Günümüzde yoğun rekabetin yaşandığı küresel pazarda, ürün işletmeleri, müşteri beklentilerini karşılayan yenilikçi ürünler geliştirmek amacıyla sürekli olarak tedarik sürelerini kısaltma stratejileri arayışındadır. Genel olarak, ürün şirketleri, CAD-CAM teknolojilerine, hızlı prototipleme yöntemlerine ve ticari avantajlar sunan çeşitli yeni teknolojilere yatırım yapmaktadır. Tersine mühendislik (RE) ise günümüzde ürün geliştirme süreçlerini kısaltmada ticari fayda sağlayan önemli bir teknoloji olarak kabul edilmektedir. Aşağıdaki gösterim, RE’nin “tasarlanan” ve “gerçekte üretilen” arasındaki döngüyü kapatma yeteneklerini nasıl sağladığını göstermektedir.
Mühendislik, ürün ve sistemleri tasarlama, üretme, monte etme ve bakımını yapma sürecini kapsayan çok yönlü bir disiplindir. İleri mühendislik ve tersine mühendislik olmak üzere genel olarak iki ana kategoriye ayrılmaktadır.
İleri mühendislik, bir sistemin fiziksel uygulamasına geçiş sürecini, üst düzey soyutlamalardan ve mantıksal tasarımlardan başlayarak geleneksel bir şekilde gerçekleştirir. Bu süreç, genellikle çizimler, malzeme listeleri veya mühendislik verileri gibi teknik ayrıntıları içermekte olup, bir ürünün fiziksel bir parçasını oluşturmanın temelini atmaktadır.
Tersine mühendislik ise mevcut bir parçayı, alt montajı veya ürünü çizimler, belgeler veya bir bilgisayar modeli olmadan çoğaltma işlemidir. Bu süreç, mevcut parçaların taranması veya sayısallaştırılması yoluyla elde edilen 3 boyutlu noktalardan geometrik bir CAD modeli oluşturmayı içerir. Tersine mühendislik, özellikle mevcut ürünlerin analiz edilmesi ve geliştirilmesi aşamalarında önemli bir rol oynayarak mühendislik alanına değerli katkılarda bulunmaktadır.
Tersine mühendislik, üretim süreçlerinde, endüstriyel tasarımda, mücevher tasarımında ve bir dizi başka uygulama alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, yeni bir araç piyasaya sürüldüğünde, rakip üreticiler, aracı satın alıp parçalarına ayırarak onun nasıl yapıldığını ve nasıl çalıştığını anlamak için tersine mühendislik yaklaşımını kullanabilirler.
Yazılım mühendisliği açısından, iyi bir kaynak kodu genellikle diğer iyi kaynak kodlarının bir tür varyasyonudur. Otomotiv tasarımı gibi bazı durumlarda, tasarımcılar fikirlerini kil, alçı, ahşap veya köpük kauçuk gibi malzemeler kullanarak şekillendirebilirler, ancak ürünü üretmek için bir CAD modeline ihtiyaç duyulur.
Tersine mühendislik, ürün geliştirme süreçlerinde ve rekabetçi pazarlarda bilgiye erişim sağlayarak inovasyonu teşvik eder. Bu yöntem, tasarımın ve üretimin anlaşılmasına, iyileştirilmesine ve hatta rekabet avantajı elde etmeye yönelik stratejik bir araç olarak kullanılmaktadır.
Ürünlerin daha organik bir form kazandığı durumlarda (free surface), CAD tasarımı yapmak giderek zorlaşır ve CAD temsili ile yontulmuş model arasında tam bir benzerlik garantisi bulunmamaktadır.
Bu soruna bir çözüm olarak, tersine mühendislik devreye girer. Çünkü fiziksel model, CAD modeli için bilgi kaynağı olarak kullanılabilir. Bu süreç aynı zamanda fiziksel formdan dijitale geçiş olarak da adlandırılır. Tersine mühendisliğin bir diğer avantajı ise ürün geliştirme döngü sürelerini kısaltma kapasitesidir.
Yoğun rekabetin hüküm sürdüğü küresel pazarda, üreticiler sürekli olarak yeni ürünleri piyasaya sürmek ve rekabet avantajı elde etmek için teslim sürelerini kısaltmanın yeni stratejilerini araştırmaktadırlar. Hızlı Ürün Geliştirme (Rapid Product Development – RPD), üreticilere ve tasarımcılara, ürün geliştirme süreçlerini daha hızlı bir şekilde tamamlamalarına yardımcı olan, yakın zamanda geliştirilmiş teknoloji ve teknikleri içerir.
Örneğin, enjeksiyon kalıplama şirketleri, takım ve kalıp geliştirme sürelerini önemli ölçüde kısaltma ihtiyacındadır. Tersine mühendislik kullanılarak, üç boyutlu fiziksel bir ürün veya kil maketi hızla dijital bir formda yakalanabilir, yeniden modelleme yapılabilir ve ardından hızlı prototipleme, takım oluşturma veya çok eksenli CNC işleme teknikleri kullanılarak hızlı üretim için hazır hale getirilebilir. Bu süreç, üreticilere esneklik sağlayarak hızlı bir şekilde yenilik yapma ve pazara adapte olma yetenekleri sunar.
Tersine mühendislik kullanmanın çeşitli nedenleri arasında şunlar bulunmaktadır:
Orijinal Üretici Mevcut Değil:
Orijinal üretici artık faaliyette değil, ancak bir müşterinin belirli ürünlere ihtiyacı var, örneğin bir uçağın hizmet süresi sona erdikten sonra gerekli olan uçak yedek parçaları.
Ürün Modası Geçti:
Bir ürünün orijinal üreticisi artık üretim yapmıyor, örneğin orijinal ürünün teknolojisi eskidiği için.
Tasarım Belgeleri Kayboldu veya Yok:
Orijinal ürünün tasarım belgeleri kayboldu veya hiç bulunmuyor.
CAD Verileri Olmayan veya Eski Parçalar:
CAD verileri olmayan veya verileri eskimiş veya kaybolmuş bir parçayı yenilemek veya üretmek için veri oluşturma.
Muayene ve Kalite Kontrol:
Üretilen bir parçanın CAD tanımıyla veya standart bir öğeyle karşılaştırılması için muayene ve kalite kontrol.
Ürün Geliştirmek ve Analiz Etmek:
Rakip ürünlerin özelliklerini analiz etmek ve ürün performansını ve özelliklerini geliştirmek için yeni yollar keşfetmek.
Animasyon ve Sanat Eserleri İçin Veri Oluşturma:
Oyunlar ve filmlerde animasyon için bir modelden veya heykelden 3D veriler oluşturma, sanat eseri oluşturmak, ölçeklendirmek veya çoğaltmak için 3D veri oluşturma.
Mimari ve İnşaat Dokümantasyonu:
Mimari ve inşaat dokümantasyonu ve ölçümü için veri oluşturma.
Antropometri ve Giyim Tasarımı:
Bireylere giysi veya ayakkabı takmak ve bir popülasyonun antropometrisini belirlemek.
Tıbbi ve Dental Uygulamalar:
Dental veya cerrahi protezler, doku mühendisliği yapılmış vücut parçaları veya cerrahi planlama için veri oluşturma.
Suç Mahallerinin Belgelenmesi:
Suç mahallerinin belgelenmesi ve çoğaltılması için veri oluşturma.
Tersine mühendislik kullanmak için daha birçok başka neden bulunmaktadır.
Tersine mühendisliğin genel süreci, üç aşamadan oluşan bir süreçtir: 3d tarama, nokta işleme ve uygulamaya özel geometrik model geliştirme. Tersine mühendislik stratejisi aşağıda belirtilmiştir.
Tersine Mühendislik Yapılmasının Nedeni:
Bir parçanın tersine mühendislik yapılmasının nedenleri değerlendirilir.
Taranacak Tekli veya Çoklu Parça Sayısı:
Tarama işlemi sırasında taranacak parça veya parçaların sayısı göz önünde bulundurulur.
Parça Boyutu:
Tersine mühendislik yapılacak parçanın büyüklüğü veya küçüklüğü dikkate alınır.
Parça Karmaşıklığı:
Tersine mühendislik sürecinde ele alınacak parçanın karmaşıklığı değerlendirilir.
Parça Malzemesi:
Parçanın yapılacağı malzemenin sert veya yumuşak olması göz önüne alınır.
Parçanın Tamamlanması:
Parçanın yüzey özellikleri, tamamlanma durumu (parlak veya mat) dikkate alınır.
Part Geometrisi:
Parça geometrisi, organik mi yoksa prizmatik mi olduğu değerlendirilir.
Gerekli Olan Hassasiyet:
Tersine mühendislik sürecinde gereken hassasiyet belirlenir, doğrusal veya hacimsel hassasiyet gibi.
Bu strateji, tersine mühendislik sürecini planlarken ve uygularken göz önünde bulundurulan önemli faktörleri içermektedir.
Bu aşama, doğru tarama tekniğinin seçilmesi, taranacak parçanın hazırlanması ve adım, yuva, cep ve delikler gibi parçanın tüm geometrik özelliklerini tanımlayan bilgileri yakalamak için gerçek taramanın gerçekleştirilmesi gibi tarama stratejisiyle ilgilidir. Parça geometrisini taramak için üç boyutlu tarayıcılar kullanılır ve yüzey geometrisini tanımlayan nokta bulutları üretilir. Bu tarama cihazları, özel araçlar olarak veya mevcut bilgisayar sayısal kontrollü (CNC) takım tezgahlarına eklentiler olarak mevcuttur. Temaslı (Contact) ve temassız (Noncontact) olmak üzere iki farklı tarayıcı türü bulunmaktadır.
Temaslı tarayıcılar, fiziksel temas kullanarak yüzeyi tarar ve genellikle hassas ölçümler yapmak için tercih edilir. Temassız tarayıcılar ise lazer veya ışık projeksiyonu gibi teknolojileri kullanarak yüzeyi tarar, bu da daha hızlı tarama sağlar ve genellikle büyük parçaların taraması için uygundur. Her iki tarayıcı türü de, parçanın geometrisini hassas bir şekilde yakalamak ve bilgisayar ortamında kullanılabilir bir formda ifade etmek için kullanılır.
Bu cihazlar, fiziksel bir yüzeyin hatlarını otomatik olarak takip eden temas problarını kullanır. Şu anda piyasada bulunan temaslı prob tarama cihazları, +0.01 ila 0.02 mm tolerans aralığında CMM teknolojilerine dayanmaktadır. Ancak, taranan parçanın boyutuna bağlı olarak, her nokta probunun ucunda sırayla oluşturulduğu için temas yöntemleri zaman alıcı olabilir. Dokunsal cihaz probu bir noktayı kaydetmek için yön değiştirmek zorundadır; bu nedenle, tarama işlemi sırasında bir dereceye kadar temas basıncı korunur. Ancak, temas basıncı, kauçuk gibi yumuşak ve dokunsal malzemelerin kolay veya doğru bir şekilde taranamadığı durumları kısıtladığından, temas cihazlarının kullanımını sınırlayabilir.
Piyasada bulunan çeşitli temassız tarama teknolojileri, fiziksel parça teması olmadan verileri yakalar. Temassız cihazlar, nokta verilerini yakalamak için lazerler, optikler ve şarj bağlantılı cihaz (CCD) sensörleri kullanır. Bu cihazlar nispeten kısa bir zaman diliminde büyük miktarda veri yakalasa da, bu tarama teknolojisiyle ilgili bir dizi sorun ortaya çıkmaktadır.
Temassız taramanın tipik toleransı ±0,025 ila 0,2 mm arasındadır. Bazı temassız sistemler, lazerin eksenine paralel olan yüzeyleri tanımlamakta zorluk yaşayabilir. Ayrıca, temassız cihazlar veri yakalama sürecinde ışık kullanır. Bu, ışığın parlak yüzeylere çarptığında sorun yaratabilir, bu nedenle bazı yüzeyler taramadan önce geçici bir ince toz kaplama ile hazırlanmalıdır.
Bu sorunlar, uzaktan algılama cihazlarının kullanımını, üretilen bilgilerin doğruluğunun veri yakalama hızına ikincil olduğu mühendislik alanlarıyla sınırlayabilir. Ancak, optik teknolojideki araştırma ve lazer geliştirmesi devam ettikçe, piyasada bulunan temassız tarama cihazlarının doğruluğu artmaya başlamaktadır. Tarama aşamasının çıktısı genellikle en uygun formatta nokta bulutu veri setleridir. Tersine mühendislik yazılımları, çeşitli çıktı biçimlerini destekler, örneğin ham veri (boşluk veya virgülle ayrılmış X, Y, Z değerleri) gibi.
Bu aşama, nokta bulutu verilerinin içe aktarılmasını, toplanan verilerdeki gürültünün azaltılmasını ve nokta sayısının azaltılmasını içerir. Bu görevler, önceden tanımlanmış bir dizi filtre kullanılarak gerçekleştirilir. Kullanıcıların her bir görev için hangi filtrenin en uygun olduğunu bilmeleri için filtre algoritmalarını çok iyi anlamaları son derece önemlidir. Bu aşama aynı zamanda birden fazla tarama veri setini birleştirmemizi sağlar.
Bazen, parçanın tüm özelliklerinin tarandığından emin olmak için parçanın birden fazla kez taranması gerekebilir. Bu durum, parçanın döndürülmesini içerir; dolayısıyla her tarama verisi çok önemli hale gelir. Çoklu tarama planlamasının nokta işleme aşaması üzerinde doğrudan etkisi vardır. İyi bir çoklu tarama planlaması, nokta işleme aşamasında gereken çabayı azaltacak ve ayrıca çoklu tarama verilerinin birleştirilmesinden kaynaklanan hataların ortaya çıkmasını önleyecektir.
Nokta işleme için birçok ticari yazılım bulunmaktadır. Nokta işleme aşamasının çıktısı, en uygun formatta temizlenmiş, birleştirilmiş nokta bulutu veri setidir. Bu aşama, tarama aşamasında yukarıda bahsedilen özel biçimleri de destekler.
Hızlı prototipleme ve kalıplama teknolojilerindeki gelişmelerin, CAD modellerinden fiziksel temsiller oluşturma süresini önemli ölçüde kısaltmasının yanı sıra, mevcut tersine mühendislik (RE) teknolojileri de mevcut fiziksel temsillerden elektronik CAD modelleri oluşturma süresini azaltmaya yardımcı oluyor. Fiziksel bileşenlerden CAD bilgisi üretme ihtiyacı, herhangi bir ürün tanıtım süreci boyunca sıklıkla ortaya çıkacaktır.
Nokta verilerinden CAD modellerinin üretilmesi, muhtemelen RE içindeki en karmaşık aktivitelerden biridir. Çünkü nokta bulutu veri setlerinde tanımlanan üç boyutlu bilgiyi doğru bir şekilde temsil eden yüzeyler oluşturmak için güçlü yüzey uydurma algoritmaları gereklidir. Çoğu CAD sistemi, büyük miktarda nokta verisini görüntülemek ve işlemek için tasarlanmamıştır; sonuç olarak, nokta işleme için genellikle yeni RE modüllerine veya ayrı yazılım paketlerine ihtiyaç duyulur.
Nokta bulutu veri kümelerinden yüzey verilerinin üretilmesi hala çok öznel bir süreçtir, ancak mühendislerin mevcut CAD ortamları için eksiksiz katı modeller üretmek için nokta bulutu verileriyle etkileşime girmesini sağlayacak özellik tabanlı algoritmalar geliştirilmeye devam edilmektedir.
RE’nin CAD verisi üretme uygulamaları, onu destekleyen teknoloji kadar önemlidir. Bir yöneticinin RE teknolojilerini kullanma kararı, belirli iş gereksinimlerine dayanmalıdır. Bu aşama, tersine mühendisliğin gerçek amacına çok bağlıdır.
Tersine mühendislik, mevcut kalça eklemlerini tarayarak ve hastaya özel pelvis verileri etrafında yeni yapay kalça eklemi tasarlamak için de kullanılabilir. Bu, her hasta için özelleştirilmiş yapay eklemler için fırsat yaratır. Bu örnekler, RE’nin çeşitli uygulamalarını ve potansiyel avantajlarını göstermektedir.
Bu aşamanın çıktısı, IGES, VDA, STL, DXF, OBJ, VRML, ISO G Code gibi tescilli formatlardan oluşan geometrik modellerdir.