王金蓮

（浙江交通技師學(xué)院 浙江 金華321015）

《逆向工程技術(shù)》課程建設(shè)初探

王金蓮

（浙江交通技師學(xué)院 浙江 金華321015）

為在《逆向工程技術(shù)》課程教學(xué)過程中取得良好的教學(xué)效果，提出應(yīng)理解課程內(nèi)容、性質(zhì)和教學(xué)任務(wù)，運用理實一體化教學(xué)方法，改善考核方式。對課程建設(shè)要有合理的規(guī)劃和安排，統(tǒng)籌兼顧，選擇授課時機，精選教材，注重師資培養(yǎng)，配備必需的教學(xué)設(shè)施與設(shè)備，與該課程相關(guān)的軟硬件要跟上。

逆向工程技術(shù)；理實一體化教學(xué)；教學(xué)設(shè)施；授課時機；考核方式

逆向工程又稱之為反求工程或反向工程，是指用一定的測量手段，對實物或模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)采用三維幾何建模方法重構(gòu)實物的CAD模型的過程，是一個從樣品生成產(chǎn)品數(shù)字化信息模型并在此基礎(chǔ)上進行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)及加工制造的全過程。逆向工程技術(shù)作為產(chǎn)品設(shè)計制造的一種手段，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的復(fù)制、仿制、改進及創(chuàng)新設(shè)計。利用逆向工程技術(shù)，可以直接在先進的國內(nèi)外產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)性能分析、設(shè)計模型重構(gòu)、再設(shè)計優(yōu)化與制造，吸收并改進國內(nèi)外先進的產(chǎn)品和技術(shù)，極大地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，更重要的是可以快速趕上世界先進生產(chǎn)技術(shù)水平，有效占據(jù)市場，領(lǐng)導(dǎo)技術(shù)前沿。

現(xiàn)代逆向工程技術(shù)除廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、機械工業(yè)、消費性電子產(chǎn)品等幾個傳統(tǒng)領(lǐng)域外，也開始應(yīng)用于多媒體虛擬實境、仿制與破損的修復(fù)等領(lǐng)域，特別是在模具設(shè)計與制造方面的應(yīng)用更是有了重大突破。

當(dāng)前，企業(yè)界對逆向工程技術(shù)人員的需求量越來越大。為了順應(yīng)市場的需求與發(fā)展，完善機電類專業(yè)的課程設(shè)置，借鑒羅勛瓊、張春等學(xué)者提出的職業(yè)院校要根據(jù)社會需求設(shè)置課程的經(jīng)驗，我校開設(shè)了《逆向工程技術(shù)》這門課程，并取得了良好效果。

逆向工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，將導(dǎo)致越來越多的院校開設(shè)這門課程。如何做好這門課程的教學(xué)工作，使學(xué)生具備逆向工程技術(shù)的專業(yè)知識，掌握產(chǎn)品快速開發(fā)的過程和方法，是教育工作者面臨的一項緊迫課題。

課程性質(zhì)、內(nèi)容與教學(xué)任務(wù)

逆向工程是在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，按照現(xiàn)有零件的實物模型（或稱為零件原形），利用各種數(shù)字化技術(shù)及CAD技術(shù)重新構(gòu)造原形CAD模型的過程。例如，某種型號的卡車車頭輪廓沒有設(shè)計圖紙，可通過三維掃描儀獲取數(shù)據(jù)（如圖1所示），進行數(shù)據(jù)處理后，用造型軟件獲得如圖2所示的CAD模型，以便進行二次設(shè)計或者直接加工。課程按照逆向工程工作流程分別講述了逆向工程數(shù)字化測量系統(tǒng)與方法、點云數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維模型重構(gòu)、后續(xù)的數(shù)控加工以及快速成型技術(shù)等內(nèi)容，使學(xué)生能夠清楚了解逆向工程技術(shù)實施的路線及關(guān)鍵技術(shù)，為今后的全面應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。

圖1 三維掃描儀獲取卡車車頭輪廓數(shù)據(jù)圖

圖2 獲得的CAD模型圖

此課程是模具設(shè)計與制造專業(yè)一門重要的專業(yè)主干課程，是促進科研成果的開發(fā)和轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)設(shè)計自動化，增強企業(yè)創(chuàng)新能力和競爭能力，加速國民經(jīng)濟發(fā)展和國防現(xiàn)代化建設(shè)的一項關(guān)鍵性技術(shù)，在模具設(shè)計與制造行業(yè)中應(yīng)用得非常廣泛。

課程的主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生掌握逆向工程的三維數(shù)據(jù)獲取到三維數(shù)據(jù)模型建立的過程及軟件應(yīng)用等基本功能，為以后從事技術(shù)工作及開拓新的技術(shù)領(lǐng)域打下必要的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本課程后應(yīng)達到如下要求：了解逆向工程的整個工作流程，掌握逆向工程工作流程中的關(guān)鍵技術(shù)，掌握數(shù)字化測量技術(shù)，培養(yǎng)三維模型重構(gòu)的能力和技術(shù)，掌握快速原型和快速模具制造的操作過程，培養(yǎng)利用逆向工程技術(shù)獨立完成一個產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)的能力，培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細致的工作作風(fēng)。此外，還必須重視自學(xué)能力及分析問題和解決問題的能力。

應(yīng)用理實一體化教學(xué)方法

根據(jù)心理學(xué)研究，采用不同的教學(xué)方式來呈現(xiàn)，記憶效果的差異是很大的，對不同的感官進行刺激，所達到的記憶效果不同：聽覺——20%；視覺——30%；視聽——50%；自己動手——90%。本課程采用理論與實踐操作相結(jié)合的原則，即理實一體化教學(xué)方式。讓學(xué)生在掌握了逆向工程技術(shù)實施的路線、關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點理解與訓(xùn)練測量設(shè)備的使用、逆向工程軟件Imageware、Geomagic的造型方法與操作步驟以及快速原型機的原理和操作。在理論授課的同時，結(jié)合生產(chǎn)實踐中實例進行軟件技能的培養(yǎng)，并通過項目實訓(xùn)的方式，達到獨立完成快速產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)的目的。如可設(shè)定安全帽的產(chǎn)品開發(fā)項目實訓(xùn)，先利用三維掃描儀進行數(shù)據(jù)掃描采集和產(chǎn)品分析，而后在逆向軟件Imageware中進行點云處理、曲面搭建和誤差分析等，接著輸入UG軟件進行實體操作，進行CAD再設(shè)計和優(yōu)化，得到最終數(shù)模。最后，利用快速成型機進行快速原型制造。有的職業(yè)院校由于教材、課程安排以及實訓(xùn)設(shè)備缺失等原因，只能側(cè)重于理論知識的講授，將達不到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

改善考核方式

改變一次考試成績作為考評主要依據(jù)的傳統(tǒng)做法，強化過程考核?？己丝偝煽儼ㄆ綍r成績和期終考試成績兩部分，平時成績占總成績的30%，期終考試成績占70%。而期終考試成績又包括理論考試和實訓(xùn)考試兩部分，兩者各占50%。要注重考核學(xué)生的實踐能力，突出人才培養(yǎng)的針對性和應(yīng)用性。對于實訓(xùn)考試，可在教師的指導(dǎo)下，要求每位學(xué)生從制定的四個各具特色的實例中隨機選取一個作為考試內(nèi)容，要求學(xué)生在指定時間內(nèi)完成從點云數(shù)據(jù)的處理到曲面或?qū)嶓w模型的建立等整個操作過程。實訓(xùn)考試成績主要根據(jù)學(xué)生在計算機上所完成的曲面或?qū)嶓w模型的尺寸精度、光順性及結(jié)構(gòu)等方面來考慮。

配套齊全的課程軟硬件

為取得良好的教學(xué)效果，任課教師需要很好地理解課程性質(zhì)、內(nèi)容和教學(xué)任務(wù)，應(yīng)用理實一體化教學(xué)方法，相應(yīng)改善考核方式。同時，還需要教研組、系（部）以及學(xué)校各部門的支持和充分重視，對課程建設(shè)要有合理的規(guī)劃和安排，統(tǒng)籌兼顧，合理安排授課時機，精選教材，注重師資培養(yǎng)，配備必需的教學(xué)設(shè)施設(shè)備，與該課程相關(guān)的軟硬件要跟上。

精選教材和教材內(nèi)容 一種合適的教材是良好教學(xué)的基礎(chǔ)。浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院選用由王霄主編、化學(xué)工業(yè)出版社出版的《逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用》，金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院選用由黃誠駒主編、電子工業(yè)出版社出版的 《逆向工程項目式實訓(xùn)教程》。這兩種教材都突出逆向工程應(yīng)用型人才工程素質(zhì)培養(yǎng)要求，系統(tǒng)性、實用性強，切合職業(yè)院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，使用效果較好。我校原采用的教材是機械工業(yè)出版社的《逆向工程原理、方法及應(yīng)用》。這種教材理論性和研究性較強，體現(xiàn)了編者較高的逆向工程領(lǐng)域的理論知識和技能水平。但教材側(cè)重于講解逆向工程相關(guān)技術(shù)的內(nèi)部原理和計算方法，與職業(yè)技術(shù)院校側(cè)重于技能型人才培養(yǎng)的目標(biāo)不甚一致，也與學(xué)生的知識理論素質(zhì)水平不相符合。一方面，學(xué)生理解起來非常困難，容易導(dǎo)致“破罐子破摔”的心理，干脆什么都不聽；另一方面，學(xué)生會認(rèn)為如此深奧艱澀的理論，在以后的工作中很難用到。這兩方面都會極大地挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。任課教師遇到這類質(zhì)量好卻不符合本校學(xué)生實際的教材時，應(yīng)特別注重對教材內(nèi)容的取舍。就《逆向工程原理、方法及應(yīng)用》而言，可著重講解數(shù)據(jù)獲取方法、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)和Imageware軟件的應(yīng)用等章節(jié)，并結(jié)合實踐教學(xué)。而對于理論性強、艱澀枯燥的數(shù)據(jù)三角化與數(shù)據(jù)重建、細分造型技術(shù)、NURBS曲線曲面重構(gòu)等章節(jié)，可不講或少安排課時，以使教學(xué)嚴(yán)格服從學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

配備必需的教學(xué)設(shè)施設(shè)備 在逆向工程技術(shù)課程中涉及的使用測量設(shè)備如三坐標(biāo)測量機、三維激光掃描儀來獲取典型零件的測量數(shù)據(jù)；利用專門的逆向軟件Imageware和Geomagic進行曲面重構(gòu)；使用快速原型機來快速開發(fā)產(chǎn)品等都是需要實際操作切實掌握的技能。這就需要配備相關(guān)教學(xué)設(shè)備，包括測量設(shè)備（三坐標(biāo)測量機或三維掃描儀）、逆向軟件（Imageware和Geomagic軟件）以及相應(yīng)的計算機、快速原型機等，用于教學(xué)演示和學(xué)生實際操作。

注重師資培養(yǎng) 要實現(xiàn)良好的教學(xué)效果，師資隊伍是關(guān)鍵?！赌嫦蚬こ碳夹g(shù)》較強的實踐性要求任課教師具有較高的專業(yè)能力和較熟練的實踐技能。而逆向工程技術(shù)雖然近十幾年來得到了迅速發(fā)展，但目前教職工中系統(tǒng)學(xué)習(xí)過或者在企業(yè)實踐過的不多。因此，開設(shè)這門課程，尤其要注重師資培養(yǎng)。目前市場上能提供培訓(xùn)的機構(gòu)很多，有專門從事逆向軟件培訓(xùn)的公司，有設(shè)備廠家進行的購買測量機后設(shè)備售后使用培訓(xùn)。課程設(shè)置完善且相關(guān)設(shè)備齊全的院校，可以選擇合適的機構(gòu)進行師資系統(tǒng)培訓(xùn)。同時，大力開展同行之間的交流，多參加學(xué)術(shù)研討會，多組織教師到周邊院校參觀學(xué)習(xí)。一方面，選送相關(guān)教師到企業(yè)掛職鍛煉，提高技能水平，逐步培養(yǎng)“雙師型”教師；另一方面，可以直接從企業(yè)聘請既有理論知識，又有豐富實踐經(jīng)驗、技能過硬的專業(yè)技術(shù)人員、管理人員擔(dān)任兼職教師，以滿足實踐教學(xué)的需要。

合理安排授課時機 《逆向工程技術(shù)》課程需要學(xué)生具備《機械制圖》、《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》、《CAD技術(shù)及應(yīng)用》等課程的知識，具有曲線、曲面的基本理論知識，基本上能夠使用CATIA、UG、PRO/E等軟件進行三維造型，在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)學(xué)習(xí)如何使用測量設(shè)備采集物體表面的數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)使用逆向工程軟件對測量數(shù)據(jù)進行處理及重建CAD模型的方法和技巧，才能提高運用逆向工程技術(shù)解決實際問題的能力。

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G712文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-5727（2011）10-0092-03

王金蓮（1983—），女，浙江金華人，碩士，浙江交通技師學(xué)院助理講師，研究方向為數(shù)控加工與模具制造及逆向工程。