职业教育课题申报：基于逆向工程技术的高职机电类学生三维设计与创新能力培养模式的研究与实践

基于逆向工程技术的高职机电类学生三维设计与创新能力培养模式的研究与实
践
学科分类：职业教育
课题类别：一般课题
关键词：逆向工程、创新能力、培养模式
预期研究成果：研究报告
课题设计论证
1、问题的提出、课题界定、国内外研究现状述评、选题意义与研究价值。

问题提出：逆向工程就是对已有的产品零件或原型进行CAD 模型重建，即对已有的零件或实物原型，利用三维数字化测量设备准确、快速地测量出实物表面的三维坐标点，并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物模型的过程。

逆向工程不是简单地再现产品原型，而是技术消化、吸收，进一步改进、提高产品原型的重要技术手段，是产品快速创新开发的重要途径。

随着计算机、数控和激光测量技术的飞速发展，逆向工程已成为航空、航天、汽车、船舶和模具等工业领域最重要的产品设计方法，是工程技术人员通过实物样件、图样等快速获取工程设计概念和设计模型的重要技术手段。

逆向工程的应用离不开对产品的进一步创新。

实物原型的设计是企业的智力财产，具有归属性，而由产品实物逆向建模所得的产品CAD
模型所蕴含的产品设计意图对产品开发企业而言不具备所属性，但可以在现有产品技术之上改进创新，推出更具竞争力的产品。

而对产品的改进和创新离不开创新思维，目前，各行各业都急需熟悉逆向工程技术且具有创新思维的应用型人才。

高等职业教育的培养目标是培养具有一定理论基础的高素质应用型人才，其培养方向和专业类型必须服务和服从经济建设的主战场，企业需要什么样的人才，就得培养什么样的人才。

高职学生不仅要掌握本专业的基本知识和基本技能，更要具备企业急需的三维设计与创新能力。

高职机电类学生三维设计与创新能力的培养已迫在眉睫，在高职机电专业体系中融入三维造型技术和逆向工程技术势在必行。

实践证明，通过逆向工程技术的学习和应用，可以有效提高学生的创新思维和设计能力。

课题界定：本课题是以逆向工程技术的学习和应用为载体，以培养高职机电类学生三维设计与创新能力为目的，研究出一套切实有效的人才培养模式，并应用于教学实践中。

本课题属于高职教育中的综合研究。

国内外研究现状述评目前，在许多高校都在积极开展学生三维创新能力培养的研究和实践，如华中科技大学机电学院相关课题组，已经在“大机械类本科生全程三维设计能力培养模式的研究与实践”、“三维表达在工程图学中的定位研究与实践”等教改项目上取得了成果和经验。

安徽工程科技学院针对现行机械类课程体系中存在的主要问题，从专业应用培养的角度出发，构建了“基础课程——实践课程——创新能力”全程式三维设计能力培养体系。

江苏技术师范学院机械工程学院，根据制造业信息化的发展和人才培养的需要，进行了机械专业三维设计能力培养模式的研究与实践，对学生三维设计能力的培养不再局限于某一门课程，而是贯穿于“机械设计基
础系列课程”课程群中,贯穿于学生4年的学习中。

以上这些都是基于正向建模的思维培养学生创新设计和思维能力。

只有东北石油大学工程训练中心从逆向工程技术开展了逆向工程创新实训项目。

另外，为了大力推进逆向工程技术的发展与应用，培养企业急需的“金领”人才目前，在全国各地开展了各种形式的比赛与交流活动，如全国职业技能大赛组委会举办的全国职业院校技能大赛高职组“三维建模数字化设计与制造”赛项，全国3D技术推广服务与教育培训联盟、国家制造业信息化培训中心等举办的“全国3D大赛”。

其目的都是为了提高学生的创新能力和设计能力。

目前，基于逆向工程技术的高职机电类学生三维设计与创新能力的培养模式研究，在高职教育研究中还没有进行，虽然有不少高职院校在进行逆向工程方面的教学，但基本上是基于逆向建模方面，对于创新能力的培养以及与正向建模的结合等都没有很好的融合。

选题意义与研究价值随着科技的进步，技术产品更新的速度日益加快。

统计资料表明，产品的技术含量越高，其更新期就越短，技术市场总是坚定不移地朝着式样更加新颖，功能更加齐全的方向前进。

可以预测，未来技术市场的竞争将更加激烈。

事实证明，技术引进是吸收国外先进技术，促进民族经济高速增长的战略措施，战后日本通过仿制美国及欧洲的产品，在采取各种手段获取先进的技术和引进技术的消化和吸收的基础上，建立了自己的产品创新设计体系，使经济迅速崛起，成为仅次于美国的制造大国。

据有关统计资料表明，各国百分之七十以上的技术都是来自国外，要找我这些技术，正常的途径都是通过逆向工程。

逆向工程是制造业实现快速产品创新设计的重要途径，实物原型的再现仅仅是逆向工程的初步阶段，在此基础上进行的基于原型的再设计、
再分析、再提高，从而实现重大改型的创新设计，才是逆向工程的真正价值和意义所在。

中国是一个制造大国，能够制造出很多高质量的机电产品，但在这些产品中鲜有自己的技术。

随着信息技术的飞速发展和社会需求多样化的相互作用，传统制造业市场发生了巨大的变化。

在此背景下，产品研发速度逐渐成当代企业赢得全球竞争的第一要素，传统的基于正向工程的产品研发模式在新的形势下得到了进一步发展，而基于逆向工程的面向产品或原型的快速产品开发模式成为企业吸收外来技术、占据市场主动的法宝，并且越来越多地得到工业界的广泛重视和应用。

复制是为了改造，逆向是为了创新。

任何产品的问世，不管是创新、改进还是仿制，都蕴涵着对已有科学、技术的继承和应用借鉴，逆向工程通过重构产品零件的CAD 模型，可对原型进行修改和再设计，这为产品的再设计以及创新设计提供了数字原型，各种先进的计算机辅助技术手段也为此提供了强有力的支持。

创新思维和创新技法为产品的创新提供方法指导，所以将逆向工程与创新性思维融合在一起，将使学生的工程素养得以很大提升。

国家科学技术发展规划提出要建立创新型国家，创新型国家需要创新型人才，创新型人才离不开先进的技术及创新性知识，掌握逆向工程技术与创新思维方法是产品创新的关键。

因此，通过逆向工程，在消化、吸收先进技术的基础上，建立和掌握自己的产品开发设计技术，进行产品的创新设计，即在复制的基础上进行改进进而创新，这是提升我国制造业、实现技术进步的必由之路。

高职院校培养的学生将来都是要在一线从事技术工作的应用型人才，学习和掌握逆向工程技术，并通过应用逐步提高三维设计与创新能力，既是社会企业对人才的要求，也是国家发展的需要。

2、课题理论依据、研究
目标、研究内容、研究假设、创新之处。

课题理论依据机械类产品零件所涉及的形状多是由平面、二次曲面组合而成，对于二次曲面所不能完全表达的产品轮廓，则难以利用相关的建模命令进行有效的产品建模，而通过实物模型构造产品CAD模型的逆向设计思路却可以有效解决这些问题，因此，在目前已经得到广泛应用，逆向建模所蕴含的建模技术与正向设计的建模技术既有相互联系又有质的区别，这两种不同的设计理念对产品创新设计具有不同的意义。

作为一种逆向思维的工作方式，逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同，它是根据已经存在的产品或零件原型来构造产品或零件的工程设计模型，在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。

传统的产品开发过程遵从正向工程(或正向设计)的思维进行，是从收集市场需求信息着手，按照市场调查→产品功能描述(产品规格及预期目标)→产品概念设计→产品总体设计及详细的零部件设计→制定生产工艺流程→设计、制造工夹具、模具等工装→零部件加工及装配→产品检验及性能测试的步骤开展工作，是从未知到已知、从抽象到具体的过程。

逆向工程则是按照产品引进、消化、吸收与创新的思路，以实物→原理→功能→三维重构→再设计的框架进行工作。

逆向工程一方面为提高工程设计、加工、分析的质量和效率提供充足的信息，另一方面为充分利用先进的CAD／CAE／CAM技术对已有的产品进行再创新设计服务。

逆向工程技术与创新设计是密不可分的，创新设计需要有创新思维和创新能力。

由于在逆向工程技术能够快速获得充足的信息，人们在进行创新思维活动时突破性、新颖性、多向性、独立性、意外性、敏捷性、主动性、目的性、预见性、求异性、发散性等表现得更强，创新能力的提升将会更
快。

高职机电类学生经过系统的基础知识学习，在掌握了机械制图、机械原理、机械设计课程的基本内容之后，经过机械设计课程的训练，对产品的正向设计思路已经有了一个清晰的轮廓，在此基础上进一步基于逆向工程技术培养高职机电类学生三维设计和创新能力应该是一个更有效的途径。

研究目标依照逆向工程在产品设计和创新方面的广泛应用，结合高职学生的思维特点，研究符合高职机电类学生三维设计与创新能力培养的新模式，以满足高职院校人才培养目标以及高职机电类学生能力素质培养的要求。

研究内容1、逆向工程技术在设计制造方面的应用；2、逆向工程技术与创新思维能力的关系；3、基于逆向工程技术的高职机电类学生三维设计与创新能力培养模式的研究与实践。

研究假设由于产品的逆向工程技术最终目的是达到产品设计创新，因此，逆向工程技术与创新思维、创新能力是密不可分的。

通过逆向工程技术的学习和应用，可以有效培养学生的三维设计与创新能力。

创新之处不同于以往的正向设计思路，从逆向工程技术出发研究高职学生三维设计与创新能力培养的新模式；3、研究思路、研究方法、技术路线、实施步骤。

研究思路以2015年全国三维建模数字化设计与制造大赛为契机，学习和掌握三维建模数字化设计与制造的新技术及其发展趋势和工作理念，结合企业需求和高职机电类学生培养目标，研究出一套基于逆向工程技术的高职机电类学生三维设计与创新能力培养的有效模式，以提高学生的就业竞争力。

研究方法
1、理论分析法
2、行动实践法
3、归纳总结法技术路线指导大赛→参加国培→实践教学→总结整理→撰写论文和研究报告→结题实施步骤1、2015年5月1日至7月初，指导学生参加全国三维建模数字化设计与制造大赛，
从中学得相关新技术；2、2015年7月中旬至8月初，进一步外出学习，参加国培（代号34151002），通过企业项目评审、研讨以及岗位实践训练，了解三维建模数字化设计与制造的新技术及其发展趋势和工作理念，熟悉企业需求，结合并调整现代高职教育技术和教学新方法；3、2015年9月初至12月底，进行教学实践，并逐步收集相关数据和资料；4、2016年1月至6月，整理相关资料，撰写论文，撰写课题研究报告；5、2016年7月至9月，完成研究报告，并提交结题资料；6、2016年10月至12月，课题结题。

课题编号：641。