Ping Fu, RE in Auto Industry, Time Compression Technologies - Europe, Mart/Nisan 2004
Tercüme: Emre Bingöl, End. ürün. tasarımcısı, Cadem A.Ş.

Henry Ford otomotiv endüstrisine montaj hattını adapte ettiği zaman daha önceleri tek renk siyah olarak sunulan otomobilleri artık tüketiciler herhangi bir renkte alabilir hale geldiler. Bir yüzyıl sonrası ise otomotiv endüstrisi, mümkün olan en yüksek kaliteyi yakalayabilen, kişisel beğeni ve ihtiyaçları karşılayan araçlar ve kitlesel özel üretim ekonomisi sayesinde artık tüketicilerin arzularını karşılayabilir hale geldi.

Pazardaki farklı ürüne karşı duyulan talep otomobil üreticileri için tersine mühendisliği (RE, Reverse Engineering) montaj hattının kitlesel üretime yaptığı etki kadar önemli bir hale getiriyor. Modern otomotiv endüstrisi RE'yi 6 anahtar sebepten dolayı kullanmaktadır:

• CAD yazılımlarında modellenmesi zor olan serbest formların oluşturulması
• Data aktarımlarında çıkabilen engelleri aşmak
• Bir CAD yazılımı ile tasarlanması imkansız veya çok zor olan karmaşık geometriye sahip 3D modelleri oluşturmak
• Orijinal CAD modeli ile işlenen kalıp veya üretilen parça arasındaki uyumsuzlukları gidermek
• Ergonomik tasarım, retro tasarım, aerodinamik gibi alanlarda yenilikleri hızlandırmak
• Bigisayar destekli denetim (CAI, Computer Aided Inspection) ve mühendislik analizleri için kalite ve performansı sağlamak
  

Bugün Tersine Mühendisliğin Yeri

Tersine mühendislik terimi, ilgili teknolojilerin haksız rekabet yoluyla orijinal bir tasarımın illegal olarak kopyalanması amacıyla da kullanılıyor olmasından dolayı negatif yönde etkilenmiştir. Bugünün üretim dünyasında ise RE kavramı yeni ürünlerin üretilmesi ve eski ürünlerin yeni versiyonlarının tasarlanması için kullanılan bir uygulama olarak geçer. Burada kullanılan "Tersine" (Reverse) terimi dijital ve fiziksel dünyalar arasında yapılan data aktarımının çift yönlülüğünden gelmektedir.

Bugün yapılan RE uyugulamaları sayesinde otomobil üreticileri üretim prensiplerini tasarım ile bütünleştirerek zamanı kısaltırken kaliteyi arttırıyor, üretim masraflarını düşürüyorlar ve böylece kârlarını yüksek miktarlarda arttırıyorlar. RE uygulamaları ile Japonya'da zamandan nasıl tasarruf edildiğini ve Avrupa'da otomobil üreticilerinin daha yüksek kaliteyi daha kısa zamanda nasıl elde ettiklerini örneklerle görebiliriz.

Üç Aydan Üç Güne

Geleneksel CAD/CAM/CAE yöntemlerini kullanarak tam ölçekli bir otomobili tamamlamak için üç ay gibi bir süre gerekiyor. Bu süreyi üç güne indirgemeye çalışan Japon otomobil firmaları için bu kabul edilebilir bir süre değil. Hızlandırılmış bir süreç yeni bir çalışma akışı ile sağlanabiliyor. Bu süreç tasarımcının otomobil gövdesini dörtte bir ölçeğinde kilden çalışması ile başlıyor. Küçük ölçekli bu model bir 3D optik tarama cihazı ile ölçülüyor. Bu tarama cihazı ile birçok parçadan oluşan yoğun 3D nokta bulutu dataları elde ediliyor. Bu nokta bulutu verileri hizaya getirilip birleştiriliyor ve yoğunluğu da uygun seviyeye getirilerek tek bir nokta bulutu elde ediliyor. RE yazılımları yardımıyla, kafes (mesh) yapısında poligon model veya NURBS yüzeyler elde edilebilir. Poligon modeller mühendislik hesaplamaları için analiz (FEA, CFD) yazılımlarına ve hızlı prototip imalatı için otoinşa cihazlarına (STL formatında) veri aktarmak için kullanılıyor. RE yazılımları yardımıyla elde edilen NURBS yüzeyler de CAD/CAM yazılımlarına (IGES formatında) veri aktarmak için kullanılmaktadır.

Elde edilen bu dijital model güncellemeler için yüzey tasarım grubuna ve ilk imal kısıtlamalarını hesaplamaları için üretim grubuna gönderiliyor. Üretime gidecek dijital model tam boyutuna büyütülüyor ve kil veya başka bir malzemeden işleniyor. Yine optik tarama cihazı ile işlenen tam boyuttaki model taranıyor. Buradan elde edilen yoğun nokta bulutu üretilen fiziksel model ile işlenen dijital model arasındaki toleransı doğrulamak için kullanılıyor. Eğer bu değer tolere edilebilir ise tasarımcılar RE yazılımını tam boyuttaki CAD yüzeyini çıkarmak için, geleneksel CAD yazılımını da fonksiyonel tasarımını yapmak için kullanıyorlar. Eğer değer tolere edilebilir değil ise kil model modifiye ediliyor ve tarama, modelleme, kıyaslama aşamaları tekrar ediliyor ve bu aşamalar, tolere edilebilir ve tasarımda istenen değerler elde edilinceye kadar sürdürülüyor.

Resim 1: Japon otomotiv firmaları tarafından kullanılan tersine mühendislik iş akışı.

Sonuç olarak mühendislik grubu tarafından oluşturulan CAD model ve gövde tasarımı grubu tarafından oluşturulan yüzey modeli birleştiriliyor ve "golden" (altın) model denen geriye kalan üretim aşaması için gerekli model elde ediliyor.

Bu yeni RE yöntemi ile tasarım, mühendislik, üretim departmanları içindeki fiziksel ve dijital dünyalar arası boşluk kapanmış oluyor. Aynı dijital model üzerinde çalışma ve bunu üretilen model ile kıyaslama sayesinde daha hızlı şekilde tasarım değişiklikleri yapılabiliyor. Bu şekilde otomobil üreticileri aynı maliyette sayısız ürün çeşitliliği ve opsiyonları elde edebiliyor, farklı ürünler için yenilikçi tasarımlar yapabiliyorlar.

Sürekli Kalite İyileştirimi

Avrupa'da otomobil üretiminde liderlik yapan bir firma için tersine mühendislik motor iyileştirme sürecinde çok önemli bir rol almaktadır. Bu firma yılda yaklaşık 600,000 adet motor imal eden fabrikasında bilgisayar destekli denetim (CAI) dalında yeni bir uygulama olarak tersine mühendisliği tamamlayıcı rolde kullanmaktadır.
Kalite bölümünde 900'ün üzerinde uzman üretim bandını ve operasyon ünitelerini denetlemektedir. Krank kutusu, krank şaftı, bağlantı kolu, silindir kafası gibi motor bloğunun elemanları firmanın hassas ölçüm laboratuvarlarında noktasal kontroller ile motor parçaları için gerekli milimetrenin yüzde biri değerlerindeki toleransları tutup tutmadığı kontrol edilmektedir.

Resim 2: Fiziksel parçanın taranması ile elde edilen otomobil
emiş türbini ve orijinal CAD referans modeli.

Bu küçük tolerans değerleri çerçevesinde hareket etmek için firma kooordinat ölçüm cihazlarını (CMM) kullanarak parçaları inceleme yöntemine geçti. CMM cihazları parça üzerinde örnek noktaların koordinatlarını çıkarır. Bu yöntem yavaş gerçekleşiyor ve sac parçalar gibi kompleks yüzeyli parçalarda yeterli derecede hassas bir karşılaştırma yapılmasına olanak vermiyor. Sonuçlar 2 boyutlu geometri ölçülendirmesi ve tolerans değerleri şeklinde kayıt ediliyor, ve direkt olarak 3D CAD model ile arasındaki bağı raporlayamıyordu.
CAI prosesi ile saniyeler içinde dokunmasız (non-contact) tarama cihazları kullanılarak milyonlarca nokta elde edilebilir. RE prensiplerini kullanan bir yazılım ile bu bilgi kullanılıp otomatik olarak CAD model ile kıyaslanabilecek fiziksel parçanın dijital verisi elde edilir. Bu yöntem ile tasarım, üretim ve kalite kontrol bölümleri arasında karşılıklı etkileşime sahip (interactive) bir bağ oluşuyor.

Resim 3: Otomobil egzos manifoldunun gerçek parçadan
tersine mühendislik ile elde edilen poligon modeli

Poligon model üzerindeki tırtıklı kenarlar, delikler ve yüzeyler yumuşatılabilir, ve model üzerindeki gereksiz noktalar atılabilir. Tamamlanan dosyalar birleştirilebilir, hizaya getirilebilir ve STL formatında kayıt edilebilir. Bu STL model CAI yazılımına aktarılarak mühendisler tarafından otomatik olarak hizaya getirilip orijinal CAD model arasındaki parçanın fonksiyonelliğini etkileyebilecek geometri değişimleri analiz edilebiliyor.

CAD datası ve fiziksel parça arasındaki küçük farklar bile performans kusurlarına ve hatalı mühendislik analizlerine yol açabileceğinden otomobil üreticileri için tolerans değerleri 0.02 - 0.03 mm arasında değişmektedir (insan saç telinin kalınlığından daha küçük değerler). Eğer sonuçlar orijinal parçadan farkı bu değerlerin üzerinde gösteriyor ise parça üzerinde yeniden çalışılması için geri gönderiliyor.
CAI yazlımı ile parçalar arasındaki farklar görsel resimler ve numerik sonuçlarla birlikte raporlar otomatik olarak oluşturuluyor. Raporlar HTML, PDF, Microsoft Word, Excel ve çeşitli grafik formatları gibi birçok standart formatta kayıt edilebiliyor. Bu raporlar aynı zamanda tedarikçiler, kalite kontrol mühendisleri ve firma içerisindeki diğer bölümlere veriliyor.

Avrupalı bu otomobil üreticisi tersine mühendislik üzerine kurulu bu CAI prosesi sayesinde zamandan kazanmasına ek olarak mühendislik performansının ve ölçüsel doğruluğu sağlaması ile kaliteyi arttırması konusunda Japon meslektaşları ile aynı görüşte birleşiyor. Üretici firmaya göre tasarım mühendislerinin parça kalitesi hakkında ürün yaşam çevrimi içerisinde daha erken süreçlerde daha iyi bir bilgiye sahip olması sayesinde firma maliyetleri düşürebiliyor ve son kullanıcının eline daha kaliteli bir ürün geçmiş oluyor.

Dijital ortamda birleşmeye doğru

Otomobil üreticileri için ulaşılması zor bir amaç bütün mühendislik aşamaları ve tedarikçileri arasında konsept fazından üretim ve servis fazına kadar bütün aşamalarda tek bir dijital model kullanılmasıdır. Geleneksel CAD yöntemleri otomotiv endüstrisinde birçok başarılar sağlamasıyla birlikte hatalara da sebebiyet vermiştir. Otomobil stilistleri halâ kil model üzerinde çalışmanın zevkini tercih ediyorlar. Kontrolörler bu çalışmalardan elde edilen verilerle katı modeller arasındaki kıyaslamayı yapmak için çabalıyorlar. CAD sistemleri arasındaki farklılıklar tasarım ve üretim prosesleri arasındaki sürekliliği bozuyor.

Geleneksel CAD, matematiksel sürekliliği (continuous) olan eğri ve yüzeyler üzerine kuruludur. Bu etkili bir teknik olmasına rağmen bugünkü lider CAD sistemlerinde görüldüğü gibi bazı sınırlamaları vardır. Şu ana kadar hantal olan bu proses, emeğin ve el işçiliğinin yoğun olduğu koordinat ölçüm cihazları (CMM) ile gerçekleştiriliyordu.

Resim 4: Sac metal parçanın taranması ile elde edilen model ile CAD referans modelin kıyaslanması sonucundaki farkları gösteren renkli harita		Resim 5: Sac metal bir parçanın ve bir emiş türbininin bilgisayar destekli denetleme sonuçlarını (CAI) gösteren HTML ve PDF formatındaki raporlar

Son 10 yılda geliştirilen yeni hesaplama algoritmaları sayesinde artık bütün nokta bulutu poligon bir modele dönüştürülebiliyor ve hatta parametrik hale getirilebiliyor. Bu yeni teknolojiler gün geçtikçe global ölçekte kabul edilen, otomatik ve klasik (manuel) yöntemlerin yerini alan bir hale geliyor. Daha güçlü makineler, daha büyük bilgisayar hafızası ve hızlı, dokunmasız (non-contact) tarama cihazları sayesinde parçalı (discrete) geometrinin otomobil tasarımı, üretimi ve kalite kontrolünde giderek önemi artıyor.

Buradaki gerçek güç, sürekli (continuous) ve parçalı (discrete) matematik modeller arasındaki bir yarışma değil, ikisinin arasında bir birleşme meydana gelmesidir. Buradaki anahtar ise bu iki uygulamayı doğru yerlerde birbiri arasında geçişler yaparak başlangıç noktasının dijital ya da fiziksel model olmasından bağımsız olarak kullanmaktır. Bugün dijital ve fiziki dünyaların birleşmesi sayesinde hem mühendislik hem de tersine mühendislik teknolojileri ürünlerin tasarım, üretim ve pazarlama yöntemlerini temelden değiştirmelidir. Dünyanın dijital kopyasını oluşturmayı, dijital bir resmi çekmek kadar kolay bir şekilde yapabilirsek üretimde 21. yüzyılın en büyük sıçraması gerçekleştirilebilir. Bu, otomotiv dünyasında tüketicinin arzu ettiği bütün istekleri karşılayabilme amacının başarılması anlamına gelmektedir.

Ping Fu, fiziksel objelerin dijital modellerini oluşturarak tasarım, mühendislik, kitlesel üretim ve kalite güvencesi proseslerini birbirine bağlayan patentli yazılımlar sağlayan Raindrop Geomagic (www.geomagic.com) firmasının başkanı ve CEO'sudur.