25.07.2024
Обратный инжиниринг: роль лаборатории
Цель обратного инжиниринга (реверс-инжиниринга) — создание нового продукта на базе уже имеющегося. Часто под этим понимают прямое копирование конкурентных аналогов. Идея состоит в том, чтобы использовать наработанные и проверенные решения с минимальными затратами времени на разработку и тестирование изделия. При этом необходимо учесть, что для получения результата надо в точности повторить все процессы, приводящие к нему, а именно использовать те же марки сырья, ту же технологию и то же оборудование с теми же настройками и параметрами.
В настоящее время переработчику предоставляется большое количество способов получения информации о продукте, который необходимо воспроизвести. Так, широкое распространение получают технологии цифрового сканирования. Лаборатории предоставляют возможность расшифровки компонентов состава полимерной композиции. Поставщики оборудования могут осуществить точное конфигурирование типовых единиц для решения конкретной задачи.
Тем не менее более рациональным и эффективным представляется не путь прямого копирования, а адаптация имеющихся решений с учетом локальной ситуации, связанной с доступностью сырья и оборудования и квалификацией персонала. Кроме того, необходимо принимать во внимание конъюнктуру рынка в планируемый период запуска изделий, спроектированных методом обратного инжиниринга.
Таким образом, на первый план выходит не только и не столько получение цифровой информации о геометрии изделия, составе и технологии его изготовления, сколько ее интерпретация и адаптация к условиям существующего проекта или предприятия.
Методы расшифровки состава
В лабораторной практике используют большое количество методов расшифровки состава полимерной композиции, которые делятся на несколько следующих основных групп:
— органолептические;
— спектрометрические;
— термические;
— хроматографические;
— специальные.
Прежде всего необходимо отметить, что определить конкретную марку или производителя материала технически невозможно. При определенных обстоятельствах метод прямого сравнения исследуемого материала с отдельными марками может подтвердить или опровергнуть гипотезы об их использовании, при этом достоверность такого вывода не может быть равна 100% и редко достигает 50%.
Каждый из методов расшифровки обладает рядом преимуществ и недостатков.
Ввиду отсутствия идеального метода расшифровки для повышения надежности выводов рекомендуется использование минимум двух, а лучше трех методов анализа, подтверждающих и дополняющих друг друга.
Результатом «расшифровки состава» является вероятностное (при этом такая вероятность никогда не равна 100%) предположение о компонентном составе рецептуры в виде химического типа материала, без определения и указания конкретной марки.
Физико-механические и эксплуатационные свойства
Расшифровка химического состава дает лишь общее представление об основных сырьевых компонентах и, возможно, о необходимых модифицирующих добавках. При этом следует учитывать, что марочный ассортимент различных типов полимеров, даже с учетом сужения круга поиска в случае определения сополимеров или сплавов, может насчитывать многие сотни продуктов. Разнообразие обусловлено тем, что набор свойств коммерческих марок часто балансирует между требованиями, предъявляемыми к возможности переработки в изделие, и желанием максимизировать функциональные качества продукции. Такие пожелания часто противоречат друг другу, что является причиной большого выбора внутри одного химического типа полимера.
В этой связи более важным, чем определение химического типа полимерной матрицы и добавок, представляется изучение поведения готового изделия при заданных уровнях нагрузок во всем диапазоне температур эксплуатации.
Основными характеристиками изделий, важными во время их эксплуатации, являются следующие:
— прочность при статических нагрузках (растяжении, изгибе, сжатии);
— прочность при динамических нагрузках (стойкость к ударным нагрузкам, ползучесть, усталостная прочность);
— диапазон температур эксплуатации;
— долговечность;
— специальные свойства, отражающие специфику конкретного изделия.
Определение этих параметров может быть проведено любой лабораторией, оснащенной необходимым оборудованием и имеющей персонал, квалифицированный в соответствующей области знаний. Тем не менее даже при соблюдении всех требований к проведению испытаний, их результаты могут ввести в заблуждение разработчика изделия. Причиной возможных несоответствий является некорректная интерпретация полученных значений вышеперечисленных свойств и их прямое соотнесение со значениями свойств марок сырья, указанных в паспортах или технических брошюрах.
При оценке характеристик готового изделия необходимо учитывать влияние нескольких факторов.
Во-первых, это технология производства образца. Прочностные свойства увеличиваются в направлении течения расплава и при повышении скорости течения расплава, при этом может расти анизотропия свойств, то есть их зависимость от точки и направления приложения нагрузки. Для полукристаллических полимеров большое значение имеет характер и интенсивность охлаждения расплава и соответствующий характер и скорость образования кристаллической фазы, которые напрямую определяют характеристики готового изделия.
Например, показатели прочности при растяжении для образцов, изготовленных методом прямого литья, и для образцов, вырубленных в различных направлениях из экструдированного листа, будут существенно отличаться.
Во-вторых, нужно учитывать геометрию образца. С изменением толщины изделия свойства меняются нелинейно из-за нелинейности распространения фронта расплава и нелинейного изменения интенсивности охлаждения по сечению образца. С увеличением толщины и разнотолщинности расширяется разброс физико-механических свойств по объему изделия.
Например, прочностные свойства при растяжении стандартных лабораторных образцов толщиной 4 мм и готового изделия с толщиной стенки 1 мм будут существенно отличаться ввиду несопоставимых условий производства как в части объемной скорости течения расплава, так и в плане интенсивности охлаждения.
Наличие концентраторов напряжений (ребер, резких переходов толщины, углов) приводит к резкому изменению (обычно, ухудшению) свойств в этих местах в сравнении с остальным изделием.
В-третьих, важен фактор истории хранения и эксплуатации. Воздействие повышенных температур и/или УФ-излучения на исследуемый образец приводит к появлению или ускорению процессов необратимой деструкции, что напрямую влияет, например, на показатели жесткости. Определение степени влияния такого воздействия является довольно сложной и часто экономически неоправданной задачей для любой лаборатории.
Таким образом, правильная интерпретация значений свойств, полученных при исследовании готового изделия, является во многом творческой задачей, требующей наличия практического опыта в конкретной области производства изделий из пластмасс.
Экономические факторы
В выборе сырьевых компонентов при обратном инжиниринге разработчик стремится выполнить следующие условия:
— максимальное соответствие свойств готового изделия характеристикам аналога;
— минимизация количества компонентов;
— минимизация сырьевой себестоимости, включая затраты на доставку и хранение с учетом плеча логистики;
— свободный доступ к выбранным маркам сырья и добавок;
— соответствие требованиям местного законодательства.
Приведенный перечень условий не является предметом оценки или исследования любой из традиционных лабораторий. Их анализ предполагает наличие расширенной квалификации специалиста в области практических знаний производства изделий из пластмасс, а также понимания экономических аспектов формирования сырьевой себестоимости продукции.
Участники принятия решений
При разработке рецептуры и технологии производства изделий в качестве экспертов могут привлекаться различные участники полимерной индустрии. Ими могут быть внутренний эксперт (на предприятии заказчика), внешний эксперт, поставщик оборудования, поставщик сырья.
Каждый из участников обладает своим уровнем квалификации в сфере производства конкретного изделия, а также имеет разную коммерческую заинтересованность в принятии его рекомендаций в процессе формирования решения.
Лаборатория в ее традиционном виде не является участником принятия решений при выборе сырьевых компонентов или технологии производства изделия. В таком виде исследовательская организация предоставляет лишь отдельные факты или характеристики, не несущие информацию о своей достоверности или полноте без принятия во внимание всех факторов, указанных в настоящей статье.
Роль лаборатории
Ценность лаборатории как участника процесса обратного инжиниринга находится на минимальном уровне, так как специалист, имеющий большой практический опыт в области производства конкретного изделия, может выбрать несколько марок сырья, которые будут соответствовать предъявляемым функциональным и технологическим требованиям с большой долей вероятности без осуществления зачастую длительных и дорогостоящих испытаний. В этом случае в более или менее полной мере также будут выполняться условия экономических факторов.
Однако роль лаборатории может быть более важной при вовлечении в процесс исследования образца, служащего прототипом, экспертов в конкретной технологической области. Им может быть и сотрудник лаборатории, имеющий соответствующую квалификацию и опыт. При этом выполнение исследования под ключ выгодно обеим сторонам: заказчик получает полный ответ в минимальные сроки от одного подрядчика, а лаборатория повышает маржинальность своей деятельности за счет дополнительных компетенций.
В краткосрочной и среднесрочной перспективе развитие лабораторий в плане углубления технологической экспертизы видится экономически обоснованным, так как позволяет повысить их экономические показатели, а также финансовую устойчивость.
Посмотреть в журнале
В настоящее время переработчику предоставляется большое количество способов получения информации о продукте, который необходимо воспроизвести. Так, широкое распространение получают технологии цифрового сканирования. Лаборатории предоставляют возможность расшифровки компонентов состава полимерной композиции. Поставщики оборудования могут осуществить точное конфигурирование типовых единиц для решения конкретной задачи.
Тем не менее более рациональным и эффективным представляется не путь прямого копирования, а адаптация имеющихся решений с учетом локальной ситуации, связанной с доступностью сырья и оборудования и квалификацией персонала. Кроме того, необходимо принимать во внимание конъюнктуру рынка в планируемый период запуска изделий, спроектированных методом обратного инжиниринга.
Таким образом, на первый план выходит не только и не столько получение цифровой информации о геометрии изделия, составе и технологии его изготовления, сколько ее интерпретация и адаптация к условиям существующего проекта или предприятия.
Методы расшифровки состава
В лабораторной практике используют большое количество методов расшифровки состава полимерной композиции, которые делятся на несколько следующих основных групп:
— органолептические;
— спектрометрические;
— термические;
— хроматографические;
— специальные.
Прежде всего необходимо отметить, что определить конкретную марку или производителя материала технически невозможно. При определенных обстоятельствах метод прямого сравнения исследуемого материала с отдельными марками может подтвердить или опровергнуть гипотезы об их использовании, при этом достоверность такого вывода не может быть равна 100% и редко достигает 50%.
Каждый из методов расшифровки обладает рядом преимуществ и недостатков.
Ввиду отсутствия идеального метода расшифровки для повышения надежности выводов рекомендуется использование минимум двух, а лучше трех методов анализа, подтверждающих и дополняющих друг друга.
Результатом «расшифровки состава» является вероятностное (при этом такая вероятность никогда не равна 100%) предположение о компонентном составе рецептуры в виде химического типа материала, без определения и указания конкретной марки.
Физико-механические и эксплуатационные свойства
Расшифровка химического состава дает лишь общее представление об основных сырьевых компонентах и, возможно, о необходимых модифицирующих добавках. При этом следует учитывать, что марочный ассортимент различных типов полимеров, даже с учетом сужения круга поиска в случае определения сополимеров или сплавов, может насчитывать многие сотни продуктов. Разнообразие обусловлено тем, что набор свойств коммерческих марок часто балансирует между требованиями, предъявляемыми к возможности переработки в изделие, и желанием максимизировать функциональные качества продукции. Такие пожелания часто противоречат друг другу, что является причиной большого выбора внутри одного химического типа полимера.
В этой связи более важным, чем определение химического типа полимерной матрицы и добавок, представляется изучение поведения готового изделия при заданных уровнях нагрузок во всем диапазоне температур эксплуатации.
Основными характеристиками изделий, важными во время их эксплуатации, являются следующие:
— прочность при статических нагрузках (растяжении, изгибе, сжатии);
— прочность при динамических нагрузках (стойкость к ударным нагрузкам, ползучесть, усталостная прочность);
— диапазон температур эксплуатации;
— долговечность;
— специальные свойства, отражающие специфику конкретного изделия.
Определение этих параметров может быть проведено любой лабораторией, оснащенной необходимым оборудованием и имеющей персонал, квалифицированный в соответствующей области знаний. Тем не менее даже при соблюдении всех требований к проведению испытаний, их результаты могут ввести в заблуждение разработчика изделия. Причиной возможных несоответствий является некорректная интерпретация полученных значений вышеперечисленных свойств и их прямое соотнесение со значениями свойств марок сырья, указанных в паспортах или технических брошюрах.
При оценке характеристик готового изделия необходимо учитывать влияние нескольких факторов.
Во-первых, это технология производства образца. Прочностные свойства увеличиваются в направлении течения расплава и при повышении скорости течения расплава, при этом может расти анизотропия свойств, то есть их зависимость от точки и направления приложения нагрузки. Для полукристаллических полимеров большое значение имеет характер и интенсивность охлаждения расплава и соответствующий характер и скорость образования кристаллической фазы, которые напрямую определяют характеристики готового изделия.
Например, показатели прочности при растяжении для образцов, изготовленных методом прямого литья, и для образцов, вырубленных в различных направлениях из экструдированного листа, будут существенно отличаться.
Во-вторых, нужно учитывать геометрию образца. С изменением толщины изделия свойства меняются нелинейно из-за нелинейности распространения фронта расплава и нелинейного изменения интенсивности охлаждения по сечению образца. С увеличением толщины и разнотолщинности расширяется разброс физико-механических свойств по объему изделия.
Например, прочностные свойства при растяжении стандартных лабораторных образцов толщиной 4 мм и готового изделия с толщиной стенки 1 мм будут существенно отличаться ввиду несопоставимых условий производства как в части объемной скорости течения расплава, так и в плане интенсивности охлаждения.
Наличие концентраторов напряжений (ребер, резких переходов толщины, углов) приводит к резкому изменению (обычно, ухудшению) свойств в этих местах в сравнении с остальным изделием.
В-третьих, важен фактор истории хранения и эксплуатации. Воздействие повышенных температур и/или УФ-излучения на исследуемый образец приводит к появлению или ускорению процессов необратимой деструкции, что напрямую влияет, например, на показатели жесткости. Определение степени влияния такого воздействия является довольно сложной и часто экономически неоправданной задачей для любой лаборатории.
Таким образом, правильная интерпретация значений свойств, полученных при исследовании готового изделия, является во многом творческой задачей, требующей наличия практического опыта в конкретной области производства изделий из пластмасс.
Экономические факторы
В выборе сырьевых компонентов при обратном инжиниринге разработчик стремится выполнить следующие условия:
— максимальное соответствие свойств готового изделия характеристикам аналога;
— минимизация количества компонентов;
— минимизация сырьевой себестоимости, включая затраты на доставку и хранение с учетом плеча логистики;
— свободный доступ к выбранным маркам сырья и добавок;
— соответствие требованиям местного законодательства.
Приведенный перечень условий не является предметом оценки или исследования любой из традиционных лабораторий. Их анализ предполагает наличие расширенной квалификации специалиста в области практических знаний производства изделий из пластмасс, а также понимания экономических аспектов формирования сырьевой себестоимости продукции.
Участники принятия решений
При разработке рецептуры и технологии производства изделий в качестве экспертов могут привлекаться различные участники полимерной индустрии. Ими могут быть внутренний эксперт (на предприятии заказчика), внешний эксперт, поставщик оборудования, поставщик сырья.
Каждый из участников обладает своим уровнем квалификации в сфере производства конкретного изделия, а также имеет разную коммерческую заинтересованность в принятии его рекомендаций в процессе формирования решения.
Лаборатория в ее традиционном виде не является участником принятия решений при выборе сырьевых компонентов или технологии производства изделия. В таком виде исследовательская организация предоставляет лишь отдельные факты или характеристики, не несущие информацию о своей достоверности или полноте без принятия во внимание всех факторов, указанных в настоящей статье.
Роль лаборатории
Ценность лаборатории как участника процесса обратного инжиниринга находится на минимальном уровне, так как специалист, имеющий большой практический опыт в области производства конкретного изделия, может выбрать несколько марок сырья, которые будут соответствовать предъявляемым функциональным и технологическим требованиям с большой долей вероятности без осуществления зачастую длительных и дорогостоящих испытаний. В этом случае в более или менее полной мере также будут выполняться условия экономических факторов.
Однако роль лаборатории может быть более важной при вовлечении в процесс исследования образца, служащего прототипом, экспертов в конкретной технологической области. Им может быть и сотрудник лаборатории, имеющий соответствующую квалификацию и опыт. При этом выполнение исследования под ключ выгодно обеим сторонам: заказчик получает полный ответ в минимальные сроки от одного подрядчика, а лаборатория повышает маржинальность своей деятельности за счет дополнительных компетенций.
В краткосрочной и среднесрочной перспективе развитие лабораторий в плане углубления технологической экспертизы видится экономически обоснованным, так как позволяет повысить их экономические показатели, а также финансовую устойчивость.
Посмотреть в журнале