"逆向工程与快速成型技术应用"课程教学改革与实践

王旭

摘要：“逆向工程与快速成型技术应用”课程旨在培养掌握先进制造技术的应用型人才。以项目为动力，知识点的教学贯穿于项目教学、软件模拟、设备操作等整个过程，打破了单一的考核方式，使学生能够在反求工程和快速原型技术基础知识的基础上掌握测量设备的使用、逆向产品设计方法、快速原型制作过程和典型快速原型制作设备的操作。

关键词：逆向工程; 快速成型; 项目驱动

前言：逆向工程，也叫反求工程、反向工程等，从油泥模型发展到产品的设计过程，但直到20世纪90年代才引起业界和学术界的重视。随着计算机计算技术，特别是数字测量技术的飞速发展，可实现三维测量数据和产品的集成开发，为制造业提供了一种新的、高效的产品开发方案。快速成型技术开发于20世纪80年代中期，指的是由计算机控制和管理下的组件CAD模型直接驱动的复杂三维实体精确堆放的原型或组件制造技术。RP技术彻底改变了制造方式，成为先进制造技术的重要组成部分。RP技术的最大特点是制造的高度柔性，即零件的CAD模型可以直接由設备驱动完成零件的成型或零件的原型。可再生能源技术与后处理技术相结合，已成为制造企业提高竞争力的有力工具，在缩短新产品开发周期、降低生产成本、促进客户化以及发展小批量和单件加工模式等方面发挥了重要作用。该技术除广泛应用于航空航天、汽车工业、模具工业、消费电子产品、玩具等领域外，还广泛应用于人类工程、服装、自然历史博物馆数字化、艺术模仿与损伤修复、医学等领域。

一、开放课程建设的内容分析

生当前已经转变的学习观念，以及飞速发展的网络技术，都使得课程教学已经发生明显的改变。开放分享已经成为当前进行课程教学的主要基础之一。但是开放课程并不代表全面，接收网络信息这一课程还表现在课程来源，课程结构等方面。作为一种基于mooc概念的新一代在线教学平台，超级明星泛网络教学平台已被许多学校选择作为开放式课程建设的平台。为了适应时代的变化和发展，借鉴国外开设数百门开放式课程的经验，在我校教学改革项目的支持下，提出了在超级明星泛雅教学平台的基础上开设开放式课程的构想。因为`反向工程和快速原型应用‘是一门应用新技术的课程。因此，课程内容的设计应使学生能够理解RE/RP的基本原理并掌握基本技能。涉及RE/RP技术的知识和技能是根据RE/RP技术的工作流程横向组织的，以便实现“最小粒径”和“完全的逻辑关系”的有机结合。开放课程知识云构成。

二、课程的教学内容

逆向工程和快速成型技术应用这一课程主要安排了40个学时以项目为课程的基础，对学生进行全过程的知识点教学。同时在这一过程当中还要重视对学生进行实践技能的培养，不仅要求学生要有充足的理论知识，要点学习效果，同时还要掌握熟练的技能操作是学生，然后在实践中学习知识，在知识中领悟实践的真谛。

鼠标外壳反向设计和快速原型制作（12课时）。单视点云数据的测量和预处理，包括激光扫描基本原理、地学演播室软件的使用、单视点编辑和处理命令和预处理过程、鼠标数据的测量和预处理;基于激光点云的直接表面重建包括表面重建过程和鼠标表面重建。三维喷涂胶粘剂（3DP）快速成型，包括3DP原理、3DP工艺特性、鼠标3DP快速成型。

叶片反向设计和快速原型制作（10课时）。（1）多视点云数据的测量和预处理，包括多视点云路径规划、多视点数据处理命令、多视点云预处理过程、数据测量和叶片预处理;基于激光点云的间接表面重建包括表面重建过程和叶片表面重建。熔融沉积制造（FDM）快速成型技术，包括FDM基础原理、FDM工艺特性、叶片FDM快速成型技术。

反向设计和快速原型制作（8课时）。（1）基于CMM的数据测量和预处理，包括CMM的工作原理和组成、测量路径规划、数据预处理流程、数据测量和灯的预处理;基于CMM测量数据的表面重建，包括表面重建流和车灯表面重建;光固化快速原型，包括SLA的基本原理、工艺特性、车灯快速原型。

反向设计和快速原型制作（10课时）。学生根据自选件的结构特点选择检测方法和快速成型方法，完成自选件的模型重建和制作。

三、教学方式以及检测方式

因为本课程的主要对象是机械零件，特别是三维复杂几何产品的测量、建模和制造。这种教学内容需要视觉化的教学方法和手段。因此，本课程采用多媒体课件，现场演示，软件模拟，设备操作等。学生们分成小组完成这个项目。数据测量和快速原型制作的操作首先由教师建立，然后由学生监督独立完成，教师在现场指导和回答问题。逆向工程软件的使用是基于自学的。每个项目完成后，学生根据教学内容的要求提交数据处理和模型重构工作及验证报告。在课程实施过程中，以教师为主导，按照既定课程标准进行视频教学。同时，还提供视频演示和现场讲座，以提高学习者的参与意识和亲密感。

本课程实践性很强，要求学生掌握逆向工程和快速成型技术在产品设计和制造中的应用，提高学生解决实际问题的能力。因此，对这门课的评估强调学生的动手能力。同时，考虑到学生团队精神的培养，本课程的评估由三部分组成：开放式课程“逆向工程与快速成型技术应用”的评价方法采用了形成评价与最终评价相结合的方法。形成性评价包括电子记录、项目实践工作、教师评价、同伴评价和群体知识测试。期末评价方法采用期末测验。考试题目是选择题、补考和论证题。项目完成和实验报告占70%，教师评估占15%，学生自我评估和相互评估占15%。

结语：

通过进行这一课程内容的教学，使学生们能够更加快速的掌握这种产品设计的创新方法。同时还可以使学生们对于逆向工程的快速成型技术的各个框架进行了初步的了解，便于学生日后对于这一方面问题进行更深刻的研究，使学生的知识结构和创新思维得到进一步的拓展发展。

参考文献：

[1] 陈雪芳，孙春华. 逆向工程与快速成型技术应用[M]. 北京：机械出版社，2009.

[2] 谭昌柏. 《逆向工程技术》课程教学探讨[J]. 科技教育创新，2008（18）：276-277.

[3] 赵天婵，冯俊，胡珺. 充分利用三坐标测量机培养学生工程实践能力[J]. 实验技术与管理，2008，25（6）：152-155.