Was ist reverse engineering?

Reverse Engineering ist ein Prozess, bei dem die Eigenschaften eines physischen Objekts durch eine umfassende Analyse seiner Struktur, Funktionen und Operationen identifiziert werden. Es werden Messungen der gesamten Oberflächengeometrie des Objekts vorgenommen, entweder manuell oder mit verschiedenen 3D-Messtechnologien, um eine digitale 3D-Darstellung des Objekts zu erstellen.

Reverse Engineering ermöglicht es den Herstellern zu verstehen, wie ein Teil konstruiert wurde, um es entweder zu replizieren oder Modifikationen oder Verbesserungen vorzunehmen.

Reverse Engineering wird auch als „Rückwärtsentwicklung“ bezeichnet. Der Grund? Reverse-Engineering-Teams arbeiten sich „rückwärts“ durch den ursprünglichen Designprozess; sie beginnen mit dem Endergebnis, zerlegen das Produkt und führen Bewertungen und Messungen durch, um die physischen Designinformationen zu erhalten.

Geschichte des Reverse Engineering

Während viele Menschen glauben, dass Reverse Engineering im 18. Jahrhundert mit dem Aufkommen der Fabriken begann, ist dies nicht der Fall. Tatsächlich gibt es Reverse Engineering schon, seit der Mensch begann, Dinge wie Räder, Kutschen und sogar architektonische Infrastrukturen herzustellen. Um diese Objekte nachzubauen, wurde Reverse Engineering – so rudimentär es damals auch war – eingesetzt. Die Abmessungen der Objekte wurden entweder als Ganzes oder in Teilen erfasst und das Objekt nachgebaut.

So konnte die römische Armee, die erst nach dem Ersten Punischen Krieg über eine eigene Flotte verfügte, 264 v. Chr. eine karthagische Quinquereme (antikes Ruderkriegsschiff) nachbauen. Dank des berühmten Einfallsreichtums der Römer schufen – und optimierten – sie innerhalb von drei Monaten eine Flotte von 300 Schiffen, die in der Lage war, die karthagische Flotte an Zahl und komplizierten Seemanövern zu übertreffen.

Die Reverse-Engineering-Techniken haben sich seit jenen vergangenen Epochen stark weiterentwickelt. Während Reverse Engineering mit militärischen Anwendungen begonnen hat, ist es heute in vielen verschiedenen Bereichen, einschließlich der Fertigung, nützlich.

Im Laufe der Jahre wurden viele verschiedene Technologien von Herstellern eingesetzt, um die Maße eines Objekts zu erfassen und sie in eine CAD-Software für die 3D-Modellierung zu importieren.

Der Einsatz von kontaktfreien Koordinatenmessgeräten (CMM), Abtastsystemem und roboterführten Gelenkarmen beim Reverse Engineering ist weit verbreitet, da sie die mit manuellen Methoden verbundenen Probleme beseitigen. Die Wahl einer 3D-Messtechnik gegenüber einer anderen hängt von den geforderten Toleranzwerten, der Datendichte und -geschwindigkeit, den Eigenschaften des Teils sowie der Sichtlinie und der Benutzerfreundlichkeit des Geräts ab.

Heutzutage setzen Hersteller zunehmend tragbare 3D-Scanner für das Reverse Engineering ein. Der Grund? Sie liefern hochpräzise, zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse, genau wie die zuvor genannten Technologien. Allerdings sind sie schneller. Außerdem sind sie für Anwender aller Qualifikationsstufen einfach zu handhaben und die 3D-Daten eines Teils können direkt in der Werkstatt erfasst werden.

Wann wird Reverse Engineering eingesetzt?

Für Hersteller ist Reverse Engineering ein wichtiger Prozess. Es gibt viele gängige Anwendungen für Reverse Engineering.

Reverse Engineering wird häufig eingesetzt, wenn nur begrenzte Kenntnisse über die Konstruktion eines Teils vorhanden sind, die Originaldokumentation fehlt oder keine 2D- oder 3D-Zeichnungen/CAD-Modelle vorhanden sind. Reverse Engineering ist besonders wichtig, wenn die Konstruktionsinformationen eines Teils nur auf Papier vorliegen oder im menschlichen Gedächtnis gespeichert sind.

Unternehmen führen ein Reverse Engineering von Teilen auch dann durch, wenn Ersatzteile eines Originalgeräteherstellers (OEM) nicht verfügbar sind, entweder weil der OEM sie nicht mehr herstellt oder der OEM nicht mehr existiert.

Reverse Engineering wird auch eingesetzt, um Baugruppen für die Produktion zu optimieren und Produkte mit neuen Funktionen zu verbessern.

Ferner nutzen Hersteller Reverse-Engineering-Techniken, um ein defektes Teil zu verbessern oder um handgefertigte Teile oder Baugruppen zu reproduzieren.

Manchmal wird Reverse Engineering auch einfach dazu verwendet, ein digitales Archiv von Teilen aufzubauen oder eine virtuelle Umgebung für zukünftige Referenzen zu erstellen.

Was sind die Vorteile von Reverse Engineering?

Reverse Engineering ist für Hersteller in vielerlei Hinsicht wichtig.

Reverse Engineering kann die Risiken reduzieren, die mit veralteten Produkten und Produkten mit Sicherheitslücken verbunden sind. Mit Reverse Engineering können Ersatzteile reproduziert sowie Fehler in Produkten identifiziert und behoben werden.

Darüber hinaus kann Reverse Engineering die Produktinnovation beschleunigen. So kann ein Ingenieurteam beispielsweise das Design bestehender Produkte untersuchen und nach Möglichkeiten suchen, deren Leistung zu steigern, Funktionen zu verbessern oder die Produktionskosten zu senken.

Hersteller nutzen Reverse Engineering, um schnell Teile zu produzieren, anstatt Komponenten von einem OEM zu kaufen, der lange Lieferzeiten hat und hohe Kosten verursacht.

Reverse Engineering kann auch eine Schlüsselstrategie im Rahmen des proaktiven Wartungsplans eines Herstellers sein. Durch Reverse Engineering von kritischen Komponenten, bevor diese ausfallen, kann ein Hersteller Ersatzteile auf Lager halten und ungeplante Stillstandszeiten reduzieren.

Wo wird Reverse Engineering eingesetzt?

Hersteller in verschiedenen Branchen nutzen Reverse-Engineering-Prozesse, um ihre Produktion zu optimieren, einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen und Kosten zu senken. Im Folgenden sind die gängigsten Branchen aufgeführt, in denen Reverse Engineering eingesetzt wird.

Luft- und Raumfahrtindustrie

In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird Reverse Engineering eingesetzt, um:

• Aerodynamische Analysen durchzuführen
• Wartungspläne für Flugzeuge zu entwickeln
• Flugzeugkomponenten hinzuzufügen, zu verbessern oder zu reparieren
• Werkzeuge herzustellen

Automobilbranche

Automobilhersteller nutzen Reverse Engineering häufig zum:

• Studieren der Mitbewerber
• Digitalisieren von Teilen älterer Fahrzeugmodelle
• Verstehen von Problemen mit Fahrzeugkomponenten
• Herstellen von Ersatzteilen

Werkzeughersteller

Werkzeughersteller verlassen sich bei der Herstellung folgender Komponenten auf Reverse Engineering:

• Spannvorrichtungen
• Halterungen
• Matrizen
• Gussformen
• Teile für Maschinen- und Schneidwerkzeuge
• usw.

Konsumgüter

Hersteller von Konsumgütern entscheiden sich für Reverse Engineering, um:

• Schnell Prototypen zu entwickeln
• Entwürfe zu testen und zu validieren
• Mitbewerberprodukte zu analysieren
• Verschiedene Design-Iterationen zu dokumentieren und zu archivieren

Kunst und Denkmalschutz

Experten im Bereich Kunst und Denkmalschutz sind auf Reverse Engineering angewiesen bei:

• der Rekonstruktion von Kunstwerken für Bildungszwecke
• der digitalen Konservierung von visuellen Künsten, wie Gemälden, Skulpturen und alten archäologischen Artefakten und historischen Gebäuden
• der Restaurierung kultureller Artefakte

Konkretes Anwendungsbeispiel für Reverse Engineering

So nutzen Autohersteller Reverse Engineering

Was ist der Reverse-Engineering-Prozess?

Vor Beginn eines Reverse-Engineering-Projekts ist es für einen Hersteller wichtig, seine genauen Bedürfnisse zu ermitteln. Möchte der Hersteller eine Komponente im Ist-Zustand („As is“), mit Fehlern, Abnutzungserscheinungen usw. reproduzieren, um zu analysieren, warum das Teil nicht funktioniert, um den Grund für Probleme mit einer Baugruppe zu ermitteln oder um ein vorhandenes Werkzeug zu reproduzieren?

Oder möchte ein Hersteller anderseits die Absicht der Konstruktion verstehen? In diesem Fall würden beim Reverse Engineering also nicht die Defekte und Abnutzungserscheinungen des Teils reproduziert werden. Stattdessen würde das 3D-Modell des Teils perfekt rekonstruiert werden – alle Parameter des Objekts würden korrigiert werden.

Als Nächstes muss der Hersteller entscheiden, welche 3D-Messtechnik verwendet werden soll, basierend auf der Anwendung und der Umgebung, in der die Datenerfassung stattfinden wird.

Nehmen wir für die nachfolgende Erklärung an, der Hersteller entscheidet sich für einen tragbaren 3D-Scanner. Ein Techniker wird das Teil je nach verwendeter 3D-Messtechnik für den Scan vorbereiten, dann das Teil, das neu erstellt werden soll, scannen und dabei alle Abmessungen des Teils erfassen.

Nachdem das Teil vollständig gescannt wurde, wird die daraus resultierende STL-Datei (entweder ein Netz oder eine Punktwolke) in eine Scan-to-CAD-Software wie VXmodel importiert, um eine Nachbearbeitung durchzuführen. Dieser Prozess bereinigt, repariert und verfeinert die Daten. Außerdem wird das Objekt in verschiedene Regionen und Formen aufgeteilt, die später bei der Konstruktion des 3D-Modells helfen. Schließlich positioniert der Nachbearbeitungsprozess das Objekt im Koordinatensystem (auch als Ausrichtung bezeichnet).

Die aktualisierte STL-Datei wird in eine CAD-Software importiert, die über Reverse-Engineering-Werkzeuge oder eine eigenständige Reverse-Lösung verfügt. Ein Reverse-Engineering-Experte oder Industriedesigner kann dann das 3D-Modell im Originalzustand erstellen oder das 3D-Modell generieren, Änderungen vornehmen und es gegebenenfalls in eine Baugruppe integrieren.

Der Hersteller kann einen Prototyp des 3D-Modells herstellen, indem er es an einen 3D-Drucker schickt. Experten können beurteilen, ob weitere Arbeiten am 3D-Modell durchgeführt werden müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Sobald das ideale 3D-Modell erstellt wurde, kann der Hersteller das Teil herstellen, entweder als Einzelstück oder in Serienfertigung.

Wie beschleunigt 3D-Scannen das Reverse Engineering?

Im Gegensatz zu manuellen Methoden und anderen 3D-Messtechniken beschleunigen tragbare 3D-Scanner den Reverse-Engineering-Prozess erheblich.

Erstens sind sie schnell einzurichten und können oft direkt in der Produktion eingesetzt werden. Wie viele Hersteller wissen, kommt es regelmäßig zu Engpässen an der CMM, was unweigerlich zu Verzögerungen bei jedem Reverse-Engineering- oder Qualitätskontrollprojekt führt. Da 3D-Scanner zudem einfach zu bedienen sind, müssen sie nicht von einem qualifizierten Messtechniker bedient werden. Auf dem heutigen angespannten Arbeitsmarkt sind erfahrene Messtechniker schwer zu finden und überlastet mit Arbeit. 3D-Scanner, die von Anwendern aller Qualifikationsstufen bedient werden können, sind daher eine praktikable Lösung für das Reverse Engineering eines Teils oder einer Baugruppe.

Zweitens können 3D-Scanner Millionen von Datenpunkten pro Sekunde erfassen. Je nach Teil kann ein Anwender einen „Scan-to-mesh“ in Sekundenschnelle durchführen. Die Geschwindigkeit von 3D-Scannern kann die Reverse-Engineering-Workflows eines Herstellers erheblich beschleunigen.

Drittens sind 3D-Scanner hochpräzise – unabhängig von der Komplexität der Geometrie oder der Oberflächenbeschaffenheit eines Teils. Dadurch werden nicht nur menschliche Fehler vermieden, die häufig bei manuellen Messungen auftreten, sondern auch ineffiziente Hin- und Her-Bewegungen bei der Datenerfassung und langwierige Interpretationen der Ergebnisse.

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Die Zukunft des Reverse Engineering

Die Zukunft des Reverse Engineering sieht in der Tat sehr rosig aus. Die technologischen Innovationen im Bereich der 3D-Messgeräte und der Reverse-Engineering-Software werden die Reverse-Engineering-Arbeitsabläufe noch effizienter und ausgefeilter machen, da die Hersteller bestrebt sind, die Effektivität ihrer Produkte zu erhöhen, neue Lösungen zu entwickeln und ihre Produktionsprozesse und ihr Geschäftsergebnis zu verbessern.

Die Bedeutung von Reverse Engineering in der Fertigung ist unbestreitbar. Es öffnet die Tür zu nie dagewesenen Innovationen.