基于校企合作的逆向工程技术应用教学探索

周 锋 韩立洋

(苏州工业园区职业技术学院精密工程系 江苏苏州 215123)

基于校企合作的逆向工程技术应用教学探索

周 锋 韩立洋

(苏州工业园区职业技术学院精密工程系 江苏苏州 215123)

逆向工程技术是重要的产品创新设计手段。为使高职院校学生牢固掌握逆向工程技术应用课程中曲线曲面逆向设计的基础理论知识以及使用逆向工程软件imageware12.1进行产品设计的方法，使该课程的教学目标与教学内容等与企业中对应的逆向产品工程师岗位的职业素养和专业技术能力保持一致，需要运用企业逆向产品工程师岗位所需的专业技术知识进行课程教学实践探索。

逆向工程技术应用;校企合作;教学探索

1 企业逆向产品工程师专业技术知识需求

1.1 逆向工程技术简介

目前，我国正处于工业化的中期阶段，其中，CAD/CAM技术应用作为制造业保证竞争力的有力工具，在缩短产品生成、上市周期，提高产品质量，降低成本，促进小批量和单件加工模式的发展等方面发挥了重要作用。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，目前在包括飞机研制、汽车新产品开发、模具制造和修复、医疗器械、个性化产品定制等领域得到广泛应用。传统的产品设计过程，是一个由需求分析、概念设计到CAD模型创建的工程，称为正向设计。然而在很多情况下，产品的原始设计图纸和数字化模型并不可得，这就需要对产品样件或实物进行测量，获得具有三维坐标信息的测量数据点，然后根据测量数据重新建立其CAD模型，最后对模型作进一步力学分析、改型设计和数控加工。这种根据实物或样件重新建立计算机模型的方法，与传统的正向设计的过程正好相反，它与数字化制造技术相结合，大大加快了产品的研制过程。从实物样件获取产品设计、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)［1］。

1.2 企业对逆向工程技术人员的要求

高职教育培养的技能型人才是直接为企业一线服务的，为企业的发展提供人力资源，企业生产一线又是职业教育的最佳实习课堂，企业的发展又可以进一步促进高职职业教育的发展。苏州工业园区职业技术学院通过与苏州工业园区专业从事逆向工程服务的高瑞工业产品设计有限公司建立校企合作关系，并建立了专业教师与该企业技术人员的合作研发团队，共同开发建设逆向工程技术应用课程，既能有效提高专业教师“双师型”素质和研发能力，提高教师及学院的知名度，又可以有力支援企业和地方经济建设;同时通过组建校内生产性实训基地，探索和实践工学结合的“学校工厂化、工厂教室化”的全新的专业建设和人才培养模式，使学生、教师、企业和学校各得其所，实现多方共赢。通过企业调查，企业逆向工程师岗位专业技术知识需求为以下几个方面:

①熟练使用2D软件Autocad2006及Excel软件，完成零件的2D工程图纸。

②熟练操作激光三维扫描仪，完成测量样件或实物，得到所需的坐标点云数据。测量过程要求会设定合理的测量距离、标记点。

③利用imageware软件对测量所得的点云数据进行预处理，要求对点云数据去除杂点，点云合并完成点云的拼接，点云的采样，点云的坐标摆正。

④利用imageware软件重建CAD模型，要求合理创建曲线，应用软件指令完成曲面的创建，同时对各个曲面或平面完成修剪、倒圆角、光滑过渡等修饰美观创建。

⑤利用imageware软件完成CAD模型与测量数据的误差分析，要求误差在客户的允许范围内。

2 逆向工程技术应用课程教学实践探索

2.1 逆向工程技术应用课程教学目标

逆向工程技术应用课程教学分为理论教学和实验教学两大部分，其中理论授课部分要求跟踪学科发展前沿，教授逆向工程的一般基础知识，主要有:各种测量设备介绍，移动式光学测量仪的工作原理，测量点云数据预处理，测量数据曲线曲面造型，逆向工程软件Imageware12.1的应用，以及逆向工程软件Geomagic Studio的点云处理功能等内容。而实践教学环节着重于学生实际应用能力的培养，要求学生采用先进的美能达光学测量仪进行实物数据采集的操作，能独立使用主流的逆向工程软件 Imageware12.1及Geomagic Studio对测量数据进行处理，掌握重建产品的CAD模型的方法和技巧［2］，提高学生运用逆向工程技术解决实际问题的能力。应该说，逆向工程技术应用课程的学习与实践对于工科学生走向工作岗位是很有帮助的。

2.2 逆向工程技术应用教学内容设置

逆向工程技术应用课程共设置128个学时，其中理论教学占48学时，实践教学为80学时。

1)理论教学内容。理论教学主要采用多媒体教室理论授课方式组织教学，教学内容可分为逆向工程技术概论、三坐标和激光三维扫描仪测量方法、测量数据预处理、模型重建、imageware12.1软件功能介绍等几个部分，具体又可以详细分为6个知识单元:

①逆向工程系统:8学时，重点介绍逆向工程的概念。工作流程、应用领域及其发展过程和发展趋势;

②逆向测量工程系统:4学时，重点介绍逆向工程测量系统中的接触式测量、非接触式测量的方法，三坐标测量仪和激光三维扫描仪的使用，测量方法的比较和误差分析;

③数据预处理:12学时，重点介绍数据预处理方法，数据对齐，数据平滑精简，误差点的识别去除及其数据分块;

④三维模型重构:8学时，重点介绍逆向工程中三维模型重构的过程和方法，曲线拟合造型的方法和技巧，曲面直接拟合造型的方法和技巧，三维模型的质量评价，曲线和曲面的光顺评价和处理;

⑤逆向工程常用软件:8学时，重点介绍逆向工程中所使用的曲面和实体造型软件，imageware软件的原理和功能应用介绍，ug软件在逆向工程中的应用［3］;

⑥快速成型和快速模具技术:8学时，重点介绍快速成型和快速模具技术的概念、发展及其技术和工艺方法。

2)实践教学内容

实践教学要求学生独立完成6～10个逆向产品设计工业案例，学生基于来自企业一线的工业案例项目从做项目中学习。每个案例的实施过程如下:

①学生分成不同案例组(6人/组);

②自定工业案例产品;

③使用美能达三维扫描仪进行测量点云数据;

④点云数据导入imageware软件进行预处理;

⑤利用imageware软件进行被测零件的CAD模型构建;

⑥CAD模型与测量数据的误差分析。

其中难点是③～⑥过程，过程示意如图1所示。实践教学完成后要求学生提交案例构建步骤说明书和报告。

图1 过程示意图

2.3 教学过程与考核方法

由于该课程研究的主要对象是机械产品，尤其是具有三维复杂几何构型产品的测量、建模，这样的教学内容需要形象直观的教学手段，否则学生很难建立起对逆向工程技术应用系统的认识。为此，可采用多媒体课件教学，以便让学生形象直观地认识基本理论和软件应用方法及技巧;同时尽可能小班教学，小班中可分组成立冠名设计工作室，建立个性化工作室，学生可以根据自身的特点、兴趣爱好来自主选择产品设计方向。这样，可以在有限的空间内提供更丰富的教学资源，对培养学生的学习兴趣，调动学习专业技能的积极性效果明显［4］。为了满足学生亲自动手进行测量实践的需要，多媒体教师授课，每位学生一台工作站电脑，老师介绍相关理论知识后，随即学生在老师的带领下，操作逆向工程软件，逐步完成相关软件功能的操作，理论结合实践，这样使学生能更好地理解所学内容。

该课程的教学目的是让学生熟练运用逆向工程技术进行产品设计与制造，提高学生运用逆向工程技术解决实际问题的能力，因此课程考核可由三部分组成:

①理论部分闭卷考试，占总成绩的30%;

②被测物体的坐标测量实践，占总成绩的20%;

③数据处理和 CAD模型重建，占总成绩的50%。

3 结束语

随着逆向工程技术在制造业中的地位不断提升，了解逆向工程技术的基本理论，熟练运用逆向工程软件imageware进行产品创新设计是工科学生的一个重要技能。如何运用先进的测量手段，将几何建模与工程设计相结合，根据实物模型产生符合计算机辅助设计要求的数字化描述，更好地解决某些产品设计制造问题，是逆向工程技术应用课程需要关注的问题。通过逆向工程技术概论的学习，使学生了解目前的逆向工程解决方案的总体策略、系统基本组成和所能完成的主要任务;学生通过分组成立冠名设计工作室的方式进行企业工业案例的设计和开发，点云数据处理与CAD模型重建内容的实施，让学生在“做”中“学”，又有利于培养学生的创新性和积极性，提高学生分析解决实际问题的能力及适应多变快变企业环境的能力，为将来胜任企业逆向产品工程师岗位打下坚实的基础。

［1］黄诚驹，李鄂琴.逆向工程项目式实训教程［M］.北京:电子工业出版社，2004:10-20.

［2］单岩，谢斌飞.Imageware逆向造型技术基础［M］.北京:清华大学出版社，2006:20-30.

［3］成思源.逆向工程技术综合实践［M］.北京:电子工业出版社，2010:1-10.

［4］尹桂波.“工作”思想对高职工学结合一体化课程开发的导向作用［J］.常州信息职业技术学院学报，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 锋(1979-)，男，工程师、讲师，从事研究方向:产品正向和逆向造型设计、CAD/CAM技术应用、数控五轴加工