淺談逆向工程技術在工業設計教學中的應用

陳著

摘 要：本文首先分析逆向工程技術特點，然后分析逆向工程技術在工業設計教學中存在的問題，最后闡述逆向工程和逆向工程技術在工業設計教學中的優化方法，從而從根本上提高學生逆向工程技術的實踐能力。

關鍵詞：逆向工程;工業設計;專業教學

逆向工程，英文名Reverse Engineering（RE），稱為逆向工程。逆向工程（又稱逆向技術）是一種產品設計技術再現過程，是對目標產品的逆向分析和研究，從而推導和推導出產品的加工流程，組織結構，功能特征和技術規范。設計元素以創建功能相似但不相同的產品。逆向工程源于商業和軍事領域的硬件分析。其主要目的是直接從成品分析中推導出產品的設計原理，而無需輕易獲得必要的生產信息。從大范圍上講，逆向工程包括許多方面，如形狀（幾何）反轉，過程反轉和材料反轉，是一個復雜的系統工程，具有許多先進的技術。現在Reverse Engineering 目前的應用范圍主要是產品模仿和改變。工業設計的過程是從最初產品概念、創意開始到計劃設計，包括物理模型的手工生產，計劃的修改，精確的CAD 模型建立，生產和營銷的整個過程。在這個流程中，創新是產品的核心。逆向工程技術在產品開發中的應用將加速產品設計，縮短開發周期，使工業設計的技術手段多樣化，工業設計的創新變得普遍。

1 逆向工程技術的原理和方法

1.1逆向工程技術的概念

逆向工程技術就是將現實的零將工件或模型轉換為工程概念和數字模型的技術。基于物理模型的產品建模方法已成為CAD / CAM中的獨立方法和技術。逆向工程是用于消化和吸收先進技術的分析方法和應用技術的組合。它使用先進的產品和設備，以軟件或圖像作為研究對象，運用現代設計方法論、生產工程學、材料科學及相關專業知識原理，系統地進行分析研究，探索并掌握關鍵技術，以開發更高級的同類產品。逆向工程實際上能實現產品復制或產品再現，也可以改進和創新產品，這一點和工業設計的創新是一致的。3D數據測量，數據處理和3D重建是逆向工程的關鍵技術。

1.2? 逆向工程技術的優勢

傳統設計過程與逆向工程技術的對比：傳統設計過程與逆向工程技術的比較：傳統的設計過程是根據產品的目的設計的，從概念中繪制產品的二維圖紙，然后制作三維幾何模型。經檢查滿意后制造出產品來，采用的是從抽象到具體的思維方法。

逆向設計過程

逆向工程是對現有物理模型的測量，并基于測量數據重建數字模型，并選擇分析，修改，檢查和輸出圖紙然后制造產品的過程。

簡而言之，傳統的設計和制造從圖紙到零件（產品），而逆向工程則從零件（或原型）到圖紙，然后從制造過程到零件（產品）。在產品開發過程中，由于形狀復雜，包含許多自由曲面，很難通過計算機直接建立數字模型。通常需要基于物理模型（樣本）或參考原型進行分析，改造或工業設計。例如，車身的設計和蓋部件的制造通常由工程師通過手工制作污泥或樹脂模型來形成原型原型，然后使用三維測量方法來獲得原型的數字模型，然后是零件設計，有限元分析，模型修改，誤差分析和數控加工等。也可進行快速原型制造（逆向工程出產品模型）并進行反復優化評估，直到得到滿意的設計結果。因此，可以說逆向工程是用于剖析，CAD模型重建，模型處理和模型評估的設計方法。逆向工程開發產品開發的工藝路線如下：首先，利用三維數字測量儀器準確，快速地測量輪廓的坐標值，構造曲面。編輯和修改后，圖像文件將傳輸到通用CAD / CAM系統。然后，將CAM生成的刀具的NC加工路徑發送到CNC加工機床，制作所需的模具，或者采用逆向工程技術生產樣品模型。

2 逆向工程技術在專業教學中存在的問題

當前逆向工程技術在工業設計專業中應用情況比較一般，學生對其了解和認知比較淺顯。逆向工程技術是未來工業設計發展所必不可少的一項具有前瞻性的技術，在院校工業設計中推廣逆向工程技術能夠保證工業設計專業教學的先進性，但由于逆向工程技術在實際應用中成本比較高，很多高校工業設計專業中沒有得到廣泛應用，影響了它的發展。也有部分學校工業設計專業沒有認識到逆向工程技術實踐教學的重要性，致使逆向工程技術未能得到有效的應用，很多學生對技術的了解并不深入。有部分學校開始意識到了逆向工程技術在工業設計專業教學中的重要性，并且也將技術引入學校，但在實際使用過程中沒有很好地與教學活動相結合，致使技術與教學活動不相適應，影響了專業課程教學的質量。在學生使用逆向工程技術過程中也存在著一些問題，首先部分學生對逆向工程技術的認知度不夠高或不感興趣，認為其不重要或者在課堂上沒有認真學習相關技巧，致使學生在實踐逆向工程技術過程中出現問題。另外，部分學生對逆向工程比較感興趣，但缺乏相關技術的實踐經驗，沒有得到系統的良好的教學，致使實踐操作的效果欠佳。教學基礎設施的欠缺、教學活動準備不足以及學生狀態欠佳等都是在學校開展工業設計專業逆向工程技術應用中所要面對的問題，為了進一步推動技術在學院教學中的作用，需要對上述問題進行詳細的分析，并提出相應的解決措施。

3 優化逆向工程技術在工業設計專業教學中運用

3.1以"項目驅動、任務引領"為理念設置逆向工程技術的課程內容

按照產品逆向設計和3D打印流程設計課程內容。通過項目設置，明確學生的學習目標，提高他們的學習主動性和熱情。在項目的設計中，把逆向工程和3D打印技術及其應用，通過知識點，案例和實際操作相結合;在執行“任務”把知識、技術與方法，通過案例教學，使學生對產品的快速開發有整體的認識，有針對性地強化學生對逆向工程、3D打印技術的理解及應用能力。

3.2教學內容上以新技術發展為主題，突出技術應用

教學內容的選取上，力求反映逆向工程和3D打印技術發展的最新動態和實際需求，緊緊圍繞新技術、新工藝、新設備在典型產品的逆向設計與快制造中的具體應用來把握主要的教材內容。把產品逆向設計與3D打印的工作流程及技術應用賞穿于項目布置和任務實施中。這樣既可以讓學生學習到前沿的技術和內容，又可以與時俱進，把握知識的時效性。

3.3要以"產品"為對象，"流程"為脈絡，設計學習任務。

按照產品逆向設計和3D打印的流程：三維數據掃描→數模重構→3D打印樣件，將典型的產品貫穿于整個項目設置的流程，設計學習任務。在流程中反映任務，任務中體現流程，使其結構更加清晰，便于學生學習和理解。

3.4以校企合作模式為指導，鼓勵學生深入社會，了解企業需求

鼓勵學生積極參與實踐單位的設計研發項目活動，通過真題實做，了解設計為實現整個經營系統的優化完善而整合產業鏈的全過程，以此激發學生能動性的發揮，增強服務社會的責任感和緊迫感。通過社會實踐，使學生從企業的角度出發，為企業未來的發展提供動態，成為能實實在在主動思考并具執行力的設計人才。學校培養學生的社會實踐能力，是希望培養出的人才能夠符合時代特征和社會發展需求，讓學生走出學校，了解社會，并熟悉公司。同時，學生參加社會實踐也是實現將知識轉化成生產力的嘗試，通過企業實習將在課堂學習到的知識應用到實際的工作中去，強化自身技能，提高適應社會的能力。

目前，逆向工程和逆向工程技術已成產品快速發展的重要手段，廣泛應用于工程機械，汽車，家電，航空航天，生物學、建筑和文化創意等領域，隨著越來越多的企業將逆向工程引入產品開發，逆向工程和逆向工程技術成為產品研發中解決性能提升或產品改進的重要手段。逆向工程在工業設計中的意義重大。因此，逆向工程的專業教學，應當勇于探索教育教學的新方式，不斷學習全新的教學理念，研究新技術對設計的影響，更要反思設計、教育與社會的關系。

參考文獻

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