مهندسی معکوس قطعات و ماشین آلات

 

یکی از مهمترین زمینه های کاری این گروه صنعتی موضوع مهندسی متریال،نقشه کشی صنعتی و مهندسی معکوس قطعات است.به اعتقاد ما وجود یک بانک اطلاعاتی از نقشه های فنی تجهیزات باعث میشود در زمان نیاز، این قطعه در سریع ترین زمان ممکن ساخته شود.همچنین در بسیاری از مواقع میتوان با تغییر در جنس و متریال قطعات یک تجهیز باعث افزایش طول عمر آن تجهیز شد.

بخش اول

اگر سابقه ی صنعت و چگونگی رشد آن در کشورهای جنوب شرقی آسیا را مورد مطالعه قرار دهیم به این مطلب خواهیم رسید که در کمتر مواردی این کشورها دارای ابداعات فن آوری بوده اند و تقریبا در تمامی موارد، کشورهای غربی (‌آمریکا و اروپا) پیشرو بوده اند. پس چه عاملی باعث این رشد شگفت آور و فنی در کشورهای خاور دور گردیده است؟
در این نوشتار به یکی از راهکارهای این کشورها در رسیدن به این سطح از دانش فنی می پردازیم.

در صورتی که به طور خاص کشور ژاپن را زیر نظر بگیریم، خواهیم دید که تقریبا تمامی مردم دنیا از نظر کیفیت، محصولات آنها را تحسین می کنند ولی به آنها ایراد می گیرند که ژاپنی ها از طریق کپی برداری از روی محصولات دیگران به این موفقیت دست یافته اند.
این سخن اگر هم که درست باشد و در صورتی که کپی برداری راهی مطمئن برای رسیدن به هدف باشد چه مانعی دارد که این کار انجام شود.این مورد، به خصوص درباره ی کشورهای در حال توسعه ویا جهان سوم به شکاف عمیق فن آوری بین این کشورها و کشورهای پیشرفته دنیا، امری حیاتی به شمار می رود و این کشورها باید همان شیوه را پیش بگیرند(البته در قالب مقتضیات زمان و مکان و سایر محدودیت ها) به عنوان یک نمونه، قسمتی از تاریخچه ی صنعت خودرو و آغاز تولید آن در ژاپن را مورد بررسی قرار می دهیم:
تولید انبوه خودرو در ژاپن قبل از جنگ جهانی دوم ودر سال ۱۹۲۰ بوسیله ی کارخانه های “ایشی کاواجیما” آغاز شد که مدل ژاپنی فورد آمریکایی را کپی کرده و به شکل تولید انبوه به بازار عرضه نمود.
همچنین شورلت ژاپنی AE جزو اولین خودرو های کپی شده آمریکایی توسط ژاپنی ها بود که به تعداد زیاد تولید می شد. سپس با تلاش های فراوانی که انجام شد(آنهم در شرایط بحرانی ژاپن در آن دوره) مهمترین کارخانه‌ی خودرو سازی ژاپن یعنی “تویوتا” درسال ۱۹۳۲ فعالیت خود را با ساخت خودرویی با موتور “کرایسلر” آغاز نمود ، در سال ۱۹۳۴، نوع دیگری از خودرو را با موتور”شورلت” ساخته و وارد بازار نموده و از سال ۱۹۳۶، اولین تلاش ها برای ساخت خودروی تمام ژاپنی آغاز شد. البته تا مدت ها ژاپنی ها مشغول کپی برداری از اتومبیل های آمریکایی و اروپایی بودند.
آنها خودروی پاکارد و بیوک آمریکایی و رولزرویس، مرسدس بنز و فیات اروپایی را نیز تولید کردند که همین تولیدها زمینه ساز گسترش فعالیت خودروسازی ژاپن شد و سرانجام در دهه ی ۱۹۶۰ میلادی پس از سعی و کوشش فراوان ، اولین اتومبیل تمام ژاپنی که ضمنا دارای استاندارد جهانی بود، تولید و به بازار عرضه شد.
در تمامی مطاب فوق رد پای یک شگرد خاص و بسیار مفید به چشم می خورد که “مهندسی معکوس”(Reverse Engineering ) نام دارد.
مهندسی معکوس روشی آگاهانه برای دستیابی به فن آوری حاضر و محصولات موجوداست. در این روش، متخصصین رشته های مختلف علوم پایه و کاربردی از قبیل مکانیک، فیزیک و اپتیک، مکاترونیک، شیمی پلیمر، متالورژی،الکترونیک و …جهت شناخت کامل نحوه ی عملکرد یک محصول که الگوی فن آوری مذکور می باشد تشکیل گروه های تخصصی داده و توسط تجهیزات پیشرفته و دستگاه های دقیق آزمایشگاهی به همراه سازماندهی مناسب تشکیلات تحقیقاتی و توسعه های R&D “سعی در به دست آوردن مدارک و نقشه های طراحی محصول فوق دارند تا پس از مراحل نمونه سازی (Prototyping) و ساخت نیمه صنعتی (Pilot plant) در صورت لزوم ، تولید محصول فوق طبق استاندارد فنی محصول الگو انجام خواهد شد . همان گونه که اشاره شد استفاده از روش مهندسی معکوس برای کشورهای در حال توسعه یا عقب مانده روش بسیار مناسبی جهت دسترسی به فن آوری ، رشد و توسعه ی آن می باشد. این کشور ها که در موارد بسیاری از فن آوری ها در سطح پایینی قرار دارند، در کنار روش ها و سیاست های دریافت دانش فنی، مهندسی معکوس را مناسب ترین روش دسترسی به فن آوری تشخیص داده و سعی می کنند با استفاده از روش مهندسی معکوس، اطلاعات و دانش فنی محصولات موجود ، مکانیزم عمل کرد و هزاران اطلاعات مهم دیگر را بازیابی کرده و در کنار استفاده ار روش های مهندسی مستقیم (Forward Engineering) و روش های ساخت قطعات ، تجهیزات ، تسترهای مورد استفاده در خط مونتاژ و ساخت مانند قالب ها ،گیج و فیکسچر ها و دستگاههای کنترل، نسبت به ایجاد کارخانه ای پیشرفته و مجهز جهت تولید محصولات فوق اقدام نمایند. همچنین ممکن است مهندسی معکوس، برای رفع معایب و افزایش قابلیت های محصولات موجود نیز مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال در کشور آمریکا ، مهندسی معکوس توسط شرکت “جنرال موتور” بر روی محصولات کمپانی “فورد موتور” و نیز برعکس، برای حفظ وضعیت رقابتی و رفع نواقص محصولات به کار برده شده است.

بخش دوم

جالب است بدانید که مهندسی معکوس حتی توسط سازندگان اصلی نیز ممکن است به کار گرفته شود . زیرا به دلایل متعدد، نقشه های مهندسی اولیه با ابعاد واقعی قطعات (مخصوصا زمانی که قطعات چندین سال پیش طراحی و ساخته و به دفعات مکرر اصلاح شده اند)مطابقت ندارد برای مثال جهت نشان دادن چنین نقشه هایی با ابعاد واقعی قطعات و کشف اصول طراحی و تلرانس گذاری قطعات، بخش میکروسویچ شرکت(Honywell) از مهندسی معکوس استفاده نموده و با استفاده از سیستم اندازه گیری CMM (Coordinate Measuring Machine) با دقت و سرعت زیاد ابعاد را تعیین نموده و به نقشه های مهندسی ایجاد شده توسط سیستم CAD منتقل می کنند.
متخصصین این شرکت اعلام می دارند که روش مهندسی معکوس و استفاده از ابزار مربوطه، به نحو موثری زمان لازم برای تعمیر و بازسازی ابزارآلات ، قالب ها و فیکسچرهای فرسوده را کم می کند و لذا اظهار می دارند که “مهندسی معکوس زمان اصلاح را به نصف کاهش می‌دهد.”
مهندسین معکوس، اضافه بر اینکه باید محصول موجود را جهت کشف طراحی آن به دقت مورد مطالعه قرار دهند، همچنین باید مراحل بعد از خط تولید یعنی انبارداری و حمل و نقل را از کارخانه تا مشتری و نیز قابلیت اعتماد را در مدت استفاده ی مفید مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. چرا که مثلا فرایند آنیلینگ مورد نیاز قطعه،ممکن است برای ایجاد مشخصات مورد نظر در هنگام عمل کرد واقعی محصول یا در طول مدت انبارداری و حمل و نقل طراحی شده و لزوم وجود آن تنها در هنگام اجرای مراحل مذکور آشکار خواهد شد.
چه بسا که بررسی یک پیچ بر روی سوراخی بر بدنه ی محصول(که به قطعات و اجزای دیگر متصل نشده) ، متخصصان مهندسی معکوس را ماه ها جهت کشف راز عملیاتی آن به خود مشغول کند، غافل از اینکه محل این پیچ، امکانی جهت تخلیه ی هوا، تست آب بندی یا امکان دسترسی به داخل محصول جهت تست نهایی می باشد. از سوی دیگر مهندسین معکوس باید عوامل غیر مستقیمی را که ممکن است در طراحی و تولید محصول مذکور تاثیر بگذارند، را به دقت بررسی نمایند. به دلیل اینکه بسیاری از این موارد با توجه به خصوصیات و مقتضیات زمانی و مکانی ساخت محصول مورد نظر، توسط سازندگان اصلی توجیه پذیر باشد اما ماجرای آن به وسیله ی مهندسین معکوس فاجعه ساز باشد. مثلا فرایند تولید قطعات تا حدود قابل توجهی بستگی به تعداد محصولات مورد نیاز و … دارد . اگر تعداد محصولات مورد نیاز جهت کشور ثانویه در بسیار کمتر از کشور اصلی که در حد جهانی و بین‌المللی فعالیت نموده ، باشد پس به عنوان مثال تعیین فرایند یک قطعه با باکالیتی (نوعی مواد پلیمری) از طریق ساخت قالب های چند حفره ای با مکانیزم عملکرد خود کاربا توجه به معضلات پخت قطعه در داخل قالب ، می تواند برای مجریان مهندسی معکوس فاجعه ساز باشد ( اگر که این مهندسان از فرایند های ساده تر با توجه به تیراژ تولید محصول و نیز خصوصیات تکنولوژیکی کشور خود استفاده نکنند.) بنابراین، مرحله ی بعد از کشف طراحی، تطبیق طراحی انجام شده بر مقتضیات زمانی و مکانی کشور ثانویه می‌باشد که باید به دقت مورد توجه متخصصین مهندسی معکوس واقع شود.
خلاصه اینکه مهندسی معکوس ممکن است یک کاربرد غیر معقول و نامناسب از کاربرد هنر و علم مهندسی به نظر برسد، اما آن یک حقیقت از زندگی روزمره ی ما به شمار می اید.

تاریخچه نقشه کشی صنعتی

در زمان های قدیم حتی سال های قبل از میلاد برای نشان دادن و معرفی قطعات و وسایل صنعتی از نقشه هایی استفاده می کرده اند که بطور کامل گویا نبوده و از قواعدی که همگان آن رادرک کنند بهره ای نداشته است ودر موقع نقشه خوانی با مشکلاتی روبرو می شوند تا اینکه آقای لئوناردو داوینچی نقاش و مجسمه ساز ایتالیایی (۱۴۵۹-۱۵۱۶) طراحی را ارائه نمود وطبق قواعدی جسم سه بعدی را روی صفحه ی دو بعدی با رسم تصاویر نشان داد که دراین حال نقشه هاگویا تر وقابل فهم تر شد.سپس دانشمندان وریاضی دانان اروپایی فعالیت او را دنبال کردند تا اینکه گاسپارمانژ اهل فرانسه در سال ۱۷۹۸هندسه ترسیمی را معرفی نمود و این علم پایه و ریشه نقشه کشی صنعتی شد و امروزه از همان اصول استفاده می شود.

———————-

مهندسی معکوس در سه‌بعدی‌سازی

مهندسی معکوس سه‌بعدی سازی، هنر تبدیل ابر نقاط به مدل سه‌بعدی CAD می‌باشد. ابر نقاط مجموعه سه‌بعدی از نقاط است که خصوصیات سطح خارجی یک شیئ را توصیف می‌کنند. این نقاط از آنالیز محیط پیرامون شیئ و جمع‌آوری اطلاعات از شکل ظاهری آن به کمک یک اسکنر سه بعدی به دست می آیند. تکنولوژی به کار رفته در جمع‌آوری اطلاعات از سطح شکل، در دو نوع تماسی و بدون تماس می‌باشد. در حالت تماسی از دستگاه‌های (CMM (Coordinate Measuring Machine و در حالت بدون تماس از لیزر و نور ساخت یافته استفاده می‌شود.

در فرایند مهندسی معکوس، ابتدا بر روی نقاط، یک مش سه گوش ایجاد می‌شود. این مش، توپولوژی اصلی مدل نهایی را ارائه می‌دهد. در مرحله بعد از تقسیم مش به نواحی کوچکتر یا روش‌های دیگر، یک سطح ساده تخمین زده می‌شود. این سطوح تا جایی که از زیبایی و سازگاری آن‌ها اطمینان حاصل شود، پیراسته شده و به هم متصل می‌شوند و در نهایت مدل اصلی را ایجاد می‌کنند.

محیط کاری (Digitized Shape Editor (DSE در آغاز چرخه مهندسی معکوس CATIA قرار دارد. این محیط به عنوان یک ابزار قدرتمند برای خواندن، وارد کردن، اعمال فرایندهای مختلف بر روی ابر نقاط و تولید مش مورد استفاده قرار می‌گیرد. خروجی این محیط می‌تواند در محیط‌های Quick Surface Reconstruction، Digital Mock-Up یا Surface Machining به کار رود یا به صورت فرمت‌های مختلف تبدیل شود.

محیط کاری (Quick Surface Reconstruction (QSR برای بازسازی سریع و آسان سطوح از روی داده‌های خروجی ابر نقاط مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محیط با توجه به نوع شکل ورودی، چندین روش مختلف برای بازسازی سطوح ارائه می‌دهد.

مهندسی معکوس طراحی به کمک عکس

از عمده کاربردهای مهندسی معکوس، طراحی یک مدل سه بعدی با استفاده از عکس یا تصویر سه نما می‌باشد. محیط کاری (FreeStyle Sketch Tracer (FSK بخشی از مجموعه طراحی سطوح CATIA شما را قادر می‌سازد تا طرح‌ها، عکس‌ها یا هر نوع ترسیمه دوبعدی را وارد کرده و موقیعت و مقیاس آن را در فضای سه بعدی تعیین کنید. سپس می‌توانید از سایر محیط‌های طراحی سطوح یعنی FreeStyle، Generative Shape Design و Imagine & Shape برای ترسیم المان‌های هندسی بر روی این طرح‌ها استفاده نموده و در نهایت مدل سه بعدی مورد نظر را ایجاد نمایید.