《逆向工程技术》教学方法初探

张辉 徐江敏

摘 要:逆向工程技术是先进制造技术的重要内容,已广泛应用于船舶、汽车、家电和模具等领域。为了适应人才的需求,我校开设了《逆向工程技术》课程。作者在讲授《逆向工程技术》课程的基础上,结合所属学院课程建设的自身特点,谈谈自己在课程教学改革中的若干体会,对课程的教学内容和教学方法做了诸多探讨。

关键词:逆向工程技术教学研究教学改革教学方法

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0184-02

1 引言

逆向工程作为数字化与快速响应制造大趋势下的一项重要的产品创新设计技术,自上世纪八九十年代引起国内外广泛关注,得到了快速发展。随着我国装备制造业的发展,制造业对人才需求的不断提高,新的制造和设计理念导致出现了许多新的先进制造技术。作为先进制造技术中的重要内容,逆向工程技术已广泛应用于船舶、汽车、家电和模具等领域。

广义的逆向工程包括影像反求、软件反求和实物反求等诸多方法,是一个复杂的系统工程。机械行业通常指的是从实物样件获取产品设计以及制造工艺等相关信息的技术,已成为CAD/CAM中相对独立的范畴,统称为逆向工程或反求工程(Reverse Engineering)。为了适应这方面人才的需求,我校在原来先进制造技术课程的基础上,开设了《逆向工程技术》课程,专门讲述逆向工程方面的理论和实践。

2 《逆向工程技术》课程特点

我校《逆向工程技术》课程涉及到的是狭义的实物反求,它研究实物CAD模型的重建和最终产品的制造。根据逆向工程实施的原理和在实际应用中的情况,《逆向工程技术》课程具有其独特的教学特点。

逆向工程技术是将实物模型或产品样件进行测量,数据化成设计、概念模型,并在此基础上对产品进行分析、修改、优化和加工等技术总称。从理论角度分析,逆向工程技术的最终实现目标是能够按照产品的测量数据重建出与现有的CAD/CAM系统完全兼容的产品模型。传统的产品设计过程称为正向设计,遵循着序列严谨的研发流程,通常是从概念设计到图样,再制造出产品。而产品的逆向工程是根据零件(或原型)生成图样,再制造产品。因此其设计思路与传统的正向设计不同。但是目前的逆向工程技术还未能达到完全独立进行CADCAM设计制造的水平,与传统的CAD/CAM还具有千丝万缕的联系,所以可以认为逆向工程与现有的CADCAM系统是一种相辅相成的关系。在实际应用时,还是多被当做一种辅助手段来采用。因此需要将这点与学生交代清楚。

逆向工程作为一种产品建模的手段,同样可以认为是一种几何造型过程,只是设计造型中涉及的曲线曲面必须是以实物样件的测量数据为依据的。因此,逆向工程技术与计算机辅助设计、几何造型技术等内容具有非常紧密的联系。《逆向工程技术》课程需要学生基本具有复杂曲面造型的知识,理解建立参数曲线曲面的基本概念,掌握B样条曲线曲面和NURBS曲线曲面造型的基本方法。因此通常需要学生先修了涵盖这些理论知识课程。

逆向工程作为产品建模的手段,其建模依据是实物样件的测量数据,因此《逆向工程技术》教学的一个重要特点便是较多使用测量用的仪器设备和工程软件,是一个对学生动手实践能力较强的课程。通常逆向工程技术需要学生掌握使用的设备有三坐标测量仪、照相式测量仪、Imageware软件和Geomagic软件等。除此之外通常还会介绍快速成型设备等。其每一种设备或者软件都需要较多实践使用才能熟练掌握。

由此可见,《逆向工程技术》是一个理论与实践紧密结合的课程,既需要有较高的曲线曲面理论基础,又需要对常用的逆向工程设备和软件熟练操作。

3 《逆向工程技术》教学存在问题

笔者经过几年的《逆向工程技术》教学,发现在本校该课程的教学实践过程中,存在以下问题或情况:

学生在经过之前先修各种机械课程教学之后,都基本训练养成了正向设计的思维模式。所以在一开始刚接触逆向工程时,较难接受反向思维的设计方式。虽然在经过了前几节课程的教学之后,初步接受了逆向工程的反向思维方式,但是在实践动手时,碰到一个具体的问题,还是会倾向于正向思维的方案,受雇于正向思维的陷阱。因此,如何转变学生的思维模式,培养学生的逆向思维方法是本课程需要重点考虑的问题。

我校本专业的学生来自各个地方,来我校之前其专业各不相同,基础也不相同。有的学生对曲线曲面的理论已经具有了一定的基础,而有的学生来自非非机械类专业或者机电控制专业,其对曲线曲面的的基础知识仅来自于CAD基础知识。或者甚至有些非机械类学生之前都没有曲线曲面的背景知识。因此,在课程教学时,需要针对学生的不同起点,贯彻统一要求与因材施教相结合的教学原则。

由于课程教学时数的限制,而逆向工程教学内容充实。在介绍完逆向工程基本理论和曲线曲面基础理论知识之后,只能简单介绍下逆向工程的主要内容,包括各种测量设备机器原理和使用方法、测量数据预处理、曲线曲面处理、CAD模型重建及快速原型技术。除此之外,留给学生操作各种测量设备和软件的时间并不多。如何在有限的教学时数内,让学生掌握各种实际的测量设备和工程软件的使用是一个难点。

4 《逆向工程技术》教学办法

针对目前《逆向工程技术》教学中存在的几个问题,结合本校的行业背景特点和本专业学生的实际教学情况,为了贯彻本课程教学目标,在本课程的教学中采取了以下办法:

为了给学生养成逆向思维的习惯,在课程的一开始介绍逆向工程技术时,就将逆向的思想传授给学生,使其从课程初始就明确逆向的思维方式,明白逆向工程技术是根据实物、样件重新建立计算机CAD模型的方法,与传统的正向设计过程刚好相反,它与数字化制造技术相结合,大大加快了产品的研制过程。逆向工程技术课程不仅仅是介绍几项测量设备的使用和逆向软件的操作,而是一种机械设计制造的新的思考方式,是可以帮助学生在以后的工作中提供一种新的创新设计模式。

由于学生的理论水平层次不齐,故在课程讲授时,在介绍曲线曲面理论时要讲的详细些,因为这是后面操作测量设备和进行软件使用的基础。需要使学生具有一定的理论基础水平,培养学生独立思考的创新能力,而不能满足于对几样设备和软件等工具的使用。必要的时候,对于一些理论基础较好,又有时间精力的学生,可以让其参与编写一些逆向技术中的一些算法,加深其对理论的理解。同时编的较好的小算法程序,还可以当做教学的辅助工具。而对于基础不好的学生,可以着重让其在理解逆向思想的基础上,重点掌握常用设备和软件的使用,满足基本的教学要求。