Wat is reverse engineering? Werkwijze, voordelen en toepassingen

Overzicht van reverse engineering

Om productontwikkelingscycli te verkorten, kosten te besparen en fysieke objecten om te zetten in geometrische modellen, heeft de industrie nieuwe benaderingen voor productontwikkeling onderzocht. Naarmate moderne ontwerp- en productietechnologieën zich verder hebben ontwikkeld en de economie zich in hoog tempo heeft uitgebreid, is reverse engineering in opkomst gekomen en wordt deze techniek nu op grote schaal toegepast in de automobielindustrie, de matrijzenbouw, de graveerindustrie en andere sectoren.

Reverse engineering, ook wel reverse technology genoemd, is een technisch proces voor het reproduceren van een productontwerp. Het omvat onderzoek en analyse van een bepaald product om ontwerpelementen af te leiden, zoals de processtroom, de organisatiestructuur, de functionele kenmerken en de technische specificaties, om vervolgens een product te vervaardigen met vergelijkbare prestaties en extra innovaties. De afgelopen jaren, naarmate de productie steeds verder is gemoderniseerd, zijn bedrijven die zich bezighouden met reverse design snel gegroeid in regio’s met een sterke industriële basis.

De kern van reverse engineering bestaat uit het verzamelen van driedimensionale gegevens van een bestaand product en het reconstrueren van het model daarvan, om dit vervolgens aan te passen en opnieuw te verwerken op basis van de daadwerkelijke behoeften. In een tijdperk van snelle technologische ontwikkeling is reverse engineering een belangrijk middel voor technologische innovatie. Het bevordert een meer gepersonaliseerd en efficiënt productontwerp. Innovatief ontwerp omvat doorgaans zowel origineel ontwerp als innovatie op basis van bestaande originele ontwerpen; beide zijn complementair en essentieel. In een op informatie gebaseerd productiesysteem is reverse engineering een belangrijke praktische uitwerking van dit innovatieconcept.

Dankzij de snelle vooruitgang op het gebied van computertechnologie en softwareontwikkeling is het nu mogelijk om met behulp van softwaretools informatie over datastructuren te verkrijgen. Systeemarchitectuuranalyse en reconstructie van programmalogica zijn belangrijke reverse-engineeringactiviteiten binnen de softwareontwikkeling. Reverse-engineeringtechnologie is ook een belangrijk hulpmiddel bij onderwijs en onderzoek. Met name wanneer er geen volledige en gedetailleerde modelgegevens beschikbaar zijn, is reverse-engineeringsoftware essentieel voor het reproduceren van bestaande fysieke modellen en speelt deze daarom een centrale rol in het totale reverse-engineeringsysteem.

Basisproces voor reverse engineering

Reverse engineering is een proces waarbij men uitgaat van een bestaand object, dit ontleedt tot gegevens en na aanpassing weer tot een fysiek resultaat komt. De basiswerkwijze is als volgt.

3D-scannen

Aangezien reverse engineering een proces is waarbij een model wordt afgeleid van een bestaand object, is er eerst een fysiek product nodig. Vervolgens worden scanners, coördinatenmeetmachines en soortgelijke technologieën gebruikt om de vormgegevens vast te leggen. Als een vorm te complex is om in één scan volledig vast te leggen, moeten de scanpositie en -hoek worden aangepast om gegevens vanuit meerdere richtingen te verzamelen, waardoor een grote dataset met puntenwolken ontstaat.

Verwerking van puntenwolkgegevens

Tijdens het scannen kunnen omgevingsfactoren afwijkingen en ruis in de meetresultaten veroorzaken. Door middel van softwareverwerking worden foutieve punten verwijderd, wat bijdraagt aan nauwkeurige resultaten. Bij de verwerking van meerdere puntenwolkdatasets is voor modellen met veel gedetailleerde kenmerken vaak ook handmatige registratie nodig om de afzonderlijke puntenwolken op elkaar af te stemmen.

Verwerking van mesh-gegevens en oppervlakteaanpassing

Verwerkte puntenwolkgegevens kunnen op basis van de verkregen verpakte gegevens worden omgezet in een mesh, ook wel driehoekige-facetverwerking genoemd. Hierdoor wordt het modeloppervlak gladder en vollediger. Daarnaast kunnen aanvullende modelkenmerken worden gecreëerd, kan het gegevensmodel worden uitgelijnd met het wereldcoördinatensysteem en kan de modelbasis selectief worden aangepast. In deze fase worden vaak aanpassingen doorgevoerd.

Bij oppervlakteaanpassing worden de contouren en het net van het bewerkte model onderverdeeld, wordt het modeloppervlak gerasterd en wordt het net verfijnder en nauwkeuriger gemaakt. Vervolgens wordt door middel van oppervlakteaanpassing een volumemodel opgebouwd dat in een standaardmodelformaat kan worden geëxporteerd. Op dit punt is het omgekeerde modelleerproces in principe voltooid.

Productie en gebruik

Zodra het model is gemaakt, kan het in productie worden genomen via productiemethoden zoals CNC-bewerking, 3D-printen en precisiegieten.

Verschillen tussen reverse engineering en forward engineering

Reverse engineering begint met een monster, waarbij monstergegevens worden verzameld en verwerkt om een model te reconstrueren. Forward engineering begint met het productontwerp en CAD, oftewel computerondersteund ontwerpen (CAD), waarbij een model wordt gegenereerd. Het belangrijkste verschil zit hem in de herkomst van het driedimensionale digitale model en de manier waarop het tot stand komt. Zodra er een digitaal 3D-model beschikbaar is, is het CAM-proces, oftewel computerondersteunde productie, in wezen voor beide hetzelfde. Zowel reverse engineering als forward engineering staan uiteindelijk ten dienste van de productiefabricage, maar elk biedt een geschiktere en efficiëntere manier om onder verschillende omstandigheden een model te creëren. Ze zijn daarom onderling afhankelijk en onmisbaar.

In de snel evoluerende productiesector van vandaag heeft elk product baat bij het vergelijken met en het leren van soortgelijke producten. Reverse engineering maakt gebruik van de voordelen van vergelijkbare producten en combineert deze met geavanceerde technologieën om verbeteringen aan te brengen en productinnovatie te realiseren. Het is belangrijk om reverse engineering niet te verwarren met kopiëren of plagiaat. Het doel ervan is om tot een innovatief ontwerp te komen door middel van hercreatie en verbetering.

Reverse engineering biedt aanzienlijke voordelen voor de productiesector. Ten eerste kan het de ontwikkelingscycli van nieuwe producten verkorten, het concurrentievermogen op de markt verbeteren, onnodige investeringen verminderen en meer middelen vrijmaken voor onderzoek en ontwikkeling. Ten tweede kan het de keuze van ontwikkelingsrichtingen en de efficiëntie van het oplossen van technische problemen verbeteren door knelpunten tijdens simulaties en analyses te identificeren en aan te pakken. Ten slotte kan het ontwerpideeën en optimalisatieoplossingen opleveren die een gesloten systeem vormen en de ontwikkelingstijd aanzienlijk verkorten.

Toepassingen van reverse engineering

Reverse engineering is een reeks analytische methoden en toegepaste technologieën die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld om geavanceerde technologieën te verwerken, te begrijpen en te verbeteren. De belangrijkste doelstellingen zijn het vergroten van de technische capaciteit, het verbeteren van de productiviteit en het versterken van het concurrentievermogen. Typische toepassingen zijn onder meer de volgende.

Sectoren met hoge eisen aan het uiterlijk van producten

Om de esthetische effecten te beoordelen, maken ontwerpers vaak gebruik van olieklei, klei, hout en andere materialen om in korte tijd een groot aantal fysieke modellen te vervaardigen. Zo wordt de ontwerpintentie weergegeven als een fysiek object, in plaats van alleen als een vereenvoudigde weergave op een computerscherm. Er is reverse engineering nodig om snel een 3D CAD-model te maken op basis van het fysieke model van de ontwerper.

Werkstukmodellen die experimenteel moeten worden getest

In de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en aanverwante sectoren moeten producten vaak aan aerodynamische eisen voldoen. Fysieke of schaalmodellen worden eerst onderworpen aan windtunnel- en andere prestatietests voordat een goedgekeurd productmodel kan worden vastgesteld. Dergelijke producten bestaan doorgaans uit complexe vrije-vormoppervlakken. Zodra een testmodel is goedgekeurd, wordt reverse engineering toegepast om het om te zetten in een 3D CAD-model en matrijzen voor het product.

Wanneer er geen CAD-modellen of ontwerptekeningen beschikbaar zijn

Wanneer ontwerptekeningen niet beschikbaar of onvolledig zijn, of wanneer er geen CAD-model bestaat, kan een prototype van het onderdeel worden opgemeten om ontwerptekeningen of een CAD-model te maken. Deze informatie kan vervolgens worden gebruikt om CNC-programmacode of gegevens voor rapid-prototyping-processen te genereren en hetzelfde onderdeel te reproduceren.

Matrijsbouw, cultureel erfgoed en kunstconservering

Bij de matrijzenbouw moeten de oorspronkelijke matrijsoppervlakken vaak herhaaldelijk worden aangepast om het gewenste resultaat te bereiken; daarom kan reverse engineering worden toegepast. Deze techniek wordt ook op grote schaal gebruikt voor het restaureren van beschadigde culturele erfgoederen en kunstwerken.

Ontwikkeling van nieuwe producten of complex forward engineering

Reverse engineering is ook van grote waarde bij de ontwikkeling van nieuwe producten en innovatief ontwerp. Hiermee kunnen de structurele prestaties van geavanceerde bestaande producten direct worden geanalyseerd, ontwerpmodellen worden gereconstrueerd, herontwerpen worden geoptimaliseerd en verbeterde producten worden vervaardigd. Door geavanceerde producten en technologieën over te nemen en te verbeteren, kunnen productontwikkelingscycli aanzienlijk worden verkort en kunnen bedrijven sneller de markt betreden.

Veel objecten zijn moeilijk weer te geven en te definiëren met behulp van eenvoudige geometrische vormen, zoals gestroomlijnde producten, artistieke reliëfs en onregelmatige rondingen. Het opnieuw opbouwen van hun CAD-modellen met een algemeen CAD-pakket via ‘forward design’ kan grote uitdagingen met zich meebrengen op het gebied van mogelijkheden, snelheid en nauwkeurigheid.