Che cos’è il reverse engineering? Processo, vantaggi e applicazioni

Panoramica sul reverse engineering

Per ridurre i cicli di sviluppo dei prodotti, contenere i costi e convertire gli oggetti fisici in modelli geometrici, l’industria ha esplorato nuovi approcci allo sviluppo dei prodotti. Con il progresso delle moderne tecnologie di progettazione e produzione e il rapido sviluppo dell’economia, è emerso il reverse engineering, che oggi è ampiamente utilizzato nei settori automobilistico, della produzione di stampi, dell’incisione e in altri settori.

Il reverse engineering, noto anche come tecnologia inversa, è un processo tecnico volto a riprodurre il progetto di un prodotto. Consiste nella ricerca e nell’analisi inversa di un prodotto di riferimento per ricavarne elementi progettuali quali il flusso di processo, la struttura organizzativa, le caratteristiche funzionali e le specifiche tecniche, per poi realizzare un prodotto con prestazioni simili e ulteriori innovazioni. Negli ultimi anni, con il continuo miglioramento dei processi produttivi, le imprese specializzate nella progettazione inversa hanno registrato una rapida crescita nelle regioni dotate di solide basi industriali.

Il fulcro del reverse engineering consiste nell’acquisire dati tridimensionali da un prodotto esistente e ricostruirne il modello, per poi modificarlo e rielaborarlo in base alle esigenze concrete. In un periodo di rapido sviluppo tecnologico, il reverse engineering rappresenta un importante strumento di innovazione tecnologica. Esso favorisce una progettazione dei prodotti più personalizzata ed efficiente. La progettazione innovativa comprende generalmente sia la progettazione originale sia l’innovazione basata su progetti originali esistenti; entrambe sono complementari ed essenziali. In un sistema di produzione basato sull’informazione, il reverse engineering costituisce un’importante forma concreta di questo concetto di innovazione.

I rapidi progressi nella tecnologia informatica e nello sviluppo del software hanno reso possibile ottenere informazioni sulle strutture dei dati tramite strumenti software. L’analisi dell’architettura di sistema e la ricostruzione della logica di programma sono importanti attività di reverse engineering nello sviluppo del software. La tecnologia del reverse engineering costituisce inoltre un importante ausilio per l’apprendimento e la ricerca. In particolare, quando non sono disponibili dati di modello completi e dettagliati, il software di reverse engineering è essenziale per riprodurre modelli fisici esistenti e occupa quindi un ruolo centrale nel sistema complessivo di reverse engineering.

Processo di base di reverse engineering

Il reverse engineering è un processo che parte da un oggetto esistente, lo scompone in dati e, dopo averlo modificato, lo ricompone in un risultato fisico. Il suo flusso di lavoro di base è il seguente.

Scansione 3D

Poiché il reverse engineering è un processo che consiste nel ricavare un modello da un oggetto esistente, è necessario disporre innanzitutto di un prodotto fisico. Si ricorre quindi a scanner, macchine di misura a coordinate e tecnologie simili per acquisire i dati relativi alla sua forma. Se una forma è troppo complessa per essere acquisita completamente in un'unica scansione, è necessario regolare la posizione e l'angolazione di scansione per raccogliere dati da più direzioni, generando un ampio set di dati sotto forma di nuvola di punti.

Elaborazione dei dati delle nuvole di punti

Durante la scansione, alcuni fattori ambientali possono causare deviazioni e rumore nei risultati di misurazione. L'elaborazione software elimina i punti errati e contribuisce a garantire risultati accurati. Quando si elaborano più set di dati di nuvole di punti, i modelli con molte caratteristiche dettagliate richiedono spesso anche una registrazione manuale per allineare le singole nuvole di punti.

Elaborazione delle mesh e adattamento delle superfici

I dati della nuvola di punti elaborati possono essere convertiti in una mesh, processo noto anche come elaborazione a facce triangolari, sulla base dei dati acquisiti e compressi. Ciò rende la superficie del modello più liscia e completa. È inoltre possibile creare elementi ausiliari del modello, allineare il modello di dati al sistema di coordinate globale e modificare in modo selettivo la base del modello. Spesso è proprio in questa fase che vengono eseguiti gli interventi di modifica.

L'adattamento della superficie suddivide i contorni e la mesh del modello elaborato, rasterizza la superficie del modello e rende la mesh più raffinata e accurata. L'adattamento della superficie costruisce quindi un modello solido che può essere esportato in un formato standard. A questo punto, la modellazione inversa è sostanzialmente completata.

Produzione e utilizzo

Una volta creato il modello, è possibile avviarne la produzione tramite metodi di lavorazione quali la lavorazione meccanica CNC, la stampa 3D e la fusione a cera persa.

Differenze tra reverse engineering e forward engineering

Il reverse engineering parte da un campione e acquisisce ed elabora i dati relativi al campione per ricostruire un modello. Il forward engineering parte dalla progettazione del prodotto e dal CAD, ovvero dalla progettazione assistita da computer (CAD), per generare un modello. La differenza principale risiede nell’origine del modello digitale tridimensionale e nel modo in cui viene creato. Una volta disponibile un modello digitale 3D, il processo di CAM, ovvero la produzione assistita da computer, è sostanzialmente lo stesso per entrambi. Sia l’ingegneria inversa che quella diretta sono finalizzate alla produzione del prodotto, ma ciascuna offre un modo più adatto ed efficiente per creare un modello in circostanze diverse. Sono quindi interdipendenti e indispensabili.

Nel settore manifatturiero odierno, in rapida evoluzione, ogni prodotto trae vantaggio dal confronto con prodotti simili e dall’apprendimento che ne deriva. Il reverse engineering assimila i vantaggi di prodotti comparabili e li combina con tecnologie avanzate per apportare miglioramenti e realizzare innovazioni di prodotto. È importante non confondere il reverse engineering con la copia o il plagio. Il suo scopo è quello di realizzare un design innovativo attraverso la ricreazione e il miglioramento.

Il reverse engineering offre notevoli vantaggi al settore manifatturiero. Innanzitutto, consente di abbreviare i cicli di sviluppo dei nuovi prodotti, migliorare la competitività sul mercato, ridurre gli investimenti superflui e destinare maggiori risorse alla ricerca e allo sviluppo. In secondo luogo, permette di migliorare la scelta delle direzioni di sviluppo e l’efficienza nella risoluzione dei problemi tecnici, individuando e affrontando le criticità durante la simulazione e l’analisi. Infine, è in grado di fornire spunti progettuali e soluzioni di ottimizzazione che formano un sistema a ciclo chiuso e riducono notevolmente i tempi di sviluppo.

Applicazioni del reverse engineering

Il reverse engineering è un insieme di metodi analitici e tecnologie applicate sviluppati negli ultimi anni per assimilare, comprendere e migliorare le tecnologie avanzate. I suoi obiettivi principali sono aumentare le capacità tecniche, migliorare la produttività e rafforzare la competitività. Tra le applicazioni tipiche figurano le seguenti.

Settori con elevati requisiti in termini di aspetto del prodotto

Per valutare gli effetti estetici, i progettisti utilizzano spesso argilla oleosa, argilla, legno e altri materiali per realizzare rapidamente numerosi modelli fisici. Ciò consente di esprimere l’intento progettuale sotto forma di oggetto fisico, anziché limitarsi a una proiezione in scala ridotta sullo schermo di un computer. È necessario ricorrere al reverse engineering per creare rapidamente un modello 3D CAD a partire dal modello fisico del progettista.

Modelli di pezzi che richiedono prove sperimentali

Nel settore aerospaziale, automobilistico e in ambiti affini, i prodotti devono spesso soddisfare requisiti aerodinamici. I modelli fisici o in scala vengono prima sottoposti a prove in galleria del vento e ad altri test prestazionali prima che sia possibile definire un modello di prodotto qualificato. Tali prodotti sono comunemente costituiti da superfici complesse a forma libera. Una volta confermato il modello di prova, si ricorre al reverse engineering per convertirlo in un modello 3D CAD e negli stampi necessari per la produzione del prodotto.

Quando i modelli CAD o i disegni di progettazione non sono disponibili

Quando i disegni di progettazione non sono disponibili o sono incompleti, oppure quando non esiste un modello CAD, è possibile misurare un prototipo del pezzo per creare i disegni di progettazione o un modello CAD. Queste informazioni possono poi essere utilizzate per generare il codice di programma CNC o i dati necessari per i processi di prototipazione rapida e riprodurre lo stesso pezzo.

Realizzazione di stampi, beni culturali e conservazione delle opere d'arte

Nella produzione di stampi, le superfici originali degli stampi richiedono spesso ripetute modifiche per ottenere il risultato desiderato; in questi casi è possibile ricorrere al reverse engineering. Questa tecnica è inoltre ampiamente utilizzata per il restauro di reperti culturali e opere d’arte danneggiati.

Sviluppo di nuovi prodotti o progettazione diretta complessa

Il reverse engineering riveste inoltre un valore considerevole nello sviluppo di nuovi prodotti e nella progettazione innovativa. Consente infatti di analizzare direttamente le prestazioni strutturali di prodotti esistenti all’avanguardia, ricostruire modelli di progettazione, ottimizzare la riprogettazione e realizzare prodotti migliorati. Assorbendo e perfezionando prodotti e tecnologie all’avanguardia, è in grado di ridurre notevolmente i cicli di sviluppo dei prodotti e aiutare le aziende a raggiungere rapidamente il mercato.

Molti oggetti sono difficili da rappresentare e definire con forme geometriche di base, tra cui prodotti dalle linee aerodinamiche, rilievi artistici e curve irregolari. La ricostruzione dei loro modelli CAD utilizzando un pacchetto CAD generico tramite progettazione diretta può comportare notevoli difficoltà in termini di capacità, velocità e precisione.