CC BY
40
Computational nanotechnology
Vol. 6, №3,2019
ISSN 2313-223X
05.13.11
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН, КОМПЛЕКСОВ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
DOI: 10.33693/2313-223Х-2019-6-3-68-73
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
РЕВЕРС-ИНЖИНИРИНГА В АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Федорова Ирина Геннадьевна, инженер Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)». Москва, Российская Федерация. E-mail: fedorova-ig@mail.ru
Филимонова Татьяна Сергеевна, инженер Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)». Москва, Российская Федерация. E-mail: 5404950@mail.ru, kafl01@mai.ru
Журавлев Евгений Васильевич, ведущий инженер Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)». Москва, Российская Федерация. E-mail: e.zhuravlev@mai.ru
Васильев Виктор Владимирович, инженер 2 категории Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)». Москва, Российская Федерация. E-mail: v.vasilev@mai.ru
Аннотация. В статье рассмотрены методы создания цифровых моделей эталонов трубопроводов летательных аппаратов (ЛА). На основе проведенной экспериментальной работы для выбора рационального способа воссоздания изделия был проведен анализ методов воспроизведения изделий. В статье подробно раскрыты различные методы создания цифровых моделей трубопроводов летательных аппаратов. По итогам работы и полученным результатам была произведена оценка рассматриваемых методов и представлены выводы об эффективности и целесообразности их применения. Для увеличения производительности и выбора рационального способа воспроизведения эталоны были исследованы и классифицированы по технологическим признакам на группы. В ходе эксперимента была проведена апробация всех типов эталонов трубопроводов ЛА и выбран оптимальный метод измерения для каждой группы.
Данная работа показала, что применение современных технологий реверс-инжиниринга в авиационной промышленности является актуальным, поскольку на сегодняшний день нет альтернативных решений, позволяющих сократить временные затраты на создание цифровой эталонной базы. Воспроизведение трубопроводов ЛА является не только проблемой отечественных предприятий. В США и Европе такое решение применяется на всех передовых предприятиях уже многие годы, например, Боинг, Эйрбас. Наши зарубежные коллеги с успехом внедрили реверс-инжиниринг на различных стадиях производства. Для восстановления утерянной конструкторской документации (КД) в сжатые сроки применяется технология реверс-инжиниринга, которая позволяет получить из имеющегося физического эталона трубопровода высокоточную цифровую модель изделия. В данной статье рассмотрено успешное применение технологий в России.
Ключевые слова: реверс-инжиниринг, трубопроводные системы, лазерное сканирование.
Введение
На большинстве отечественных предприятий все еще применяется ручной труд, отсутствуют электронные модели выпускаемых изделий, а средством передачи информации о геометрии является эталон, т.е. в большинстве случаев утеряны чертежи и единственным способом воспроизведения является непосредственное копирование изделия вручную и подгонка по месту. Вышеизложенное подразумевает
высокую трудоемкость и наличие человеческого фактора, что крайне негативно сказывается на качестве изготавливаемой продукции. В данной работе рассматривается проблема воспроизведения эталонов трубопроводов летательных аппаратов. Чтобы обеспечить стабильное качество и сократить временные затраты, производство целесообразно модернизировать посредством внедрения трубогибов с числовым программным управлением (ЧПУ), но без создания цифровой базы эталонов это невозможно.
Одним из инструментов, позволяющим в короткие сроки получить цифровую модель изделия, и, следовательно, выпустить конструкторскую документацию (КД) или восстановить утерянную в сжатые сроки является реверс-инжиниринг. На сегодняшний день такой метод является наименее затратным, довольно достоверным и опробованным на многих предприятиях.
Рассмотрим вопрос более детально. На предприятии существует эталонная база изделий, которая практически не менялась на протяжении нескольких десятков лет, как и способ изготовления, но при переоснащении новым оборудованием возникает потребность перевести весь парк изделий в цифровой вид, чтобы изготавливать трубопроводы для будущих агрегатов с минимальными изменениями формы в процессе установки.
При изготовлении эталонов трубопровода, допускаются различные неточности, а также подгонка изделия по месту. Чтобы получить точную копию реального объекта и в дальнейшем свести к минимуму подгонку изделия вручную, помимо выбора метода воспроизведения необходимо подобрать оптимальное оборудование по соотношению стоимости, точности, а также доступности в нашем регионе.
Анализ методов воспроизведения
формы изделия
Довольно остро стоит вопрос о выборе рационального способа воссоздания изделия. Зачастую используются традиционные методы, такие как оцифровка или перепроектирование. Рассмотрим вкратце возможные пути восстановления и определим наиболее подходящие методы для той или иной задачи.
1. Оцифровка
Оцифровка наименее затратный способ воспроизведения изделия, но возможность применения ограничивается наличием КД. Преимуществом данного метода является возможность воссоздать стандартные элементы, для которых нецелесообразно использование технологии лазерного сканирования, например элементы соединительной арматуры, концевая арматура, а также крепежи. Существенным недостатком метода можно считать, что в конструкторской документации встречаются ссылки на изготовление трубопровода по эталону. На крупных предприятиях неизбежны изменения в конструкции трубопровода, которые не вносятся в конечную конструкторскую документацию. Из чего следует, что эталоны являются единственным достоверным источником информации, поскольку часто встречается асимметрия и несоответствия чертежам.
2. Перепроектирование
Такой метод наиболее трудозатратный, т.к. в первую очередь ставится научно-техническая задача, затем создается проект, эскизное и техническое проектирование, затем идет подготовка к производству. После производства изделия необходимо провести ряд испытаний перед вводом в эксплуатацию и получения конечного продукта [1]. Исходя из вышеперечисленного, можно заключить, что не для всех задач такой подход экономически эффективен.
3. Реверс-инжиниринг
Реверс-инжиниринг- наиболее достоверный и быстрый метод восстановления изделия. Обратный или реверс-инжиниринг - это комплекс технологий, аппаратных и программных средств, необходимых для создания свойств объекта. Изначально обратный инжиниринг возник, как метод создания копии при возникновении потребности в замене изношенной детали или снятой с производства [2]. Например, при использовании импортных деталей, которые поставляются без чертежей и технической документации, либо в случае утраты чертежей. Можно считать, что реверс-инжиниринг - это простой и наименее затратный путь в сравнении с покупкой новой детали или разработкой с нуля. Неоспоримым плюсом данного метода можно считать создание точной копий детали для поддержания работоспособности объекта, хранения информации и быстрого создания электронного макета. Основная цель обратного инжиниринга - получение электронной модели отвечающей определенным требованиям [3].
Данная технология позволяет более качественно воспроизвести эталон, т.е. с минимальными потерями в отличие от рабочего, который доработает и впишет изделие по месту.
Минусом реверс-инжиниринга можно считать дорогостоящее оборудование и ПО, а также сложности при поиске специалистов в данной области, поскольку технология для нашей страны новая и подготовкой кадров зачастую занимаются коммерческие компании при продаже специализированного оборудования.
По технологическим признакам детали из труб можно разбить на 3 группы: прямые, изогнутые в одной плоскости, изогнутые в нескольких плоскостях [4]. Для удобства эталоны классифицированы на группы: Ю, Ю и ЗР (рис. 2). Классификация трубопроводов представлена на рис. 1.
В ходе эксперимента были подобраны оптимальные настройки для оборудования и расположение эталонов на оснастке. Было выявлено, что затраченное время напрямую зависит от квалификации и опыта специалиста. Также было экспериментально подтверждено, что КД не совпадает с полученными моделями эталонов.
ю
1 прямой эталон с постоянным круглым сечением
1 прямой эталон с переменным круглым сечением
Н_
30
• патрубок с изгибами и/или ветвями отводов более чем в одной плоскости
• переменное/не переменное сечение
• круглое/не круглое сечение
Классификация эталонов
20
• эталон с изгибами и/или ветвями отводов в одной плоскости
• переменное/не переменное сечение
• круглое/не круглое сечение
Рис. 1. Классификация эталонов
ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
05.13.00 05.13.11
1D
2D
Рис. 2. Пример 1D-, 2D-, 30-эталонов
В результате были получены высокоточные копии изделий как простой, так и сложной формы. По результатам эксперимента видно, что затраченное время превышает ожидаемое - это обусловлено сложностью и наличием дефектов (механические повреждения во время хранения и использования) эталонов. Но даже такие значения вполне удовлетворяют поставленной задаче.
Разберем подходы к измерению для каждой группы эталонов.
В ходе проведения исследования и тестовых измерений стало очевидно, что для группы Ю целесообразно использовать контактный метод измерений, т.к. эталон трубопровода представляет собой примитивную геометрию. Такой подход позволяет сократить время на проведение измерений и обработку данных, а также повысить точность.
Данный метод измерения подразумевает применение контактного щупа. По полученным точкам программное обеспечение, производя вычисление достраивает двумерные или трехмерные элементы примитивной геометрии.
Для группы 2Р применяется технология измерения контактным щупом и лазерным сканером, поскольку эталон имеет как простую, так и сложную форму с переменным диаметром.
Принцип работы лазерного сканера прост - производится измерение расстояния до объекта и двух углов, благодаря
чему происходит вычисление координат. В нашем случае лазерная головка устанавливается на координатно-измери-тельное оборудование типа «рука» [5].
Совмещая 2 метода измерений - контактный и бесконтактный расширяются возможности съема сложной геометрии.
Для группы ЗР используется только лазерный сканер, поскольку эталон имеет сложную форму и изгибы более чем в одной плоскости.
Для апробации было отобрано 60 трубопроводов и присвоены условные номера от 1 до 60:
• группа 1Р от 1 до 20. Планируемое время для одного эталона 10 мин;
• группа 2Р от 21 до 40. Планируемое время для одного эталона 30 мин;
• группа ЗР от41 до 60. Планируемое время для одного эталона 60 мин.
Результаты эксперимента:
• среднее время для 1Р эталонов 9,2 мин;
• среднее время для 2Р эталонов 29,9 мин;
• среднее время для ЗР эталонов 58,7 мин.
На графиках, которые представлены на рис. 3-5, красным цветом отмечены эталоны, превышающие планируемое время.
t, мин 14
12
10
1 2 3 4 5 6 7
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 л-эталон
Рис. 3. График затраченного времени для группы Ю
t, мин 40
35
30 25 20 15 10
1 2 3 4 5 6 7
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 л-эталон
Рис. 4. График затраченного времени для группы 2D
t, мин 64
62
60
58
56
54
52
50
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 л-эталон
Рис. 5. График затраченного времени для группы 3D
Вывод
Применение технологии реверс - инжиниринга допустимо для авиации в частных случаях. По результатам проведенной работы можно сделать вывод, что реверс-инжиниринг позволил сократить временные затраты на создание цифровой эталонной базы. В связи с чем появляется возможность применять современное оборудование с ЧПУ для создания новых трубопроводов для ЛА и не только, поскольку методика может быть применена к довольно широкому диапазону трубопроводов и ограничена только конструктивными особенностям используемого оборудования.
Литература
1. Benner W.R. Jr. Laser scanners: Technologies and Applications: How they work, and how they can work for your product: paperback.
1 ed. Publisher: Pangolin, June 13, 2016. 346 p. Language: English, ISBN-10: 069274777X, ISBN-13: 978-0692747773.
2. ВодинД.В., Соколов M.B. Применение 30-принтеров и 30-печати для создания прототипа технических систем. Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн // Материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Вып. 2. В 2 т. Т. I / под общ. ред. В.А. Немтинова; ФГБОУ ВПО «ТГТУ». Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2016.
3. Лю К.Е., главный специалист НОО УрО РАН. Реверсный инжиниринг: нарушение прав или развитие технологии? Екатеринбург.
4. Теория и практика изготовления элементов трубопроводов летательных аппаратов: учеб. пособие/ С.И. Феоктистов, Б.Н. Марьин, С.Б. Марьин, Д.Г. Колыхалов; под общ. ред. С.И. Феоктистова. Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2013. 88 с. ISBN 978-5-7765-1002-1.
5. Beiser L. Short Course Notes from the SPIE/IS&T. Laser Scanning Technology in Scanners and Printers // Symposium on Electronic Imaging Science and Technology. San Jose, CA, 1991.
INFORMATICS, COMPUTER FACILITIES AND MANAGEMENT
05.13.00
MATHEMATICAL AND SOFTWARE OF COMPUTERSAND COMPUTER NETWORKS
05.13.11
РЕЦЕНЗИЯ
на статью И.Г. Федоровой, Т.С. Филимоновой, Е.В. Журавлева, В.В. Васильева «Оценка возможности применения реверс-инжиниринга в авиационной промышленности»
В представленной на рецензию статье рассматривается возможность применения технологии реверс-инжиниринга в авиационной промышленности.
Актуальность данной статьи заключается в применении современных технологий реверс-инжиниринга, позволяющих создать цифровую эталонную базу трубопроводов летательных аппаратов для последующего сокращения временных затрат на производство.
Авторы исследовали возможность применения данной технологии для решения проблемы воспроизведения эталонов трубопроводов на базе проведенного эксперимента. В статье подробно рассмотрены различные методы создания цифровых моделей трубопроводов летательных аппаратов.
На основе эксперимента разработана классификация эталонов по технологическим признакам для определения оптимального подхода к воспроизведению.
Заключение: научная статья И.Г. Федоровой, Т.С. Филимоновой, Е.В. Журавлева, В.В. Васильева «Оценка возможности применения реверс-инжиниринга в авиационной промышленности» соответствует всем требованиям, предъявленным к научным работам и рекомендуется к публикации.
Канд. техн. наук, ст. науч. сотр. отдела организации и реализации договоров департамента координации мероприятий по созданию АТВиСН ФГБУ «НИЦ «Институт им. Жуковского» И. В. Арбузов
DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-3-68-73
ESTIMATION OF THE POSSIBILITY OF USING REVERSE ENGINEERING IN THE AVIATION INDUSTRY
Fedorova Irina Gennad'evna, engineer, Moscow Aviation Institute (National Research University), Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education. Moscow Russian Federation. E-mail: fedorova-ig@mail.ru
Filimonova Tatyana Sergeevna, engineer at the Moscow State Aviation Institute (National Research University) of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education. Moscow Russian Federation. E-mail: 5404950@mail.ru, kafl01@mai.ru
Zhuravlev Evgeniy VasU'evich, Leading Engineer, Moscow Aviation Institute (National Research University), Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education. Moscow Russian Federation. E-mail: e.zhuravlev@mai.ru
Vasiliev Viktor Vladimirovich, category 2 engineer, Moscow State Aviation Institute (National Research University), Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education. Moscow Russian Federation. E-mail: v.vasilev@mai.ru
Abstract. The article discusses methods for creating digital models of aircraft piping standards. Based on the conducted experimental work, an analysis of the methods for reproducing the products was carried out to select a rational method for reconstructing the product. The article describes in detail various methods for creating digital models of aircraft pipelines. Based on the results of the work and the results obtained, the methods under consideration were evaluated and conclusions were drawn on the effectiveness and feasibility of their application. To increase productivity and choose a rational method of reproduction, the standards were investigated and classified according to technological characteristics into groups. During the experiment, all types of aircraft pipeline standards were tested and the optimal measurement method for each group was selected.
This work showed that the use of modern reverse engineering technologies in the aviation industry is relevant, since today there are no alternative solutions to reduce the time spent on creating a digital reference base. Reproduction of aircraft pipelines is not only a problem for domestic enterprises. In the USA and Europe, such a solution has been applied at all advanced enterprises for many years, for example, Boeing, Airbus. Our foreign colleagues have successfully implemented reverse engineering at various stages of production. To restore the lost design documentation (CD) in a short time, reverse engineering is used, which allows you to get a high-precision digital product model from the existing physical standard of the pipeline. This article discusses the successful application of technology in Russia.
Keywords: reverse - engineering, pipeline systems, laser scanning.
ESTIMATION OF THE POSSIBILITY OF USING REVERSE ENGINEERING IN THE AVIATION INDUSTRY
Fedorova I.G., Filimonova T.S., Zhuravlev E.V., Vasiliev V.V. Reference list
1. Benner W.R. Jr. Laser scanners: Technologies and Applications: How they work, and how they can work for your product: paperback. 1 ed. Publisher: Pangolin, June 13, 2016. 346 p. Language: English, ISBN-10: 069274777X, ISBN-13: 978-0692747773.
2. Vodin D.V., Sokolov M.V. Application of 3D printers and 3D printing to create prototype technical systems. Virtual modeling, prototyping and industrial design. Materials of the II International Scientific and Practical Conference. Vol. 2: in 2 t. T. I / total ed. V.A. Nemtinova; FGBOU VPO "TSTU". Tambov: Publishing House of TSTU, 2016.
3. Liu K.Ye., Chief Specialist, N00 UB RAS. Reverse engineering: violation of rights or development of technology? Yekaterinburg.
4. Theory and practice of manufacturing elements of aircraft piping: studies manual /S.I. Feoktistov, B.N. Marin, S.B. Maryin, D.G. Kolykhalov; under total ed. S.I. Feoktistova. Komsomolsk-on-Amur: FGBOU VPO "KnAGTU", 2013. 88 p. ISBN 978-5-7765-1002-1.
5. Beiser L. Short Course Notes from the SPIE/IS&T. Laser Scanning Technology in Scanners and Printers. Symposium on Electronic Imaging Science and Technology. San Jose, CA, 1991.
