《逆向工程技术》课程建设初探

王金莲

（浙江交通技师学院 浙江 金华321015）

《逆向工程技术》课程建设初探

王金莲

（浙江交通技师学院 浙江 金华321015）

为在《逆向工程技术》课程教学过程中取得良好的教学效果，提出应理解课程内容、性质和教学任务，运用理实一体化教学方法，改善考核方式。对课程建设要有合理的规划和安排，统筹兼顾，选择授课时机，精选教材，注重师资培养，配备必需的教学设施与设备，与该课程相关的软硬件要跟上。

逆向工程技术；理实一体化教学；教学设施；授课时机；考核方式

逆向工程又称之为反求工程或反向工程，是指用一定的测量手段，对实物或模型进行测量，根据测量数据采用三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程，是一个从样品生成产品数字化信息模型并在此基础上进行产品设计开发及加工制造的全过程。逆向工程技术作为产品设计制造的一种手段，现已广泛应用于产品的复制、仿制、改进及创新设计。利用逆向工程技术，可以直接在先进的国内外产品基础上进行结构性能分析、设计模型重构、再设计优化与制造，吸收并改进国内外先进的产品和技术，极大地缩短产品开发周期，更重要的是可以快速赶上世界先进生产技术水平，有效占据市场，领导技术前沿。

现代逆向工程技术除广泛应用在汽车工业、航空航天工业、机械工业、消费性电子产品等几个传统领域外，也开始应用于多媒体虚拟实境、仿制与破损的修复等领域，特别是在模具设计与制造方面的应用更是有了重大突破。

当前，企业界对逆向工程技术人员的需求量越来越大。为了顺应市场的需求与发展，完善机电类专业的课程设置，借鉴罗勋琼、张春等学者提出的职业院校要根据社会需求设置课程的经验，我校开设了《逆向工程技术》这门课程，并取得了良好效果。

逆向工程技术的广泛应用和快速发展，将导致越来越多的院校开设这门课程。如何做好这门课程的教学工作，使学生具备逆向工程技术的专业知识，掌握产品快速开发的过程和方法，是教育工作者面临的一项紧迫课题。

课程性质、内容与教学任务

逆向工程是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件的实物模型（或称为零件原形），利用各种数字化技术及CAD技术重新构造原形CAD模型的过程。例如，某种型号的卡车车头轮廓没有设计图纸，可通过三维扫描仪获取数据（如图1所示），进行数据处理后，用造型软件获得如图2所示的CAD模型，以便进行二次设计或者直接加工。课程按照逆向工程工作流程分别讲述了逆向工程数字化测量系统与方法、点云数据预处理、三维模型重构、后续的数控加工以及快速成型技术等内容，使学生能够清楚了解逆向工程技术实施的路线及关键技术，为今后的全面应用打下坚实的基础。

图1 三维扫描仪获取卡车车头轮廓数据图

图2 获得的CAD模型图

此课程是模具设计与制造专业一门重要的专业主干课程，是促进科研成果的开发和转化，实现设计自动化，增强企业创新能力和竞争能力，加速国民经济发展和国防现代化建设的一项关键性技术，在模具设计与制造行业中应用得非常广泛。

课程的主要教学任务是使学生掌握逆向工程的三维数据获取到三维数据模型建立的过程及软件应用等基本功能，为以后从事技术工作及开拓新的技术领域打下必要的基础。学习本课程后应达到如下要求：了解逆向工程的整个工作流程，掌握逆向工程工作流程中的关键技术，掌握数字化测量技术，培养三维模型重构的能力和技术，掌握快速原型和快速模具制造的操作过程，培养利用逆向工程技术独立完成一个产品创新设计任务的能力，培养认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。此外，还必须重视自学能力及分析问题和解决问题的能力。

应用理实一体化教学方法

根据心理学研究，采用不同的教学方式来呈现，记忆效果的差异是很大的，对不同的感官进行刺激，所达到的记忆效果不同：听觉——20%；视觉——30%；视听——50%；自己动手——90%。本课程采用理论与实践操作相结合的原则，即理实一体化教学方式。让学生在掌握了逆向工程技术实施的路线、关键技术的基础上，重点理解与训练测量设备的使用、逆向工程软件Imageware、Geomagic的造型方法与操作步骤以及快速原型机的原理和操作。在理论授课的同时，结合生产实践中实例进行软件技能的培养，并通过项目实训的方式，达到独立完成快速产品设计任务的目的。如可设定安全帽的产品开发项目实训，先利用三维扫描仪进行数据扫描采集和产品分析，而后在逆向软件Imageware中进行点云处理、曲面搭建和误差分析等，接着输入UG软件进行实体操作，进行CAD再设计和优化，得到最终数模。最后，利用快速成型机进行快速原型制造。有的职业院校由于教材、课程安排以及实训设备缺失等原因，只能侧重于理论知识的讲授，将达不到预期的教学目标。

改善考核方式

改变一次考试成绩作为考评主要依据的传统做法，强化过程考核。考核总成绩包括平时成绩和期终考试成绩两部分，平时成绩占总成绩的30%，期终考试成绩占70%。而期终考试成绩又包括理论考试和实训考试两部分，两者各占50%。要注重考核学生的实践能力，突出人才培养的针对性和应用性。对于实训考试，可在教师的指导下，要求每位学生从制定的四个各具特色的实例中随机选取一个作为考试内容，要求学生在指定时间内完成从点云数据的处理到曲面或实体模型的建立等整个操作过程。实训考试成绩主要根据学生在计算机上所完成的曲面或实体模型的尺寸精度、光顺性及结构等方面来考虑。

配套齐全的课程软硬件

为取得良好的教学效果，任课教师需要很好地理解课程性质、内容和教学任务，应用理实一体化教学方法，相应改善考核方式。同时，还需要教研组、系（部）以及学校各部门的支持和充分重视，对课程建设要有合理的规划和安排，统筹兼顾，合理安排授课时机，精选教材，注重师资培养，配备必需的教学设施设备，与该课程相关的软硬件要跟上。

精选教材和教材内容 一种合适的教材是良好教学的基础。浙江工业职业技术学院选用由王霄主编、化学工业出版社出版的《逆向工程技术及其应用》，金华职业技术学院选用由黄诚驹主编、电子工业出版社出版的 《逆向工程项目式实训教程》。这两种教材都突出逆向工程应用型人才工程素质培养要求，系统性、实用性强，切合职业院校的人才培养目标，使用效果较好。我校原采用的教材是机械工业出版社的《逆向工程原理、方法及应用》。这种教材理论性和研究性较强，体现了编者较高的逆向工程领域的理论知识和技能水平。但教材侧重于讲解逆向工程相关技术的内部原理和计算方法，与职业技术院校侧重于技能型人才培养的目标不甚一致，也与学生的知识理论素质水平不相符合。一方面，学生理解起来非常困难，容易导致“破罐子破摔”的心理，干脆什么都不听；另一方面，学生会认为如此深奥艰涩的理论，在以后的工作中很难用到。这两方面都会极大地挫伤学生的学习积极性。任课教师遇到这类质量好却不符合本校学生实际的教材时，应特别注重对教材内容的取舍。就《逆向工程原理、方法及应用》而言，可着重讲解数据获取方法、数据预处理技术和Imageware软件的应用等章节，并结合实践教学。而对于理论性强、艰涩枯燥的数据三角化与数据重建、细分造型技术、NURBS曲线曲面重构等章节，可不讲或少安排课时，以使教学严格服从学校的人才培养目标。

配备必需的教学设施设备 在逆向工程技术课程中涉及的使用测量设备如三坐标测量机、三维激光扫描仪来获取典型零件的测量数据；利用专门的逆向软件Imageware和Geomagic进行曲面重构；使用快速原型机来快速开发产品等都是需要实际操作切实掌握的技能。这就需要配备相关教学设备，包括测量设备（三坐标测量机或三维扫描仪）、逆向软件（Imageware和Geomagic软件）以及相应的计算机、快速原型机等，用于教学演示和学生实际操作。

注重师资培养 要实现良好的教学效果，师资队伍是关键。《逆向工程技术》较强的实践性要求任课教师具有较高的专业能力和较熟练的实践技能。而逆向工程技术虽然近十几年来得到了迅速发展，但目前教职工中系统学习过或者在企业实践过的不多。因此，开设这门课程，尤其要注重师资培养。目前市场上能提供培训的机构很多，有专门从事逆向软件培训的公司，有设备厂家进行的购买测量机后设备售后使用培训。课程设置完善且相关设备齐全的院校，可以选择合适的机构进行师资系统培训。同时，大力开展同行之间的交流，多参加学术研讨会，多组织教师到周边院校参观学习。一方面，选送相关教师到企业挂职锻炼，提高技能水平，逐步培养“双师型”教师；另一方面，可以直接从企业聘请既有理论知识，又有丰富实践经验、技能过硬的专业技术人员、管理人员担任兼职教师，以满足实践教学的需要。

合理安排授课时机 《逆向工程技术》课程需要学生具备《机械制图》、《计算机应用基础》、《CAD技术及应用》等课程的知识，具有曲线、曲面的基本理论知识，基本上能够使用CATIA、UG、PRO/E等软件进行三维造型，在此基础上，继续学习如何使用测量设备采集物体表面的数据，学习使用逆向工程软件对测量数据进行处理及重建CAD模型的方法和技巧，才能提高运用逆向工程技术解决实际问题的能力。

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G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2011）10-0092-03

王金莲（1983—），女，浙江金华人，硕士，浙江交通技师学院助理讲师，研究方向为数控加工与模具制造及逆向工程。