"逆向工程與快速成型技術應用"課程教學改革與實踐

王旭

摘要：“逆向工程與快速成型技術應用”課程旨在培養掌握先進制造技術的應用型人才。以項目為動力，知識點的教學貫穿于項目教學、軟件模擬、設備操作等整個過程，打破了單一的考核方式，使學生能夠在反求工程和快速原型技術基礎知識的基礎上掌握測量設備的使用、逆向產品設計方法、快速原型制作過程和典型快速原型制作設備的操作。

關鍵詞：逆向工程; 快速成型; 項目驅動

前言：逆向工程，也叫反求工程、反向工程等，從油泥模型發展到產品的設計過程，但直到20世紀90年代才引起業界和學術界的重視。隨著計算機計算技術，特別是數字測量技術的飛速發展，可實現三維測量數據和產品的集成開發，為制造業提供了一種新的、高效的產品開發方案。快速成型技術開發于20世紀80年代中期，指的是由計算機控制和管理下的組件CAD模型直接驅動的復雜三維實體精確堆放的原型或組件制造技術。RP技術徹底改變了制造方式，成為先進制造技術的重要組成部分。RP技術的最大特點是制造的高度柔性，即零件的CAD模型可以直接由設備驅動完成零件的成型或零件的原型。可再生能源技術與后處理技術相結合，已成為制造企業提高競爭力的有力工具，在縮短新產品開發周期、降低生產成本、促進客戶化以及發展小批量和單件加工模式等方面發揮了重要作用。該技術除廣泛應用于航空航天、汽車工業、模具工業、消費電子產品、玩具等領域外，還廣泛應用于人類工程、服裝、自然歷史博物館數字化、藝術模仿與損傷修復、醫學等領域。

一、開放課程建設的內容分析

生當前已經轉變的學習觀念，以及飛速發展的網絡技術，都使得課程教學已經發生明顯的改變。開放分享已經成為當前進行課程教學的主要基礎之一。但是開放課程并不代表全面，接收網絡信息這一課程還表現在課程來源，課程結構等方面。作為一種基于mooc概念的新一代在線教學平臺，超級明星泛網絡教學平臺已被許多學校選擇作為開放式課程建設的平臺。為了適應時代的變化和發展，借鑒國外開設數百門開放式課程的經驗，在我校教學改革項目的支持下，提出了在超級明星泛雅教學平臺的基礎上開設開放式課程的構想。因為`反向工程和快速原型應用‘是一門應用新技術的課程。因此，課程內容的設計應使學生能夠理解RE/RP的基本原理并掌握基本技能。涉及RE/RP技術的知識和技能是根據RE/RP技術的工作流程橫向組織的，以便實現“最小粒徑”和“完全的邏輯關系”的有機結合。開放課程知識云構成。

二、課程的教學內容

逆向工程和快速成型技術應用這一課程主要安排了40個學時以項目為課程的基礎，對學生進行全過程的知識點教學。同時在這一過程當中還要重視對學生進行實踐技能的培養，不僅要求學生要有充足的理論知識，要點學習效果，同時還要掌握熟練的技能操作是學生，然后在實踐中學習知識，在知識中領悟實踐的真諦。

鼠標外殼反向設計和快速原型制作（12課時）。單視點云數據的測量和預處理，包括激光掃描基本原理、地學演播室軟件的使用、單視點編輯和處理命令和預處理過程、鼠標數據的測量和預處理;基于激光點云的直接表面重建包括表面重建過程和鼠標表面重建。三維噴涂膠粘劑（3DP）快速成型，包括3DP原理、3DP工藝特性、鼠標3DP快速成型。

葉片反向設計和快速原型制作（10課時）。（1）多視點云數據的測量和預處理，包括多視點云路徑規劃、多視點數據處理命令、多視點云預處理過程、數據測量和葉片預處理;基于激光點云的間接表面重建包括表面重建過程和葉片表面重建。熔融沉積制造（FDM）快速成型技術，包括FDM基礎原理、FDM工藝特性、葉片FDM快速成型技術。

反向設計和快速原型制作（8課時）。（1）基于CMM的數據測量和預處理，包括CMM的工作原理和組成、測量路徑規劃、數據預處理流程、數據測量和燈的預處理;基于CMM測量數據的表面重建，包括表面重建流和車燈表面重建;光固化快速原型，包括SLA的基本原理、工藝特性、車燈快速原型。

反向設計和快速原型制作（10課時）。學生根據自選件的結構特點選擇檢測方法和快速成型方法，完成自選件的模型重建和制作。

三、教學方式以及檢測方式

因為本課程的主要對象是機械零件，特別是三維復雜幾何產品的測量、建模和制造。這種教學內容需要視覺化的教學方法和手段。因此，本課程采用多媒體課件，現場演示，軟件模擬，設備操作等。學生們分成小組完成這個項目。數據測量和快速原型制作的操作首先由教師建立，然后由學生監督獨立完成，教師在現場指導和回答問題。逆向工程軟件的使用是基于自學的。每個項目完成后，學生根據教學內容的要求提交數據處理和模型重構工作及驗證報告。在課程實施過程中，以教師為主導，按照既定課程標準進行視頻教學。同時，還提供視頻演示和現場講座，以提高學習者的參與意識和親密感。

本課程實踐性很強，要求學生掌握逆向工程和快速成型技術在產品設計和制造中的應用，提高學生解決實際問題的能力。因此，對這門課的評估強調學生的動手能力。同時，考慮到學生團隊精神的培養，本課程的評估由三部分組成：開放式課程“逆向工程與快速成型技術應用”的評價方法采用了形成評價與最終評價相結合的方法。形成性評價包括電子記錄、項目實踐工作、教師評價、同伴評價和群體知識測試。期末評價方法采用期末測驗。考試題目是選擇題、補考和論證題。項目完成和實驗報告占70%，教師評估占15%，學生自我評估和相互評估占15%。

結語：

通過進行這一課程內容的教學，使學生們能夠更加快速的掌握這種產品設計的創新方法。同時還可以使學生們對于逆向工程的快速成型技術的各個框架進行了初步的了解，便于學生日后對于這一方面問題進行更深刻的研究，使學生的知識結構和創新思維得到進一步的拓展發展。

參考文獻：

[1] 陳雪芳，孫春華. 逆向工程與快速成型技術應用[M]. 北京：機械出版社，2009.

[2] 譚昌柏. 《逆向工程技術》課程教學探討[J]. 科技教育創新，2008（18）：276-277.

[3] 趙天嬋，馮俊，胡珺. 充分利用三坐標測量機培養學生工程實踐能力[J]. 實驗技術與管理，2008，25（6）：152-155.