机械设计与制造专业平台下的逆向设计及制作

何剑　尹珊波　郝文琦　李健

摘 要：近年来，随着科学技术的日益发展和消费者需求的日益提高，传统机械设计与制造中使用的正向设计正在一步步为逆向设计让步。作为一门朝阳产业，逆向设计充满了勃勃生机，不断被人们应用于质量检查、来样加工和产品设计实践中。但是，逆向设计相关专业实用型人才的缺失却给逆向设计的进一步应用和实践造成了很大的困难。因此，为了让逆向设计更好地在生产过程和设计过程中发挥作用，就需要借助机械设计与制造专业的平台，培养在校生的逆向设计思维和实践能力，使他们进入社会后可以帮助更多的企业运用逆向设计重获新生。该文将具体阐述机械设计与制造专业平台下的逆向设计及制作内涵和方式。

关键词：机械设计与制造专业 逆向设计及制作 措施

中图分类号：C913 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0072-02

第三次工业革命将世界带入了信息化时代，随之而来的是地球村的衍生，世界各地的距离在不断拉近，贸易往来在不断扩大，经济一体化的特点越来越突出，产品的市场竞争越来越激烈，要想占领更多的市场领地，就必须更快地生产出比别人更优质的产品。如何才能迅速生产高品质产品成了每个企业不得不考虑的问题。逆向设计就可以很好地解决这一问题。然而逆向设计的思维和能力并不是人们生来就有的，而是需要后天进行学习才能获得的，鉴于其与机械类相关专业联系较为密切，所以应该借助机械设计与制造专业的平台培养未来社会接班人的逆向设计思维和能力，这样既可以他们进步工作岗位打下基础，又可以使机械类专业教育进入一个新的阶段。

1 逆向设计及制作概论

在传统的工程技术领域，设计是从无到有的过程，产品设计是一个先有设计再有灵感的过程。这种做法的一般流程是，设计人员先迸发出设计的灵感，形成一定的设计思路，再思考整合产品的功能、外形、技术参数等具体形态，然后将这些想法通过产品模型展示出来，根据模型先进行一次整改完善，之后再投入到生产过程中进行设计成品生产。这样的产品设计过程就是“正向设计”，事实上，除了这种设计过程之外，还有另外一种顺序相反的设计过程，即“逆向设计”[1]。

简言之，逆向设计可以理解为从产品到设计的过程，设计是对产品的再现，是根据已有产品，反向推算出产品的设计过程。具体来说，逆向设计及制作的过程是先从目标产品开始的，设计人员先对目标产品进行分析、研究，找到这个产品的处理流程、组织结构、功能特点、技术方法等具体的设计要素，然后将这些设计要素再进行拼接组合，设计出与目标产品相似的产品，使其再功能、外形等方面与目标产品一样，甚至超越目标产品。

工程、机械、产品领域的逆向设计灵感来源于军事领域的硬件分析。这种分析的可以帮助己方在无法获取敌方信息的情况下，直接通过成品或现有情形分析其理论原理和初始思维，以帮助己方产生对策。

作为一门新兴产业和朝阳产业，逆向设计及制作的发展时间并不长，但是凭借自身的实用性和高效性，这项技术在汽车、航空航天、模具制作等行业已经得到了广泛应用，这种思维方式在质量检查、来料加工等工序也已经做出了很大贡献。尤其是最近几年，逆向设计及制作已经不仅仅局限于在上述工业行业的应用，更是日渐渗入了非工业行业的发展过程之中，在雕刻、文物保护、服装、玩具等领域，我们都能发现逆向设计的身影，对于这些行业中新产品的开发、旧产品的改造、产品质量的检测等工序，逆向设计越来越凸显出了自己的优势。

然而，环视整个逆向设计与制作领域，不难发现这个行业正面临着巨大的人才缺口。目前国内只有少数几所高校开设了逆向设计及制作专业，而且即使开设了这门课程，也只是作为研究生的一个研究方向，并没有真正培养出该行业的实践型人才。事实上，逆向设计与制作技术是与机械设计与制造专业专业紧密相连的，各高职院校即便不专门开设逆向设计工程方向的专业，也可以借助机械设计与制造专业的平台，培养一批具有逆向设计思维与能力的在校大学生。这样既可以为新时代培养走在科技前沿、融合传统技术与新兴技术的综合型人才，又可以帮助高职院校的机械设计与制造专业从枯燥无味的困境中走入一片充满吸引力和创造力的新领域。

2 逆向设计与正向设计对比

2.1 逆向设计与正向设计的工作过程对比

通常情况下，逆向设计包括数据的采集、数据的处理、逆向构建模型、梳理数模比例、优化数据模型、样本的生产、精密准确的检测、成品的优化、批量进行生产等流程[2]。正向设计则是由市场调研、客户需求分析、功能的设计、结构的设计、制作模型、检测并优化模型、材料的选择、尝试制作、精密准确的检测、成品的优化、批量进行生产等流程构成的。

2.2 逆向设计与正向设计的知识构成对比

要想真正将逆向设计与各类传统机械制造行业融合到一起，就必须首先了解逆向设计的理论知识，明白它的来源和依据。这样才能在对人才进行逆向设计培养的时候不会迷失方式、失去根源，才能真正做到在原有人才培养模式智商，取精华剔糟粕，与时俱进地向新型逆向设计人才传授必要的设备操作、软件处理和如何综合应用等专业知识。

其实，从大范围而言，逆向设计和正向设计都包括最基础的四大部分，即前期准备、创新设计、产品生产和优化完善。众所周知，一种产品的问世，其花费最多的地方就是设计过程。这个所谓的设计工程在正向设计中就是指功能的设计、结构的设计、制作模型、检测并优化模型、材料的选择等流程。这些流程综合在一起就需要花费很大一笔资金。反观逆向设计，就少了很多成本。在逆向设计中，只需要一次性地购置相关设备和软件，就可以顺畅地进行数据的采集、数据的处理、逆向构建模型、梳理数模比例、优化数据模型等。而且，这个过程对专业技术人员的综合素质要求要比正向设计的要求低很多，只需要熟练使用各设备和软件的专业技术人员就可以完成大部分设计流程，相对的人员投入成本也会相应的低很多。当然，这并意味着逆向工程设计及制造人员就失去自己的灵魂和创音，反而他们会站在巨人的肩膀上，在熟悉目标产品的基础之上，仿制、打造出具有更优越职能、更具吸引力外观的新型产品，进而形成自己的个性和风格，走出自己独有的设计之路。

因此，可以总结出逆向设计及制作人才必须具备公共基础、专业基础、创新设计、实践制造等四大部分的知识和能力，这就需要机械设计与制造专业教学要根据这些方面的知识对学生进行普及提升教育。其中，当前最为紧急和重要的是创新设计和实践制造两大部分知识，机械设计与制造专业教学不紧要分别传授相关知识，更要将这两部分进行整合联系，让学生在实践中获得相关的必须能力。

2.3 逆向设计比正向设计的优越之处

作为一门新兴产业，逆向设计的迅速发展必然是有迹可循的，逆向设计的广泛应用得益于其巨大的优势。首先，逆向设计是由成型产品到设计灵感的过程，这样的反向流程可以很大程度上缩短产品的设计和开发周期，间接推动相关产品的更新换代。其次，鉴于逆向设计是在已经成型的产品基础上进行的，不论其后期改造有多大，但最基本的产品理论是不会改变的，这样就可以在一定程度上降低设计失败的概率，省去一次又一次的试制试验，继而节省新产品开发的成本。此外，逆向设计更是可以凭借其在模具制造方面的迅速和准确，对单件的、小批量的零件制造做出极大贡献。

3 机械设计与制造专业教学平台下的逆向设计及制作具体措施

3.1 配置逆向设计所需设备及材料，打好教学基础

国内各高职院校可以通过多种方式筹集资金，然后建造“精密检测及创新设计实训室”，其中包含但不只包括三维测量系统、复合式三坐标测量机、教学型 3D 打印机等设备，并及时为这些设备配齐教学或实践所需材料。

3.2 完善教学软件体系，为学生能力提升提供支持

高职院校应通过构建“虚拟教学实训室”，最大限度地实现仿真三坐标测量教学系统、三维测量软件、PRO/E 等软件教学，为教师的教学和学生的实践做好相关软件准备。

3.3 丰富机械设计与制造专业教学课程内容

要想真正将逆向设计及制作融入到机械设计与制造专业教学中，就必须将其作为机械设计与制造专业的特色来建设，必须在原有教学体系和教学模块的基础之上，结合逆向设计及制作专业人才所需特点，形成既符合机械设计与制造专业教学方向，又符合逆向设计及制作专业人才发展方向的理论教学和实践训练。这就需要依托先进设备及专业软件，对机械设计与制造专业的教学课程设置做出一定的改变和完善。具体而言，就是要设置先进制造技术、PRO/E、数字化制造及逆向工程、精密检测及创新设计实训等四门主要课程[3]。其中，“先进制造技术”可以帮助机械设计与制造专业学生对较为先进的制造技术及设计工艺进行简单了解，包括先进材料的成型工艺、先进的加工设备、先进的制造工艺、逆向设计及制造等；“PRO/E”则可以由教师带领学生进行数字化制造及数控加工基础知识的学习，敦促学生掌握正向设计的相关知识，为后期逆向设计软件的学习打下坚实的基础；“数字化制造及逆向工程”则具体详实的向学生讲述逆向设计及制造的系统理论，教授逆向设计软件知识，是使学生真正进入逆向设计领域的课程；“精密检测及创新设计实训”则主要完成逆向设计相关的实践教学。

3.4 强化教师队伍，扩大教学平台

各大高校应该及时获取逆向设计的相关信息，并积极参加国家组织的逆向设计相关的培训或研发项目，搭建机械设计与制造专业的特色平台，籍此强化内部教师队伍，让机械设计与制造专业教师可以产生新的教学思路和突破，促进教学质量的提高。

4 结语

综上所述，逆向设计与制作对于任何一家企业的腾飞都起着不可估量的积极作用，而进借助机械设计与制造专业平台进行逆向设计思维和能力的培养是大势所趋，为了培养更多逆向设计方面的人才，各大院校应该从硬件和软件两大方面对机械类专业在校生进行培养，着力提高在校大学生逆向设计的能力，培养综合素质较高的技能型人才，使大学生进入工作岗位后可以为传统企业谋求新的突破和发展做出贡献，进而为社会主义市场经济的繁荣作出相应的努力。

参考文献

[1] 刘松.立足机械设计与制造专业平台的逆向设计及制作特色方向建设探索[J].中国教育技术装备，2014（16）：75-77.

[2] 王学义，刘雪飞.逆向设计法在产品设计中的应用研究[J].武汉理工大学学报，2010（24）：140-142.

[3] 李荣君，汤志坚.逆向设计在工业设计中的具体应用研究[J].中国科技信息，2006（21）：74-76.