周 鋒 韓立洋

(蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院精密工程系 江蘇蘇州 215123)

基于校企合作的逆向工程技術(shù)應(yīng)用教學(xué)探索

周 鋒 韓立洋

(蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院精密工程系 江蘇蘇州 215123)

逆向工程技術(shù)是重要的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)手段。為使高職院校學(xué)生牢固掌握逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程中曲線曲面逆向設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)以及使用逆向工程軟件imageware12.1進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法，使該課程的教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容等與企業(yè)中對(duì)應(yīng)的逆向產(chǎn)品工程師崗位的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技術(shù)能力保持一致，需要運(yùn)用企業(yè)逆向產(chǎn)品工程師崗位所需的專業(yè)技術(shù)知識(shí)進(jìn)行課程教學(xué)實(shí)踐探索。

逆向工程技術(shù)應(yīng)用;校企合作;教學(xué)探索

1 企業(yè)逆向產(chǎn)品工程師專業(yè)技術(shù)知識(shí)需求

1.1 逆向工程技術(shù)簡(jiǎn)介

目前，我國(guó)正處于工業(yè)化的中期階段，其中，CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用作為制造業(yè)保證競(jìng)爭(zhēng)力的有力工具，在縮短產(chǎn)品生成、上市周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，促進(jìn)小批量和單件加工模式的發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。逆向工程作為數(shù)字化與快速響應(yīng)制造大趨勢(shì)下的一項(xiàng)重要的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)，目前在包括飛機(jī)研制、汽車(chē)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具制造和修復(fù)、醫(yī)療器械、個(gè)性化產(chǎn)品定制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，是一個(gè)由需求分析、概念設(shè)計(jì)到CAD模型創(chuàng)建的工程，稱為正向設(shè)計(jì)。然而在很多情況下，產(chǎn)品的原始設(shè)計(jì)圖紙和數(shù)字化模型并不可得，這就需要對(duì)產(chǎn)品樣件或?qū)嵨镞M(jìn)行測(cè)量，獲得具有三維坐標(biāo)信息的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)重新建立其CAD模型，最后對(duì)模型作進(jìn)一步力學(xué)分析、改型設(shè)計(jì)和數(shù)控加工。這種根據(jù)實(shí)物或樣件重新建立計(jì)算機(jī)模型的方法，與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)的過(guò)程正好相反，它與數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合，大大加快了產(chǎn)品的研制過(guò)程。從實(shí)物樣件獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝等相關(guān)信息的技術(shù)，已成為CAD/CAM中相對(duì)獨(dú)立的范疇，統(tǒng)稱為逆向工程或反求工程(Reverse Engineering)［1］。

1.2 企業(yè)對(duì)逆向工程技術(shù)人員的要求

高職教育培養(yǎng)的技能型人才是直接為企業(yè)一線服務(wù)的，為企業(yè)的發(fā)展提供人力資源，企業(yè)生產(chǎn)一線又是職業(yè)教育的最佳實(shí)習(xí)課堂，企業(yè)的發(fā)展又可以進(jìn)一步促進(jìn)高職職業(yè)教育的發(fā)展。蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院通過(guò)與蘇州工業(yè)園區(qū)專業(yè)從事逆向工程服務(wù)的高瑞工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)有限公司建立校企合作關(guān)系，并建立了專業(yè)教師與該企業(yè)技術(shù)人員的合作研發(fā)團(tuán)隊(duì)，共同開(kāi)發(fā)建設(shè)逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程，既能有效提高專業(yè)教師“雙師型”素質(zhì)和研發(fā)能力，提高教師及學(xué)院的知名度，又可以有力支援企業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè);同時(shí)通過(guò)組建校內(nèi)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地，探索和實(shí)踐工學(xué)結(jié)合的“學(xué)校工廠化、工廠教室化”的全新的專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)模式，使學(xué)生、教師、企業(yè)和學(xué)校各得其所，實(shí)現(xiàn)多方共贏。通過(guò)企業(yè)調(diào)查，企業(yè)逆向工程師崗位專業(yè)技術(shù)知識(shí)需求為以下幾個(gè)方面:

①熟練使用2D軟件Autocad2006及Excel軟件，完成零件的2D工程圖紙。

②熟練操作激光三維掃描儀，完成測(cè)量樣件或?qū)嵨?，得到所需的坐?biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。測(cè)量過(guò)程要求會(huì)設(shè)定合理的測(cè)量距離、標(biāo)記點(diǎn)。

③利用imageware軟件對(duì)測(cè)量所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，要求對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)去除雜點(diǎn)，點(diǎn)云合并完成點(diǎn)云的拼接，點(diǎn)云的采樣，點(diǎn)云的坐標(biāo)擺正。

④利用imageware軟件重建CAD模型，要求合理創(chuàng)建曲線，應(yīng)用軟件指令完成曲面的創(chuàng)建，同時(shí)對(duì)各個(gè)曲面或平面完成修剪、倒圓角、光滑過(guò)渡等修飾美觀創(chuàng)建。

⑤利用imageware軟件完成CAD模型與測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差分析，要求誤差在客戶的允許范圍內(nèi)。

2 逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程教學(xué)實(shí)踐探索

2.1 逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程教學(xué)目標(biāo)

逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程教學(xué)分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩大部分，其中理論授課部分要求跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿，教授逆向工程的一般基礎(chǔ)知識(shí)，主要有:各種測(cè)量設(shè)備介紹，移動(dòng)式光學(xué)測(cè)量?jī)x的工作原理，測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理，測(cè)量數(shù)據(jù)曲線曲面造型，逆向工程軟件Imageware12.1的應(yīng)用，以及逆向工程軟件Geomagic Studio的點(diǎn)云處理功能等內(nèi)容。而實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)著重于學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生采用先進(jìn)的美能達(dá)光學(xué)測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)物數(shù)據(jù)采集的操作，能獨(dú)立使用主流的逆向工程軟件 Imageware12.1及Geomagic Studio對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，掌握重建產(chǎn)品的CAD模型的方法和技巧［2］，提高學(xué)生運(yùn)用逆向工程技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。應(yīng)該說(shuō)，逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐對(duì)于工科學(xué)生走向工作崗位是很有幫助的。

2.2 逆向工程技術(shù)應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程共設(shè)置128個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)占48學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)為80學(xué)時(shí)。

1)理論教學(xué)內(nèi)容。理論教學(xué)主要采用多媒體教室理論授課方式組織教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容可分為逆向工程技術(shù)概論、三坐標(biāo)和激光三維掃描儀測(cè)量方法、測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型重建、imageware12.1軟件功能介紹等幾個(gè)部分，具體又可以詳細(xì)分為6個(gè)知識(shí)單元:

①逆向工程系統(tǒng):8學(xué)時(shí)，重點(diǎn)介紹逆向工程的概念。工作流程、應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展過(guò)程和發(fā)展趨勢(shì);

②逆向測(cè)量工程系統(tǒng):4學(xué)時(shí)，重點(diǎn)介紹逆向工程測(cè)量系統(tǒng)中的接觸式測(cè)量、非接觸式測(cè)量的方法，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光三維掃描儀的使用，測(cè)量方法的比較和誤差分析;

③數(shù)據(jù)預(yù)處理:12學(xué)時(shí)，重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，數(shù)據(jù)對(duì)齊，數(shù)據(jù)平滑精簡(jiǎn)，誤差點(diǎn)的識(shí)別去除及其數(shù)據(jù)分塊;

④三維模型重構(gòu):8學(xué)時(shí)，重點(diǎn)介紹逆向工程中三維模型重構(gòu)的過(guò)程和方法，曲線擬合造型的方法和技巧，曲面直接擬合造型的方法和技巧，三維模型的質(zhì)量評(píng)價(jià)，曲線和曲面的光順評(píng)價(jià)和處理;

⑤逆向工程常用軟件:8學(xué)時(shí)，重點(diǎn)介紹逆向工程中所使用的曲面和實(shí)體造型軟件，imageware軟件的原理和功能應(yīng)用介紹，ug軟件在逆向工程中的應(yīng)用［3］;

⑥快速成型和快速模具技術(shù):8學(xué)時(shí)，重點(diǎn)介紹快速成型和快速模具技術(shù)的概念、發(fā)展及其技術(shù)和工藝方法。

2)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)要求學(xué)生獨(dú)立完成6～10個(gè)逆向產(chǎn)品設(shè)計(jì)工業(yè)案例，學(xué)生基于來(lái)自企業(yè)一線的工業(yè)案例項(xiàng)目從做項(xiàng)目中學(xué)習(xí)。每個(gè)案例的實(shí)施過(guò)程如下:

①學(xué)生分成不同案例組(6人/組);

②自定工業(yè)案例產(chǎn)品;

③使用美能達(dá)三維掃描儀進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù);

④點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入imageware軟件進(jìn)行預(yù)處理;

⑤利用imageware軟件進(jìn)行被測(cè)零件的CAD模型構(gòu)建;

⑥CAD模型與測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差分析。

其中難點(diǎn)是③～⑥過(guò)程，過(guò)程示意如圖1所示。實(shí)踐教學(xué)完成后要求學(xué)生提交案例構(gòu)建步驟說(shuō)明書(shū)和報(bào)告。

圖1 過(guò)程示意圖

2.3 教學(xué)過(guò)程與考核方法

由于該課程研究的主要對(duì)象是機(jī)械產(chǎn)品，尤其是具有三維復(fù)雜幾何構(gòu)型產(chǎn)品的測(cè)量、建模，這樣的教學(xué)內(nèi)容需要形象直觀的教學(xué)手段，否則學(xué)生很難建立起對(duì)逆向工程技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。為此，可采用多媒體課件教學(xué)，以便讓學(xué)生形象直觀地認(rèn)識(shí)基本理論和軟件應(yīng)用方法及技巧;同時(shí)盡可能小班教學(xué)，小班中可分組成立冠名設(shè)計(jì)工作室，建立個(gè)性化工作室，學(xué)生可以根據(jù)自身的特點(diǎn)、興趣愛(ài)好來(lái)自主選擇產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向。這樣，可以在有限的空間內(nèi)提供更豐富的教學(xué)資源，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)專業(yè)技能的積極性效果明顯［4］。為了滿足學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行測(cè)量實(shí)踐的需要，多媒體教師授課，每位學(xué)生一臺(tái)工作站電腦，老師介紹相關(guān)理論知識(shí)后，隨即學(xué)生在老師的帶領(lǐng)下，操作逆向工程軟件，逐步完成相關(guān)軟件功能的操作，理論結(jié)合實(shí)踐，這樣使學(xué)生能更好地理解所學(xué)內(nèi)容。

該課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生熟練運(yùn)用逆向工程技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，提高學(xué)生運(yùn)用逆向工程技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，因此課程考核可由三部分組成:

①理論部分閉卷考試，占總成績(jī)的30%;

②被測(cè)物體的坐標(biāo)測(cè)量實(shí)踐，占總成績(jī)的20%;

③數(shù)據(jù)處理和 CAD模型重建，占總成績(jī)的50%。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著逆向工程技術(shù)在制造業(yè)中的地位不斷提升，了解逆向工程技術(shù)的基本理論，熟練運(yùn)用逆向工程軟件imageware進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是工科學(xué)生的一個(gè)重要技能。如何運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)量手段，將幾何建模與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)實(shí)物模型產(chǎn)生符合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)要求的數(shù)字化描述，更好地解決某些產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造問(wèn)題，是逆向工程技術(shù)應(yīng)用課程需要關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)逆向工程技術(shù)概論的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解目前的逆向工程解決方案的總體策略、系統(tǒng)基本組成和所能完成的主要任務(wù);學(xué)生通過(guò)分組成立冠名設(shè)計(jì)工作室的方式進(jìn)行企業(yè)工業(yè)案例的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理與CAD模型重建內(nèi)容的實(shí)施，讓學(xué)生在“做”中“學(xué)”，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和積極性，提高學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力及適應(yīng)多變快變企業(yè)環(huán)境的能力，為將來(lái)勝任企業(yè)逆向產(chǎn)品工程師崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］黃誠(chéng)駒，李鄂琴.逆向工程項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004:10-20.

［2］單巖，謝斌飛.Imageware逆向造型技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006:20-30.

［3］成思源.逆向工程技術(shù)綜合實(shí)踐［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010:1-10.

［4］尹桂波.“工作”思想對(duì)高職工學(xué)結(jié)合一體化課程開(kāi)發(fā)的導(dǎo)向作用［J］.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(2):36-38.

Exploration on Reverse Engineering Technology Teaching Based on the Cooperation between School and Enterprises

ZHOU Feng HAN Li-yang
(Department of Precision，Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology，Suzhou 215123，China)

Reverse engineering technology is an important means of product innovation design.To enable higher vocational college students to grasp the application of curves and surfaces in reverse design and the use of software imageware12.1 for product design in Reverse Engineering Technology，make the objective and contents of teaching correspond with the enterprises＇request，it is necessary to explore on practical teaching of the qualification and skills needed to the position of reverse engineer.

application of reverse engineering technology;cooperation between school and enterprise;exploration

TP 391.72-4

B

1672-2434(2012)01-0050-03

2011-09-28

周 鋒(1979-)，男，工程師、講師，從事研究方向:產(chǎn)品正向和逆向造型設(shè)計(jì)、CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用、數(shù)控五軸加工