浅谈逆向工程技术在工业设计教学中的应用

陈著

摘 要：本文首先分析逆向工程技术特点，然后分析逆向工程技术在工业设计教学中存在的问题，最后阐述逆向工程和逆向工程技术在工业设计教学中的优化方法，从而从根本上提高学生逆向工程技术的实践能力。

关键词：逆向工程;工业设计;专业教学

逆向工程，英文名Reverse Engineering（RE），称为逆向工程。逆向工程（又称逆向技术）是一种产品设计技术再现过程，是对目标产品的逆向分析和研究，从而推导和推导出产品的加工流程，组织结构，功能特征和技术规范。设计元素以创建功能相似但不相同的产品。逆向工程源于商业和军事领域的硬件分析。其主要目的是直接从成品分析中推导出产品的设计原理，而无需轻易获得必要的生产信息。从大范围上讲，逆向工程包括许多方面，如形状（几何）反转，过程反转和材料反转，是一个复杂的系统工程，具有许多先进的技术。现在Reverse Engineering 目前的应用范围主要是产品模仿和改变。工业设计的过程是从最初产品概念、创意开始到计划设计，包括物理模型的手工生产，计划的修改，精确的CAD 模型建立，生产和营销的整个过程。在这个流程中，创新是产品的核心。逆向工程技术在产品开发中的应用将加速产品设计，缩短开发周期，使工业设计的技术手段多样化，工业设计的创新变得普遍。

1 逆向工程技术的原理和方法

1.1逆向工程技术的概念

逆向工程技术就是将现实的零将工件或模型转换为工程概念和数字模型的技术。基于物理模型的产品建模方法已成为CAD / CAM中的独立方法和技术。逆向工程是用于消化和吸收先进技术的分析方法和应用技术的组合。它使用先进的产品和设备，以软件或图像作为研究对象，运用现代设计方法论、生产工程学、材料科学及相关专业知识原理，系统地进行分析研究，探索并掌握关键技术，以开发更高级的同类产品。逆向工程实际上能实现产品复制或产品再现，也可以改进和创新产品，这一点和工业设计的创新是一致的。3D数据测量，数据处理和3D重建是逆向工程的关键技术。

1.2  逆向工程技术的优势

传统设计过程与逆向工程技术的对比：传统设计过程与逆向工程技术的比较：传统的设计过程是根据产品的目的设计的，从概念中绘制产品的二维图纸，然后制作三维几何模型。经检查满意后制造出产品来，采用的是从抽象到具体的思维方法。

逆向设计过程

逆向工程是对现有物理模型的测量，并基于测量数据重建数字模型，并选择分析，修改，检查和输出图纸然后制造产品的过程。

简而言之，传统的设计和制造从图纸到零件（产品），而逆向工程则从零件（或原型）到图纸，然后从制造过程到零件（产品）。在产品开发过程中，由于形状复杂，包含许多自由曲面，很难通过计算机直接建立数字模型。通常需要基于物理模型（样本）或参考原型进行分析，改造或工业设计。例如，车身的设计和盖部件的制造通常由工程师通过手工制作污泥或树脂模型来形成原型原型，然后使用三维测量方法来获得原型的数字模型，然后是零件设计，有限元分析，模型修改，误差分析和数控加工等。也可進行快速原型制造（逆向工程出产品模型）并进行反复优化评估，直到得到满意的设计结果。因此，可以说逆向工程是用于剖析，CAD模型重建，模型处理和模型评估的设计方法。逆向工程开发产品开发的工艺路线如下：首先，利用三维数字测量仪器准确，快速地测量轮廓的坐标值，构造曲面。编辑和修改后，图像文件将传输到通用CAD / CAM系统。然后，将CAM生成的刀具的NC加工路径发送到CNC加工机床，制作所需的模具，或者采用逆向工程技术生产样品模型。

2 逆向工程技术在专业教学中存在的问题

当前逆向工程技术在工业设计专业中应用情况比较一般，学生对其了解和认知比较浅显。逆向工程技术是未来工业设计发展所必不可少的一项具有前瞻性的技术，在院校工业设计中推广逆向工程技术能够保证工业设计专业教学的先进性，但由于逆向工程技术在实际应用中成本比较高，很多高校工业设计专业中没有得到广泛应用，影响了它的发展。也有部分学校工业设计专业没有认识到逆向工程技术实践教学的重要性，致使逆向工程技术未能得到有效的应用，很多学生对技术的了解并不深入。有部分学校开始意识到了逆向工程技术在工业设计专业教学中的重要性，并且也将技术引入学校，但在实际使用过程中没有很好地与教学活动相结合，致使技术与教学活动不相适应，影响了专业课程教学的质量。在学生使用逆向工程技术过程中也存在着一些问题，首先部分学生对逆向工程技术的认知度不够高或不感兴趣，认为其不重要或者在课堂上没有认真学习相关技巧，致使学生在实践逆向工程技术过程中出现问题。另外，部分学生对逆向工程比较感兴趣，但缺乏相关技术的实践经验，没有得到系统的良好的教学，致使实践操作的效果欠佳。教学基础设施的欠缺、教学活动准备不足以及学生状态欠佳等都是在学校开展工业设计专业逆向工程技术应用中所要面对的问题，为了进一步推动技术在学院教学中的作用，需要对上述问题进行详细的分析，并提出相应的解决措施。

3 优化逆向工程技术在工业设计专业教学中运用

3.1以"项目驱动、任务引领"为理念设置逆向工程技术的课程内容

按照产品逆向设计和3D打印流程设计课程内容。通过项目设置，明确学生的学习目标，提高他们的学习主动性和热情。在项目的设计中，把逆向工程和3D打印技术及其应用，通过知识点，案例和实际操作相结合;在执行“任务”把知识、技术与方法，通过案例教学，使学生对产品的快速开发有整体的认识，有针对性地强化学生对逆向工程、3D打印技术的理解及应用能力。

3.2教学内容上以新技术发展为主题，突出技术应用

教学内容的选取上，力求反映逆向工程和3D打印技术发展的最新动态和实际需求，紧紧围绕新技术、新工艺、新设备在典型产品的逆向设计与快制造中的具体应用来把握主要的教材内容。把产品逆向设计与3D打印的工作流程及技术应用赏穿于项目布置和任务实施中。这样既可以让学生学习到前沿的技术和内容，又可以与时俱进，把握知识的时效性。

3.3要以"产品"为对象，"流程"为脉络，设计学习任务。

按照产品逆向设计和3D打印的流程：三维数据扫描→数模重构→3D打印样件，将典型的产品贯穿于整个项目设置的流程，设计学习任务。在流程中反映任务，任务中体现流程，使其结构更加清晰，便于学生学习和理解。

3.4以校企合作模式为指导，鼓励学生深入社会，了解企业需求

鼓励学生积极参与实践单位的设计研发项目活动，通过真题实做，了解设计为实现整个经营系统的优化完善而整合产业链的全过程，以此激发学生能动性的发挥，增强服务社会的责任感和紧迫感。通过社会实践，使学生从企业的角度出发，为企业未来的发展提供动态，成为能实实在在主动思考并具执行力的设计人才。学校培养学生的社会实践能力，是希望培养出的人才能够符合时代特征和社会发展需求，让学生走出学校，了解社会，并熟悉公司。同时，学生参加社会实践也是实现将知识转化成生产力的尝试，通过企业实习将在课堂学习到的知识应用到实际的工作中去，强化自身技能，提高适应社会的能力。

目前，逆向工程和逆向工程技术已成产品快速发展的重要手段，广泛应用于工程机械，汽车，家电，航空航天，生物学、建筑和文化创意等领域，随着越来越多的企业将逆向工程引入产品开发，逆向工程和逆向工程技术成为产品研发中解决性能提升或产品改进的重要手段。逆向工程在工业设计中的意义重大。因此，逆向工程的专业教学，应当勇于探索教育教学的新方式，不断学习全新的教学理念，研究新技术对设计的影响，更要反思设计、教育与社会的关系。

参考文献

[1]刘永利.《逆向工程及3D打印技术应用》[M].西安交通大学出版社，2018

[2]石敏，张志贤.《3D打印技术与产品设计》[M].东南大学出版社，2018

[3]朱长永.沈九美.《3D打印与逆向工程在产品设计中的运用》，2017

[4]桂亮.金悦.赵卫军.郭婷.张俊《3D打印技术在创客实践教学环节中的应用》，2016