مهندسی معکوس

مهندسی معکوس و فرایند فناوری (Reverse Engineering)

طی سال های اخیر مقوله ای چون توسعه بازار و صادرات ازجمله مواردی بوده که بزرگترین دغدغه خاطر مدیران ارشد سازمان هایمهندسی و تولیدی را به خود اختصاص داده است. سوالی که همیشه مطرح بوده، این است که چگونه می توان در کوتاهترین زمان فاصله خود را با کشورهای پیشرفته کاهش داد و در بازرگانی جهانی و دستیابی به تکنولوژی روز سهم مناسبی داشت؟
بررسی کشورهایی که مانند کشور ما فناوری را به مرور زمان به دست نیاورده و در مقطعی از زمان سعی در احاطه یافتن بر آن داشته اند، نشان می دهد که در اولین گام، اقدام به استفاده گسترده از روش مهندسی معکوس جهت درک اولیه محصولات و سپس ساخت و ارتقای آنها باتوجه به نیازهای خود روش مناسبی است. اشاعه و نظارت برحسن اجرای فرایند سیستماتیک مهندسی معکوس و به کارگیری ابزارها و تکنیک های مهندسی در این فرایند نیز می تواند تاثیر بسزایی در دستیابی به دانش فنی محصولات تولیدی (که اکنون به دلیل عدم به کارگیری به صورت سیستماتیک، محقق نشده) درکمترین زمان و با حداقل هزینه، داشته باشد.
در این مقاله ضمن بیان استراتژی های مختلف فناوری، جایگاه R&D یا همان تحقیق و توسعه (Research & Develop) در دستیابی به آنها و سپس انتخاب استراتژی مهندسی معکوس به عنوان یک راه مناسب پیشرفت برای کشورهای در حال توسعه، متدولوژی این سیستم به صورت خلاصه ارائه شده است.

مقدمه
اگر سابقه صنعت و چگونگی رشد آن در کشورهای جنوب شرقی آسیا را مورد مطالعه قرار دهیم به این مطلب خواهیم رسید که در کمتر مواردی این کشورها دارای ابداعات فن آوری بوده اند و تقریبا در تمامی موارد کشورهای غربی آمریکا و اروپا پیشرو بوده اند. پس چه عاملی باعث این رشد شگفت آور و فنی در کشورهای خاور دور گردیده است؟

بی شک شناخت محصول و درک عوامل موثر در مشخصه های آن، اولین پیش نیاز بهبود کیفیت و نوآوری است که لازمه آن درک مهندسی از مبانی عملکردی قطعه است.

در تمامی مطالب فوق رد پای یک شگرد خاص و بسیار مفید به چشم می خورد که مهندسی معکوس (Reverse Engineering) نام دارد. مهندسی معکوس روشی آگاهانه برای دستیابی به فن آوری حاضر و محصولات موجود است. در این روش متخصصین رشته ها ی مختلف علوم پایه و کاربردی از قبیل مکانیک ، فیزیک و اپتیک ، مکاترونیک، شیمی پلیمر، متالورژی، الکترونیک و… جهت شناخت کامل نحوه عملکرد یک محصول که الگوی فن آوری مذکور می باشد، گروه های تخصصی را ایجاد می کنند و با تجهیزات پیشرفته و دستگاههای دقیق آزمایشگاهی به همراه سازماندهی مناسب تشکیلات تحقیقاتی و توسعه (R&D) سعی در بدست آوردن مدارک و نقشه های طراحی محصول فوق دارند تا پس از مراحل نمونه سازی (Prototyping) و در صورت لزوم ساخت نیمه صنعتی (Pilot Plant) تولید محصول را طبق استاندارد فنی محصول الگو آغاز کنند. همانگونه که اشاره شد، استفاده از روش مهندسی معکوس برای کشورهای در حال توسعه روش بسیار مناسبی جهت دسترسی به فن آوری، رشد و توسعه آن می باشد. این کشورها که در موارد بسیاری از فن آوری ها در سطح پایینی قرار دارند ، در کنار روش ها و سیاست های دریافت دانش فنی، مهندسی معکوس را مناسب ترین روش دسترسی به فن آوری تشخیص داده و سعی می کنند با استفاده از روش مهندسی معکوس، اطلاعات و دانش فنی محصولات موجود، مکانیزم عمل کرد و هزاران اطلاعات مهم دیگر را بازیابی کرده و در کنار آن با روش های مهندسی مستقیم (Forward Engineering) و روش های ساخت قطعات، و استفاده از تجهیزات و تسترهای خط مونتاژ و ساخت مانند قالب ها، گیج و فیکسچرها و دستگاههای کنترل، نسبت به ایجاد کارخانه ای پیشرفته و مجهز جهت تولید محصولات فوق اقدام نمایند. 

برای مثال هنگامیکه یک خودرو به بازار می آید رقیبان آن شرکت تولیدی ، مدلی از خودرو را تهیه کرده و آن را جداسازی میکنند (Disassembling) تا طرز کار و چگونگی ساخت آن را ببینند و از تکنیک های آن در تولیدات خود استفاده کنند؛ یا در مهندسی عمران (راه و ساختمان) از طرح، سازه و اجرای پل ها و ساختمان های قدیمی که هنوز پابرجا باقی مانده اند کپی گرفته می شود و در مورد چگونگی ساخت آنها ، مواد اولیه استفاده شده و دلایل سالم ماندن آن تحقیق می شود تا در طرح های خود برای استحکام بیشتر استفاده کنند.
در بعضی موارد طراحان، شکلی از ایده هایشان را با استفاده از گچ ، سفال و ... نشان می دهند (ساخت ماکت) که نیازی به اندازه گیری دقیق ندارد؛ این در حالی است که مدل کامپیوتری (CAD) نیاز به اندازه گیری دقیق قسمت های مختلف دارد و تا زمانی که این اندازه ها دقیق نباشند وارد کردن آن در CAD بسیار دشوار و حتی ناممکن است؛ زیرا هیچ تضمینی وجود ندارد که مدل ارائه شده در CAD و مدل های ساخته شده بعدی با مدل اولیه مطابقت داشته باشند. مهندسی معکوس راه حلی برای این مشکل دارد :
از نطر مهندسی معکوس در این حالت مدل فیزیکی یک منبع اطلاعاتی مناسب برای مدل CAD است. در این حالت با استفاده از ابعاد سه بعدی و اسکنرهای لیزری و سطح نگارها با در نظر گرفتن ابعاد فیزیکی، جنس ماده تشکیل دهنده و دیگر جنبه ها یک مدل و الگوی پارامتری بدست می آید؛ سپس این مدل به CAD فرستاده می شود و تغییرات نهایی روی آن انجام می شود و سپس به دستگاه های برش و تولید (CAM) فرستاده می شود که CAM این قسمت فیزیکی را تولید می نماید .
پس می توان گفت که مهندسی معکوس با کالا آغاز می شود و به فرایند طراحی می رسد و این دقیقا مخالف مسیر روش تولید PSD (Product Definition Statement) است و به همین علت آن را مهندسی معکوس نامیده اند. به وسیله این روش بیشترین اطلاعات ممکن درباره ایده های مختلف طراحی که برای تولید یک کالا استفاده می شود بدست می آید. بدین وسیله هم می توان کالا را دوباره تولید کرد و هم می توان از ایده های مفید آن برای تولید کالایی جدید بهره برد. همین امر باعث شده که مهندسی معکوس به یکی از شاخه های مهم مهندسی تبدیل گردد و همواره نگاه ها به سوی تولیدات وارد شده به بازار جلب شود .

پس مهندسی معکوس برای بازیابی و تشخیص اجزای متشکله یک محصول بویژه در صورت عدم دسترسی به طراحی اولیه کاربرد داشته و برای نگهداری، گسترش و توسعه امکانات موجود و مهندسی مجدد (Re-Engineering) مورداستفاده قرار می گیرد.

این روش، روش پذیرفته ای برای کشورهای درحال توسعه به شمار می رود. در این فرایند ابتدا میزان کمبود اطلاعات فنی برای پشتیبانی از تولید یک محصول معین می شود. سپس با انجام یک کار تیمی منسجم، متشکل از متخصصان و محققان رشته های مختلف علوم پایه به همراه مدیریت و سازماندهی مناسب تشکیلات تحقیقاتی و توسعه ای (R&D) سعی می شود مدارک و نقشه های خاص طراحی محصول به دست آید. با درنظر گرفتن مشخصات، هدف و شرایط طراحی محصول، استانداردهای ملی و رایج و همچنین پوشش دادن نقاط مجهول و ناشناخته سعی می شود مراحل نمونه سازی و نیمه صنعتی و در صورت لزوم ساخت و تولید محصول، انجام گردد.

فعالیت های تحقیق و توسعه به مفهوم عام همیشه دو محصول را به همراه داشته است:
1- دانش و معلومات
2- فناوری و فن

نقش فعالیتهای تحقیق و توسعه در ایجاد فناوری تاحدی است که اندیشمندان گفته اند فناوری محصولی است که درکارخانجات تحقیق و توسعه تولید شده است.

فناوری شاه کلید توسعه و نیرومندترین عامل تحول اقتصادی در جوامع است. در اطلس فناوری، فناوری ترکیب پیچیده ای از چهار عنصر، به شرح زیر معرفی گردیده است.
1- سخت افزار و ماشین آلات؛
2- دانش فنی یا ابزار اطلاعاتی؛
3- توانائیها شامل مهارتها وابتکارات انسانی؛
4- سازماندهی و مدیریت فناوری شامل مکانیسم هایی که برای تسهیل درادغام موثر عناصر بالا موردنیاز است.

حال که اهمیت فناوری در توسعه ملی و نقش تحقیق و توسعه در دستیابی به فناوری مورد یادآوری قرار گرفت به بیان مراحل عمر فناوری ها می پردازیم.

دوره عمر هر فناوری شامل این مراحل است:
مرحله طراحی؛
مرحله معرفی؛
مرحله رشد؛
مرحله بلوغ و اشباع؛
مرحله افول.

استراتژی های دستیابی به فناوری و محصولات
اصولا برای دستیابی به فناوری به عنوان یک محصول صنعتی راههای گوناگونی وجود دارد که هر کشوری در هریک از زمینه های صنعتی باتوجه به ساختار علمی و صنعتی خود و میزان خوداتکایی در زمینه های علوم و فنون، میزان دسترسی به منابع ارزی موردنیاز، مواد اولیه داخلی، نوع و کیفیت نیروهای متخصص، روابط سیاسی بین المللی و منطقه ای، آنها را به کار می بندد.

در زیر انواع مهم استراتژی های دستیابی به محصول جدید و فناوری موردنظر را بیان می کنیم:
1- استراتژی نوآوری و طراحی تا تولید محصول از طریق فعالیت های تحقیق تا تولید؛
2- استراتژی توسعه فناوری؛
3- استراتژی کپی سازی و مهندسی معکوس؛
4- استراتژی انتخاب، انتقال و بومی کردن فناوری؛
5- استراتژی استفاده موثر از امکانات و فناوری موجود؛
6- استراتژی خرید کارخانه و پروسه تولید به صورت تحویل کامل؛
7- استراتژی خرید کالا و فناوری موردنظر.

ضرورت شناخت رفتار فناوری برای انتخاب استراتژی مناسب
یکی از تصمیم گیری های استراتژیک در زمینه دستیابی به یک محصول و یا فناوری، انتخاب مناسب ترین روش دستیابی به آن است که این تصمیم گیری به مرحله رشد و توسعه آن محصول یا فناوری (در مهد شکل گیری و پیدایش و تکامل آن فناوری) بستگی شدیدی دارد. مثلا اگر یک فناوری در مهد پیدایش خود (کشور اولیه) در مرحله معرفی باشد، اقدام برای دستیابی به آن ازطریق انتقال فناوری کاری نسنجیده است. همچنین اگر محصول در مهد پیدایش خود در مرحله افول بوده و فناوری برتری جایگزین آن شده باشد، اقدام برای دستیابی به محصول اولی ازطریق همین استراتژی، کاری مخاطره آمیز است.

اصولا اقدام برای انتقال فناوری درمورد محصولاتی که در مهد پیدایش خویش مرحله معرفی را سپری کرده و در مرحله رشد هستند برای کشورهای درحال توسعه معقول تر است. در این صورت اقدام یک کشور درحال توسعه برای دستیابی به عین این محصول یا فناوری ازطریق استراتژی تحقیق تا تولید، امری غیراقتصادی و غیرعاقلانه خواهد بود مگر آنکه اهدافی مانند تقویت پایه های علمی و فنی کشور مطرح باشد که بازهم انتخاب این استراتژی احتمالا امری مطلوب نخواهد بود. هرچه درجه تکامل یک فناوری بیشتر باشد تا قبل از مرحله افول و منسوخ شدن، استراتژی خرید محصول و فناوری مقرون به صرفه تر خواهدبود.

استراتژی مورد نظر در این مقاله بنابر نیازهای تکنولوژیک کشورهای درحال توسعه مانند ایران و جبران این خلاء تکنولوژیک با کشورهای پیشرفته با بیشترین سرعت، استراتژی مهندسی معکوس است که در ادامه به بیان متدولوژی آن خواهیم پرداخت.

متدولوژی مهندسی معکوس
مهندسی معکوس یکی از روش هایی است که شرکت ها با به کارگیری آن، فرایند تکوین محصول خود را سرعت می بخشند. این روش در کشورهای درحال توسعه چون ایران که از نظر دانش طراحی محصول و فناوری تولید عقب تر از کشورهای پیشرفته هستند، پاسخی به افزایش توان طراحی و تسریع فرایند تکوین است.

ایجاد یک روش منطقی و سیستماتیک برای تعیین میزان کمبود اطلاعات فنی برای پشتیبانی از تولید یک محصول و سپس انجام یک کار تیمی منسجم برای تکمیل این اطلاعات، مجموعه عملیاتی است که در فرایند مهندسی معکوس به وقوع می پیوندد. سطحی از اطلاعات فنی موردنیاز که کلیه تلاش ها در راستای تشخیص میزان کمبود آن و سپس رفع این کمبود اطلاعاتی است، بسته اطلاعات فنی TDP که اختصار عبارتTechnical Data Package می باشد نامیده می شود.

به رغم ظرافت و نیاز به دقت بسیار زیاد در مهندسی معکوس، کاهش زمان عملیات امری بسیار مهم در این زمینه است. در اینجا شرح مختصری از فرایند کلی مهندسی معکوس و متدولوژی آن بیان می شود:

مرحله اول - تجزیه وتحلیل عملکردی / اقتصادی
این فعالیت شامل 2 بخش است:
الف - هدف گذاری و جمع آوری اطلاعات
در این مرحله توسعه محصول، رفع عیب محصول و خودکفایی معرفی و سپس هدف از انجام پروژه درمورد هر یک تبیین می شود. هدف از فاز جمع آوری اطلاعات این است که کلیه مستندات جمع آوری شده و تولید اطلاعات و مستندات فنی درحین اجرای مهندسی معکوس آسان گردد. 
با روش هایی چون شناسایی موردهای مشابه، جمع آوری اطلاعات در زمینه تولیدکنندگان و مورد بررسی قراردادن قطعات و مجموعه های مونتاژی یک سطح بالاتر که اطلاعات موجود درمورد عوامل خروجی و ورودی، قطعات مجاور و مصرف نهایی را مشخص می سازد، مشخصات و توضیحات مربوط به خرید قطعات، فهرست قطعات و شماتیک ها که اطلاعات اولیه برای بررسی پیکربندی یک قطعه و یا یک مجموعه را دراختیار قرار می دهند می توان بسته اطلاعات فنی را به دست آورد. طبیعی است که با طبقه بندی سطح اطلاعاتی در فرایندهای مهندسی، این فعالیت جامع تر و سیستماتیک تر انجام می شود و از دوباره کاری های احتمالی جلوگیری و در هزینه ها صرفه جویی به عمل خواهدآمد.

ب - ارزیابی اطلاعات و برنامه ریزی
هدف از انجام این فاز، مشخص کردن سطح اطلاعات ناقص موردنیاز و نیز تخمین هزینه انجام مهندسی معکوس است. باتوجه به این سطح تخمین زده شده، برآوردهای اولیه روی تخصص ها، آزمایشات، تجهیزات و... برای اجرای مهندسی معکوس صورت می گیرد و پس ازتخمین هزینه، تخصیص منابع و برآورد زمان معقول برای تولید این اطلاعات برای کامل کردن بسته اطلاعات فنی، نمودار گانت چارت اجرایی پروژه ارائه می شود و یک نقشه برای روند کار حاصل می آید.

مرحله دوم - آنالیز عملکرد و دمونتاژ مورد
هر موردی می تواند متشکل از چند جزء (مکانیسم ها و اجزای مختلف) باشد که هر یک وظیفه خاصی را برعهده دارند و برآیند آنها وظیفه موردنظر را برای مورد به وجود می آورد. و در این مرحله از فرایند، تیم مهندسی معکوس باید بتواند پارامترها و مشخصه های مهم ورودی و خروجی هر جزء را شناسایی کند. پس از شناسایی اجزاء و ورودی و خروجی های آن (با استفاده از قضاوت مهندسی، طراحی آزمایشات، شبیه سازی رایانه ای و ...)، باید عملکرد اجزاء با مدارک فنی موجود ممیزی شود تا مغایرت های آن مشخص شود، فاز FCA ممیزی عملکرد فنی اجزاء (Functional Configuration Audit).
درادامه اطلاعات فنی موردنیاز اجزاء از طریق آزمایش استخراج می شود، فاز PCA ممیزی فیزیکی اجزاء (Physical Configuration Audit) تفکیک و مونتاژ اجزاء، در صورتی که قابل تجزیه به اجزای سطح پایین تر باشد، می تواند تا رسیدن به سطح قطعه ادامه یابد تا اینکه یک سطح برای مونتاژ بیان شود. درتفکیک باید وظیفه عملکردی اجزای پایین تر شناسایی شود تا ممیزی عملکرد فنی اجزاء و ممیزی فیزیکی اجزاء بر روی آنها نیز صورت گیرد.

در انتهای این مرحله بسته های اطلاعات فنی که طی عملیات ممیزی عملکرد فنی اجزاء و ممیزی فیزیکی اجزاء ایجاد و تکمیل شده اند پس از صحه گذاری، اطلاعات لازم درباره تهیه نقشه های سطح یک (چگونگی حرکت مکانیسم ها و انتقال عملکرد به اجزای دیگر) را فراهم خواهند آورد.

مرحله سوم - آنالیز سخت افزاری و نرم افزاری
این فعالیت که مهمترین بخش مهندسی معکوس است شامل موارد زیراست:
الف) آنالیز مواد: با آنالیز شیمیایی و متالورژیک، مطالعه لایه های سطحی، اندازه گیری خواص مکانیکی، بررسی های ساختاری و عیوب انجام می گیرد؛
ب) بررسی فرایند ساخت: باتوجه به نوع سطوح فیزیکی در قطعه، فرایند ممکن برای تولید این سطوح، بررسی تنش های سطحی و ساختار میکروسکوپی و اندازه گیری بعضی از ویژگی های غیر بحرانی مانند صافی سطح که به طور فرعی در تشخیص فرایند ساخت کمک می کند، انجام می شود.
ج) آنالیز ابعادی: که مشتمل بر مراحلی چون اندازه گیری ابعادی، آنالیز تلرانس و آنالیز حساسیت است؛
د) آنالیز الکتریکی - الکترونیکی درصورت نیاز: باتوجه به مشخصه های خروجی مدار، مسیر مدارها، مواد، روش های زدودن پوشش ها، اتصالات موردنیاز برای تولید مجدد.

نتایج حاصل از این قسمت در نقشه های سطح 2 ثبت و ترسیم می شوند.

مرحله چهارم - بهبود محصول و آنالیز ارزش
با استفاده از اطلاعات جدید تهیه شده هنگام فرایند و انجام بازنگری مهندسی ارزشی در کاندیداهای درنظر گرفته شده برای مهندسی معکوس می توان برخی از حوزه های پرهزینه مثل عیوب طراحی، طراحی اضافی، عملکرد بهبود، محدودیت های بیش از حد درمورد تلرانس ها، نیازمندیهای بیش از اندازه برای عملکردها و ... را آشکار و آنها را قبل از تکمیل فرایند اصلاح کرد.

مرحله پنجم - برنامه ریزی فرایند تولید و تهیه ملزومات تضمین کیفیت
در این مرحله کلیه بسته های اطلاعاتی که تاکنون کامل شده از دیدگاه قابلیت تولید و فرایندهای ساخت مورد توجه قرار می گیرند. به طور خلاصه خروجی این مرحله به ایجاد نقشه های سطح 3 منجرمی شود که ملزومات ضروری و موردنیاز واحدهای طراحی، مهندسی، ساخت و کنترل کیفیت را برای دستیابی یا ساخت آیتم مورد نظر شامل می شود.

به طورکلی نقشه های سطح 3 نتیجه فرایند مهندسی معکوس بوده که شامل کلیه پارامترهای مستندسازی شده لازم جهت تولید یک آیتم خواهند بود و هدف از انجام آن تصدیق و تایید دقت بسته اطلاعات فنی برای پشتیبانی از تولید قطعات است تا از این طریق اطمینان کافی از صحت و دقت و کامل بودن نقشه ها و مشخصه های ایجاد شده توسط فرایند مهندسی معکوس حاصل شود.

مرحله ششم - تهیه مستندات نهایی
درهنگام ساخت و تست محصول تولیدی در فاز تولید نمونه، بسیاری از نقشه های مهندسی و رویه های تست، چندین بار بازنگری و اصلاح می شوند که تمام سطوح بازنگری شده از سطح صفر تا آخرین نتایج باید در بسته اطلاعات فنی قرار داده شوند. با اضافه شدن اطلاعات به دست آمده از بازرسی ها و اطمینان کیفیت نمونه های تولیدشده، به بسته اطلاعات فنی، یک بسته اطلاعات فنی کامل شده به دست می آید و پس از مطابقت با استانداردهای بسته های اطلاعات فنی در انتها یک بسته اطلاعات فنی نهایی کامل در ارتباط با محصول که هدف فرایند مهندسی معکوس است، به دست می آید. 

مزایا و دستاوردهای مهندسی معکوس
1 - ایجاد توانایی و تقویت تکنیکی - فناوری ساخت ازطریق شناخت و درک کامل محصول (اخذ دانش فنی محصول) و به وجود آوردن اعتماد به نفس در مهندسان و کارشناسان صنعت در مواجهه با صنایع و فناوری های داخلی؛
2 - امکان طراحی یک محصول بهنگام، در سطح استانداردهای جهانی با کشف راههای جدید بهبود و توسعه محصول، درجهت ارضای نیازهای مشتری مثل عملکرد بهتر، افزودن ویژگیها و رفع نواقص محصول. همچنین ارضای نیازهای بازار مثل تغییر فناوری یا بهبود آن و کاهش هزینه؛
3 - ایجاد توان بالقوه جهت جذب، درانتقال فناوری های پیشرفته؛
4 - تربیت نیروی متخصص موردنیاز در صنایع استراتژیک؛
5 - به وجود آوردن قدمهای سیستماتیک برای کمک به درک و مستندسازی طراحی و فرایند طراحی؛
6 - امکان الگوبرداری رقابتی در جهت درک محصولات رقبا و توسعه بهتر محصولات خود؛
7 - امکان انجام مهندسی مجدد با استفاده از دانش فنی اخذ شده به وسیله مهندسی معکوس.

www.Sakhtemanco.com