جامعه مهندسی در ایران، با عبارت مهندسی معکوس بیگانه نیست. بدلیل تحریم های بسیاری در حوزه های مختلف مهندسی، بسیاری از فناوری ها، قطعات و دستگاه ها را جامعه مهندسی بومی سازی کرده است.
همانطور که در درباره ما سایت مکاتکنیکال ذکر شده است، دانش خوبی در زمینه های مختلف مهندسی در بستر اینترنت فراهم است. ما در این سایت قصد داریم این دانش را بصورت جمع بندی شده و در کنار هم قرار دهیم. در زمینه مهندسی معکوس با ابر نقاط در کتیا نیز آموزش های خوبی در یوتیوب، آپارات و همچنین وبسایت ها فراهم است. در سلسه مقالاتی که به این بحث می پردازیم قصد داریم با ایجاد پرسش ها و سوال هایی که در این زمینه موجود است، ویدیوها وآموزش های مرتبط را در کنار هم قرار دهیم.
تعریف مهندسی معکوس
مهندسی معکوس فرآیندی است که، طی آن دانش مربوط به یک محصول، قطعه و یا دستگاه، از روی خود قطعه، محصول و یا دستگاه استخراج می شود. این واژه در ادبیات جامعه عمومی شده است. به طوری که نه تنها در زمینه مهندسی بلکه درسایر زمینه ها هم کاربرد دارد.
کاربرد کلی تر مهندسی معکوس در زمینه حل مسئله است. مهندسی معکوس را به گونه ای دانش حل مسئله نیز می دانند. در این مسئله خاص، ما جواب مسئله را داریم در نتیجه فرآیند حل مسئله را بصورت معکوس طی می کنیم تا دانش آن را استخراج کنیم و یا دریابیم که این پاسخ برای چه پرسشی بوده است.
در تعریف بالا( استخراج دانش طراحی) بار معنایی مثبت دارد و صرفا به منظور کپی برداری از محصول نیست. مهندسی معکوس (reverse engineering) با هدف ارتقا محصول و یا خلق یک محصول جدید است.
دراین مقاله در خصوص مهندسی معکوس توسط ابرنقاط صحبت می کنیم. ابرنقاط و اسکن سه بعدی نیز یکی از ابزارهای مهندسی معکوس قطعات است.
مهندسی معکوس با ابرنقاط
بخشی از فرآیند مهندسی معکوس، مهندسی geometric و برداشت دقیق سطوح و بدنه قطعات است. از آن جا که هنگام مهندسی معکوس دانش ما در خصوص قطعات ساخته شده کامل نیست، باید سعی شود، طراحی انجام شده کاملا منطبق بر قطعه باشد ( برخی مواقع عیوب ساختی نیز در قطعات وجود دارند، اینکه این عیوب هم مدل سازی شوند و یا خیر، بحثی چالش بر انگیز است که در مقالات بعدی به آن می پردازیم).
اسکنر سه بعدی ابزاری است که توسط آن، سطوح قطعات نقطه برداری می شود. این مجموعه نقاط استخراج شده از سطوح قطعه را ابرنقاط می نامند.
پس از استخراج ابرنقاط قطعه، بسته به نوع کاربرد و نیاز ما باید فرآیند هایی روی ابرنقاط انجام شود تا در نهایت بتوانیم هندسه قطعه را استخراج کنیم. در تصویر زیر مراحل مهندسی معکوس قطعه نمایش داده شده است:
نرم افزار مناسب برای ویرایش فایل STL و ابر نقاط
استفاده از ابر نقاط در حوزه های مختلف مهندسی کاربرد دارد. برای مثال در مهندسی معماری، مهندسی عمران مهندسی مکانیک حتی علوم مربوط به جغرافیا و غیره. ما در این مقاله در خصوص مهندسی معکوس قطعات که بیشتر در حوزه مهندسی مکانیک است صحبت می کنیم.
جهت ویرایش ابرنقاط و یا فایل های STL نرم افزار های متعددی وجود دارند، در زیر برخی از نرم افزارهایی را در این زمینه مطرح است فهرست می کنیم:
Meshlab
Meshmixer
Blender
FreeCad
Sketchup
3Dslash
Fusion360
Solidworks
Catia
لیست بلند بالایی از این نرم افزار ها وجود دارند. هرکدام از این نرم افزار ها برای کارهای تخصصی ای مناسب هستند و ابزار های مخصوص آن کار را دارند. فهرست تهیه شده در بالا منتخب فهرست های موجود در بستر اینترنت است.
اما در بین فهرست بالا به دو دسته از نرم افزار ها می پردازیم:1- نرم افزارهای مناسب برای پرینتر سه بعدی و 2- نرم افزار هایی برای مهندسی معکوس قطعات
نرم افزار مناسب برای ویراش فایل های پرینتر سه بعدی :
نرم افزار های Meshmixer و meshLab در فهرست بالا، نرم افزار های مناسب تری برای ویرایش قطعات پرینتر سه بعدی است.
معمولا قطعاتی که برای پرینتر های سه بعدی مراجعه می شود، نیاز به ویرایش های جزئی دارند. برای مثال نیاز است تا روی آن ها سوراخی ایجاد شود، پایه و یا دسته به قطعه مورد نظر اضافه شود و غیره. برای این منظور استفاده از نرم افزار های ذکر شده که رابط کاربری ساده هم دارند توصیه می شود.
چه مواقعی نیاز به کار با ابرنقاط است؟
در مقدمه مقاله کمی در مورد این پرسش پاسخ داده شد. اما تمام استفاده از ابزار ابر نقاط در کتیا و سایر نرم افزار ها مربوط به مهندسی معکوس نیست. برخی از مواردی که ممکن است نیاز به ویرایش ابر نقاط داردید:
- ویرایش فایل هایی که با فرمت STL هستند:
در فضای اینترنت، قطعات و مدل هایی زیادی در دسترس هستند. برخی از این قطعات توسط سازنده با فرمت STL منتشر می شوند. برای انتشار فایل ها این فرمت علت های زیادی وجود دارد. برخی این کار را با هدف جلوگیری از کپی برداری انجام می دهند.
همچنین بسیاری از مدل هایی که برای پرینتر سه بعدی استفاده می شوند با فرمت STL منتشر می شوند.
برخی مواقع لازم است این فایل ها را ویرایش کنید، داخل قطعه سوراخ اضافه کنید، برای آن پایه قرار دهید وغیره. برای این کار نیاز به ویرایش قطعات دارید. اگر کار با ابر نقاط برای شما محدود به همین کار است و یک نرم افزار برای ویرایش فایل های STL برای پرینت سه بعدی می خواهید، بهتر است سراغ نرم افزار هایی مثل meshmixer بروید. این نرم افزار ها رابط کاربری و ابزار های بهتری مخصوص کار برای پرینتر سه بعدی دارند.
- ایجاد قطعه برای آنالیز و استفاده از ویژگی های قطعه
برای مثال برای شناسایی برخی از اعضای بدن و استخراخ ویژگی های فیزیکی آن، اندام بدن را اسکن می کنند و پارامترهای فیزیکی مثل گوشت و پوست را به آن اضافه می کنند. سپس مدل سازی فیزیکی برای آن انجام می دهند. برای این کار فقط کافیست قطعه اسکن شده را تبدیل به part کنید.
- ترمیم ابرنقاط و ایجاد سطح:
این روش برای قطعاتی که پیچیده هستند استفاده می شود. ممکن است یک قطعه ارگانیک نیاز به ساخت داشته باشد. سطح آن را اسکن می کنند و سپس در نرم افزار تبدیل بهpart می کنند و تغیرات مورد نظر را روی آن اعمال می کنند. سپس برای ساخت از طریق دستگاه های CNC، پرینتر سه بعدی ، ریخته گری و سایر روش ها اقدام می کنند.
- مهندسی معکوس قطعه
مهندسی معکوس قطعات از سایر موارد گفته شده پیچیده تر است. برای این کار نیاز است تا سطوح قطعه بصورت دقیق ساخته شوند. در روش هایی که سطوح قطعات بصورت اتوماتیک وار ساخته می شود، میزان خطا ممکن است بالا باشد. همچنین برخی مواقع عیوب ساختی درون قطعه وجود دارد که در مدل نهایی باید اصلاح شود.
بطور کلی در هنگام ایجاد هندسه قطعات برای مهندسی معکوس، ممکن است تمام فرآیند های ساخت قطعه را استفاده کنید و نیاز به دانش طراحی و مراحل ساخت و غیره را دارید.
نرم افزار مناسب برای مهندسی معکوس از روی ابرنقاط چیست؟
قطعات اسکن شده، معمولا دچار ایراداتی در اسکن هستند که باید برطرف شوند، همچنین برخی مواقع قطعه را اسکن می کنند تا از ابرنقاط بصورت راهنمایی برای ایجاد قطعه استفاده کنند.
در میان فهرست بالا معمولا از نرم افزار های SOLIDWORKS و CATIA که مخصوص ایجاد قطعات هستند استفاده می شود. در بین این دو نرم افزار، نرم افزار CATIA کاربرد بیشتری برای مهندسی معکوس دارد. چرا که این نرم افزار ابزار های خوبی برای ایجاد سطوح دارد.
در این مقاله و سلسله مقالاتی که در ادامه منتشر خواهیم کرد، به ویرایش ابرنقاط در نرم افزار کتیا می پردازیم.
مراحل مهندسی معکوس در کتیا
بیشترین محیطی که برای مهندسی معکوس و ویرایش فایل STL در کتیا استفاده می شود، محیط های Digitized shape editor و Quick surface Reconstruction است.
محیط Digitized shape editor ( به اختصارDSE ) ابزار هایی برای وارد کردن (import mesh) و ترمیم ابرنقاط دارد. در این محیط می توانید چگالی نقاط را تغییر دهید، نقاط معیوب را ترمیم کنید و نقاطی را که نمی خواهید حذف کنید.
محیط Quick surface reconstruction (به اختصار QSR) جهت ایجاد صفحات است. با استفاده از ابزار هایی که در این محیط فراهم است می توانید بصورت اتوماتیک برای کل هندسه صفحاتی را ایجاد کنید و یا اینکه از نقاط مش استفاده کنید و صفحات را بصورت دستی ایجاد کنید.
معمولا در هنگام مهندسی معکوس قطعه نیاز است تا مدام بین محیط DSE و QSR جابه جا شوید. بصورت مداوم باید ابرنقاط را بهبود دهید و سپس مش را ایجاد کنید تا در نهایت صفحات ایجاد شده قطعه شما، کمترین میزان خطا را با ابر نقاط اولیه داشته باشند.
مراحل ساخت قطعه از روی ابرنقاط در کتیا به شرح زیر است:
- وارد کردن ابرنقاط (import mesh)
- بهبود ابرنقاط (refine mesh)
- ایجاد مش (generate mesh)
- بهبود مش ( repair mesh)
- ایجاد سطح ( create surface)
- ایجاد قطعه (build part)