《逆向工程技術》課程建設初探

王金蓮

（浙江交通技師學院 浙江 金華321015）

《逆向工程技術》課程建設初探

王金蓮

（浙江交通技師學院 浙江 金華321015）

為在《逆向工程技術》課程教學過程中取得良好的教學效果，提出應理解課程內容、性質和教學任務，運用理實一體化教學方法，改善考核方式。對課程建設要有合理的規(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)，配備必需的教學設施與設備，與該課程相關的軟硬件要跟上。

逆向工程技術；理實一體化教學；教學設施；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，根據測量數據采用三維幾何建模方法重構實物的CAD模型的過程，是一個從樣品生成產品數字化信息模型并在此基礎上進行產品設計開發(fā)及加工制造的全過程。逆向工程技術作為產品設計制造的一種手段，現(xiàn)已廣泛應用于產品的復制、仿制、改進及創(chuàng)新設計。利用逆向工程技術，可以直接在先進的國內外產品基礎上進行結構性能分析、設計模型重構、再設計優(yōu)化與制造，吸收并改進國內外先進的產品和技術，極大地縮短產品開發(fā)周期，更重要的是可以快速趕上世界先進生產技術水平，有效占據市場，領導技術前沿。

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

當前，企業(yè)界對逆向工程技術人員的需求量越來越大。為了順應市場的需求與發(fā)展，完善機電類專業(yè)的課程設置，借鑒羅勛瓊、張春等學者提出的職業(yè)院校要根據社會需求設置課程的經驗，我校開設了《逆向工程技術》這門課程，并取得了良好效果。

逆向工程技術的廣泛應用和快速發(fā)展，將導致越來越多的院校開設這門課程。如何做好這門課程的教學工作，使學生具備逆向工程技術的專業(yè)知識，掌握產品快速開發(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、內容與教學任務

逆向工程是在沒有設計圖紙或者設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），利用各種數字化技術及CAD技術重新構造原形CAD模型的過程。例如，某種型號的卡車車頭輪廓沒有設計圖紙，可通過三維掃描儀獲取數據（如圖1所示），進行數據處理后，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字化測量系統(tǒng)與方法、點云數據預處理、三維模型重構、后續(xù)的數控加工以及快速成型技術等內容，使學生能夠清楚了解逆向工程技術實施的路線及關鍵技術，為今后的全面應用打下堅實的基礎。

圖1 三維掃描儀獲取卡車車頭輪廓數據圖

圖2 獲得的CAD模型圖

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

課程的主要教學任務是使學生掌握逆向工程的三維數據獲取到三維數據模型建立的過程及軟件應用等基本功能，為以后從事技術工作及開拓新的技術領域打下必要的基礎。學習本課程后應達到如下要求：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鍵技術，掌握數字化測量技術，培養(yǎng)三維模型重構的能力和技術，掌握快速原型和快速模具制造的操作過程，培養(yǎng)利用逆向工程技術獨立完成一個產品創(chuàng)新設計任務的能力，培養(yǎng)認真負責的工作態(tài)度和嚴謹細致的工作作風。此外，還必須重視自學能力及分析問題和解決問題的能力。

應用理實一體化教學方法

根據心理學研究，采用不同的教學方式來呈現(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合的原則，即理實一體化教學方式。讓學生在掌握了逆向工程技術實施的路線、關鍵技術的基礎上，重點理解與訓練測量設備的使用、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，結合生產實踐中實例進行軟件技能的培養(yǎng)，并通過項目實訓的方式，達到獨立完成快速產品設計任務的目的。如可設定安全帽的產品開發(fā)項目實訓，先利用三維掃描儀進行數據掃描采集和產品分析，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再設計和優(yōu)化，得到最終數模。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、課程安排以及實訓設備缺失等原因，只能側重于理論知識的講授，將達不到預期的教學目標。

改善考核方式

改變一次考試成績作為考評主要依據的傳統(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考試兩部分，兩者各占50%。要注重考核學生的實踐能力，突出人才培養(yǎng)的針對性和應用性。對于實訓考試，可在教師的指導下，要求每位學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容，要求學生在指定時間內完成從點云數據的處理到曲面或實體模型的建立等整個操作過程。實訓考試成績主要根據學生在計算機上所完成的曲面或實體模型的尺寸精度、光順性及結構等方面來考慮。

配套齊全的課程軟硬件

為取得良好的教學效果，任課教師需要很好地理解課程性質、內容和教學任務，應用理實一體化教學方法，相應改善考核方式。同時，還需要教研組、系（部）以及學校各部門的支持和充分重視，對課程建設要有合理的規(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)，配備必需的教學設施設備，與該課程相關的軟硬件要跟上。

精選教材和教材內容 一種合適的教材是良好教學的基礎。浙江工業(yè)職業(yè)技術學院選用由王霄主編、化學工業(yè)出版社出版的《逆向工程技術及其應用》，金華職業(yè)技術學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教程》。這兩種教材都突出逆向工程應用型人才工程素質培養(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，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域的理論知識和技能水平。但教材側重于講解逆向工程相關技術的內部原理和計算方法，與職業(yè)技術院校側重于技能型人才培養(yǎng)的目標不甚一致，也與學生的知識理論素質水平不相符合。一方面，學生理解起來非常困難，容易導致“破罐子破摔”的心理，干脆什么都不聽；另一方面，學生會認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生的學習積極性。任課教師遇到這類質量好卻不符合本校學生實際的教材時，應特別注重對教材內容的取舍。就《逆向工程原理、方法及應用》而言，可著重講解數據獲取方法、數據預處理技術和Imageware軟件的應用等章節(jié)，并結合實踐教學。而對于理論性強、艱澀枯燥的數據三角化與數據重建、細分造型技術、NURBS曲線曲面重構等章節(jié)，可不講或少安排課時，以使教學嚴格服從學校的人才培養(yǎng)目標。

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

注重師資培養(yǎng) 要實現(xiàn)良好的教學效果，師資隊伍是關鍵。《逆向工程技術》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)學習過或者在企業(yè)實踐過的不多。因此，開設這門課程，尤其要注重師資培養(yǎng)。目前市場上能提供培訓的機構很多，有專門從事逆向軟件培訓的公司，有設備廠家進行的購買測量機后設備售后使用培訓。課程設置完善且相關設備齊全的院校，可以選擇合適的機構進行師資系統(tǒng)培訓。同時，大力開展同行之間的交流，多參加學術研討會，多組織教師到周邊院校參觀學習。一方面，選送相關教師到企業(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，又有豐富實踐經驗、技能過硬的專業(yè)技術人員、管理人員擔任兼職教師，以滿足實踐教學的需要。

合理安排授課時機 《逆向工程技術》課程需要學生具備《機械制圖》、《計算機應用基礎》、《CAD技術及應用》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，在此基礎上，繼續(xù)學習如何使用測量設備采集物體表面的數據，學習使用逆向工程軟件對測量數據進行處理及重建CAD模型的方法和技巧，才能提高運用逆向工程技術解決實際問題的能力。

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

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