"逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用"課程教學(xué)改革與實踐

王旭

摘要：“逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用”課程旨在培養(yǎng)掌握先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用型人才。以項目為動力，知識點的教學(xué)貫穿于項目教學(xué)、軟件模擬、設(shè)備操作等整個過程，打破了單一的考核方式，使學(xué)生能夠在反求工程和快速原型技術(shù)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上掌握測量設(shè)備的使用、逆向產(chǎn)品設(shè)計方法、快速原型制作過程和典型快速原型制作設(shè)備的操作。

關(guān)鍵詞：逆向工程; 快速成型; 項目驅(qū)動

前言：逆向工程，也叫反求工程、反向工程等，從油泥模型發(fā)展到產(chǎn)品的設(shè)計過程，但直到20世紀(jì)90年代才引起業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視。隨著計算機計算技術(shù)，特別是數(shù)字測量技術(shù)的飛速發(fā)展，可實現(xiàn)三維測量數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的集成開發(fā)，為制造業(yè)提供了一種新的、高效的產(chǎn)品開發(fā)方案?？焖俪尚图夹g(shù)開發(fā)于20世紀(jì)80年代中期，指的是由計算機控制和管理下的組件CAD模型直接驅(qū)動的復(fù)雜三維實體精確堆放的原型或組件制造技術(shù)。RP技術(shù)徹底改變了制造方式，成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。RP技術(shù)的最大特點是制造的高度柔性，即零件的CAD模型可以直接由設(shè)備驅(qū)動完成零件的成型或零件的原型?？稍偕茉醇夹g(shù)與后處理技術(shù)相結(jié)合，已成為制造企業(yè)提高競爭力的有力工具，在縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)客戶化以及發(fā)展小批量和單件加工模式等方面發(fā)揮了重要作用。該技術(shù)除廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、模具工業(yè)、消費電子產(chǎn)品、玩具等領(lǐng)域外，還廣泛應(yīng)用于人類工程、服裝、自然歷史博物館數(shù)字化、藝術(shù)模仿與損傷修復(fù)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

一、開放課程建設(shè)的內(nèi)容分析

生當(dāng)前已經(jīng)轉(zhuǎn)變的學(xué)習(xí)觀念，以及飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，都使得課程教學(xué)已經(jīng)發(fā)生明顯的改變。開放分享已經(jīng)成為當(dāng)前進(jìn)行課程教學(xué)的主要基礎(chǔ)之一。但是開放課程并不代表全面，接收網(wǎng)絡(luò)信息這一課程還表現(xiàn)在課程來源，課程結(jié)構(gòu)等方面。作為一種基于mooc概念的新一代在線教學(xué)平臺，超級明星泛網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺已被許多學(xué)校選擇作為開放式課程建設(shè)的平臺。為了適應(yīng)時代的變化和發(fā)展，借鑒國外開設(shè)數(shù)百門開放式課程的經(jīng)驗，在我校教學(xué)改革項目的支持下，提出了在超級明星泛雅教學(xué)平臺的基礎(chǔ)上開設(shè)開放式課程的構(gòu)想。因為`反向工程和快速原型應(yīng)用‘是一門應(yīng)用新技術(shù)的課程。因此，課程內(nèi)容的設(shè)計應(yīng)使學(xué)生能夠理解RE/RP的基本原理并掌握基本技能。涉及RE/RP技術(shù)的知識和技能是根據(jù)RE/RP技術(shù)的工作流程橫向組織的，以便實現(xiàn)“最小粒徑”和“完全的邏輯關(guān)系”的有機結(jié)合。開放課程知識云構(gòu)成。

二、課程的教學(xué)內(nèi)容

逆向工程和快速成型技術(shù)應(yīng)用這一課程主要安排了40個學(xué)時以項目為課程的基礎(chǔ)，對學(xué)生進(jìn)行全過程的知識點教學(xué)。同時在這一過程當(dāng)中還要重視對學(xué)生進(jìn)行實踐技能的培養(yǎng)，不僅要求學(xué)生要有充足的理論知識，要點學(xué)習(xí)效果，同時還要掌握熟練的技能操作是學(xué)生，然后在實踐中學(xué)習(xí)知識，在知識中領(lǐng)悟?qū)嵺`的真諦。

鼠標(biāo)外殼反向設(shè)計和快速原型制作（12課時）。單視點云數(shù)據(jù)的測量和預(yù)處理，包括激光掃描基本原理、地學(xué)演播室軟件的使用、單視點編輯和處理命令和預(yù)處理過程、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)的測量和預(yù)處理;基于激光點云的直接表面重建包括表面重建過程和鼠標(biāo)表面重建。三維噴涂膠粘劑（3DP）快速成型，包括3DP原理、3DP工藝特性、鼠標(biāo)3DP快速成型。

葉片反向設(shè)計和快速原型制作（10課時）。（1）多視點云數(shù)據(jù)的測量和預(yù)處理，包括多視點云路徑規(guī)劃、多視點數(shù)據(jù)處理命令、多視點云預(yù)處理過程、數(shù)據(jù)測量和葉片預(yù)處理;基于激光點云的間接表面重建包括表面重建過程和葉片表面重建。熔融沉積制造（FDM）快速成型技術(shù)，包括FDM基礎(chǔ)原理、FDM工藝特性、葉片F(xiàn)DM快速成型技術(shù)。

反向設(shè)計和快速原型制作（8課時）。（1）基于CMM的數(shù)據(jù)測量和預(yù)處理，包括CMM的工作原理和組成、測量路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)預(yù)處理流程、數(shù)據(jù)測量和燈的預(yù)處理;基于CMM測量數(shù)據(jù)的表面重建，包括表面重建流和車燈表面重建;光固化快速原型，包括SLA的基本原理、工藝特性、車燈快速原型。

反向設(shè)計和快速原型制作（10課時）。學(xué)生根據(jù)自選件的結(jié)構(gòu)特點選擇檢測方法和快速成型方法，完成自選件的模型重建和制作。

三、教學(xué)方式以及檢測方式

因為本課程的主要對象是機械零件，特別是三維復(fù)雜幾何產(chǎn)品的測量、建模和制造。這種教學(xué)內(nèi)容需要視覺化的教學(xué)方法和手段。因此，本課程采用多媒體課件，現(xiàn)場演示，軟件模擬，設(shè)備操作等。學(xué)生們分成小組完成這個項目。數(shù)據(jù)測量和快速原型制作的操作首先由教師建立，然后由學(xué)生監(jiān)督獨立完成，教師在現(xiàn)場指導(dǎo)和回答問題。逆向工程軟件的使用是基于自學(xué)的。每個項目完成后，學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的要求提交數(shù)據(jù)處理和模型重構(gòu)工作及驗證報告。在課程實施過程中，以教師為主導(dǎo)，按照既定課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行視頻教學(xué)。同時，還提供視頻演示和現(xiàn)場講座，以提高學(xué)習(xí)者的參與意識和親密感。

本課程實踐性很強，要求學(xué)生掌握逆向工程和快速成型技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計和制造中的應(yīng)用，提高學(xué)生解決實際問題的能力。因此，對這門課的評估強調(diào)學(xué)生的動手能力。同時，考慮到學(xué)生團隊精神的培養(yǎng)，本課程的評估由三部分組成：開放式課程“逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用”的評價方法采用了形成評價與最終評價相結(jié)合的方法。形成性評價包括電子記錄、項目實踐工作、教師評價、同伴評價和群體知識測試。期末評價方法采用期末測驗。考試題目是選擇題、補考和論證題。項目完成和實驗報告占70%，教師評估占15%，學(xué)生自我評估和相互評估占15%。

結(jié)語：

通過進(jìn)行這一課程內(nèi)容的教學(xué)，使學(xué)生們能夠更加快速的掌握這種產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新方法。同時還可以使學(xué)生們對于逆向工程的快速成型技術(shù)的各個框架進(jìn)行了初步的了解，便于學(xué)生日后對于這一方面問題進(jìn)行更深刻的研究，使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新思維得到進(jìn)一步的拓展發(fā)展。

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