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(guò)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(yùn)用理實(shí)一體化教學(xué)方法，改善考核方式。對(duì)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(shí)機(jī)，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(shí)一體化教學(xué)；教學(xué)設(shè)施；授課時(shí)機(jī)；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(cè)量手段，對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)采用三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的CAD模型的過(guò)程，是一個(gè)從樣品生成產(chǎn)品數(shù)字化信息模型并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及加工制造的全過(guò)程。逆向工程技術(shù)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jìn)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)。利用逆向工程技術(shù)，可以直接在先進(jìn)的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析、設(shè)計(jì)模型重構(gòu)、再設(shè)計(jì)優(yōu)化與制造，吸收并改進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)，極大地縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，更重要的是可以快速趕上世界先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)水平，有效占據(jù)市場(chǎng)，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(jī)械工業(yè)、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等幾個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域外，也開(kāi)始應(yīng)用于多媒體虛擬實(shí)境、仿制與破損的修復(fù)等領(lǐng)域，特別是在模具設(shè)計(jì)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(duì)逆向工程技術(shù)人員的需求量越來(lái)越大。為了順應(yīng)市場(chǎng)的需求與發(fā)展，完善機(jī)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(huì)需求設(shè)置課程的經(jīng)驗(yàn)，我校開(kāi)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(lái)越多的院校開(kāi)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(shí)，掌握產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的過(guò)程和方法，是教育工作者面臨的一項(xiàng)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(méi)有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒(méi)有CAD模型的情況下，按照現(xiàn)有零件的實(shí)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(guò)程。例如，某種型號(hào)的卡車車頭輪廓沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙，可通過(guò)三維掃描儀獲取數(shù)據(jù)（如圖1所示），進(jìn)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(jìn)行二次設(shè)計(jì)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(cè)量系統(tǒng)與方法、點(diǎn)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(shí)施的路線及關(guān)鍵技術(shù)，為今后的全面應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)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(jì)與制造專業(yè)一門重要的專業(yè)主干課程，是促進(jìn)科研成果的開(kāi)發(fā)和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，增強(qiáng)企業(yè)創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，在模具設(shè)計(jì)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(guò)程及軟件應(yīng)用等基本功能，為以后從事技術(shù)工作及開(kāi)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(dá)到如下要求：了解逆向工程的整個(gè)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(cè)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(guò)程，培養(yǎng)利用逆向工程技術(shù)獨(dú)立完成一個(gè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(xì)致的工作作風(fēng)。此外，還必須重視自學(xué)能力及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

應(yīng)用理實(shí)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(lái)呈現(xiàn)，記憶效果的差異是很大的，對(duì)不同的感官進(jìn)行刺激，所達(dá)到的記憶效果不同：聽(tīng)覺(jué)——20%；視覺(jué)——30%；視聽(tīng)——50%；自己動(dòng)手——90%。本課程采用理論與實(shí)踐操作相結(jié)合的原則，即理實(shí)一體化教學(xué)方式。讓學(xué)生在掌握了逆向工程技術(shù)實(shí)施的路線、關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)理解與訓(xùn)練測(cè)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(jī)的原理和操作。在理論授課的同時(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中實(shí)例進(jìn)行軟件技能的培養(yǎng)，并通過(guò)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)的方式，達(dá)到獨(dú)立完成快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)的目的。如可設(shè)定安全帽的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，先利用三維掃描儀進(jìn)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(jìn)行點(diǎn)云處理、曲面搭建和誤差分析等，接著輸入U(xiǎn)G軟件進(jìn)行實(shí)體操作，進(jìn)行CAD再設(shè)計(jì)和優(yōu)化，得到最終數(shù)模。最后，利用快速成型機(jī)進(jìn)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(shí)訓(xùn)設(shè)備缺失等原因，只能側(cè)重于理論知識(shí)的講授，將達(dá)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(jī)作為考評(píng)主要依據(jù)的傳統(tǒng)做法，強(qiáng)化過(guò)程考核?？己丝偝煽?jī)包括平時(shí)成績(jī)和期終考試成績(jī)兩部分，平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的30%，期終考試成績(jī)占70%。而期終考試成績(jī)又包括理論考試和實(shí)訓(xùn)考試兩部分，兩者各占50%。要注重考核學(xué)生的實(shí)踐能力，突出人才培養(yǎng)的針對(duì)性和應(yīng)用性。對(duì)于實(shí)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(gè)各具特色的實(shí)例中隨機(jī)選取一個(gè)作為考試內(nèi)容，要求學(xué)生在指定時(shí)間內(nèi)完成從點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理到曲面或?qū)嶓w模型的建立等整個(gè)操作過(guò)程。實(shí)訓(xùn)考試成績(jī)主要根據(jù)學(xué)生在計(jì)算機(jī)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(lái)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(shí)一體化教學(xué)方法，相應(yīng)改善考核方式。同時(shí)，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(duì)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(shí)機(jī)，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(chéng)駒主編、電子工業(yè)出版社出版的 《逆向工程項(xiàng)目式實(shí)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(shí)用性強(qiáng)，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(jī)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(qiáng)，體現(xiàn)了編者較高的逆向工程領(lǐng)域的理論知識(shí)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(jì)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(shí)理論素質(zhì)水平不相符合。一方面，學(xué)生理解起來(lái)非常困難，容易導(dǎo)致“破罐子破摔”的心理，干脆什么都不聽(tīng)；另一方面，學(xué)生會(huì)認(rèn)為如此深?yuàn)W艱澀的理論，在以后的工作中很難用到。這兩方面都會(huì)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(shí)際的教材時(shí)，應(yīng)特別注重對(duì)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(shí)踐教學(xué)。而對(duì)于理論性強(qiáng)、艱澀枯燥的數(shù)據(jù)三角化與數(shù)據(jù)重建、細(xì)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(shí)，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(cè)量設(shè)備如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、三維激光掃描儀來(lái)獲取典型零件的測(cè)量數(shù)據(jù)；利用專門的逆向軟件Imageware和Geomagic進(jìn)行曲面重構(gòu)；使用快速原型機(jī)來(lái)快速開(kāi)發(fā)產(chǎn)品等都是需要實(shí)際操作切實(shí)掌握的技能。這就需要配備相關(guān)教學(xué)設(shè)備，包括測(cè)量設(shè)備（三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或三維掃描儀）、逆向軟件（Imageware和Geomagic軟件）以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)、快速原型機(jī)等，用于教學(xué)演示和學(xué)生實(shí)際操作。

注重師資培養(yǎng) 要實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果，師資隊(duì)伍是關(guān)鍵?！赌嫦蚬こ碳夹g(shù)》較強(qiáng)的實(shí)踐性要求任課教師具有較高的專業(yè)能力和較熟練的實(shí)踐技能。而逆向工程技術(shù)雖然近十幾年來(lái)得到了迅速發(fā)展，但目前教職工中系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)或者在企業(yè)實(shí)踐過(guò)的不多。因此，開(kāi)設(shè)這門課程，尤其要注重師資培養(yǎng)。目前市場(chǎng)上能提供培訓(xùn)的機(jī)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(jìn)行的購(gòu)買測(cè)量機(jī)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(jī)構(gòu)進(jìn)行師資系統(tǒng)培訓(xùn)。同時(shí)，大力開(kāi)展同行之間的交流，多參加學(xué)術(shù)研討會(huì)，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(qǐng)既有理論知識(shí)，又有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、技能過(guò)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(shí)踐教學(xué)的需要。

合理安排授課時(shí)機(jī) 《逆向工程技術(shù)》課程需要學(xué)生具備《機(jī)械制圖》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》、《CAD技術(shù)及應(yīng)用》等課程的知識(shí)，具有曲線、曲面的基本理論知識(shí)，基本上能夠使用CATIA、UG、PRO/E等軟件進(jìn)行三維造型，在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)學(xué)習(xí)如何使用測(cè)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(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及重建CAD模型的方法和技巧，才能提高運(yùn)用逆向工程技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

[1]劉偉軍，孫玉文.逆向工程原理、方法及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]王霄.逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]羅勛瓊.中職學(xué)校課程設(shè)置探討[J].科學(xué)咨詢，2009，（4）:40.

[4]張春，張杭明.關(guān)于中職課程設(shè)置原則的探討[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2002：（1）:50-52.

[5]楊孟濤.基于反求工程和快速原型技術(shù)的快速模具制造技術(shù)的理論與實(shí)踐[D].重慶：重慶大學(xué)，2004.

[6]沈志剛.模具理實(shí)一體化教學(xué)法的實(shí)踐與探討[J].教師（綜合版），2009，（3）:48-49.

[7]張海英，郭光立，劉萬(wàn)強(qiáng).《逆向工程技術(shù)》課程設(shè)置的教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，（22）:177-178.

G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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?yàn)閿?shù)控加工與模具制造及逆向工程。