基于逆向工程技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的研究

摘 要：“中國(guó)制造2025”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展、人才為本等，圍繞這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)闡述了“中國(guó)制造2025”在人才培養(yǎng)方面的要求。從三維數(shù)字化建模技術(shù)出發(fā)，分析并說(shuō)明基于逆向工程技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)助力“中國(guó)制造2025”。結(jié)合高職機(jī)電類人才培養(yǎng)的要求，從課堂教學(xué)、技能大賽、培訓(xùn)服務(wù)等方面探討了基于逆向建模技術(shù)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，旨在為高職機(jī)電類學(xué)生的人才培養(yǎng)模式提供一條有效的途徑。

關(guān)鍵詞：中國(guó)制造2025；三維數(shù)字化建模技術(shù)；逆向建模；三維設(shè)計(jì)；創(chuàng)新能力

一、“中國(guó)制造2025”與人才培養(yǎng)

新世紀(jì)以來(lái)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起，全球科技創(chuàng)新呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢(shì)和特征，這場(chǎng)變革是信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，將給世界范圍內(nèi)的制造業(yè)帶來(lái)深刻影響。這一變革恰與中國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)形成歷史性交匯，這對(duì)中國(guó)是極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也是極大的機(jī)遇。

國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)在十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議政府工作報(bào)告上提出的“中國(guó)制造2025”，提出了我國(guó)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)三個(gè)十年的“三步走”戰(zhàn)略，是第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。

“中國(guó)制造2025”圍繞創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展、人才為本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以及先進(jìn)制造、高端裝備等重點(diǎn)領(lǐng)域，提出了加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提升增效的重大戰(zhàn)略任務(wù)和重大政策舉措，力爭(zhēng)我國(guó)到2025年從制造大國(guó)邁入制造強(qiáng)國(guó)行列。

新型工業(yè)呼喚與之匹配的高技能人才，工業(yè)的內(nèi)涵正在發(fā)生變化，工業(yè)所需要的人亦須隨之而變。

產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)中，需要不可或缺的兩支人才大軍：

一是富于創(chuàng)造性的創(chuàng)新型人才隊(duì)伍；

二是具有高技能的技術(shù)技能型人才。

工業(yè)革命，教育先行，“中國(guó)制造2025”對(duì)高職教育提出了更新、更高的要求。

二、基于逆向工程技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)助力“中國(guó)制造2025”

工業(yè)產(chǎn)品的三維數(shù)字化技術(shù)是將構(gòu)思或存在的實(shí)物轉(zhuǎn)化為可編輯的三維電子數(shù)據(jù)的過(guò)程；分為正向設(shè)計(jì)（正向工程）和逆向工程。

正向工程是根據(jù)產(chǎn)品的功能和用途首先進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，然后通過(guò)CAD輸出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙，經(jīng)審查無(wú)誤后，編制NC代碼并輸入CNC加工設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品加工或者通過(guò)快速成形機(jī)制作樣品。

逆向工程（也稱反向工程或反求工程），是對(duì)已有的產(chǎn)品零件或原型進(jìn)行CAD 模型重建，即對(duì)已有的零件或?qū)嵨镌?，利用三維數(shù)字化測(cè)量設(shè)備準(zhǔn)確、快速地測(cè)量出實(shí)物表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并根據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)三維幾何建模方法重建實(shí)物模型的過(guò)程。

逆向工程不是簡(jiǎn)單地再現(xiàn)產(chǎn)品原型，而是技術(shù)消化、吸收，進(jìn)一步改進(jìn)、提高產(chǎn)品原型的重要技術(shù)手段，是產(chǎn)品快速創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的重要途徑。

基于逆向工程技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)包括三維數(shù)據(jù)采集、三維檢測(cè)、逆向建模、正向創(chuàng)新建模、3D打印、數(shù)控加工等。如圖1所示，先進(jìn)制造技術(shù)助力“中國(guó)制造2025”。

三、基于逆向建模技術(shù)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的模式探索

目前，各行各業(yè)都急需熟悉逆向工程技術(shù)且具有創(chuàng)新思維的應(yīng)用型人才。高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有一定理論基礎(chǔ)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，其培養(yǎng)方向和專業(yè)類型必須服務(wù)和服從經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)，企業(yè)需要什么樣的人才，就得培養(yǎng)什么樣的人才。

高職學(xué)生不僅要掌握本專業(yè)的基本知識(shí)和基本技能，更要具備企業(yè)急需的三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力。高職機(jī)電類學(xué)生三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已迫在眉睫，在高職機(jī)電專業(yè)體系中融入三維造型技術(shù)和逆向工程技術(shù)勢(shì)在必行。

（一）以課堂教學(xué)為主線，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

高職院校的主要任務(wù)是培養(yǎng)社會(huì)企業(yè)需要的人才，作為學(xué)校，課堂教學(xué)依然為學(xué)生能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授的主戰(zhàn)場(chǎng)，根據(jù)企業(yè)對(duì)專業(yè)技能型人才的要求，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)在滿足教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性的前提下，力求結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生能夠?qū)W以致用；在教學(xué)方法上要注重學(xué)生能力培養(yǎng)，充分應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)理念，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。逆向建模課程是學(xué)生在學(xué)習(xí)了《機(jī)械制圖》、《AutoCAD計(jì)算機(jī)繪圖》、《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》、《Creo繪圖》等課程的基礎(chǔ)上繼續(xù)學(xué)習(xí)的一門(mén)課程，該課程不僅為后繼畢業(yè)設(shè)計(jì)制作起支撐作用，也可進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生具有較強(qiáng)的綜合應(yīng)用能力。如圖2所示為課程前后關(guān)聯(lián)課程。

教學(xué)目標(biāo)包括能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和職業(yè)素質(zhì)目標(biāo)。

課程能力目標(biāo)是：能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求，進(jìn)行同類產(chǎn)品市場(chǎng)調(diào)研與分析，能從產(chǎn)品功能出發(fā)，進(jìn)行功能分解和方案設(shè)計(jì)。具備一定的三維掃描儀操作和數(shù)據(jù)采集能力，掌握常見(jiàn)的逆向工程設(shè)備的數(shù)據(jù)采集原理以及造型軟件。能夠掌握一定點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和逆向造型還原的能力，能運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等手段，進(jìn)行產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。能夠在充分理解產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

課程知識(shí)目標(biāo)是：能夠利用三維掃描設(shè)備進(jìn)行實(shí)物的三維掃描，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。能夠?qū)Λ@得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云處理、多邊形階段處理、參數(shù)化曲面處理等過(guò)程操作。能夠利用相關(guān)逆向建模軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維逆向建模與設(shè)計(jì)

課程職業(yè)素質(zhì)目標(biāo)是：通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解、合理功能確定、工藝的合理選擇、整體逆向設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，以培養(yǎng)學(xué)生成本意識(shí)。通過(guò)各組學(xué)生設(shè)計(jì)效果的比較，獎(jiǎng)優(yōu)罰劣，培養(yǎng)學(xué)生積極進(jìn)取、爭(zhēng)優(yōu)創(chuàng)先的意識(shí)，建立做工作首先具有質(zhì)量意識(shí)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作和案例分析，激發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過(guò)項(xiàng)目訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)執(zhí)行能力、表現(xiàn)能力和綜合素養(yǎng)。

根據(jù)逆向創(chuàng)新工作流程，課程主要內(nèi)容包括：三維掃描、數(shù)據(jù)處理、三維逆向建模與設(shè)計(jì)。

（二）以參加各項(xiàng)技能大賽為輔線，提高學(xué)生實(shí)踐能力。

近年來(lái)，在全國(guó)高職院校中掀起了一股技能大賽熱，其中，全國(guó)職業(yè)技能大賽組委會(huì)舉辦的全國(guó)職業(yè)院校技能大賽高職組“三維建模數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”賽項(xiàng)就是針對(duì)高職機(jī)電類學(xué)生設(shè)置的。

通過(guò)大賽推動(dòng)高職層次人才投身到“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”高科技智造新形勢(shì)中，動(dòng)手創(chuàng)新實(shí)踐，或團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，或獨(dú)立智造創(chuàng)業(yè)，施展自己的抱負(fù)，實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值。

大賽推動(dòng)專業(yè)間知識(shí)、技能交叉，引導(dǎo)高職院校，按職業(yè)崗位需求，培養(yǎng)具有創(chuàng)造思維、創(chuàng)新技能和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意愿的復(fù)合型人才，讓學(xué)生通過(guò)競(jìng)賽，體驗(yàn)數(shù)字化、智能化的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的完整崗位工作過(guò)程，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能的學(xué)習(xí)興趣和熱情。通過(guò)聯(lián)合組隊(duì)完成三維逆向掃描、逆向建模設(shè)計(jì)、正向建模創(chuàng)新設(shè)計(jì)、精密制造合檢測(cè)等方面的能力，充分體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)技術(shù)技能人才能力的新需求，展現(xiàn)參賽對(duì)的先進(jìn)金屬應(yīng)用水平、創(chuàng)新意識(shí)與設(shè)計(jì)表現(xiàn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝性分析與實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的分析與處理、安全及文明生產(chǎn)等方面的能力和職業(yè)素養(yǎng)。引領(lǐng)全國(guó)職業(yè)院校專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革創(chuàng)新，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)內(nèi)容更新與融合，開(kāi)拓學(xué)生視野和知識(shí)面，鼓勵(lì)專業(yè)間教學(xué)協(xié)作，選擇現(xiàn)代先進(jìn)企業(yè)成熟應(yīng)用的新技術(shù)、新工藝、新方法，引進(jìn)職業(yè)教育課堂，培養(yǎng)創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，提升人才培養(yǎng)規(guī)格和質(zhì)量，吸引學(xué)生投身到“中國(guó)制造2025”中去。

“以賽促教，以賽促學(xué)”，通過(guò)組織學(xué)生參加各類省級(jí)、國(guó)家級(jí)的相關(guān)比賽，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手和綜合應(yīng)用的能力。將理論與實(shí)踐相結(jié)合，可有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。

（三）加強(qiáng)培訓(xùn)，提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)技能。

1.學(xué)生培訓(xùn)

先進(jìn)制造技術(shù)基地的建設(shè)目標(biāo)，在于培養(yǎng)學(xué)生更深層次的了解現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)，包含三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)、三維數(shù)字化建模技術(shù)、快速成型技術(shù)、三維檢測(cè)技術(shù)等整個(gè)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工流程。為培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新型人才打造良好的教學(xué)基礎(chǔ)，加強(qiáng)更多的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)鍛煉機(jī)會(huì)，為企業(yè)定向培養(yǎng)大量通曉行業(yè)流程的技術(shù)人才，從而提高在校學(xué)生的就業(yè)質(zhì)量。專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)與技術(shù)應(yīng)用有效的結(jié)合為企業(yè)和社會(huì)的發(fā)展提供動(dòng)力。

2.師資培訓(xùn)

通過(guò)專業(yè)的師資培訓(xùn)過(guò)程，搭建專業(yè)教師與行業(yè)企業(yè)專家交流溝通的平臺(tái)，促進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用；力求使學(xué)員及時(shí)學(xué)習(xí)、了解、掌握當(dāng)今數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用知識(shí)、技能、方法和案例，增進(jìn)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)引入教學(xué)改革的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)職業(yè)院校專業(yè)創(chuàng)新、實(shí)訓(xùn)基地創(chuàng)新建設(shè)，不斷提高教師的知識(shí)水平和教學(xué)能力，有效服務(wù)于提高職業(yè)院校服務(wù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的能力。

3.社會(huì)培訓(xùn)

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的推廣與認(rèn)知，希望了解與參加技術(shù)培訓(xùn)的人員逐漸增加，很多企業(yè)的管理者也逐漸意識(shí)到先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)企業(yè)發(fā)展提升的重要。實(shí)訓(xùn)基地已經(jīng)為他們準(zhǔn)備優(yōu)質(zhì)的培訓(xùn)環(huán)境，貼近用戶需要的培訓(xùn)內(nèi)容，滿足人們對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的渴求。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)、數(shù)控和激光測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展，逆向工程已成為航空、航天、汽車(chē)、船舶和模具等工業(yè)領(lǐng)域最重要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，是工程技術(shù)人員通過(guò)實(shí)物樣件、圖樣等快速獲取工程設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)模型的重要技術(shù)手段。

實(shí)踐證明，通過(guò)逆向工程技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，可以有效提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王致剛，吳瑞凱.高職學(xué)生第二課堂創(chuàng)新學(xué)習(xí)探討[J].當(dāng)代職業(yè)教育，2015，（09）：30-31.

作者簡(jiǎn)介：郭艷艷，武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，研究方向：機(jī)械電子工程。

基金項(xiàng)目：湖北省2015年度“十二五”教育科學(xué)規(guī)劃研究立項(xiàng)課題（課題編號(hào)：2015B257）