УДК 621.01 Теория машиностроения (машиноведение). Механика как теоретическая основа машиностроения
Современное машиностроительное производство находится в стадии фундаментального переосмысления и радикального перепроектирования конструкторских и технологических этапов, с целью достижения коренных улучшений наиболее важных показателей его деятельности ‒ стоимость, качество и производительность. Цель исследования работы ‒ анализ современных методов реверс-инжиниринга с учётом непрерывного развития цифровых технологий проектирования, изготовления и сборки машиностроительных изделий. Создание эффективного алгоритма технологии изготовления и сборки сложных сопрягаемых деталей. В статье представлена усовершенствованная технология изготовления и сборки изделий машиностроения, использующая методы реверс-инжиниринга. Выполнен анализ успешно решенных задач с использованием реверс-инжиниринга в различных сферах практической деятельности. Показано, что дальнейшее развитие современных методов цифрового проектирования и конструирования сложных изделий машиностроения и разработки оптимальных технологий их изготовления, требует переосмысления целей, задач и возможности использования реверс-инжиниринга при создании эффективных технологий. Впервые предложен алгоритм технологии изготовления деталей сложных сборочных изделий, основанный на принципах реверс-инжиниринга с использованием цифровых измерительных и обрабатывающих высокотехнологичных систем. Разработанный алгоритм защищён изобретением к патенту, как способ изготовления сборного изделия. Проанализирована проблема защиты от копирования конкурентоспособной продукции машиностроения. Рассмотрены различные способы защиты от копирования изделий получаемых с использованием современных методов реверс-инжиниринга. Разработанный способ позволяет значительно сократить количество технологических операций, требуемых для изготовления второй детали, за счёт внедрения одной контрольной операции для первой детали, при выполнении которой осуществляется измерение элементов сопряжения первой детали и создаётся компьютерная модель второй детали, с учётом проведённых измерений и выполнение четырёх операций механической обработки на станке с ЧПУ.
реверс-инжиниринг, цифровая модель детали, сложные сборочные изделия, виртуальное производство, методы защиты от копирования, эффективные технологии проектирования, измерения и изготовления
Введение
Современное машиностроительное производство находится в стадии фундаментального переосмысления и радикального перепроектирования конструкторских и технологических этапов, с целью достижения коренных улучшений наиболее важных показателей его деятельности ‒ стоимость, качество и производительность.
Цель исследования работы ‒ анализ современных методов реверс-инжиниринга с учётом непрерывного развития цифровых технологий проектирования, изготовления и сборки машиностроительных изделий. Создание эффективного алгоритма технологии изготовления и сборки сложных сопрягаемых деталей.
Реверс-инжиниринг получил своё развитие в различных сферах человеческой деятельности [1]. Суть его заключается в том, что, когда лидеры различных профессий используют реверс-инжиниринг к результатам выдающегося (чужого, уже полученного) труда, чтобы извлечь и формализовать скрытые идеи, сформировать новые компетенции в области творчества и креативности. От более общего понятия реверс-инжиниринга постараемся проанализировать его использование в технике. А если конкретнее, в машиностроительной отрасли. В многочисленных работах, посвящённых реверс-инжинирингу в машиностроении, даются различные его понятия и определения [2 − 6]. В рамках настоящей работы, рациональным, на наш взгляд будет следующее определение реверс-инжиниринга: реверс-инжиниринг − процесс копирования одной из сопрягаемых деталей машиностроительного изделия, получение 3D-модели второй сопрягаемой детали, изготавливаемой на оборудование с числовым программным управлением, с целью снижения затрат на изготовление сложных машиностроительных изделий. Данный подход применим и в том случае, когда в изделии могут быть и более двух сопрягаемых деталей.
При реализации разработанного алгоритма актуальной является задача определения первой и последующих сопрягаемых деталей. Критерием здесь безусловно являются затраты на их изготовление. Чем выше трудоёмкость изготовления деталей и стоимость норма/часа работы оборудования, тем рациональнее вероятность выбора в качестве первой сопрягаемой детали, имевшей наибольшие затраты.
Проблема выбора первой сопрягаемой детали по величине затрат заключается в том, что при определении их традиционными методами (отраслевые нормативы, типовые технологические процессы, хронометраж) требуется разработка технологических процессов. В нашем случае это практически не реализуемо. Приемлемым способом является использование методов прогнозного нормирования (определение трудоёмкости методом аналогий, экспертного оценивания, метод оценки конструктивно-технологической сложности) [7]. Наиболее приемлемым с точки зрения цифровизации и автоматизации (включение в виде отдельного модуля в CAD/CAM/CAE системы) является метод оценки трудоёмкости с использованием конструктивно-технологической сложности отдельных деталей и машиностроительного изделия в целом [8]. Блок-схема обобщённого алгоритма основных вычислительных процедур метода конструктивно-технологической сложности показана на рисунке 1.
Вопросы повышения эффективности изготовления и сборки изделий машиностроения содержательно рассмотрены в классической работе по технологии машиностроения [9]. В условиях массового, крупносерийного и серийного производств, при сборке изделий как правило используется методы, обеспечивающие полную взаимозаменяемость. Данный способ обеспечивает качественную сборку при соединении любых сопрягаемых деталей из всей партии. При этом допуск замыкающего звена рассчитывают по максимальным значениям допуска размеров всех составляющих звеньев. Использование метода полной взаимозаменяемости, особенно для сложных и высокоточных сборочных изделий приводит к резкому удорожанию производимой продукции из-за необходимости назначения жёстких допусков на размеры составляющих звеньев. Введение технологических операций пригонки или подгонки позволяют увеличить допуски на размеры деталей образующих размерную цепь (способ неполной взаимозаменяемости) [10, 11].
Способ неполной взаимозаменяемости имеет существенные недостатки тех случаев, когда требуется обеспечить точность размеров и качество сопряжения одновременно по нескольким поверхностям. Затраты на изготовление изделий с применением способа неполной взаимозаменяемости значительно возрастают из-за введения дополнительных контрольных операций.
Разработанный и внедрённый на ряде промышленных предприятий алгоритм рациональной технологии изготовления сложных сборных изделий с использованием метода реверс-инжиниринга представлен на рис. 2 [12].
Реализацию алгоритма рассмотрим на примере сборочной единицы, состоящей из двух сложных деталей (рис. 3, рис. 4). Исходя из оценки метода конструктивно-технологической сложности более трудоемкой является деталь, изображённая на рис. 3.
Укрупнённый технологический процесс с использованием способа неполной взаимозаменяемости представлен в табл. 1.
Типового структура технологического процесса изготовления второй детали представлен на рис. 5. Он обеспечил выполнение требований, представленных в таб. 2.
Разработанный способ позволяет значительно сократить количество технологических операций, требуемых для изготовления второй детали, за счёт внедрения одной контрольной операции для первой детали, при выполнении которой осуществляется измерение элементов сопряжения первой детали и создаётся компьютерная модель второй детали, с учётом проведённых измерений и выполнение четырёх операций механической обработки на станке с ЧПУ.
В приведённом примере трудоёмкость изготовления второй детали была снижена в два раза, а себестоимость её изготовления уменьшена на 30 %. В расчётах не учтено снижение затрат на изготовление первой детали вследствие предъявление менее жёстких требований к точности её размеров.
Активное развитие методов реверс-инжиниринга, с целью копирования и изготовления передовых конкурентоспособных технических решений определило необходимость создания комплекса мер противодействия. Коротко остановимся на трёх подходах: технологическом, эволюционном и сетевом. Первый подход заключается в разработке и реализации технологии недоступной конкурентом. Достижение уникальности, высокого качества и производительности путем технологического превосходства требует высокой стоимости на реализацию высоких технологий и подготовленного персонала. Эволюционный подход основан на непрерывных усовершенствованиях выпускаемого продукта. Прежде всего в усложнении конструкции или добавления новых функций. Если ведётся сетевое проектирование, то с целью исключения копирования часть продуктов (сервисное) выполняется недоступной, в отличие от аппаратной части.
Заключение
1. Методы реверс-инжиниринга применимы не только для копирования и изготовления сложных деталей машиностроения, но и для совершенствования технологий их изготовления и сборки.
2. Развитие способов защиты от копирования стимулирует создание сложных конструктивных и технологических решений, что не всегда способствует увеличению их функциональности и снижению производственных издержек.
3. Развитие реверс-инжиниринга несомненно получит своё дальнейшее развитие в системах, реализующих алгоритмы искусственного интеллекта.
1. Фридман Р. Обратная разработка великих свершений. Реверс-инжиниринг как путь к мастерству. М: Попурри, 2021. 149 c.
2. Кугаевский С.С. Реверс-инжиниринг и быстрое прототипирование в машиностроении: учебно-методическое пособие / Мин-во науки и высшего образования РФ. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2023. 98 с.
3. Власов В.Н., Губанов А.В. Компьютерные технологии реверсивного проектирования [Электронный ресурс] URL: https://sapr.ru/article/6661 (дата обращения: 25.07.2022).
4. Ведмидь П.А. Практический подход к реверсивному инжинирингу // САПР и графика. 2001. № 11. С. 77–81.
5. Реверс-инжиниринг изделий в Siemens NX от «А» до «Я» [Электронный ресурс] URL: https://cccp3d.ru/topic/110958 (дата обращения: 08.12.2022)
6. Рубанова К.А. Исследование применения обратного инжиниринга российскими промышленными компаниями // Human Progress / Человеческое развитие. 2024. Выпуск 1. Том 10. ISSN 2414-4916.
7. Якимович Б.А., Коршунов А.И., Кузнецов А.П. Теоретические основы конструктивно-технологической сложности изделий и структур-стратегий производственных систем машиностроения: монография / Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1999. 132 с.
8. Шарин Ю.С. Теория сложности / Ю.С. Шарин, Б.А. Якимович, В.Г. Толмачев, А.И. и др. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007. 280 с.
9. Технология машиностроения / Суслов А.Г.: учебник. М: КНОРУС, 2020. 336 c.
10. Холмогорцев Ю.П., Крамаренко А.П. Способ взаимной притирки сопряжений / Опубл. 25.07.1981. Бюл. № 26. 2 с.
11. Бирин Б.В., Перец М.И., Солью С. Способ обеспечения взаимозаменяемости при притирке сопрягаемых деталей /. Розенберг. Опубл. 07.12.1979. Бюл. №45. 4 с.
12. Патент № 2554243 C1 Российская Федерация, МПК B23P 11/00. Способ изготовления сборного изделия, состоящего из двух сопрягаемых деталей: № 2013159122/02: заявл. 30.12.2013: опубл. 27.06.2015 / Б. А. Якимович, Ю. В. Пузанов, В. В. Тарасов, А. Г. Бажин.
