周 鋒 韓立洋

(蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院精密工程系 江蘇蘇州 215123)

基于校企合作的逆向工程技術應用教學探索

周 鋒 韓立洋

(蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院精密工程系 江蘇蘇州 215123)

逆向工程技術是重要的產(chǎn)品創(chuàng)新設計手段。為使高職院校學生牢固掌握逆向工程技術應用課程中曲線曲面逆向設計的基礎理論知識以及使用逆向工程軟件imageware12.1進行產(chǎn)品設計的方法，使該課程的教學目標與教學內(nèi)容等與企業(yè)中對應的逆向產(chǎn)品工程師崗位的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技術能力保持一致，需要運用企業(yè)逆向產(chǎn)品工程師崗位所需的專業(yè)技術知識進行課程教學實踐探索。

逆向工程技術應用;校企合作;教學探索

1 企業(yè)逆向產(chǎn)品工程師專業(yè)技術知識需求

1.1 逆向工程技術簡介

目前，我國正處于工業(yè)化的中期階段，其中，CAD/CAM技術應用作為制造業(yè)保證競爭力的有力工具，在縮短產(chǎn)品生成、上市周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，促進小批量和單件加工模式的發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。逆向工程作為數(shù)字化與快速響應制造大趨勢下的一項重要的產(chǎn)品創(chuàng)新設計技術，目前在包括飛機研制、汽車新產(chǎn)品開發(fā)、模具制造和修復、醫(yī)療器械、個性化產(chǎn)品定制等領域得到廣泛應用。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計過程，是一個由需求分析、概念設計到CAD模型創(chuàng)建的工程，稱為正向設計。然而在很多情況下，產(chǎn)品的原始設計圖紙和數(shù)字化模型并不可得，這就需要對產(chǎn)品樣件或?qū)嵨镞M行測量，獲得具有三維坐標信息的測量數(shù)據(jù)點，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)重新建立其CAD模型，最后對模型作進一步力學分析、改型設計和數(shù)控加工。這種根據(jù)實物或樣件重新建立計算機模型的方法，與傳統(tǒng)的正向設計的過程正好相反，它與數(shù)字化制造技術相結合，大大加快了產(chǎn)品的研制過程。從實物樣件獲取產(chǎn)品設計、制造工藝等相關信息的技術，已成為CAD/CAM中相對獨立的范疇，統(tǒng)稱為逆向工程或反求工程(Reverse Engineering)［1］。

1.2 企業(yè)對逆向工程技術人員的要求

高職教育培養(yǎng)的技能型人才是直接為企業(yè)一線服務的，為企業(yè)的發(fā)展提供人力資源，企業(yè)生產(chǎn)一線又是職業(yè)教育的最佳實習課堂，企業(yè)的發(fā)展又可以進一步促進高職職業(yè)教育的發(fā)展。蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院通過與蘇州工業(yè)園區(qū)專業(yè)從事逆向工程服務的高瑞工業(yè)產(chǎn)品設計有限公司建立校企合作關系，并建立了專業(yè)教師與該企業(yè)技術人員的合作研發(fā)團隊，共同開發(fā)建設逆向工程技術應用課程，既能有效提高專業(yè)教師“雙師型”素質(zhì)和研發(fā)能力，提高教師及學院的知名度，又可以有力支援企業(yè)和地方經(jīng)濟建設;同時通過組建校內(nèi)生產(chǎn)性實訓基地，探索和實踐工學結合的“學校工廠化、工廠教室化”的全新的專業(yè)建設和人才培養(yǎng)模式，使學生、教師、企業(yè)和學校各得其所，實現(xiàn)多方共贏。通過企業(yè)調(diào)查，企業(yè)逆向工程師崗位專業(yè)技術知識需求為以下幾個方面:

①熟練使用2D軟件Autocad2006及Excel軟件，完成零件的2D工程圖紙。

②熟練操作激光三維掃描儀，完成測量樣件或?qū)嵨铮玫剿璧淖鴺它c云數(shù)據(jù)。測量過程要求會設定合理的測量距離、標記點。

③利用imageware軟件對測量所得的點云數(shù)據(jù)進行預處理，要求對點云數(shù)據(jù)去除雜點，點云合并完成點云的拼接，點云的采樣，點云的坐標擺正。

④利用imageware軟件重建CAD模型，要求合理創(chuàng)建曲線，應用軟件指令完成曲面的創(chuàng)建，同時對各個曲面或平面完成修剪、倒圓角、光滑過渡等修飾美觀創(chuàng)建。

⑤利用imageware軟件完成CAD模型與測量數(shù)據(jù)的誤差分析，要求誤差在客戶的允許范圍內(nèi)。

2 逆向工程技術應用課程教學實踐探索

2.1 逆向工程技術應用課程教學目標

逆向工程技術應用課程教學分為理論教學和實驗教學兩大部分，其中理論授課部分要求跟蹤學科發(fā)展前沿，教授逆向工程的一般基礎知識，主要有:各種測量設備介紹，移動式光學測量儀的工作原理，測量點云數(shù)據(jù)預處理，測量數(shù)據(jù)曲線曲面造型，逆向工程軟件Imageware12.1的應用，以及逆向工程軟件Geomagic Studio的點云處理功能等內(nèi)容。而實踐教學環(huán)節(jié)著重于學生實際應用能力的培養(yǎng)，要求學生采用先進的美能達光學測量儀進行實物數(shù)據(jù)采集的操作，能獨立使用主流的逆向工程軟件 Imageware12.1及Geomagic Studio對測量數(shù)據(jù)進行處理，掌握重建產(chǎn)品的CAD模型的方法和技巧［2］，提高學生運用逆向工程技術解決實際問題的能力。應該說，逆向工程技術應用課程的學習與實踐對于工科學生走向工作崗位是很有幫助的。

2.2 逆向工程技術應用教學內(nèi)容設置

逆向工程技術應用課程共設置128個學時，其中理論教學占48學時，實踐教學為80學時。

1)理論教學內(nèi)容。理論教學主要采用多媒體教室理論授課方式組織教學，教學內(nèi)容可分為逆向工程技術概論、三坐標和激光三維掃描儀測量方法、測量數(shù)據(jù)預處理、模型重建、imageware12.1軟件功能介紹等幾個部分，具體又可以詳細分為6個知識單元:

①逆向工程系統(tǒng):8學時，重點介紹逆向工程的概念。工作流程、應用領域及其發(fā)展過程和發(fā)展趨勢;

②逆向測量工程系統(tǒng):4學時，重點介紹逆向工程測量系統(tǒng)中的接觸式測量、非接觸式測量的方法，三坐標測量儀和激光三維掃描儀的使用，測量方法的比較和誤差分析;

③數(shù)據(jù)預處理:12學時，重點介紹數(shù)據(jù)預處理方法，數(shù)據(jù)對齊，數(shù)據(jù)平滑精簡，誤差點的識別去除及其數(shù)據(jù)分塊;

④三維模型重構:8學時，重點介紹逆向工程中三維模型重構的過程和方法，曲線擬合造型的方法和技巧，曲面直接擬合造型的方法和技巧，三維模型的質(zhì)量評價，曲線和曲面的光順評價和處理;

⑤逆向工程常用軟件:8學時，重點介紹逆向工程中所使用的曲面和實體造型軟件，imageware軟件的原理和功能應用介紹，ug軟件在逆向工程中的應用［3］;

⑥快速成型和快速模具技術:8學時，重點介紹快速成型和快速模具技術的概念、發(fā)展及其技術和工藝方法。

2)實踐教學內(nèi)容

實踐教學要求學生獨立完成6～10個逆向產(chǎn)品設計工業(yè)案例，學生基于來自企業(yè)一線的工業(yè)案例項目從做項目中學習。每個案例的實施過程如下:

①學生分成不同案例組(6人/組);

②自定工業(yè)案例產(chǎn)品;

③使用美能達三維掃描儀進行測量點云數(shù)據(jù);

④點云數(shù)據(jù)導入imageware軟件進行預處理;

⑤利用imageware軟件進行被測零件的CAD模型構建;

⑥CAD模型與測量數(shù)據(jù)的誤差分析。

其中難點是③～⑥過程，過程示意如圖1所示。實踐教學完成后要求學生提交案例構建步驟說明書和報告。

圖1 過程示意圖

2.3 教學過程與考核方法

由于該課程研究的主要對象是機械產(chǎn)品，尤其是具有三維復雜幾何構型產(chǎn)品的測量、建模，這樣的教學內(nèi)容需要形象直觀的教學手段，否則學生很難建立起對逆向工程技術應用系統(tǒng)的認識。為此，可采用多媒體課件教學，以便讓學生形象直觀地認識基本理論和軟件應用方法及技巧;同時盡可能小班教學，小班中可分組成立冠名設計工作室，建立個性化工作室，學生可以根據(jù)自身的特點、興趣愛好來自主選擇產(chǎn)品設計方向。這樣，可以在有限的空間內(nèi)提供更豐富的教學資源，對培養(yǎng)學生的學習興趣，調(diào)動學習專業(yè)技能的積極性效果明顯［4］。為了滿足學生親自動手進行測量實踐的需要，多媒體教師授課，每位學生一臺工作站電腦，老師介紹相關理論知識后，隨即學生在老師的帶領下，操作逆向工程軟件，逐步完成相關軟件功能的操作，理論結合實踐，這樣使學生能更好地理解所學內(nèi)容。

該課程的教學目的是讓學生熟練運用逆向工程技術進行產(chǎn)品設計與制造，提高學生運用逆向工程技術解決實際問題的能力，因此課程考核可由三部分組成:

①理論部分閉卷考試，占總成績的30%;

②被測物體的坐標測量實踐，占總成績的20%;

③數(shù)據(jù)處理和 CAD模型重建，占總成績的50%。

3 結束語

隨著逆向工程技術在制造業(yè)中的地位不斷提升，了解逆向工程技術的基本理論，熟練運用逆向工程軟件imageware進行產(chǎn)品創(chuàng)新設計是工科學生的一個重要技能。如何運用先進的測量手段，將幾何建模與工程設計相結合，根據(jù)實物模型產(chǎn)生符合計算機輔助設計要求的數(shù)字化描述，更好地解決某些產(chǎn)品設計制造問題，是逆向工程技術應用課程需要關注的問題。通過逆向工程技術概論的學習，使學生了解目前的逆向工程解決方案的總體策略、系統(tǒng)基本組成和所能完成的主要任務;學生通過分組成立冠名設計工作室的方式進行企業(yè)工業(yè)案例的設計和開發(fā)，點云數(shù)據(jù)處理與CAD模型重建內(nèi)容的實施，讓學生在“做”中“學”，又有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性和積極性，提高學生分析解決實際問題的能力及適應多變快變企業(yè)環(huán)境的能力，為將來勝任企業(yè)逆向產(chǎn)品工程師崗位打下堅實的基礎。

［1］黃誠駒，李鄂琴.逆向工程項目式實訓教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004:10-20.

［2］單巖，謝斌飛.Imageware逆向造型技術基礎［M］.北京:清華大學出版社，2006:20-30.

［3］成思源.逆向工程技術綜合實踐［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010:1-10.

［4］尹桂波.“工作”思想對高職工學結合一體化課程開發(fā)的導向作用［J］.常州信息職業(yè)技術學院學報，2011(2):36-38.

Exploration on Reverse Engineering Technology Teaching Based on the Cooperation between School and Enterprises

ZHOU Feng HAN Li-yang
(Department of Precision，Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology，Suzhou 215123，China)

Reverse engineering technology is an important means of product innovation design.To enable higher vocational college students to grasp the application of curves and surfaces in reverse design and the use of software imageware12.1 for product design in Reverse Engineering Technology，make the objective and contents of teaching correspond with the enterprises＇request，it is necessary to explore on practical teaching of the qualification and skills needed to the position of reverse engineer.

application of reverse engineering technology;cooperation between school and enterprise;exploration

TP 391.72-4

B

1672-2434(2012)01-0050-03

2011-09-28

周 鋒(1979-)，男，工程師、講師，從事研究方向:產(chǎn)品正向和逆向造型設計、CAD/CAM技術應用、數(shù)控五軸加工