Что такое реверс-инжиниринг?
Или обратное проектирование, реверсивный инжиниринг.
Реверс-инжиниринг — это процесс изучения существующего продукта, устройства или системы для получения знаний о его конструкции, функциональности или особенностях производства.
В этой статье мы разберем сферы применения реверс-инжиниринга, расскажем, как он связан с промышленностью и как происходит обратное проектирование с помощью 3д - сканеров.

Где и как применяется реверс-инжиниринг?
Реверсивное проектирование появилось давно, а в XX веке стало применяться с целями и задачами, связанными с развитием промышленности.
Сегодня этот метод используется в различных сферах и со временем их количество только увеличивается. Чаще всего он используется в отраслях промышленности, медицине, IT и машиностроении.
В этих областях реверс-инжиниринг применяется с похожими задачами, которые можно объединить:
-
копирование изделий для ускорения разработки или внесения изменений для адаптации под локальный рынок;
-
восстановление изделий или их документации;
-
разработка прототипов;
-
разработка продуктов, совместимых с другими решениями;
-
анализ конкурентов.
Рассмотрим конкретные области применения.
Автопром
В России набрали популярность китайские автомобили, многие производители которых не стеснялись копировать удачные европейские модели.
Например, популярная сейчас Geely в 2009 году сделала концепт Geely GE, внешний вид которого тяжело отличить от британского Rolls-Royce Phantom. Британцы подали в суд, результатом которого стал рестайлинг и запрет на продажи в Европе.
- Мам, купи RR Phantom. - У нас есть RR дома! RR дома:
Источник: drive2.ru
Еще один пример от производителя из поднебесной - это Landwind X7, скопированный с Range Rover Evoque. Спустя 5 лет судов произошел рестайлинг.
Что из этого неповторимый оригинал?
Источники: auto.ironhorse.ru, respublika-auto.ru
Также реверс-инжиниринг используют любители тюнинга и реставрации автомобилей.
Сканирование гоночного автомобиля для дальнейшего улучшения аэродинамики
Источник: shining3d.com
Авиастроение
В начале эпохи реактивных истребителей британская компания Rolls-Royce, которая занимается не только автомобилями, но и авиадвигателями, разработала RR Nene (Роллс-Ройс Нин). Двигатель не стал массовым, но имел надежную конструкцию, и был лучше немецких реактивных двигателей, которые были у СССР после второй мировой войны.
Rolls-Royce Nene
Источник: wikipedia.org
Двигатели стали началом большого проекта: в 1947 году Rolls-Royce решает продать Советскому Союзу 35 «Нинов» и подарить еще 20 при условии, что они не будут использованы в военных целях. Семнадцать советских инженеров прошли обучение по обслуживанию и ремонту на заводе Rolls-Royce.
Спустя пару лет СССР запускает производство истребителей МиГ-15, которые становятся самыми массовыми реактивными самолетами в истории самолетостроения. Произвели больше 15000 МиГов четырех модификаций. Самолеты оснащались двигателями ВК-1, которые были результатом реверс - инжиниринга британских RR Nene. Условие, по которым двигатели поставлялись, было нарушено, но об этом знали только советские конструкторы.
Rolls-Royce Nene ВК-1
Источник: dzen.ru
Только в 1958 Уитни Стрейт, будущий член совета директоров RR, обнаружил, что этот двигатель был скопирован. Поскольку скопирован он был без лицензии, RR попыталась взыскать 207 миллионов фунтов стерлингов лицензионных сборов, но без успеха.
Информационные технологии
В ИТ реверс-инжиниринг широко распространен. Чаще всего он используется для создания совместимых продуктов, понимания принципов работы, получения закрытых сведений о программах и исправления ошибок в коде.
Одним из примеров обратной разработки является исследование BIOS персонального компьютера IBM, ставшее серьёзным шагом на пути развития производства IBM-совместимых компьютеров сторонними производителями.
IBM-PC-совместимый компьютер, произведённый не IBM — Compaq Portable, поступивший в продажу в 1983 году
Источник: wikipedia.org
Медицина
3D-сканирование позволяет снимать размеры и мерки с человека для последующего изготовления индивидуальных фрагментов человеческого тела. Это, протезы, ортопедические стельки и другие медицинские приспособления. В стоматологии и ортодонтии 3D-сканеры используются для создания кап, элайнеров и зубных протезов с учетом анатомических особенностей пациента.
Зубной протез, модель которого получена 3д-сканированием
Наука и образование
3D-сканирование применяется в археологии и палеонтологии для изготовление цифровых макетов объектов древности, при обучении САПР или полигональному моделированию студентов.
Часто используется в тех отраслях науки, где необходим оперативный сбор данных без разрушающего воздействия на объект исследования.
Источник: shining3d.com
Источник: shining3d.com
Промышленность
Здесь реверсивный инжиниринг используется, прежде всего, для получения конструкторской документации на изделия, чтобы их воспроизводить, ремонтировать и модернизировать.
Большим спросом пользуются системы для сканирования объектов. С их помощью можно получить данные о геометрии изделия и, с использованием специализированного ПО, смоделировать твердотельную 3д модель и необходимую документацию.
Сканирование лопасти винта для контроля геометрии
Источник: shining3d.com
Реверс-инжиниринг помогает промышленности в импортозамещении, уменьшает зависимость от импорта и логистических цепочек. Позволяет изменять продукты под требования заказчиков и экономить средства на разработку.
В условиях санкций эти преимущества делают обратное проектирование актуальной и востребованной технологией. Например, производственная линия может остановиться из-за детали, поставки которой невозможны, а аналог из Китая ждать 4 месяца. Реверс позволит сделать копию оригинальной детали в кратчайшие сроки и производственная линия продолжить работу.
Этапы реверсивного инжиниринга в промышленности и машиностроении
В этой части мы подробно разберем и покажем процесс реверс-инжиниринга на практических примерах. Весь процесс обратного проектирования можно разбить на этапы.
Подготовка изделия
Объект инжиниринга необходимо разобрать при необходимости и зафиксировать подвижные элементы. После этого следует очистить поверхности от загрязнений, пыли, коррозии и смазки, чтобы восстановить его оригинальную геометрию.
В случае, если геометрия будет сниматься 3д-сканером, то, в зависимости от технологии сканирования объект оклеивается светоотражающими маркерами, покрывается матирующим спреем, или, при сканировании отражающих и прозрачных поверхностей лазерными сканерами, делается и то и другое. Маркеры используются с лазерными сканерами для распознавания положения объекта и точного совмещения нескольких сканов. На стационарных сканерах со структурированным подсветом, маркеры используются гораздо реже, только для совмещения сканограмм больших или сложных объектов.
Матирующий спрей исключает появление бликов, и позволяет сканеру считывать геометрию отражающих, стеклянных и полированных поверхностей. Без использования спрея такие поверхности отсканировать сложно.
После вышеописанных операций объект готов к следующему этапу.
Снятие геометрии изделия
Есть два основных способа получения информации о геометрии объекта:
1. Ручными измерительными инструментами. Подходит в случаях, когда у объекта небольшие размеры , простые формы и понятная внутренняя структура. Точность такого способа находится в диапазоне от 0,01 мм до бесконечности, в зависимости от размеров объекта, погрешности инструмента и квалификации инженера.
2. 3д-сканером. Этот способ более точный, подходит для больших объектов и позволяет снять геометрию, недоступную для ручных инструментов. Если видите в детали кривые поверхности и сложные формы, то сканер - это ваш вариант.
Получение информации о геометрии методом 3д-сканирования
3. Координатно-Измерительные Машины
Измерения координат поверхности объекта проводятся посредством контактного зонда. Существуют разновидности КИМ, отличающиеся по принципу действия, способам и типам измерений и выходному сигналу.
Распространенная компоновка КИМ напоминает 3д принтер, у которого вместо сопла контактный зонд. Зонд передвигается по осям, прикасается к объекту измерений, и вносит координату по осям X, Y и Z в систему. Такая операция проводится необходимое количество раз, благодаря чему появляются полные данные о геометрии изделия.
По сравнению с 3д сканерами КИМ это более точное, но гораздо более медленное средство сбора измерений.
Измерения с помощью шестиосевой КИМ, на переднем плане зонд, считывающий информацию с детали
Источник: lapic.ru
Стоит упомянуть и редкую компьютерную томографию. Бывает, что у изделия есть сложные внутренние формы, которые невозможно снять вышеописанными методами. Например, блок цилиндров или сопло ракетного двигателя. В таком случае можно использовать КТ. Это технология на основе рентгеновских лучей, с помощью которой делается серия снимков. После их обработки можно получить трехмерное представление объекта и всех его внутренностей.
Компьютерный томограф
Источник: bakerhughes.com
Подготовка 3д модели
На этом моменте стоит обозначить терминологию и пояснить отличия полигональных и твердотельных 3д моделей.
Облако точек — это большой набор точек, полученный с использованием 3D-сканера или других технологий, позволяющий создавать 3д-визуализации объектов. По сути это много координат точек в пространстве.
Облако точек
Именно облако точек — первичный результат 3д-сканирования. Далее программа автоматически объединяет ближайшие точки между собой, создавая рёбра, из которых мы получаем полигоны.
Полигон — это плоскость, состоящая из 3-х или 4-х вершин и соединяющих их ребер. Соединенные между собой полигоны образуют полигональную 3D-модель.
Множество полигонов
Полигональные модели отличаются низкой точностью и используются для игр, мультиков, моделирования органических форм (растения, лица и т.д). Такие модели легко трансформировать, искажать, анимировать. В таких моделях нет четких размеров или идеальных форм, по типу сферы, цилиндра, куба и т.д. Но для целей полигонального моделирования это и не требуется.
Твердотельное или параметрическое моделирование можно назвать математическим, так как программа запоминает не положение точек в пространстве, а математическую формулу физических характеристик объекта.
Здесь площадь каждого объекта — не просто множество полигонов или сеть, а сплошная непрерывная поверхность, описываемая математически. Ведь практически всё можно описать формулами: конусы, цилиндры, спирали и др. То есть, если мы моделируем деталь, то её описание будет состоять из математических формул в 3д-плоскости.
Происходит такое моделирование в специальных программах - Системах Автоматизированного ПРоектирования, САПР.
Итак, подготовка 3д модели зависит от способа получения геометрии модели. В случае ручных измерений чаще всего данные сразу вносятся в CAD-программу для получения твердотельной модели.
В случае сканирования мы получаем облако точек, которые затем объединяем в полигональную модель.
После этого можно приступать к преобразованию полигональной модели в параметрическую, с помощью специализированного ПО. В нашем случае это Geomagic Design X. Там, опираясь на геометрию скана, инженер моделирует твердое тело и сравнивает его геометрию с исходной моделью.
Отображение отклонений твердотельной модели от данных сканирования
Результатом является твердотельная 3д-модель, с помощью которой можно подготовить и разработать конструкторскую документацию.
Модель можно использовать в целях прототипирования и производства разными способами.
Прототипы часто изготавливают различными технологиями 3д-печати, так как это позволяет сэкономить время и деньги на производстве.
Изготовление прототипа
После реверс-инжиниринга есть возможность быстро изготовить прототип на 3д принтерах или другими способами. Геометрические характеристики прототипа можно проконтролировать 3д-сканером или Координатно-Измерительными Машинами.
Прототипирование и контроль геометрии позволяет в короткие сроки узнать нужные данные об объекте для дальнейшей работы с ним - модернизации, проверки свойств или собираемости, подготовки производства.
Примеры реверс-инжиниринга в 3DVision: от сканирования до готового изделия
3DVision предоставляет услуги реверс инжиниринга. С помощью 3д-сканеров мы выполняем метрологический контроль, измеряем линейные размеры предметов, диаметры отверстий, координаты их центров, углы между гранями. Выявляем любые геометрические отклонения и гарантируем точность результатов.
Первый пример
Один из наших кейсов - произвести копии изделия, которое служит для проверки Средств Индивидуальной Защиты. Из исходных данных у нас была только голова с картинки ниже.
Оригинальное изделие, подготовленное к оцифровке
Геометрия снималась сканером Scanline EasyScan Combo+, процесс подготовки и сканирования занял около получаса. Если вам интересно узнать больше про лёгкий и быстрый Combo+, у нас есть статья.
Процесс сканирования
Интерфейс ПО для сканирования
После обработки сканов получили полигональную 3д модель, на основе которой выполнили литейные формы двух размеров.
Результат обработки сканов
Мы также произвели изделия методом двухкомпонентного литья. Получили готовые изделия необходимых заказчику размеров и 3д модель.
Оригинал и копии двух размеров
Второй пример
В этом случае нам нужно было изготовить точную копию трёхлопастного анемометра. Оригинальная деталь была в единственном экземпляре, который и стал объектом сканирования и реверс-инжиниринга.
Подготовка заключалась в нанесении матирующего спрея и настройке сканера. Вместе со сканированием процесс занял около часа.
Сканирование с помощью RangeVision PRO 2
После сканирования произвели обратное проектирование изделия в Geomagic Design X, выполнили требования заказчика по адаптации изделия и получили твердотельную модель:
Твердотельная деталь
Произвели готовое изделие технологией SLM (Selective Laser Melting) — технология 3D-печати изделий из металла методом селективного лазерного плавления. Печатал его SLM-принтер EPlus3D EP-M260. Материал для печати - металлический порошок AlSi10Mg.
SLM печать дает возможность создать металлические детали разной геометрической формы, например, с тонкими стенками, полостями, множеством мелких элементов. Такой вид печати востребован в автомобилестроении, авиационной промышленности, медицине, ювелирном деле, стоматологии и других сферах.
Напечатанный вариант анемометра
Заключение
Реверс-инжиниринг — мощный инструмент, который помогает компаниям и разработчикам изучать, воспроизводить и улучшать существующие продукты. Однако его использование требует осторожности и учёта всех юридических, экономических и технических аспектов. Успех применения этой технологии во многом зависит от соблюдения правовых норм, квалификации исполнителей и целесообразности проекта. Также данные, полученные с поврежденного или бракованного объекта могут быть неполными или неточными.
Обратное проектирование помогает в импортозамещении, позволяет экономить время и деньги и может применяться от музеев и научных центров до производств и медицины.
В 3DVision работают квалифицированные специалисты по реверс-инжинирингу, у нас большой парк оборудования для производства всеми технологиями 3д печати. В наличии много 3д сканеров для разных задач, связанных с реверсивным инжинирингом. Если после прочтения статьи вы поняли, что вашу проблему можно решить обратным проектированием - обращайтесь к нам!
Реклама. OOO "3Д Вижн". ИНН: 7802253640