高校工程训练开设逆向工程实训课程和,本文是工程训练类有关研究生毕业论文范文跟逆向工程和实训和探索类研究生毕业论文范文.
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逆向工程（Reverse Engineering,RE）又称反求工程,起源于精密测量和质量检测,是设计下游向设计上游反馈的回路.逆向工程的应用越来越广泛,涵盖工程、医学、考古、文物修复等多学科门类,尝试将逆向工程引入工程训练教学,丰富了工程训练的教学内容,开阔了大学生的视野,提高了实践和创新能力.
一、开设逆向工程实训课程的意义工程训练是现代高等工程教育的重要组成部分,是一门实践性的技术基础课,是大学生熟悉零件的常用加工方法及其所用的主要设备和工具,了解新工艺、新技术、新材料在现代机械制造中的应用,拓宽工程知识背景的重要途径[1].逆向工程技术的广泛应用和快速发展,吸引越来越多的院校开设这门课程[2].大部分是将逆向工程作为一门专业课程进行开设,仅覆盖少数学科专业,如何让更多的学生学习逆向工程技术的专业知识,掌握产品快速开发的过程和方法,是教育工作者面临的一项紧迫课题[4].
二、逆向工程实训项目教学内容逆向工程实训教学中,应加强实践教学,使学生真正掌握逆向工程相关知识和技能.教学目标和内容为：（1 ）了解逆向工程的基本概念及主要技术,应用和意义；（2）了解常用的三维数据采集方法,学习三维扫描仪的基本操作方法,采集零件的点云数据；（3）学习逆向软件的使用方法,反求生成3D模型；（4）学习熔融沉积式快速成型机基本工作原理,硬件和软件构成、应用及特点,成型过程流程及工艺,并打印出产品.学习该课程后应达到以下要求：了解逆向工程的流程、关键技术,掌握三维数据获取、三维模型的建立以及模型快速制造等基本能力,学会相关软件及设备的基本操作技能,培养利用逆向技术完成产品创新设计的能力[3].由于该课程教学信息量大,教学时间短,所以要精心设计教学过程,充分开发大学生潜能.采用项目驱动教学法,师生围绕案例展开充分的研讨和分析,制定工艺方案,完成逆向工程的完整过程的学习,最终快速制造出作品,在教学现场采用教学展板、作品展橱、多媒体触屏学习机等进行辅助教学,扩大课堂教学信息量.在课程安排上,采用“精讲多练”的方式,让学生边学边练,围绕着案例实践,教师巡回指导,逐个点评,最后进行总结归纳,实现预定的教学效果.
三、“逆向工程”实训项目教学实施1.开设逆向工程实训项目的软硬件条件.逆向工程实训课程的开设要具备基本条件,要有三维数据采集设备、3D打印设备、必要的逆向工程软件以及相应的教学设施及场地.我中心现有北京某公司生产的结构光光栅照相式三维扫描仪一台,配有Geomagic逆向软件,北京某公司生产的FDM打印机4台,自制3D打印机2台.软件方面,制定了“逆向工程”实训教学大纲、教学计划、教案、教学挂图、视频自学资料,实训报告等,保证教学过程顺利开展.
2.逆向工程实训教学实施过程.逆向工程实训课程既涉及理论知识,更涉及三维扫描、逆向建模和3D打印的实践知识,其知识量大,对设备和师资要求高,而工程训练课程具有以实践操作为主,受众学生专业广、人数多等特点,所以要采取相应措施和办法[4].实施过程如下：（1 ）理论讲授.工程训练教学以实践操作为主,所以该项目理论讲授学时较少,辅以视频和实物为媒介,简要而直观地介绍逆向工程的基本概念和主要技术、逆向测量设备、点云处理及逆向建模,3D打印的基本方法和工艺.（2 ）点云数据采集.数据采集是逆向工程的第一步重要阶段,也是后续工作的基础.常用的数据采集方法主要有接触式测量和非接触式测量.我中心采用结构光光栅照相式三维扫描仪,结构光扫描可在极短时间内获得复杂工件表面的完整点云,与接触式测量相比,非常适合逆向工程训练课程中作为数据采集设备.本实训项目采用任务驱动的教学方法,根据学科专业不同,由教师给定课程任务,或者学生根据要求自选任务.以现场零件为例,介绍扫描方案的拟定,并演示零件的三维扫描方法和过程,要求学生分组操作,制定扫描方案,操作三维扫描仪对产品进行多角度拍摄,采集零件的点云数据并保存.（3）反求生成3D模型.逆向工程建模软件主要有Imageware、Geomagic、CopyCAD、RapidForm等,根据实际情况,我中心采用Geomagic软件进行实训教学,要求学生熟练掌握从拍摄获取点云到生成STL格式文件的全部操作过程[4].在Geomagic软件中导入点云数据,先进行点着色使其更直观,删除体外孤点,采样处理减少点云密度,除噪处理优化点的排列,进行封装得到多边形模型[5].在多边形阶段进行填充孔,去除特征用于快速去除对象上的肿块和压痕,砂纸命令用于光顺或松弛对象上的区域,简化多边形,多边形修复,边界优化等操作.进入精确曲面阶段,编辑轮廓线和曲面片,拟合曲面创建NURBS曲面.如需对曲面等进行优化处理,可保存为IGS或其他格式导入正向CAD软件进行编辑；如果模型不需考虑拓扑结构,可保存为OBJ格式导入Sculptris软件,直观地进行雕刻和形状处理.最终保存为STL格式文件,用于3D打印.（4 ）产品快速制造.3D打印的工艺方法有几十种之多,我中心采用北京某公司生产的FDM打印机.将STL格式模型导入打印机应用程序,通过自动布局、几何变换等对模型进行编辑,然后进行分层切片,将三维CAD模型转化为二维几何信息,通过分层制造,最终实现零件的沉积成型,打印出产品.最后经过去除支撑、打磨等后处理,使零件精度、表面粗糙度达到要求.3.考核评价与总结归纳.考核是保证教学质量和反馈教学问题的重要手段.逆向工程实训考核分为理论考核、实训报告、实践考核三部分.该课程以实践操作为主,所以实践考核占60%,理论考核部分占20%,实训报告占20%.理论考核采用自主研发的工程训练理论考试系统进行上机考试,实现自动阅卷、自动评分.理论试题库涵盖该项目理论讲授部分和实践操作部分全部内容.实践考核采取对三维扫描的点云数据、模型数据处理、3D打印作品分项评分之和.实训项目结束之前,学生先对训练过程进行自我总结,从中了解学生对教师及教学过程的要求和建议.指导老师也要对训练过程和结果进行分析,找出成绩与不足,进行小结.不断完善教学过程,提高实训教学的有效性.学生通过以上环节的实践训练,可以体验到逆向工程的完整流程,学习逆向工程思维,培养工程实践和创新能力.
本文对高校工程训练课程开展逆向工程实训教学进行了研究,讨论了从三维扫描获取点云数据、三维模型重建到通过3D打印实现快速制造的完整流程,下一步将探讨三维扫描与激光加工、数控加工进行对接的逆向工程训练项目,以便进一步扩充该训练课程的内容.工程训练课程开展逆向工程实训,丰富了工程训练的内容,培养了学生逆向工程思维能力,提高了大学生的工程实践和创新能力,提升了大学生就业竞争力.
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