逆向工程技術課程教學體系建設

【摘要】分析逆向工程的主要應用方面，闡述以就業(yè)崗位為導向的逆向工程技術課程要求，制定逆向工程技術課程的教學內容及教學方法。

【關鍵詞】逆向工程技術課程 教學體系 建設

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）08C-0137-02

逆向工程技術產生于20世紀80年代末90年代初，是根據(jù)已存在的產品模型，重構出產品的CAD數(shù)據(jù)，并將CAD數(shù)據(jù)快速制造出原產品模型的技術總稱。即從模型－數(shù)字－模型的過程，這與傳統(tǒng)的正向設計是相反的。而一直以來各高校機械類專業(yè)開設的課程基本都是以正向設計為主，如機械設計、塑料成型工藝與模具設計等。為了讓學生適應產品開發(fā)和結構創(chuàng)新的節(jié)奏，在激烈的競爭中立于不敗之地，許多高校的機械類專業(yè)都增設逆向工程技術作為選修課程，但課時較少。因此，要使學生在有限的課時內掌握逆向工程技術課程的主要內容，并學會運用逆向工程進行產品創(chuàng)新，必須對該課程的教學體系進行建設。

一、逆向工程的主要應用方面

（一）提高產品相互通用性，彌補原有技術文件丟失的問題。在產品結構需要改進，而原有的技術文件或數(shù)據(jù)丟失的情況下，便可運用逆向工程對現(xiàn)有產品進行拆卸分離－三維掃描－數(shù)據(jù)處理－結構改進－產品樣件加工、裝配、測試評估等－模具設計與加工－量產。

（二）引進技術，對同行業(yè)產品的消化、吸收和創(chuàng)新。為了掌握國外的先進技術，或者了解競爭對手產品的特點，通過逆向工程獲得其產品的設計數(shù)據(jù)，再進行消化吸收，進而設計生產出性能、結構更為優(yōu)異的產品。如韓國的三星電子就一直本著這種設計思路，還有比亞迪的F3便是仿制于豐田的花冠。

（三）在產品的正向開發(fā)過程中提高效率。不少人認為正向工程與逆向工程是針鋒相對的工作方式。事實上，它們是可以相互結合的，增加逆向工程的輔助無疑可以提高正向開發(fā)的效率。例如，在汽車車身的開發(fā)過程中，經過對CAD數(shù)字模型和小比例油泥模型進行反復修改，再制作1□1油泥模型，最終確立外觀造型方案。設計師可以在油泥模型中多次完成修改之后通過三坐標測量儀對其進行掃描，由CAD程序生成數(shù)字模型，以此減少數(shù)字模型與油泥模型之間因反復修改所消耗的時間。

（四）質量檢測和質量監(jiān)控。通過逆向工程的三維測量技術獲得產品的三維數(shù)據(jù)，與產品的設計數(shù)據(jù)進行比對，可以對產品質量進行檢測及監(jiān)控，以提高產品質量等級、消除不良率，并簡化原始的測量手段，省略測量夾具、檢具，進而降低產品成本、提高產品的市場競爭力。

（五）藝術品、文物的復制、修復。通過逆向工程可以將文物進行掃描、經過數(shù)據(jù)處理后加工出樣品或產品，以便給出修復的參考樣本或直接流向工藝品市場。

（六）醫(yī)學方面的應用。對人體進行CT斷層掃描；人體骨骼、牙齒等結構的快速成型制造；人體骨骼、器官的修復等。

二、以就業(yè)崗位為導向的逆向工程技術課程要求

目前，與逆向工程技術相關的就業(yè)崗位主要有逆向工程師和快速成型設計工程師，以及從事三維掃描和各種新材料研究的科技人員。其中，逆向工程師的崗位要求為：熟悉三維掃描點云圖到CAD及CAE的轉換，有被動安全有限元仿真分析經驗；能夠熟練運用Pro／e（或者UG、SolidWork），了解Geomagic、Imageware等軟件；熟悉模具及產品結構。快速成型設計工程師的崗位要求為：有快速成型相關技術的理論和實踐基礎，了解各種快速成型方法，完成快速成型作業(yè)，掌握技術發(fā)展方向，開展創(chuàng)新型應用。

根據(jù)以上崗位要求，對逆向工程技術課程的教學效果提出幾點要求：了解逆向工程的工作流程及其關鍵技術；會使用三維軟件對物體的點云數(shù)據(jù)進行三維重構；了解市面上常見的三維掃描設備的工作原理、操作要點及其注意事項，以便能很快熟悉并操作工作單位的掃描設備；了解市面上常見的快速成型機的工作原理、操作要點及其注意事項；了解快速成型機常用的材料，掌握材料發(fā)展的方向，樹立創(chuàng)新精神；了解快速模具的類型及其制作原理，會使用真空注型機制作快速模具。

三、逆向工程技術課程的教學內容及教學方法

依據(jù)上述課程教學效果的要求，要使學生掌握逆向工程方面的理論知識，并具有三維掃描、三維重構和快速成型的實際操作能力，就必須投入大量的時間和必要的實驗設備。然而，實際情況是，逆向工程技術課程的教學課時為36課時，不足以讓學生掌握如此全面的知識；逆向工程方面的掃描設備和快速成型設備大都價格不菲，若要購齊各種類型的設備，這對于一個以教學為主的學校而言是根本不可能實現(xiàn)的。這就要求在教學中采取一些靈活而行之有效的措施和方法。

（一）修訂教學計劃，將有些基礎知識放在前面的課程中完成。對于模具專業(yè)的學生來講，必須至少掌握一門三維CAD軟件和模具結構優(yōu)化的CAE軟件。因此，在逆向工程技術課程開設之前，學生先要學習模具CAD設計課程和模具CAE課程。CAD課程以SolidWork和UG學習為主，并要求必須講解逆向設計模塊；CAE課程則是以模流分析軟件Moldflow為主。這兩門課程的開設，不僅滿足了學生在模具CAD設計和CAE分析方面的需求，也為學生學習逆向設計基礎課程打下了良好的基礎。

（二）課程的主要教學內容。逆向工程技術課程的教學內容主要包括三部分：一是逆向工程的原理和應用，以及三維掃描設備和掃描方法的了解。二是快速成型的基本原理，以及各種類型快速成型機的特點和常用的材料。三是各類型快速模具的制作方法和用快速模具制作產品的方法。

（三）在教學中構建理實一體化的教學模式。由于逆向工程技術課程不僅要求學生掌握逆向工程及快速成型方面的理論知識，更重要的是要求學生具有實踐操作方面的技能，因此，必須在課程教學中構建理實一體化的教學模式。一是在逆向工程教學中，有針對性地增加產品點云數(shù)據(jù)重構方面的上機教學和練習。二是利用實驗室配備的深圳華郎結構光三坐標掃描儀、七海光電的影像儀和華郎的人體掃描儀，讓學生熟悉三維抄數(shù)設備的操作方法和技巧。三是利用實驗室配備的西安交通大學SLA紫外光快速成型機和北京殷華的FDM快速成型機，讓學生熟悉快速成型機的操作原理，熟悉各種結構快速成型件的制作。四是利用實驗室的西安交通大學真空注型機制作硅膠快速模具，讓學生熟悉快速模具的制作過程和用快速模具澆注產品的過程。

（四）在教學中加強校企合作。國家、廣西及學校對實驗室的財政投入是有限的，而逆向工程和快速成型方面的設備又非常昂貴。因此，尋求校外企業(yè)的幫助、與校外企業(yè)在逆向工程技術方面進行合作就顯得非常必要。

（責編 蘇洋）