Ключевым фактором успешного проведения реверс‑инжиниринга является возможность создания 3D математической модели изделия и проведения инженерного анализа физических процессов, соответствующих условиям эксплуатации изделия. Данный подход применим при разработке новых продуктов на стадии концепции, для проведения поверочных и проектировочных расчетов, при прохождении сертификации и экспертизы оборудования, а также для анализа и поиска способов устранения причин поломок и аварий.
Роль реверс-инжиниринга в процессе проектирования
Реверс‑инжиниринг (обратный инжиниринг, обратное проектирование) в машиностроении – это процесс исследования существующего физического объекта – оборудования, детали или конструкции, а также документации на него, с целью проанализировать принцип его работы, разработать полную конструкторскую документацию и воспроизвести этот объект с аналогичным или улучшенным функционалом.
Применение обратного инжиниринга оказывает благоприятное влияние на технологическое развитие отдельных отраслей и экономики в целом, ускоряет экономический рост, а также приводит к усилению конкуренции среди производителей. Также, обратный инжиниринг делает инновационные продукты и технологии более доступными для широкого круга потребителей и способствует распространению знаний и инноваций, а также проведению собственных НИОКР и развитию собственных инновационных технологий и продуктов. Применение реверс-инжиниринга в России обосновано в связи с необходимостью формирования и развития технологического суверенитета.
Важно понимать, что реверс инжиниринг не является созданием копии исследуемого объекта. Это, в первую очередь, анализ, позволяющий проанализировать конструктивные особенности изучаемого устройства, на основе создаваемых 3D-моделей физического поведения изделия. 3D-модель изделия с возможностью анализа физических процессов в условиях цифровой трансформации экономики может иметь самое широкое применение на всём жизненном цикле изделия от разработки концепции до вывода из эксплуатации и утилизации.
С учетом роста уровня цифровизации отечественной экономики, наиболее эффективной стратегией использования обратного инжиниринга является организация процесса проектирования на основе 3D-моделирования. В этом случае реверс-инжиниринг рассматривается как часть технологий Индустрии 4.0 и направлен на перевод реальных физических объектов в цифровой формат.
3D-моделирование может использоваться для создания цифровых двойников и проектирования продуктов, материалов и процессов на всех этапах инженерных разработок, что, в свою очередь, способствует автоматизации управления производственными процессами.
Реверс‑инжиниринг и импортозамещение в машиностроении
Главная функция реверс‑инжиниринга применительно к машиностроительной отрасли – разработка конструкторской документации на оборудование, детали, узлы или иные изделия для того, чтобы их можно было воспроизвести и эксплуатировать. Современные экономические реалии предъявляют новые вызовы и ставят перед промышленными компаниями все более ответственные задачи. Многие производители испытывают сложности с поставками запчастей для импортного оборудования, а также больших сложных деталей и узлов машин, что влечет за собой масштабный рост потребности в локализации проектирования, в том числе и с применением технологий реверс-инжиниринга.
Компьютерное моделирование физических процессов как ключевой элемент реверс-инжиниринга
Для проведения реверс‑инжиниринга применяется совокупность технологий, аппаратных и программных средств и методик, предоставляющих возможность получения 3D-модели в результате 3D-сканирования реального объекта с характеристиками, близкими к характеристикам аналога. Иными словами, реверс-инжиниринг основан на получении 3D-модели физического изделия, т. е. переносе физического объекта в цифровой с целью дальнейшей работы с его цифровой копией для проведения компьютерного моделирования работы изделия в реальных условиях.
Применение компьютерного моделирования физических процессов в проектировании машиностроительного оборудования с применением технологий реверс-инжиниринга имеет несколько ключевых преимуществ.
1. Сокращение времени и затрат: использование математических моделей позволяет инженерам существенно сократить время и затраты на проектирование. Вместо того чтобы сразу строить и тестировать физические прототипы, можно провести множество виртуальных экспериментов, оптимизируя дизайн еще на этапе концепции. В качестве примера можно привести обоснование применимости композитных материалов в конструкции деталей насосов магистральных нефтепроводов.
2. Повышение эффективности и точности: компьютерное моделирование позволяет проводить анализ различных вариантов конструкций и материалов, оценивать их производительность и эффективность, что помогает выбрать оптимальное решение с учетом заданных требований и ограничений. Так, с помощью компьютерного моделирования возможно провести анализ потери устойчивости компенсаторов трубопроводных систем с учетом трения между слоями сильфона.
3. Исследование сложных явлений: некоторые физические процессы в процессе работы промышленного оборудования могут быть сложными и трудно поддающимися анализу вручную. Компьютерное моделирование позволяет более полно и детально изучить такие сложные физические явления, как, например, кавитационное разрушение и эрозию элементов конструкции.
4. Оценка безопасности и надежности: моделирование позволяет проводить виртуальные испытания на прочность, динамическую нагрузку, термические эффекты и другие параметры, что помогает предотвратить возможные аварии или поломки в реальных условиях эксплуатации, например, оценить прочность и долговечность элементов компрессорного оборудования с учётом сварных соединений.
5. Развитие инноваций: благодаря возможности быстро тестировать новые идеи и концепции, компьютерное моделирование способствует инновационному развитию машиностроения. Инженеры могут быстро оценивать потенциал новых конструкций и технологий, что способствует развитию отрасли в целом, например, с помощью компьютерного моделирования разработать методику моделирования распылительной тарельчатой форсунки.
Таким образом, компьютерное моделирование физических процессов является важным инструментом при проектировании машиностроительного оборудования с применением реверс-инжиниринга, позволяя сократить время и затраты, повысить точность и эффективность, а также обеспечить безопасность и надежность разрабатываемых систем.
АО «ЦИФРА» имеет подтвержденный опыт выполнения математического моделирования физических процессов для широкого спектра типов оборудования, разрабатываемого и применяемого в различных отраслях промышленности.