《逆向工程技術》教學方法初探

張輝 徐江敏

摘 要:逆向工程技術是先進制造技術的重要內容,已廣泛應用于船舶、汽車、家電和模具等領域。為了適應人才的需求,我校開設了《逆向工程技術》課程。作者在講授《逆向工程技術》課程的基礎上,結合所屬學院課程建設的自身特點,談談自己在課程教學改革中的若干體會,對課程的教學內容和教學方法做了諸多探討。

關鍵詞:逆向工程技術教學研究教學改革教學方法

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0184-02

1 引言

逆向工程作為數字化與快速響應制造大趨勢下的一項重要的產品創新設計技術,自上世紀八九十年代引起國內外廣泛關注,得到了快速發展。隨著我國裝備制造業的發展,制造業對人才需求的不斷提高,新的制造和設計理念導致出現了許多新的先進制造技術。作為先進制造技術中的重要內容,逆向工程技術已廣泛應用于船舶、汽車、家電和模具等領域。

廣義的逆向工程包括影像反求、軟件反求和實物反求等諸多方法,是一個復雜的系統工程。機械行業通常指的是從實物樣件獲取產品設計以及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,統稱為逆向工程或反求工程(Reverse Engineering)。為了適應這方面人才的需求,我校在原來先進制造技術課程的基礎上,開設了《逆向工程技術》課程,專門講述逆向工程方面的理論和實踐。

2 《逆向工程技術》課程特點

我校《逆向工程技術》課程涉及到的是狹義的實物反求,它研究實物CAD模型的重建和最終產品的制造。根據逆向工程實施的原理和在實際應用中的情況,《逆向工程技術》課程具有其獨特的教學特點。

逆向工程技術是將實物模型或產品樣件進行測量,數據化成設計、概念模型,并在此基礎上對產品進行分析、修改、優化和加工等技術總稱。從理論角度分析,逆向工程技術的最終實現目標是能夠按照產品的測量數據重建出與現有的CAD/CAM系統完全兼容的產品模型。傳統的產品設計過程稱為正向設計,遵循著序列嚴謹的研發流程,通常是從概念設計到圖樣,再制造出產品。而產品的逆向工程是根據零件(或原型)生成圖樣,再制造產品。因此其設計思路與傳統的正向設計不同。但是目前的逆向工程技術還未能達到完全獨立進行CADCAM設計制造的水平,與傳統的CAD/CAM還具有千絲萬縷的聯系,所以可以認為逆向工程與現有的CADCAM系統是一種相輔相成的關系。在實際應用時,還是多被當做一種輔助手段來采用。因此需要將這點與學生交代清楚。

逆向工程作為一種產品建模的手段,同樣可以認為是一種幾何造型過程,只是設計造型中涉及的曲線曲面必須是以實物樣件的測量數據為依據的。因此,逆向工程技術與計算機輔助設計、幾何造型技術等內容具有非常緊密的聯系。《逆向工程技術》課程需要學生基本具有復雜曲面造型的知識,理解建立參數曲線曲面的基本概念,掌握B樣條曲線曲面和NURBS曲線曲面造型的基本方法。因此通常需要學生先修了涵蓋這些理論知識課程。

逆向工程作為產品建模的手段,其建模依據是實物樣件的測量數據,因此《逆向工程技術》教學的一個重要特點便是較多使用測量用的儀器設備和工程軟件,是一個對學生動手實踐能力較強的課程。通常逆向工程技術需要學生掌握使用的設備有三坐標測量儀、照相式測量儀、Imageware軟件和Geomagic軟件等。除此之外通常還會介紹快速成型設備等。其每一種設備或者軟件都需要較多實踐使用才能熟練掌握。

由此可見,《逆向工程技術》是一個理論與實踐緊密結合的課程,既需要有較高的曲線曲面理論基礎,又需要對常用的逆向工程設備和軟件熟練操作。

3 《逆向工程技術》教學存在問題

筆者經過幾年的《逆向工程技術》教學,發現在本校該課程的教學實踐過程中,存在以下問題或情況:

學生在經過之前先修各種機械課程教學之后,都基本訓練養成了正向設計的思維模式。所以在一開始剛接觸逆向工程時,較難接受反向思維的設計方式。雖然在經過了前幾節課程的教學之后,初步接受了逆向工程的反向思維方式,但是在實踐動手時,碰到一個具體的問題,還是會傾向于正向思維的方案,受雇于正向思維的陷阱。因此,如何轉變學生的思維模式,培養學生的逆向思維方法是本課程需要重點考慮的問題。

我校本專業的學生來自各個地方,來我校之前其專業各不相同,基礎也不相同。有的學生對曲線曲面的理論已經具有了一定的基礎,而有的學生來自非非機械類專業或者機電控制專業,其對曲線曲面的的基礎知識僅來自于CAD基礎知識。或者甚至有些非機械類學生之前都沒有曲線曲面的背景知識。因此,在課程教學時,需要針對學生的不同起點,貫徹統一要求與因材施教相結合的教學原則。

由于課程教學時數的限制,而逆向工程教學內容充實。在介紹完逆向工程基本理論和曲線曲面基礎理論知識之后,只能簡單介紹下逆向工程的主要內容,包括各種測量設備機器原理和使用方法、測量數據預處理、曲線曲面處理、CAD模型重建及快速原型技術。除此之外,留給學生操作各種測量設備和軟件的時間并不多。如何在有限的教學時數內,讓學生掌握各種實際的測量設備和工程軟件的使用是一個難點。

4 《逆向工程技術》教學辦法

針對目前《逆向工程技術》教學中存在的幾個問題,結合本校的行業背景特點和本專業學生的實際教學情況,為了貫徹本課程教學目標,在本課程的教學中采取了以下辦法:

為了給學生養成逆向思維的習慣,在課程的一開始介紹逆向工程技術時,就將逆向的思想傳授給學生,使其從課程初始就明確逆向的思維方式,明白逆向工程技術是根據實物、樣件重新建立計算機CAD模型的方法,與傳統的正向設計過程剛好相反,它與數字化制造技術相結合,大大加快了產品的研制過程。逆向工程技術課程不僅僅是介紹幾項測量設備的使用和逆向軟件的操作,而是一種機械設計制造的新的思考方式,是可以幫助學生在以后的工作中提供一種新的創新設計模式。

由于學生的理論水平層次不齊,故在課程講授時,在介紹曲線曲面理論時要講的詳細些,因為這是后面操作測量設備和進行軟件使用的基礎。需要使學生具有一定的理論基礎水平,培養學生獨立思考的創新能力,而不能滿足于對幾樣設備和軟件等工具的使用。必要的時候,對于一些理論基礎較好,又有時間精力的學生,可以讓其參與編寫一些逆向技術中的一些算法,加深其對理論的理解。同時編的較好的小算法程序,還可以當做教學的輔助工具。而對于基礎不好的學生,可以著重讓其在理解逆向思想的基礎上,重點掌握常用設備和軟件的使用,滿足基本的教學要求。