentację i zaimplementować go na powrót do procesów projektowych lub produkcyjnych. Kluczowym i ważnym etapem tej techniki jest skanowanie 3D. Właściwe wykonanie skanów 3D stanowi sedno osiągnięcia pożądanych rezultatów.

Jak już wielokrotnie podkreślano – profesjonalne oprogramowanie i doświadczony inżynier, projektant czy konstruktor są w stanie uzupełnić model w nieodwzorowanych obszarach czy naprawić wybrakowane dane. Nie będzie  jednak w stanie poprawić dokładności modelu, jeśli wejściowe dane 3D będą wykonane nieprecyzyjnym urządzeniem. Przystępując zatem do inżynierii odwrotnej, trzeba zwrócić szczególną uwagę, jakimi skanerami 3D będzie realizowany proces. Należy też upewnić się, czy firma, której to zostanie powierzone, ma odpowiednią wiedzę na temat sposobu działania i kompetencje.

Masz pytania na temat inżynierii rekonstrukcyjnej? Napisz do nas!

Jeżeli posiadasz części wymagające inżynierii odwrotnej lub jesteś zainteresowany otrzymaniem szczegółowych informacji na temat usług skanowania 3D – zapraszamy do kontaktu pod adresem info@3dfrog.pl!

W ramach naszych usług oferujemy również: skanowanie 3D, projektowanie 3D do druku, druk 3D przemysłowy czy prototypowanie.