FORO DE ANÁLISIS DE INVESTIGACIÓN, DESARROLLO Y

 FORO DE ANÁLISIS DE INVESTIGACIÓN, DESARROLLO Y GESTIÓN
TECNOLÓGICA EN ITESCA
Ingeniería Inversa: Metodología y aplicaciones
Eje temático:
Experiencias de investigación y desarrollo tecnológico
Juan José Delfín Vázquez
CETA del Instituto Tecnológico Superior de Cajeme
[email protected], [email protected]
Eusebio Jiménez López
CINNTRA de la Universidad Tecnológica del Sur de Sonora-IIMM- Parque
Tecnológico SonoraSOFT
[email protected]
1 Resumen
La Ingeniería Inversa es una metodología que se utiliza para obtener modelos o
duplicados a partir de un objeto de referencia. Esta metodología a menudo se
confunde con la piratería y por lo general no es enseñada de manera formal en
las instituciones educativas. Por otro lado, en las tareas industriales, la
Ingeniería Inversa se aplica de manera directa o indirecta en procesos,
máquinas y el duplicado de partes y componentes. La experiencia indica que
en casi un 80% de las actividades de las industrias, está relacionado algún
método de la Ingeniería Inversa. En este artículo se presenta un método de la
Ingeniería Inversa orientado al duplicado de partes y componentes. Para poder
obtener información útil y funcional de los objetos de referencia, la Ingeniería
Inversa utiliza programas de investigación. Son presentados dos casos de
estudio a los cuales se les han realizado estudios (programas de investigación)
de caracterización dimensional y geométrica, y se han generado los
duplicados, uno por el proceso de electroerosinado y el otro por un proceso de
maquinado CNC. El método de la Ingeniería inversa presentado en este trabajo
puede ser utilizado para la enseñanza de la Ingeniería.
ABSTRACT
The Reverse Engineering is a methodology used by obtains models or
duplicates from a referent object. This methodology it´s common confused with
the piracy and by general is not taught of formal way in Educative Institutions.
On the other hand, in industrials task, the Reverse Engineering is applied of
direct or indirect form in process, machines, components and duplicate parts.
The experience indicate that in almost an 80% of the industrial activities are
related some method of the Reverse Engineering. In this article is presented a
method of Reverse Engineering focused to duplicate of parts and components.
By it, can be obtained functional a useful information by the reference objects,
the Reverse Engineering use research programs. There are presented two
study cases, to whom the researches have conducted studies (research
programs) of dimensional and geometric characterization, and they have
generated the duplicate, one for the electroerosion process and the other by the
2 process CNC machineability. The method of Reverse Engineering presented in
this work, can be utilized by the Engineering education.
I Introducción
Muchas de las tareas y actividades que se presentan en las empresas, tales
como el mantenimiento de maquinaria, innovaciones tecnológicas, sustitución
de partes y componentes, entre otras, requieren del uso de metodologías que
permitan obtener información útil y fidedigna por medio de la cual sea posible
resolver problemas. Una de las metodologías usadas para tal fin es llamada
Ingeniería Inversa. A menudo confundida con la piratería, la Ingeniería Inversa,
de acuerdo con [1], se define como aquel proceso analítico-sintético que busca
determinar las características y/o funciones de un sistema, una máquina o un
producto o una parte de un componente o un subsistema. El propósito de la
ingeniería inversa es determinar un modelo de un objeto o producto o sistema
de referencia.
Por otro lado, la Ingeniería Inversa ha sido utilizada desde la época primitiva
del ser humano, en el copiado de herramientas, métodos de caza, métodos de
siembra y cosecha, etc. En la segunda guerra mundial los aliados usaron
Ingeniería Inversa de alto nivel para poder ser competitivos con relación a la
tecnología alemana. En muchos aspectos la guerra fue ganada por el hecho de
conocer, duplicar y mejorar las tecnologías que día a día desarrollaban los
alemanes. En cuanto a estrategia de innovación tecnológica se refiere, los
países asiáticos (China, Japón) son claros ejemplos de haber usado a la
Ingeniería Inversa como método de desarrollo tecnológico, esto es, al duplicar y
mejorar sistemas, máquinas y procesos.
En este sentido, la Ingeniería Inversa tiene un antecedente histórico y una
justificación tecnológica. Para el caso de la Educación en Ingeniería, la
Ingeniería Inversa puede usarse para motivar y potenciar el desarrollo de
muchas materias o áreas del conocimiento, por ejemplo la Metrología [2], o
bien áreas como la metalurgia mecánica, mantenimiento industrial, entre otras,
puesto que la Ingeniería Inversa requiere de la integración de diversos campos
del
conocimientos,
herramientas
computacionales
y
experimentales,
instrumentos, maquinaria, dispositivos, etc. Por lo tanto, no es lo mismo
3 obtener las medidas de una pieza en forma tradicional que hacerlo desde la
perspectiva de la Ingeniería Inversa, o bien obtener las propiedades mecánicas
de una pieza en la materia de Mecánica de Materiales que hacerlo desde el
contexto de la Ingeniería Inversa.
Este artículo presenta un método de la Ingeniería Inversa orientado a al
duplicado de partes y componentes. Dicho método puede ser usado para
obtener modelos didácticos o industriales y sobre todo para motivar la
enseñanza de la Ingeniería.
II Algunas consideraciones sobre la Ingeniería Inversa de partes y
componentes
La Ingeniería Inversa tiene diversas definiciones y cada definición tiene su
propio método. De acuerdo con
[3], la Ingeniería de reversa o inversa se
puede describir como aquel proceso por el cual una parte existente o un
modelo físico es recreado o clonado. Así mismo, en [4] se tiene la siguiente
definición. La Ingeniería Inversa es el proceso de diseñar un substituto, el cual
reemplace de forma aceptable a un producto o parte. En este caso, Ingeniería
Inversa es un caso particular de rediseño que se fundamenta en diversos
aspectos del producto original y en el análisis de un ejemplar y se aplica
cuando el proceso de diseño o la documentación original no está disponible.
Además, de acuerdo con [1], la Ingeniería Inversa puede también considerarse
como un proceso de sistematización; esto es, un proceso que pone de
manifiesto o explícita las relaciones objetivas entre los elementos y las
relaciones que hacen posible la existencia de un objeto, para posteriormente
construir un modelo de dicho objeto. De hecho, la especificidad de la Ingeniería
Inversa hace posible su aplicación en diversos campos del conocimiento y, por
lo tanto, a diversos casos particulares diferentes entre sí, lo que implica la
existencia de una multiplicidad de métodos de análisis. En este sentido, la
Ingeniería Inversa es una colección de métodos o, equivalentemente, una
metodología.
Por otro lado, la Ingeniería Inversa tiene una metodología la cual está asociada
con su definición. Por ejemplo, las siguientes fases están relacionadas con la
definición de Ingeniería Inversa descrita en [1], esto es:
4 1) Fase 1: Conocimiento preliminar del objeto de referencia A.
2) Fase 2: Diseño de un plan de investigación.
3) Fase 3: Aplicación del plan al objeto de referencia.
4) Fase 4: Sintetizar la información generada por el plan, generar el modelo
B y demostrar que B ∼ A (Equivalencias entre el modelo y el objeto de
referencia).
5) Fase 5: Caracterizar el modelo B.
6) Fase 6: Usar B para diversos propósitos.
Dichas fases pueden ser descritas en pasos, esto es:
1) Se presenta A
2) Se definen las referencias (CFR).
3) Se definen los objetivos (COE).
4) Con CFR y COE, se diseña el proceso de la investigación.
5) El producto del diseño del paso 4) es un plan o programa de
investigación operativa (P).
6) Se aplica P al objeto A.
7) El resultado del paso 6) es información de A.
8) Se considera el paso 3) y con los resultados del paso 7) se genera B.
9) B es un modelo.
10) Se verifica, según el paso 3), si B es equivalente a A.
11) Se dan las conclusiones.
12) Se revalúa B.
13) B es aplicable.
El método descrito anteriormente puede ser aplicado al duplicado de partes y
componentes. Algunas ventajas relacionadas con este método se describen a
continuación:
1) El método da orden al proceso de la Ingeniería Inversa.
2) El diseño del plan de investigación es esencial para el desarrollo de
programas y procedimientos por medio de los cuales se caracteriza al
objeto de referencia y, posteriormente, al duplicado o modelo obtenido.
3) El método propone que debe haber indicadores que determinen la
equivalencia entre el objeto real y el reproducido.
5 4) El método no solo es aplicable al duplicado de partes y componentes si
no que también propone la innovación de mismo.
Por otro lado, uno de los pasos fundamentales de la Ingeniería Inversa es el
diseño del plan de investigación o mejor dicho, el diseño de los programas y
procedimientos para caracterizar y evaluar, tanto al objeto de estudio, como a
su duplicado. De acuerdo con [5], los programas de investigación se dividen en
sintéticos y analíticos.
Los programas analíticos son todos aquellos programas, procedimientos y
métodos que tienen por objetivo conocer o determinar las propiedades y
características del objeto de referencia. Por otro lado, los programas de síntesis
son todos aquellos programas que tienen por objetivo utilizar la información
derivada de los programas de análisis para conocer primeramente a los objetos
de referencia, y posteriormente, reproducirlos o mejorarlos. Los objetivos
principales de los programas analíticos son los siguientes:
1) Obtener datos e información fidedigna, funcional y objetiva del objeto de
referencia.
2) Transformar los datos en modelo de información manejables.
Cabe mencionar que en los programas de síntesis la información que viene del
análisis del objeto de estudio a menudo no es suficiente y debe ser
complementada y además, tales programas responden al rediseño de nuevos
productos, duplicado y manufacturas, partiendo de la base de la información
obtenida de los programas de análisis. Por ejemplo, las mediciones
dimensionales, los programas de análisis de propiedades mecánicas y
caracterización de materiales son ejemplos de programas analíticos, en tanto,
los programas de CAD, CAM, CAE o los procesos de manufactura, son
programas de síntesis.
III Ejemplos de aplicación de la Ingeniería Inversa
En esta sección se presentan algunos ejemplos de aplicación del método de la
Ingeniería Inversa desarrollado en [1]. Por ejemplo en [6] fueron aplicados 4
6 programas de la Ingeniería Inversa para modelar una pieza industrial. Los
programas fueron los siguientes:
1) Programa dimensional.
2) Programa de dibujo en CAD.
3) Programa de análisis de elemento finito.
4) Programa de manufactura CAM y fabricación.
La figura 1 muestra el objeto de referencia y la figura 2 el plano de fabricación
obtenido de la aplicación del programa de mediciones.
Figura 1. Objeto de referencia o por duplicar
Figura 2. Plano de fabricación
La figura 3 muestra la salida gráfica del espécimen estudiado en el software
ALGOR para análisis de elemento finito.
7 Figura 3. Análisis por elemento finito
Finalmente, la figura 4 muestra la salida gráfica de la simulación en CNC de la
pieza y la figura 5 muestra el duplicado generado por un proceso de electro
erosionado.
Figura 4. Simulación de la fabricación
Figura 5. Duplicado fabricado por un proceso de electroerosionado
Por otro lado, en [7] se desarrolló el proceso de la Ingeniería Inversa a una
pieza didáctica usando el método descrito en [1]. La figura 6 muestra la pieza
didáctica a la cual se le realizó un proceso de medición con una máquina de
coordenadas.
8 Figura 6. Pieza didáctica
También, las figuras 7 y 8 muestran los modelos de la pieza mostrada en la
figura 6 desarrollados en Autocad y Mastercam.
Figura 7. Modelo en CAD de la pieza
Figura 8. Modelo en CAM
La figura 9 muestra el duplicado, obtenido por medio de una máquina CNC
Figura 9. Duplicado
9 Cabe mencionar que se hicieron pruebas de dimensionalidad al duplicado
usando aparatos de medición convencionales.
IV Conclusiones
En este artículo se han presentado algunas definiciones de la Ingeniería
Inversa, un método y algunas aplicaciones. Las conclusiones que se derivan
son las siguientes:
1) La Ingeniería Inversa es una metodología que es útil para caracterizar
en forma sistemática las propiedades físicas de piezas reales, con la
finalidad de reproducirlas y/o mejorarlas.
2) Es necesario transferir la metodología de la Ingeniería Inversa al sector
industrial para que se realicen mejores duplicados, esto es, pasar de los
procedimientos mayormente empíricos a procedimientos guiados por
marco teóricos.
3) La Ingeniería Inversa debe ser enseñada de manera formal en las
Universidades, puesto que se utiliza en las muchas aplicaciones
industriales. Incluso la Ingeniería Inversa puede usarse para potenciar y
motivar la enseñanza de la Ingeniería, ya que su aplicación exige una
amplia integración de diversos campos del conocimiento.
4) Es necesario seguir desarrollado más métodos y procedimientos que
permitan sistematizar aun más la metodología de la Ingeniería Inversa.
V Referencias
[1] E. Jiménez, L. Reyes, A. García. Algunas consideraciones sobre la
Ingeniería Inversa, Informe Interno de Investigación, Centro de
Tecnología Avanzada de ITESCA, Red Alfa, Sonora, México, 2006,
ISBN: 970-9895-12-5.
[2] Jiménez E., Luna A., García A., Martínez V., Luna G., Delfín J.
Arellano L., La ingeniería inversa como metodología para potenciar la
enseñanza de la metrología. Simposio de Metrología (2010). CENAM. 27
al 29 de Octubre. Querétaro.
[3] Ahmad Majdi bin Abdul Rani. ENGINEERING FRAMEWORK
INTEGRATING ANALYSIS AND DESIGN IMPROVEMENT IN A
10 REVERSE ENGINEERING FRAMEWORK. International Conference on
Engineering Education. (2001). Pp. 6N7-24, 6B7-31. Oslo, Norway
[4] Borja, V., “Redesign Supported by Data Models with Particular
Reference to Reverse Engineering“, PhD Thesis, Loughborough
University, 1997.
[5] A. García, J. Ruiz, E. Jiménez, L. Reyes, G. Luna, S. Ontiveros, V.
Martínez, F. Ochoa, E. Carrillo. Clasificación de programas y Modelos de
la Ingeniería Inversa: Aplicaciones a un caso de estudio. SOMIM 2008.
Puebla, México.
[6] Luna G., Jiménez E., García L., Ontiveros S., Reyes L., Martínez V.,
Delfín J., Lucero B. The Importance of the Research Programs of
Reverse in Engineering Teaching Education. International Conference on
Engineering Education ICEE-2010. July 18-22 2010, Gliwice, Poland.
[7] A. García, E. Jiménez, S. Ontiveros, G. Luna, L. Reyes, V. Martínez,
J. Delfín, L. Arellano.
On the Reverse Engineering and Engineering
Education in General. Proceedings of the XI International on Engineering
and Technology Education. March, 2010, Ilhéus, Bahia, BRAZIL. (2009).
Agradecimientos
Los autores de este trabajo agradecen a las Universidades que conforman la
RED ALFA (Universidad La Salle Noroeste, ITESCA, UTS) y la RED Pyme del
Noroeste, a las empresas Spin - OFF, Innovación en Ingeniería en Manufactura
y Mantenimiento S de RL MI e INNODITEC S.C., así como al Parque
Tecnológico Sonora SOFT por el apoyo brindado.
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