Реверс-инжиниринг механических систем – важный этап создания инновационных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реверс-инжиниринг механических систем - важный этап создания инновационных продуктов

Наумкин Н.И. (научный руководитель), Зайцев В.Д.

Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, Институт механики и энергетики

Саранск, Россия

Не смотря на то обстоятельство, что инновационная инженерная деятельность во все времена существования человеческого общества была и остается важнейшим инструментарием технического прогресса. Только, сравнительно, недавно в наш обиход вошли такие термины как: «национальная инновационная система», «инновационная инфраструктура», «инновации» и др. Занимаясь на протяжении последних лет, в том числе и в ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева» исследованиями в области подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности (ИИД) [2, 7, 9, 10], исследователи понимают под ней такую деятельность, которая включает в себя анализ существующего технического уровня, синтез нового технического решения, разработку, создание новой техники и технологий, доведенных до вида товарной продукции [1, 8], представленной как нематериальными инновационными продуктами (НИП) в виде охранных документов на результаты интеллектуальной деятельности, и научно-технической и технологической документации, так и материальными (МИП) - в виде товара, изделия, работы, услуги, обеспечивающими экономический, социальный или другой эффект [3], и, следовательно, являющимися конкурентоспособными. Предлагаемая работа посвящена одному из способов получения МИП, а именно - реверс-инжинирингу механических систем.

Реверс-инжиниринг (РИ), или как его еще называют обратным проектированием представляет собой получение 3D модели готового изделия для последующего его усовершенствования, модернизации, улучшения или просто тиражирования. Его применяют во многих сферах производства для изготовления аналогичных или схожих деталей. Он позволяет, имея физический образец изделия, получить его точные геометрические параметры: размеры, техническую документацию на изготовление, 3D-модель. Решение обратной инженерной задачи позволяет понять принцип работы изделия, узнать его размеры, получить чертеж и другую необходимую документацию. А после -- начать самостоятельное производство.

Сегодня можно выделить следующие области исследования РИ: 1) исследование детали или изделия на наличие ошибок, сравнение изготовленного объекта с CAD-чертежом, получение технической документации узла или детали; 2) проектирование изделий, запасных частей и оснастки при отсутствии оригинальной технической документации на изделие; 3) 3D-оцифровка поверхностей сложной формы, в том числе художественных форм и слепков; создание 3Dмодели объекта для дальнейшего изготовления на станке с ЧПУ; 4) создание 3D-модели человека или частей его тела для медицинских и других целей; 5) 3D-печать или тиражирование объекта.

В качестве аппаратных средств обратного проектирования обычно используются 3Dсканеры, 3D-принтеры, компьютеры для сбора и обработки массива данных. В зависимости от задачи применяются сканеры с различной разрешающей способностью, точностью, мобильностью. В качестве программных средств может использоваться ряд продуктов для сбора данных, обработки, математического моделирования.

При реверс-инжиниринге с помощью аппаратных средств модель исследуемого объекта получается весьма точной. Современные методы 3D-сканирования позволяют добиться точности менее чем 15 мкм, что делает возможным производить анализ отклонений объекта от исходной CAD-модели с помощью различных программных средств. Это позволяет определить, находятся ли линейные значения данного объекта в рамках допуска. Так же высокоточное 3Dсканирование дает возможность использования модели для различных инженерных расчетов в программе ANSYS.

Возможности контроля качества, ANSYS-расчетов, а также редактирования геометрии являются весьма важными в машиностроении и других видах промышленности, поэтому реверс инжиниринг становится неотъемлемой частью современного промышленного комплекса.

Реверс-инжиниринг весьма полезен в инновационной инженерной деятельности. Он важен при проведении исследования механических систем, что при дальнейшем изучении с помощью программных средств позволяет выявить наиболее проблемные места, подлежащие доработке или модификации, что сокращает время на получение инновационных продуктов. Так же он может использоваться при редактировании геометрии изделия или детали, что имеет большое значение в инновационной деятельности. К примеру, изменением корпуса какой-либо установки можно добиться максимального эффекта теплоотдачи, что, допустим, будет инновацией для установок подобного типа

На этапе прототипирования полученной инновационной модели, важно исследовать возможные недостатки конструкции, для чего наиболее целесообразно использование 3Dпринтеров и вакуумного литья [5], чтобы рассмотреть модель «вживую». Именно при исследовании модели визуально наиболее заметны весомые недостатки, которые могли быть не замечены при изучении компьютерной модели.

Сегодня наблюдается создание в научных, образовательных и производственных учреждениях создание специальных секторов, участков, центров, оснащенных таким оборудованием [4, 6]. Одним из таких центров является Центр проектирования и быстрого прототипирования «РАПИД-ПРО» Института механики и энергетики ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарева» (рис.1). Центр располагает таким высокотехнологичным оборудованием как 3D принтеры SLS и FDM технологии, оптический 3D-сканер, вакуумно-литьевые машины и др. Сегодня Центр располагает всем необходимым оборудованием для компьютерного проектирования, для реализации аддитивных технологий и организации мелкосерийного производства. Он располагается в двух комфортабельных рационально спроектированных аудиториях (сектор быстрого прототипирования и сектор опытного производства).

инновационный инженерный модель оцифровка

Рисунок 1 - Общий вид Центра

Основными направлениями деятельности Центра являются: 1) образовательная деятельность (разработка образовательных программ для бакалавров, магистрантов, аспирантов и других категорий обучающихся; предоставление дополнительных образовательных услуг по подготовке специалистов к инновационной инженерной деятельности с использование аддитивных технологий для слушателей ФПК; обучение бакалавров, магистрантов, аспирантов и других категорий обучающихся аддитивным технологиям); 2) научно-исследовательская в педагогике (формирование проектных компетенций на основе обучения аддитивным технологиям; в технике (изучение аддитивных технологий, расширение области их использования, разработка новых технологий); в агроинженерии (компьютерное и физическое моделирование механических систем); 3) производственная (оказание услуг сторонним организациям на выполнение НИОТКР); 4) разработка инновационных продуктов (изделий, патентов, технической документации);5) конструкторские услуги (изготовление конструкторской документации); 6) 3D сканирование и 3D печать; 7) изготовление нестандартных и оригинальных изделий из пластика, включая небольшие партии до 100 шт., в том числе методом вакуумного литья в силиконовые формы.

В частности, на базе Центра по заданию одного из подразделений университета был произведен реверс-инжиниринг клиновидной кости человеческого черепа с помощью оптического сканера. Результат представлен на рисунке 2. Эта выявленная возможность позволит в дальнейшем восполнить фонд медицинских препаратов и создать новый электронный ресурс. На рисунке 3 представлены некоторые изделия, изготовленные студентами в центре «РАПИД-ПРО», в рамках реализации методической системы подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности при обучении аддитивным технологиям.

Рисунок 2 - 3D модель клиновидной кости человеческого черепа

Рисунок 3 - Некоторые изделия изготовленные студентами в центре

Таким образом, на основании вышеизложенного, следует отметить, что создана методическая система формирования у студентов технических университетов компетентности в ИИД в процессе практического обучения аддитивным технологиям, отражающая все этапы инновационного цикла (постановка задачи - синтез технического решения - получение инновационного продукта [8]) за счет участия студентов в изготовлении материальных инновационных продуктов и овладения ими еще одной технологией производства МИП - реверс-инжиниринга.

СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Кильмяшкин Е.А., Ломаткин А.Н., Курганова А.А. Формирование у студентов способности инновационной инженерной деятельности // Перспективы развития науки и образования: сб. науч. тр по мат-лам Междунар. науч.-практ. конф. 31 января 2014 г.: Часть 13. Тамбов, 2014. - С. 58-59

2. Наумкин Н.И., Кильмяшкин Е.А, Ломаткин А.Н., Купряшкин В.Ф Развитие творческих способностей студентов ВУЗов при обучении их элективным курсам// Материалы VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Часть 2./М.: Изд-во «Школа Будущего», 2008. С.168-170.

3. Наумкин Н.И., Кильмяшкин Е.А, Ломаткин А.Н., Купряшкин В.Ф К вопросу о подготовке студентов к инновационной деятельности методом погружения в инновационную среду.// Проблемы образования в современной России и на постсоветском пространстве: сборник статей XVII Международной научно-практической конференции.-Пенза: Приволжский Дом знаний, 2011. С.63-65 с.

4. Наумкин Н.И., Кильмяшкин Е.А, Ломаткин А.Н., Купряшкин В.Ф., Зайцев В.Д. Особенности формирования проектных компетенций у студентов технических вузов при обучении их цифровому производству.//Современные проблемы теории машин: Материалы III международной заочной научно-практической конференции/ НОЦ «МС».- Новокузнецк: Изд. Центр Сиб-ГИУ, 2015. - №3.-302 с.

5. Использование инновационных технологий быстрого прототипирования и вакуумного литья для сокращения времени на проектирование ИП / Н.И. Наумкин, В.Ф. Купряшкин, А.С. Князьков [и др.] // Современные проблемы теории машин: Материалы I междунар. заочн. научно-практ. конф. / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк: Издательский центр СибГИУ, 2013. -С. 125 -127.

6. Naumkin N. I. Integrated Technology of Competence Staged Formation in Innovation Through Pedagogy of Cooperation / N. I. Naumkin, V. F. Kuprjashkin, E. P. Grosheva, N. N. Shekshaeva, E. N. Panjushkina // World Applied Sciences Journal. Date Views 16.12.13. pp. 935-938. URL:

7. Практическое обучение студентов технических вузов инновационной деятельности в научных школах / Н.И. Наумкин, В.Ф. Купряшкин, А.Ф. Фирстов [и др.] // Современные проблемы теории машин: Материалы II международной заочной научно-практической конференции / НОЦ «МС». - Новокузнецк: Издательский центр СибГИУ, 2014. - С. 154-157.

8. Подготовка студентов национальных исследовательских университетов к инновационной инженерной деятельности на основе интеграции теоретического и практического обучения этой деятельности /Н.И. Наумкин, Е.П. Грошева, Н.Н. Шекшаева, В.Ф. Купряшкин, Е.Н. Панюшкина - Саранск. Изд-во Мордов. ун-та. 2014. - 140 с.

9. Практическое обучение инновационной инженерной деятельности в региональных летних научных школах / Н.И. Наумкин, Н.Н. Шекшаева, В.Ф. Купряшкин, Е.Н. Панюшкина // Регионология. - 2014. - № 4 (89). - С. 55-62.

10. Practical training in innovative engineering activity / E.P. Grocheva, N. I. Naumkin, G.I. Shabanov, N.N. Shekshaeva, V.F. Kupryashkin, Е.N. Panyushkina // European journal of natural history. - 2015. - № 4. - P. 37-40.

Размещено на Allbest.ru