Xin chào,
Chúng tôi là ISSOFT VINA.
Mục đích sử dụng máy quét 3D của các doanh nghiệp hoặc cá nhân rất đa dạng,nhưng phổ biến nhất có thể kể đến là kiểm tra chất lượng và thiết kế ngược (Reverse Engineering).
Hôm nay, dành cho những ai đang tìm hiểu về chủ đề này,chúng tôi xin giới thiệu những kiến thức cơ bản về quy trình thiết kế ngược bằng máy quét 3D.

Mục đích của kỹ thuật đảo ngược (Reverse Engineering)

Mục tiêu chính của kỹ thuật đảo ngược là thu thập dữ liệu về quá trình thiết kế và phát triển của một sản phẩm đã hoàn thiện.Thực hiện quy trình này chính là bước khởi đầu cho mô hình chuyển giao tri thức,giúp giải quyết các vấn đề trong sản xuất hiện tại,đồng thời tạo ra và bảo tồn tri thức cho tương lai.Ngoài ra, quy trình này còn giúp cung cấp dữ liệu và thông tin thiết kế quan trọng cho hoạt động phát triển sản phẩm mới, bảo trì – sửa chữa (MRO) và quản lý phụ tùng thay thế.

[Cách bắt đầu quy trình thiết kế ngược (Reverse Engineering) cho sản phẩm]

Xác định “sản phẩm” cần thực hiện thiết kế ngược

Để giải thích rõ hơn, hãy cùng xem một ví dụ:
Giả sử có một công ty sản xuất loa, công ty này tự sản xuất hầu hết các bộ phận của cụm lắp ráp loa, ngoại trừ một vài linh kiện như khung loa (bus) và bánh xe, được cung cấp bởi nhà cung cấp A. Sau đó, nhà cung cấp A bị mua lại bởi công ty X. Công ty X cũng cung cấp thông số kỹ thuật của khung loa, nhưng dữ liệu này không đủ chính xác hoặc chi tiết. Vì vậy, nhà sản xuất loa phải tìm một đối tác gia công bên ngoài để thay thế.

Trong tình huống này, cho dù nhà cung cấp cố gắng tìm các bộ phận giống hệt với linh kiện ban đầu đến đâu đi nữa, thì họ vẫn phải vượt qua rào cản truyền đạt kiến thức nội bộ giữa hai công ty, đồng thời tìm lại được bản thiết kế gốc đã có thể bị thất lạc trong quá trình mua bán, sáp nhập và tái cấu trúc. Ngoài ra, toàn bộ quy trình còn cần đảm bảo không vi phạm bằng sáng chế và tuân thủ tiêu chuẩn ISO.

Bản thiết kế gốc có khả năng đã bị mất trong quá trình sáp nhập, và thiết kế của công ty X không đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng của nhà sản xuất loa ban đầu.

Tiến hành “nghiên cứu” và hiểu nguyên lý hoạt động của sản phẩm

Chúng ta có thể không cảm thấy xa lạ với chiếc giỏ (basket) này, nhưng chỉ riêng việc một số bộ phận cấu thành được sản xuất bởi nhà cung cấp bên thứ ba đã khiến toàn bộ quy trình sản xuất phải được tái cấu trúc lại.Khi hiểu được cách sản phẩm vận hành dựa trên chức năng riêng của từng linh kiện,ta có thể kiểm soát hoàn toàn những gì có thể thực hiện được ở hiện tại (ví dụ: khôi phục quy trình sản xuất), trong tương lai gần (ví dụ: cải tiến sản phẩm), và cả về lâu dài. Vậy việc tái thiết kế linh kiện (ví dụ như giỏ đỡ) bằng công nghệ thiết kế ngược mang ý nghĩa gì? Nó đòi hỏi chúng ta phải thu thập đầy đủ thông tin về:sự ăn khớp và hướng lắp ráp của linh kiện, kích thước, vật liệu, mục đích sử dụng,cũng như mối quan hệ của nó với các bộ phận khác (chẳng hạn như phần điện, cơ khí hoặc âm học). Thực tế, thông qua quy trình này, bạn sẽ có cơ hội nhìn nhận lại toàn bộ mọi khía cạnh của sản phẩm từ góc độ kỹ thuật sâu hơn.

Thông qua thiết kế ngược bằng công nghệ quét 3D, các nhà sản xuất ô tô có thể phân tích, tái thiết kế và sao chép các bộ phận hiện có nhằm phục vụ cho việc sửa chữa hoặc cải tiến sản phẩm.

Lập kế hoạch cho quy trình thiết kế ngược sản phẩm

Nếu thời gian ngừng sản xuất kéo dài, doanh nghiệp sẽ phải chịu áp lực lớn về doanh số và giao hàng.
Giải pháp hiệu quả nhất trong trường hợp này là thực hiện thiết kế ngược (Reverse Engineering) cho cụm giỏ (basket).
Mục tiêu cuối cùng là thu thập đủ dữ liệu để có thể thiết kế và sản xuất cụm giỏ–giá đỡ (basket–bracket assembly),
nhưng không cần phải thực hiện một cách vội vàng.

Vậy nên sử dụng phương pháp thiết kế ngược nào là tối ưu nhất?

• Tự thực hiện trong nội bộ hay thuê đơn vị tư vấn chuyên nghiệp?

• Dùng thiết bị đo truyền thống hay công nghệ quét 3D hiện đại?

• Dữ liệu sẽ được lưu trữ ở đâu?

• Ai sẽ chịu trách nhiệm quản lý dữ liệu và quy trình?

• Và quan trọng nhất — dữ liệu thu được sẽ được sử dụng vào mục đích gì?

Việc xây dựng kế hoạch chi tiết với những câu hỏi như trên sẽ trở thành nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng trong các giai đoạn tiếp theo của quá trình phát triển và thiết kế sản phẩm.

Phân tách sản phẩm và hiểu quy trình lắp ráp

Khi tháo rời sản phẩm và xác định các linh kiện cấu thành, các thông tin quan trọng bị mất trong quá trình thiết kế hoặc sản xuất trước đây sẽ được bộc lộ ra — ví dụ: hạ tầng lưu trữ dữ liệu bị hư hại, bản thiết kế giấy bị thất lạc, hoặc thành phần điện tử thay thế vi mạch cũ.Công nghệ quét 3D (3D scanning) đóng vai trò cốt lõi trong quy trình thiết kế ngược sản phẩm.Việc chỉ tháo rời sản phẩm khác hoàn toàn với việc ứng dụng quét 3D để thu thập dữ liệu thô về các yếu tố như thông số cơ khí, vị trí lắp ráp, mối liên kết, điểm ma sát, vùng chịu tải, v.v.Dữ liệu thu được từ công nghệ quét 3D giúp đảm bảo độ chính xác và an toàn thông tin ở mức cao hơn nhiều.Trong trường hợp này, điều quan trọng nhất là xác định chính xác mối tương quan giữa giỏ và giá đỡ (basket–bracket).Phương pháp tối ưu là tái tạo toàn bộ hình dạng và đặc điểm của từng bộ phận bằng máy quét 3D,hoặc thiết kế lại trực tiếp những phần bị thiếu do mật độ cấu trúc cao để lấp đầy các khoảng trống còn lại.

Tạo mô hình hoặc nguyên mẫu sản phẩm

Khi dữ liệu sản phẩm đã được số hóa, nó đóng vai trò như bản thiết kế kỹ thuật số (blueprint) phản ánh trạng thái hiện tại của sản phẩm và các thành phần.Đây cũng chính là lý do quy trình này được gọi là “thiết kế ngược” (Reverse Engineering) — vì chúng ta bắt đầu từ sản phẩm hoàn chỉnh và lần ngược lại đến giai đoạn thiết kế ban đầu.

Sau đó, kỹ sư có thể sử dụng phần mềm chuyên dụng hoặc thông dụng để:

• Phân tích dữ liệu và xác định những khu vực có thể cải tiến,

• Khôi phục thông số kỹ thuật cơ khí có thể đã bị mất,

• Lưu trữ, chia sẻ, quản lý phiên bản và xử lý dữ liệu trong định dạng kỹ thuật số,

• Bổ sung thông tin thuộc tính linh kiện để hoàn thiện mô hình.

Nhờ đó, kỹ sư có thể tái thiết kế hoặc tạo nguyên mẫu (prototype) dựa trên các dữ liệu mới thu thập được, đồng thời giải quyết những vấn đề kỹ thuật ban đầu trong khi vẫn chuẩn bị nền tảng cho các bước phát triển tiếp theo. Như đã đề cập, thiết kế ngược không chỉ giải quyết vấn đề hiện tại,mà còn tạo ra tính linh hoạt để ứng dụng vào thiết kế, cải tiến và phát triển sản phẩm trong tương lai.

Kiểm thử và cải tiến mô hình hoặc nguyên mẫu

Giai đoạn này về cơ bản là đưa mô hình lắp ráp kỹ thuật số (digital assembly) vào môi trường thực tế để tiến hành kiểm thử,
nhằm xác minh xem thiết kế có đáp ứng đầy đủ các tiêu chí đã được đặt ra từ giai đoạn đầu của quy trình thiết kế ngược hay không.

Các hạng mục kiểm thử có thể thay đổi tùy theo từng loại sản phẩm hoặc lĩnh vực sản xuất,
nhưng thông thường bao gồm những ví dụ tiêu biểu sau:

• Kiểm thử dựa trên các chỉ số chất lượng

• Kiểm thử so sánh với thiết kế trước đó

• Kiểm thử khả năng chịu đựng trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như:
  rung động, nhiệt độ, áp suất,
  hoặc các tác động do sử dụng lặp lại và cường độ cao
  (các thử nghiệm này có thể được mô phỏng thông qua môi trường thử nghiệm ảo – cyber testing)

Ngay cả khi phiên bản trước của sản phẩm chưa trải qua đầy đủ các giai đoạn kiểm thử và cải tiến,thì giai đoạn này vẫn đóng vai trò cốt lõi trong việc tái sản xuất sản phẩm dựa trên dữ liệu thực tế và có tính khả thi.Nếu kết quả kiểm thử cho thấy sự sai lệch giữa vật liệu được thử nghiệm và kỳ vọng đối với sản phẩm cuối cùng,thì những điểm chênh lệch đó cần được phản ánh trở lại vào giai đoạn thiết kế,nhằm cải thiện và tối ưu hóa sản phẩm cho các lần sản xuất sau.

Lập báo cáo kết quả “phân tích và điều tra”

Việc thiết kế ngược các bộ phận, cụm lắp ráp hoặc sản phẩm hoàn chỉnh không hề là một nhiệm vụ dễ dàng, vì vậy toàn bộ quy trình cần được phân tích kỹ lưỡng ngay từ điểm khởi đầu và được ghi chép – báo cáo chi tiết ở giai đoạn kết thúc. Điều quan trọng nhất là mỗi dự án cần có thông tin theo thời gian và phạm vi đầy đủ, đảm bảo tất cả các yếu tố then chốt đều được bao quát.
Nếu không, sự khác biệt trong dữ liệu hoặc cách đánh giá giữa các nhóm kỹ sư khác nhau có thể dẫn đến những kết luận sai lệch hoặc không nhất quán. Một báo cáo thiết kế ngược hoàn chỉnh cần bao gồm các nội dung sau:

• Nguyên nhân gốc rễ (Root cause)

• Mục đích sử dụng của sản phẩm tại thời điểm kết thúc quy trình

• Phương pháp và quy trình thiết kế ngược đã áp dụng

• Các vấn đề phát sinh trong quá trình thực hiện

• Những hạng mục cần cải thiện hoặc tối ưu thêm

• Các đề xuất, điểm nổi bật và đánh giá tổng quan kinh nghiệm thực hiện

Thay vì chỉ tập trung đưa ra các giải pháp tạm thời cho vấn đề hiện tại của sản phẩm, doanh nghiệp nên coi trọng việc truyền tải thông tin và rút kinh nghiệm trong quá trình cải tiến liên tục, nhằm nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm về lâu dài. Trong quá trình này, cũng có thể phát hiện thêm những vấn đề tiềm ẩn liên quan đến các bộ phận phụ hoặc thiết bị đi kèm, đòi hỏi cần được xử lý và cập nhật bổ sung trong chu trình cải tiến sau đó.

Cải tiến liên tục và giải pháp thay thế

Quy trình thiết kế ngược (Reverse Engineering) có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, nguồn dữ liệu hoặc cấu phần ban đầu không còn khả dụng, thì việc tìm kiếm các giải pháp thay thế ngoài phạm vi thiết kế ngược là cần thiết. Dù ở bất kỳ môi trường sản xuất nào, một chu kỳ (tái) phát triển sản phẩm tối ưu cần phải đảm bảo:

• Có quy trình kiểm chứng và đánh giá rõ ràng,

• Bao gồm các công đoạn gia tăng giá trị (value-added tasks),

• Duy trì hiệu quả giao tiếp giữa các nhóm,

• Và giảm thiểu tối đa lãng phí tài nguyên và thời gian.

Chính sự thiếu các yếu tố này là nguyên nhân phổ biến khiến phương pháp thiết kế ngược truyền thống thất bại. Bằng cách ứng dụng công nghệ tiên tiến như thiết bị quét 3D và phần mềm chuyên dụng, kết hợp các quy trình được bảo hộ và công nghệ độc quyền, doanh nghiệp có thể rút ngắn đáng kể thời gian thực hiện,giảm rủi ro, và chuyển trọng tâm sang các hoạt động tạo giá trị thực tế. Tốc độ xử lý và ra quyết định càng nhanh, thì quy trình phát triển và phục hồi sản xuất sẽ càng sớm trở lại trạng thái ổn định và hiệu quả.