Reverse Engineering: Anwendungen & beste Software 2023
Einleitung
Tatsächlich wird Reverse Engineering oder das Rekonstruieren eines Objektes aus einer physischen Vorlage in der Industrie häufig verwendet, um Informationen über deren Funktion und Intention zu erlangen. Kurz gesagt, um zu lernen, wie etwas funktioniert. Meist wird das dadurch erlangte Wissen verwendet, um ein anderes Produkt zu verbessern.1
Diese Technik zur Erkenntnisgewinnung wird nicht nur im Maschinenbau verwendet, sondern findet ebenso Anwendung in der Elektrotechnik, Software-Entwicklung und Medizin.
In diesem Beitrag geben wir Ihnen einen Überblick über die geschichtliche Relevanz, gebräuchliche Herangehensweisen und Anwendungen für Reverse Engineering, vor allem im Bereich der Mechanik.
Geschichtlicher Hintergrund
Reverse Engineering hat seinen Ursprung in der Analyse von Hardware für kommerzielle oder militärische Zwecke, oft mit dem Ziel, einen Vorteil gegenüber einem Mitbewerber zu erlangen, denn technische Errungenschaften wurden in den meisten Fällen natürlich nicht freiwillig mit der Konkurrenz geteilt. Berechnungen, Pläne und Quellcodes sind daher auch heute noch ein gut gehütetes Geheimnis und konkurrierende Unternehmen und auch Staaten bekommen neue Entwicklungen des Anderen daher meist nur in Form von fertigen Produkten in die Hände. Reverse Engineering hat sich seither als sehr erfolgreiche Methode erwiesen, um durch genaue Analyse und Rekonstruktion dieser Produkte auch die eigenen verbessern zu können.2
Heutzutage ist Information viel freier und einfacher verfügbar. Dennoch ist Reverse Engineering immer noch von großer Bedeutung, beispielsweise auch um alte Dinge neu zu dokumentieren, oder Fehler in eigenen Designs zu finden.
Rechtliche Aspekte
Aufgrund unterschiedlicher Herangehensweise und häufiger Nicht-Akkreditierung der ursprünglichen Erfinder befand sich Reverse Engineering lange in einer rechtlichen Grauzone. Auch heute noch können Produkte jeder Art in den USA legal auseinandergenommen und rekonstruiert werden, solange diese legal erworben wurden und das Resultat bei kommerzieller Verwendung keine Patente verletzt.3
In der EU ist Reverse Engineering über das Directive 2009/24/EC und das Directive 2006/116/EC geregelt.
Reverse Engineering in 3 Schritten
Der Reverse Engineering Prozess kann sich grob in drei Schritte unterteilen lassen, die sich in den unterschiedlichen Branchen (Mechatronik, Software, Medizin, etc.) kaum unterscheiden. Zuerst wird eine Vorlage analysiert, um so viel wie möglich Information daraus zu gewinnen. Im Anschluss wird die gesammelte Information zu einem abstrakten Modell kombiniert, welches als Leitfaden für den Entwurf eines neuen Objektes verwendet werden kann. Im letzten Schritt wird geprüft, ob das neue Objekt oder Modell alle Voraussetzungen und Erwartungen erfüllt.4
Die Schleife aus Analyse, Modellbildung und Prüfung wird solange wiederholt, bis das Ziel erreicht oder ausreichend Informationen über die Vorlage gesammelt wurden.
Scan zu Druck
Eine spezielle Form dieser Schleife ist im Maschinenbau der “Scan zu Druck”- Ansatz. Wenn zeitsparend eine hinreichend genaue, aber nicht exakte Kopie eines Objektes erstellt werden muss, so reicht es in den meisten Fällen aus nur die grundlegende Geometrie mit 3D-Scan zu erfassen und gleich mit einem 3D-Drucker zu reproduzieren.
Analyse
In erster Instanz wird die erworbene Vorlage, falls notwendig, in einfach analysierbare Einheiten dekonstruiert. Die Vorlage oder deren Einheiten werden dann genau vermessen. Alle durch diese Analyse gewonnenen Informationen werden aufbereitet und gesammelt.
Modellbildung
Im Schritt zur Modellbildung werden die aus der Analyse gewonnenen Informationen verwendet, um ein Konzept oder ein Modell zu konstruieren, welches als Basis für ein funktionstüchtiges Endprodukt dienen kann. Ein Beispiel aus der Industrie wäre ein Konzept oder Prototyp eines Elektromotors für den Antriebsstrang eines Autos.
Prüfung
Zum Schluss wird aus den gewonnenen Information versucht, das Verhalten der Kopie oder der neuen Version der Vorlage im Vergleich zu dieser zu testen. Ziel ist es, der Vorlage so nahe wie möglich zu kommen, oder diese in Qualität sogar zu übertrumpfen.
Häufige Anwendungsbereiche
Aufgrund unserer langjährigen Erfahrungen mit Industriekunden sehen wir, dass sich Reverse Engineering vor allem in drei Bereichen gut anwenden lässt. Einerseits ist nach wie vor Reverse Engineering bei der Produktentwicklung und in der Fertigung zur Qualitätskontrolle sehr wichtig. Auch bei der Instandhaltung von Produkten wird immer häufiger auf die Schaffung eigener Expertise durch Reverse Engineering gesetzt.
Produktentwicklung
In der Produktentwicklung werden mit Reverse Engineering bestehende und gut funktionierende Prototypen nachgezeichnet und digitalisiert. Diese werden dann analysiert und in CAD-Modelle umgewandelt, um die daraus gewonnenen Informationen bei den eigenen Produkten verwenden zu können. 3D-Scan bietet hier, vor allem bei Freiformflächenmodellierung einen Vorteil, da komplexe Formen mit herkömmlichen Methoden nur schwer nachgezeichnet werden können.
Instandhatung
Reverse Engineering wird auch in der Instandhaltung angewendet, um Ersatzteile selbst nachzufertigen, für die es keine CAD-Daten gibt. Der Vorteil dabei ist, unabhängig und schnell die eigenen Maschinen und Produkte warten und reparieren zu können. Hier wird oft das “Scan zu Druck” Verfahren eingesetzt, um noch unmittelbarer arbeiten zu können.
Inspektion und Qualitätskontrolle
Auch bei der Qualitätskontrolle kann Reverse Engineering verwendet werden. Hier werden oft mittels 3D-Scannern digitale Inspektionssysteme nach ISO17025 implementiert, um Werkstücke schnell und einfach vermessen zu können. Aus diesen digitalen Objekten wird dann mit Reverse Engineering ein Referenzmodell erstellt, welches für Falschfarbenanalyse und Messberichte verwendet werden kann um Toleranzen zu kontrollieren.
Reverse Engineering in der Industrie
Reverse Engineering findet mittlerweile nicht nur im Maschinenbau und in der Elektrotechnik Einsatz. Auch in der Software-Entwicklung und sogar in der Medizin bietet es eine Möglichkeit, Vorlagen neu zu dokumentieren und zu analysieren, um nicht vorhandene Erkenntnisse neu zu gewinnen oder ein Produkt zu verbessern.
Maschinenbau und Elektrotechnik
Mit computergestütztem Design (CAD) ist auch Reverse Engineering zu einem wichtigen Instrument geworden, um physische Modelle zu vermessen, zu digitalisieren und zu analysieren. Dabei wird die Geometrie des Objektes erfasst und in eine Sammlung aus Messpunkten übersetzt. Diese werden dann verwendet, um das Objekt digital zu rekonstruieren.
Vor allem in der Automobilindustrie oder der Luft und Raumfahrt gibt es zwei technisch unterschiedliche Methoden: Kontakt- und kontaktloser 3D-Scan.5
- Beim Kontakt-3D-Scan tastet eine Maschine das Objekt oder dessen Einheiten physisch ab und nimmt so Messpunkte relativ zu einem Referenzpunkt auf.
- Beim kontaktlosen 3D-Scan werden akustische oder elektromagnetische Wellen verwendet, um das Objekt oder dessen Einheiten “abzutasten”.
Sofftwareentwicklung
Die zwei häufigsten Anwendungen von Reverse Engineering in der Softwareentwicklung sind die Neudokumentation und Designerfassung.6
- Bei der Neudokumentation (im Englischen auch Code-Refactoring) einer Software ist der Quellcode einsehbar und es geht darum, diesen strukturell aufzubereiten, zu modernisieren und besser lesbar zu machen, ohne dessen ursprüngliche Funktionalität zu verändern.
- Die Designerfassung ist der Versuch, den Entwicklungsprozess einer Software in umgekehrter Reihenfolge zu durchlaufen um deren Funktionalität vollständig zu
Gesundheit und Medizin
Viele Konzepte und Verfahren von Reverse Engineering sind auch in der Medizin anwendbar. Häufig genannte Beispiele sind hier:
Unsere Software-Empfehlungen
Über das Letzte Jahrzehnt haben sich einige Softwarelösungen für Reverse Engineering und Analysezwecke in der Industrie etabliert. Wir möchten Ihnen an diesem Punkt Empfehlungen für die unserer Meinung nach besten Softwarelösungen geben. Wir werden weder von den Herstellern dieser gesponsert, noch erhalten wir Geld für deren Bewerbung in diesem Beitrag.
Geomagic Design X
Geomagic Design X wurde speziell von Oqton als CAD-Programm entwickelt, um aus 3D-Scans parametrisierte CAD-Zeichnungen zu erstellen. Es arbeitet mit vielen etablierten Industriestandards und lässt sich ausgezeichnet in bestehende Systeme und Abläufe integrieren. Einige Vorteile von Geomagic Design X sind:
- Kompatibilität mit vielen 3D-Scannern
- Schnelle Datenverarbeitung
- Automatische Flächenrückführung
- Echtzeitanalyse
Quicksurface
Quicksurface ist eine kostengünstige stand-alone Reverse Engineering Softwarelösung von KVS. Es ist besonders einfach zu bedienen, bietet trotzdem eine breite Palette an Funktionen. Einige Vorteile von Quicksurface sind:
- Nutzerfreundliches Interface
- Automatische Flächenrückführung
- Echtzeitanalyse
- Gutes Preis/Leistungs-Verhältnis
Best Practices für erfolgreiches Reverse Engineering
Für Anfänger ist Reverse Engineering oft eine Herausforderung. Wir möchten Ihnen deswegen hier unsere Erfahrungen teilen.
Mit uns als Partner haben Sie Zugriff auf jahrelange Expertise im Umgang mit 3D-Scannern und deren Software. Haben Sie keine Scheu uns zu kontaktieren, wenn Sie Hilfe brauchen oder noch Fragen zu dieser Technologie haben.
Unsere 3 Tipps aus der Praxis
1.) Richtige 3D-Scantechnologie wählen
Wählen Sie räumliche Genauigkeit, Auflösung und Detailtreue nach ISO17025 Anforderungen. Für Fragen zu dem ISO17025 Standart stehen wir Ihnen jeder Zeit während unserer Geschäftszeiten zur Verfügung.
2.) Richtige Softwarelösung wählen
Hier kommt es auf Ihre spezifische Annwendung an. Bedarf es zum Beispiel einer genauen und automatisierbaren Analyse vieler Teile, so empfehlen wir “Geomagic Design X”. Sollte jedoch eine schlanke Software nur für Reverse Engineering Projekte genügen, so empfehlen wir Ihnen “Quicksurface”.
3.) Richtige Fertigungstechnologie wählen
Bei der Wahl der Fertigungstechnologie kommt es vor allem auf die gewünschten Materialeigenschaften an. Herkömmliches Fräsen zum Beispiel garantiert ein homogenes und isotropes Endprodukt, verbraucht allerdings sehr viel Material. Spritzfuss und Vakuumgiessen garantieren diese Eigenschaften ebenfalls, aber brauchen Formen. Additive Fertigungslösugen bieten eine breite Materialpalette und kurze Produktionszeiten, schaffen aber eine etwas geringere Materialqualität des Endproduktes.
Nutzen Sie unsere Expertise
Sollten Sie Fragen zum Thema Reverse Engineering haben, zögern Sie nicht und kontaktieren Sie uns! Wir beraten Sie bei Ihrem Reverse Engineering Projekt.
Sollte Ihnen ein 3D-Scanner oder 3D-Drucker für Ihr Reverse Engineering Projekt fehlen, können Sie unseren 3D-Scanservice oder 3D-Druckservice nutzen. Wir beraten Sie auch gerne bei deren Auswahl.
Referenzen und Quellen
1.) E. Eilam: Reversing: Secrets of Reverse Engineering. John Wiley & Sons, 2005
2.) Chikofsky, E.J. & Cross, J.H., II (1990). “Reverse Engineering and Design Recovery: A Taxonomy”
3.) Kirk Teska in “Trade Secrets 101”, 31. Oktober 2013 für “The American Society of Mechanical Engineers“. URL: https://www.asme.org/topics-resources/content/trade-secrets-101
4.) Ben Lutkevich in “What is Reverse-engineering? How Does It Work”, 27. Juli 2022 für ”TechTarget”. URL: https://www.techtarget.com/searchsoftwarequality/definition/reverse-engineering
5.) Brian Curless (04 November 1999). “From range scans to 3D models”
6.) Chikofsky, E. J.; Cross, J. H. (January 1990). “Reverse engineering and design recovery: A taxonomy”
7.) Giorgi, Federico M. (2020). “Gene network reverse engineering: The Next Generation”
8.) Lisa Winter in “Scientists Reverse Engineer mRNA Sequence of Moderna Vaccine”, 6. April 2021 für “TheScientist”. URL: https://www.the-scientist.com/news-opinion/scientists-reverse-engineer-mrna-sequence-of-moderna-vaccine-68640
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