《逆向工程技術(shù)》教學(xué)方法初探

張輝 徐江敏

摘 要:逆向工程技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要內(nèi)容,已廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、家電和模具等領(lǐng)域。為了適應(yīng)人才的需求,我校開設(shè)了《逆向工程技術(shù)》課程。作者在講授《逆向工程技術(shù)》課程的基礎(chǔ)上,結(jié)合所屬學(xué)院課程建設(shè)的自身特點(diǎn),談?wù)勛约涸谡n程教學(xué)改革中的若干體會,對課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法做了諸多探討。

關(guān)鍵詞:逆向工程技術(shù)教學(xué)研究教學(xué)改革教學(xué)方法

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0184-02

1 引言

逆向工程作為數(shù)字化與快速響應(yīng)制造大趨勢下的一項(xiàng)重要的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù),自上世紀(jì)八九十年代引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注,得到了快速發(fā)展。隨著我國裝備制造業(yè)的發(fā)展,制造業(yè)對人才需求的不斷提高,新的制造和設(shè)計(jì)理念導(dǎo)致出現(xiàn)了許多新的先進(jìn)制造技術(shù)。作為先進(jìn)制造技術(shù)中的重要內(nèi)容,逆向工程技術(shù)已廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、家電和模具等領(lǐng)域。

廣義的逆向工程包括影像反求、軟件反求和實(shí)物反求等諸多方法,是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。機(jī)械行業(yè)通常指的是從實(shí)物樣件獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及制造工藝等相關(guān)信息的技術(shù),已成為CAD/CAM中相對獨(dú)立的范疇,統(tǒng)稱為逆向工程或反求工程(Reverse Engineering)。為了適應(yīng)這方面人才的需求,我校在原來先進(jìn)制造技術(shù)課程的基礎(chǔ)上,開設(shè)了《逆向工程技術(shù)》課程,專門講述逆向工程方面的理論和實(shí)踐。

2 《逆向工程技術(shù)》課程特點(diǎn)

我校《逆向工程技術(shù)》課程涉及到的是狹義的實(shí)物反求,它研究實(shí)物CAD模型的重建和最終產(chǎn)品的制造。根據(jù)逆向工程實(shí)施的原理和在實(shí)際應(yīng)用中的情況,《逆向工程技術(shù)》課程具有其獨(dú)特的教學(xué)特點(diǎn)。

逆向工程技術(shù)是將實(shí)物模型或產(chǎn)品樣件進(jìn)行測量,數(shù)據(jù)化成設(shè)計(jì)、概念模型,并在此基礎(chǔ)上對產(chǎn)品進(jìn)行分析、修改、優(yōu)化和加工等技術(shù)總稱。從理論角度分析,逆向工程技術(shù)的最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是能夠按照產(chǎn)品的測量數(shù)據(jù)重建出與現(xiàn)有的CAD/CAM系統(tǒng)完全兼容的產(chǎn)品模型。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程稱為正向設(shè)計(jì),遵循著序列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难邪l(fā)流程,通常是從概念設(shè)計(jì)到圖樣,再制造出產(chǎn)品。而產(chǎn)品的逆向工程是根據(jù)零件(或原型)生成圖樣,再制造產(chǎn)品。因此其設(shè)計(jì)思路與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)不同。但是目前的逆向工程技術(shù)還未能達(dá)到完全獨(dú)立進(jìn)行CADCAM設(shè)計(jì)制造的水平,與傳統(tǒng)的CAD/CAM還具有千絲萬縷的聯(lián)系,所以可以認(rèn)為逆向工程與現(xiàn)有的CADCAM系統(tǒng)是一種相輔相成的關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用時,還是多被當(dāng)做一種輔助手段來采用。因此需要將這點(diǎn)與學(xué)生交代清楚。

逆向工程作為一種產(chǎn)品建模的手段,同樣可以認(rèn)為是一種幾何造型過程,只是設(shè)計(jì)造型中涉及的曲線曲面必須是以實(shí)物樣件的測量數(shù)據(jù)為依據(jù)的。因此,逆向工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、幾何造型技術(shù)等內(nèi)容具有非常緊密的聯(lián)系。《逆向工程技術(shù)》課程需要學(xué)生基本具有復(fù)雜曲面造型的知識,理解建立參數(shù)曲線曲面的基本概念,掌握B樣條曲線曲面和NURBS曲線曲面造型的基本方法。因此通常需要學(xué)生先修了涵蓋這些理論知識課程。

逆向工程作為產(chǎn)品建模的手段,其建模依據(jù)是實(shí)物樣件的測量數(shù)據(jù),因此《逆向工程技術(shù)》教學(xué)的一個重要特點(diǎn)便是較多使用測量用的儀器設(shè)備和工程軟件,是一個對學(xué)生動手實(shí)踐能力較強(qiáng)的課程。通常逆向工程技術(shù)需要學(xué)生掌握使用的設(shè)備有三坐標(biāo)測量儀、照相式測量儀、Imageware軟件和Geomagic軟件等。除此之外通常還會介紹快速成型設(shè)備等。其每一種設(shè)備或者軟件都需要較多實(shí)踐使用才能熟練掌握。

由此可見,《逆向工程技術(shù)》是一個理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程,既需要有較高的曲線曲面理論基礎(chǔ),又需要對常用的逆向工程設(shè)備和軟件熟練操作。

3 《逆向工程技術(shù)》教學(xué)存在問題

筆者經(jīng)過幾年的《逆向工程技術(shù)》教學(xué),發(fā)現(xiàn)在本校該課程的教學(xué)實(shí)踐過程中,存在以下問題或情況:

學(xué)生在經(jīng)過之前先修各種機(jī)械課程教學(xué)之后,都基本訓(xùn)練養(yǎng)成了正向設(shè)計(jì)的思維模式。所以在一開始剛接觸逆向工程時,較難接受反向思維的設(shè)計(jì)方式。雖然在經(jīng)過了前幾節(jié)課程的教學(xué)之后,初步接受了逆向工程的反向思維方式,但是在實(shí)踐動手時,碰到一個具體的問題,還是會傾向于正向思維的方案,受雇于正向思維的陷阱。因此,如何轉(zhuǎn)變學(xué)生的思維模式,培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維方法是本課程需要重點(diǎn)考慮的問題。

我校本專業(yè)的學(xué)生來自各個地方,來我校之前其專業(yè)各不相同,基礎(chǔ)也不相同。有的學(xué)生對曲線曲面的理論已經(jīng)具有了一定的基礎(chǔ),而有的學(xué)生來自非非機(jī)械類專業(yè)或者機(jī)電控制專業(yè),其對曲線曲面的的基礎(chǔ)知識僅來自于CAD基礎(chǔ)知識。或者甚至有些非機(jī)械類學(xué)生之前都沒有曲線曲面的背景知識。因此,在課程教學(xué)時,需要針對學(xué)生的不同起點(diǎn),貫徹統(tǒng)一要求與因材施教相結(jié)合的教學(xué)原則。

由于課程教學(xué)時數(shù)的限制,而逆向工程教學(xué)內(nèi)容充實(shí)。在介紹完逆向工程基本理論和曲線曲面基礎(chǔ)理論知識之后,只能簡單介紹下逆向工程的主要內(nèi)容,包括各種測量設(shè)備機(jī)器原理和使用方法、測量數(shù)據(jù)預(yù)處理、曲線曲面處理、CAD模型重建及快速原型技術(shù)。除此之外,留給學(xué)生操作各種測量設(shè)備和軟件的時間并不多。如何在有限的教學(xué)時數(shù)內(nèi),讓學(xué)生掌握各種實(shí)際的測量設(shè)備和工程軟件的使用是一個難點(diǎn)。

4 《逆向工程技術(shù)》教學(xué)辦法

針對目前《逆向工程技術(shù)》教學(xué)中存在的幾個問題,結(jié)合本校的行業(yè)背景特點(diǎn)和本專業(yè)學(xué)生的實(shí)際教學(xué)情況,為了貫徹本課程教學(xué)目標(biāo),在本課程的教學(xué)中采取了以下辦法:

為了給學(xué)生養(yǎng)成逆向思維的習(xí)慣,在課程的一開始介紹逆向工程技術(shù)時,就將逆向的思想傳授給學(xué)生,使其從課程初始就明確逆向的思維方式,明白逆向工程技術(shù)是根據(jù)實(shí)物、樣件重新建立計(jì)算機(jī)CAD模型的方法,與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)過程剛好相反,它與數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合,大大加快了產(chǎn)品的研制過程。逆向工程技術(shù)課程不僅僅是介紹幾項(xiàng)測量設(shè)備的使用和逆向軟件的操作,而是一種機(jī)械設(shè)計(jì)制造的新的思考方式,是可以幫助學(xué)生在以后的工作中提供一種新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式。

由于學(xué)生的理論水平層次不齊,故在課程講授時,在介紹曲線曲面理論時要講的詳細(xì)些,因?yàn)檫@是后面操作測量設(shè)備和進(jìn)行軟件使用的基礎(chǔ)。需要使學(xué)生具有一定的理論基礎(chǔ)水平,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的創(chuàng)新能力,而不能滿足于對幾樣設(shè)備和軟件等工具的使用。必要的時候,對于一些理論基礎(chǔ)較好,又有時間精力的學(xué)生,可以讓其參與編寫一些逆向技術(shù)中的一些算法,加深其對理論的理解。同時編的較好的小算法程序,還可以當(dāng)做教學(xué)的輔助工具。而對于基礎(chǔ)不好的學(xué)生,可以著重讓其在理解逆向思想的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)掌握常用設(shè)備和軟件的使用,滿足基本的教學(xué)要求。