機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)平臺下的逆向設(shè)計(jì)及制作

何劍　尹珊波　郝文琦　李健

摘 要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和消費(fèi)者需求的日益提高，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中使用的正向設(shè)計(jì)正在一步步為逆向設(shè)計(jì)讓步。作為一門朝陽產(chǎn)業(yè)，逆向設(shè)計(jì)充滿了勃勃生機(jī)，不斷被人們應(yīng)用于質(zhì)量檢查、來樣加工和產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中。但是，逆向設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)實(shí)用型人才的缺失卻給逆向設(shè)計(jì)的進(jìn)一步應(yīng)用和實(shí)踐造成了很大的困難。因此，為了讓逆向設(shè)計(jì)更好地在生產(chǎn)過程和設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮作用，就需要借助機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的平臺，培養(yǎng)在校生的逆向設(shè)計(jì)思維和實(shí)踐能力，使他們進(jìn)入社會后可以幫助更多的企業(yè)運(yùn)用逆向設(shè)計(jì)重獲新生。該文將具體闡述機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)平臺下的逆向設(shè)計(jì)及制作內(nèi)涵和方式。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè) 逆向設(shè)計(jì)及制作 措施

中圖分類號：C913 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0072-02

第三次工業(yè)革命將世界帶入了信息化時(shí)代，隨之而來的是地球村的衍生，世界各地的距離在不斷拉近，貿(mào)易往來在不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)一體化的特點(diǎn)越來越突出，產(chǎn)品的市場競爭越來越激烈，要想占領(lǐng)更多的市場領(lǐng)地，就必須更快地生產(chǎn)出比別人更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。如何才能迅速生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品成了每個(gè)企業(yè)不得不考慮的問題。逆向設(shè)計(jì)就可以很好地解決這一問題。然而逆向設(shè)計(jì)的思維和能力并不是人們生來就有的，而是需要后天進(jìn)行學(xué)習(xí)才能獲得的，鑒于其與機(jī)械類相關(guān)專業(yè)聯(lián)系較為密切，所以應(yīng)該借助機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的平臺培養(yǎng)未來社會接班人的逆向設(shè)計(jì)思維和能力，這樣既可以他們進(jìn)步工作崗位打下基礎(chǔ)，又可以使機(jī)械類專業(yè)教育進(jìn)入一個(gè)新的階段。

1 逆向設(shè)計(jì)及制作概論

在傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)是從無到有的過程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)先有設(shè)計(jì)再有靈感的過程。這種做法的一般流程是，設(shè)計(jì)人員先迸發(fā)出設(shè)計(jì)的靈感，形成一定的設(shè)計(jì)思路，再思考整合產(chǎn)品的功能、外形、技術(shù)參數(shù)等具體形態(tài)，然后將這些想法通過產(chǎn)品模型展示出來，根據(jù)模型先進(jìn)行一次整改完善，之后再投入到生產(chǎn)過程中進(jìn)行設(shè)計(jì)成品生產(chǎn)。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程就是“正向設(shè)計(jì)”，事實(shí)上，除了這種設(shè)計(jì)過程之外，還有另外一種順序相反的設(shè)計(jì)過程，即“逆向設(shè)計(jì)”[1]。

簡言之，逆向設(shè)計(jì)可以理解為從產(chǎn)品到設(shè)計(jì)的過程，設(shè)計(jì)是對產(chǎn)品的再現(xiàn)，是根據(jù)已有產(chǎn)品，反向推算出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程。具體來說，逆向設(shè)計(jì)及制作的過程是先從目標(biāo)產(chǎn)品開始的，設(shè)計(jì)人員先對目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行分析、研究，找到這個(gè)產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)、技術(shù)方法等具體的設(shè)計(jì)要素，然后將這些設(shè)計(jì)要素再進(jìn)行拼接組合，設(shè)計(jì)出與目標(biāo)產(chǎn)品相似的產(chǎn)品，使其再功能、外形等方面與目標(biāo)產(chǎn)品一樣，甚至超越目標(biāo)產(chǎn)品。

工程、機(jī)械、產(chǎn)品領(lǐng)域的逆向設(shè)計(jì)靈感來源于軍事領(lǐng)域的硬件分析。這種分析的可以幫助己方在無法獲取敵方信息的情況下，直接通過成品或現(xiàn)有情形分析其理論原理和初始思維，以幫助己方產(chǎn)生對策。

作為一門新興產(chǎn)業(yè)和朝陽產(chǎn)業(yè)，逆向設(shè)計(jì)及制作的發(fā)展時(shí)間并不長，但是憑借自身的實(shí)用性和高效性，這項(xiàng)技術(shù)在汽車、航空航天、模具制作等行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這種思維方式在質(zhì)量檢查、來料加工等工序也已經(jīng)做出了很大貢獻(xiàn)。尤其是最近幾年，逆向設(shè)計(jì)及制作已經(jīng)不僅僅局限于在上述工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用，更是日漸滲入了非工業(yè)行業(yè)的發(fā)展過程之中，在雕刻、文物保護(hù)、服裝、玩具等領(lǐng)域，我們都能發(fā)現(xiàn)逆向設(shè)計(jì)的身影，對于這些行業(yè)中新產(chǎn)品的開發(fā)、舊產(chǎn)品的改造、產(chǎn)品質(zhì)量的檢測等工序，逆向設(shè)計(jì)越來越凸顯出了自己的優(yōu)勢。

然而，環(huán)視整個(gè)逆向設(shè)計(jì)與制作領(lǐng)域，不難發(fā)現(xiàn)這個(gè)行業(yè)正面臨著巨大的人才缺口。目前國內(nèi)只有少數(shù)幾所高校開設(shè)了逆向設(shè)計(jì)及制作專業(yè)，而且即使開設(shè)了這門課程，也只是作為研究生的一個(gè)研究方向，并沒有真正培養(yǎng)出該行業(yè)的實(shí)踐型人才。事實(shí)上，逆向設(shè)計(jì)與制作技術(shù)是與機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)專業(yè)緊密相連的，各高職院校即便不專門開設(shè)逆向設(shè)計(jì)工程方向的專業(yè)，也可以借助機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的平臺，培養(yǎng)一批具有逆向設(shè)計(jì)思維與能力的在校大學(xué)生。這樣既可以為新時(shí)代培養(yǎng)走在科技前沿、融合傳統(tǒng)技術(shù)與新興技術(shù)的綜合型人才，又可以幫助高職院校的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)從枯燥無味的困境中走入一片充滿吸引力和創(chuàng)造力的新領(lǐng)域。

2 逆向設(shè)計(jì)與正向設(shè)計(jì)對比

2.1 逆向設(shè)計(jì)與正向設(shè)計(jì)的工作過程對比

通常情況下，逆向設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理、逆向構(gòu)建模型、梳理數(shù)模比例、優(yōu)化數(shù)據(jù)模型、樣本的生產(chǎn)、精密準(zhǔn)確的檢測、成品的優(yōu)化、批量進(jìn)行生產(chǎn)等流程[2]。正向設(shè)計(jì)則是由市場調(diào)研、客戶需求分析、功能的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作模型、檢測并優(yōu)化模型、材料的選擇、嘗試制作、精密準(zhǔn)確的檢測、成品的優(yōu)化、批量進(jìn)行生產(chǎn)等流程構(gòu)成的。

2.2 逆向設(shè)計(jì)與正向設(shè)計(jì)的知識構(gòu)成對比

要想真正將逆向設(shè)計(jì)與各類傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)融合到一起，就必須首先了解逆向設(shè)計(jì)的理論知識，明白它的來源和依據(jù)。這樣才能在對人才進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)培養(yǎng)的時(shí)候不會迷失方式、失去根源，才能真正做到在原有人才培養(yǎng)模式智商，取精華剔糟粕，與時(shí)俱進(jìn)地向新型逆向設(shè)計(jì)人才傳授必要的設(shè)備操作、軟件處理和如何綜合應(yīng)用等專業(yè)知識。

其實(shí)，從大范圍而言，逆向設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)都包括最基礎(chǔ)的四大部分，即前期準(zhǔn)備、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)和優(yōu)化完善。眾所周知，一種產(chǎn)品的問世，其花費(fèi)最多的地方就是設(shè)計(jì)過程。這個(gè)所謂的設(shè)計(jì)工程在正向設(shè)計(jì)中就是指功能的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作模型、檢測并優(yōu)化模型、材料的選擇等流程。這些流程綜合在一起就需要花費(fèi)很大一筆資金。反觀逆向設(shè)計(jì)，就少了很多成本。在逆向設(shè)計(jì)中，只需要一次性地購置相關(guān)設(shè)備和軟件，就可以順暢地進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理、逆向構(gòu)建模型、梳理數(shù)模比例、優(yōu)化數(shù)據(jù)模型等。而且，這個(gè)過程對專業(yè)技術(shù)人員的綜合素質(zhì)要求要比正向設(shè)計(jì)的要求低很多，只需要熟練使用各設(shè)備和軟件的專業(yè)技術(shù)人員就可以完成大部分設(shè)計(jì)流程，相對的人員投入成本也會相應(yīng)的低很多。當(dāng)然，這并意味著逆向工程設(shè)計(jì)及制造人員就失去自己的靈魂和創(chuàng)音，反而他們會站在巨人的肩膀上，在熟悉目標(biāo)產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上，仿制、打造出具有更優(yōu)越職能、更具吸引力外觀的新型產(chǎn)品，進(jìn)而形成自己的個(gè)性和風(fēng)格，走出自己獨(dú)有的設(shè)計(jì)之路。

因此，可以總結(jié)出逆向設(shè)計(jì)及制作人才必須具備公共基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、實(shí)踐制造等四大部分的知識和能力，這就需要機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教學(xué)要根據(jù)這些方面的知識對學(xué)生進(jìn)行普及提升教育。其中，當(dāng)前最為緊急和重要的是創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)踐制造兩大部分知識，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教學(xué)不緊要分別傳授相關(guān)知識，更要將這兩部分進(jìn)行整合聯(lián)系，讓學(xué)生在實(shí)踐中獲得相關(guān)的必須能力。

2.3 逆向設(shè)計(jì)比正向設(shè)計(jì)的優(yōu)越之處

作為一門新興產(chǎn)業(yè)，逆向設(shè)計(jì)的迅速發(fā)展必然是有跡可循的，逆向設(shè)計(jì)的廣泛應(yīng)用得益于其巨大的優(yōu)勢。首先，逆向設(shè)計(jì)是由成型產(chǎn)品到設(shè)計(jì)靈感的過程，這樣的反向流程可以很大程度上縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)周期，間接推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。其次，鑒于逆向設(shè)計(jì)是在已經(jīng)成型的產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不論其后期改造有多大，但最基本的產(chǎn)品理論是不會改變的，這樣就可以在一定程度上降低設(shè)計(jì)失敗的概率，省去一次又一次的試制試驗(yàn)，繼而節(jié)省新產(chǎn)品開發(fā)的成本。此外，逆向設(shè)計(jì)更是可以憑借其在模具制造方面的迅速和準(zhǔn)確，對單件的、小批量的零件制造做出極大貢獻(xiàn)。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教學(xué)平臺下的逆向設(shè)計(jì)及制作具體措施

3.1 配置逆向設(shè)計(jì)所需設(shè)備及材料，打好教學(xué)基礎(chǔ)

國內(nèi)各高職院?？梢酝ㄟ^多種方式籌集資金，然后建造“精密檢測及創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室”，其中包含但不只包括三維測量系統(tǒng)、復(fù)合式三坐標(biāo)測量機(jī)、教學(xué)型 3D 打印機(jī)等設(shè)備，并及時(shí)為這些設(shè)備配齊教學(xué)或?qū)嵺`所需材料。

3.2 完善教學(xué)軟件體系，為學(xué)生能力提升提供支持

高職院校應(yīng)通過構(gòu)建“虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)室”，最大限度地實(shí)現(xiàn)仿真三坐標(biāo)測量教學(xué)系統(tǒng)、三維測量軟件、PRO/E 等軟件教學(xué)，為教師的教學(xué)和學(xué)生的實(shí)踐做好相關(guān)軟件準(zhǔn)備。

3.3 豐富機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教學(xué)課程內(nèi)容

要想真正將逆向設(shè)計(jì)及制作融入到機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教學(xué)中，就必須將其作為機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的特色來建設(shè)，必須在原有教學(xué)體系和教學(xué)模塊的基礎(chǔ)之上，結(jié)合逆向設(shè)計(jì)及制作專業(yè)人才所需特點(diǎn)，形成既符合機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教學(xué)方向，又符合逆向設(shè)計(jì)及制作專業(yè)人才發(fā)展方向的理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練。這就需要依托先進(jìn)設(shè)備及專業(yè)軟件，對機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的教學(xué)課程設(shè)置做出一定的改變和完善。具體而言，就是要設(shè)置先進(jìn)制造技術(shù)、PRO/E、數(shù)字化制造及逆向工程、精密檢測及創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)等四門主要課程[3]。其中，“先進(jìn)制造技術(shù)”可以幫助機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)學(xué)生對較為先進(jìn)的制造技術(shù)及設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行簡單了解，包括先進(jìn)材料的成型工藝、先進(jìn)的加工設(shè)備、先進(jìn)的制造工藝、逆向設(shè)計(jì)及制造等；“PRO/E”則可以由教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行數(shù)字化制造及數(shù)控加工基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，敦促學(xué)生掌握正向設(shè)計(jì)的相關(guān)知識，為后期逆向設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；“數(shù)字化制造及逆向工程”則具體詳實(shí)的向?qū)W生講述逆向設(shè)計(jì)及制造的系統(tǒng)理論，教授逆向設(shè)計(jì)軟件知識，是使學(xué)生真正進(jìn)入逆向設(shè)計(jì)領(lǐng)域的課程；“精密檢測及創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)”則主要完成逆向設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)。

3.4 強(qiáng)化教師隊(duì)伍，擴(kuò)大教學(xué)平臺

各大高校應(yīng)該及時(shí)獲取逆向設(shè)計(jì)的相關(guān)信息，并積極參加國家組織的逆向設(shè)計(jì)相關(guān)的培訓(xùn)或研發(fā)項(xiàng)目，搭建機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的特色平臺，籍此強(qiáng)化內(nèi)部教師隊(duì)伍，讓機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教師可以產(chǎn)生新的教學(xué)思路和突破，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

4 結(jié)語

綜上所述，逆向設(shè)計(jì)與制作對于任何一家企業(yè)的騰飛都起著不可估量的積極作用，而進(jìn)借助機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)平臺進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)思維和能力的培養(yǎng)是大勢所趨，為了培養(yǎng)更多逆向設(shè)計(jì)方面的人才，各大院校應(yīng)該從硬件和軟件兩大方面對機(jī)械類專業(yè)在校生進(jìn)行培養(yǎng)，著力提高在校大學(xué)生逆向設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)綜合素質(zhì)較高的技能型人才，使大學(xué)生進(jìn)入工作崗位后可以為傳統(tǒng)企業(yè)謀求新的突破和發(fā)展做出貢獻(xiàn)，進(jìn)而為社會主義市場經(jīng)濟(jì)的繁榮作出相應(yīng)的努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉松.立足機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)平臺的逆向設(shè)計(jì)及制作特色方向建設(shè)探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2014（16）：75-77.

[2] 王學(xué)義，劉雪飛.逆向設(shè)計(jì)法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（24）：140-142.

[3] 李榮君，湯志堅(jiān).逆向設(shè)計(jì)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用研究[J].中國科技信息，2006（21）：74-76.