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【關(guān)鍵詞】計算機 虛擬化技術(shù) 應用

1 計算機虛擬化技術(shù)及其優(yōu)勢分析

1.1 虛擬化技術(shù)

在計算機領(lǐng)域中，虛擬化具體是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上運行，該技術(shù)除了能夠使計算機硬件的容量進一步擴大之外，還能使軟件的配置過程得以簡化，由此大幅度提高了計算機的工作效率。虛擬化技術(shù)的發(fā)展是伴隨著Unix誕生開始的，該技術(shù)的發(fā)展歷程如圖1所示。

1.2 虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

1.2.1 能夠使管理成本獲得有效的降低

虛擬化技術(shù)可以借助下面幾種途徑達到提高人員工作效率的目的：減少管理的物理資源量、將物理資源的部分復雜藏起來、通過自動化來簡化共公管理任務(wù)。

1.2.2 能夠進一步提升使用靈活性

通過虛擬，可以實現(xiàn)動態(tài)的資源部署及相關(guān)資源的重新配置，由此能夠滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需要。

1.2.3 安全性更高

虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)隔離與劃分，這是一般共享機制無法實現(xiàn)的內(nèi)容，該特性的存在，可以使數(shù)據(jù)與服務(wù)的安全訪問變?yōu)榭赡?，由此大幅度提升了安全性?/p>

1.2.4 可擴展性

對于不同類型的產(chǎn)品而言，資源的分區(qū)與匯聚能夠支持絕大多數(shù)的虛擬資源，由此可以在不改變物理資源配置的前提下，完成規(guī)模的調(diào)整，進一步提升了可擴展性。

2 計算機擬化技術(shù)的應用實踐及相關(guān)問題

計算機虛擬化技術(shù)的應用，使IT的潛能得到了最大限度地釋放，總成本顯著降低，正因如此，使得該技術(shù)在計算機領(lǐng)域中獲得了大范圍的推廣應用。虛擬化技術(shù)除了能夠使設(shè)備的利用效率大幅度提升之外，還能節(jié)約能源和存儲空間，它的應用主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

2.1 在政府機關(guān)的應用

計算機虛擬技術(shù)在政府機構(gòu)中的應用優(yōu)勢十分明顯，可提高系統(tǒng)運行速度，整合現(xiàn)有資源，降低運行成本。不同的系統(tǒng)開發(fā)公司采用不同種類的服務(wù)器，使得政府計算機系統(tǒng)的利用率和操作性能也存在著一定差別。當前，部分政府系統(tǒng)為保證服務(wù)的連續(xù)性而采用雙機熱備的方式，造成嚴重的資源浪費，并需要占用更多的設(shè)備空間。還有一些政府未對計算機系統(tǒng)進行合理設(shè)計，建設(shè)過程中存在著管理疏漏，致使系統(tǒng)運行時易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，從而造成政府工作困擾。而在政府系統(tǒng)建設(shè)過程中引入計算機虛擬技術(shù)則可以避免上述問題的發(fā)生，大幅度提升系統(tǒng)運行的安全性。

2.2 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的應用

網(wǎng)絡(luò)配置是一項較為復雜且系統(tǒng)的工作，以往在此項工作的開展中，需要借助路由器和交換機等設(shè)備來完成，但由于這兩類設(shè)備的造價比較昂貴，型號差異較大，更新周期短，從而給使用帶來了一定的不便。虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，為這一問題的解決提供了途徑，通過網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的應用可以完成虛擬化的網(wǎng)絡(luò)配置。舉個例子說明一下：Boson NetSim軟件能夠模擬出進行網(wǎng)絡(luò)配置時所需要的交換機與路由器，由于整個過程中并不需要交換線，從而使其能夠隨意配置不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，通過計算機虛擬化技術(shù)的應用，不僅可以使網(wǎng)絡(luò)的配置成本得到有效降低，而且還能使配置效率獲得大幅度提升，由此推動了我國網(wǎng)絡(luò)事業(yè)的發(fā)展。

2.3 在制造業(yè)中的應用

計算機虛擬化技術(shù)在制造領(lǐng)域中的應用主要體現(xiàn)在航空、軍事、汽車等方面。飛機制造是航空領(lǐng)域研究的重點課題，某飛機公司在進行一款飛機的研發(fā)時，從最初的設(shè)計，到生產(chǎn)現(xiàn)場的組裝，到后期的測試，全都應用了虛擬化技術(shù)，由此確保了該飛機一次性研制成功，其研發(fā)周期從預計的8年縮短到5年。上海的通用汽車公司應用了VMware的虛擬化技術(shù)，該技術(shù)應用后，使系統(tǒng)的升級與維護時間從以往的數(shù)天縮短為1h，由此確保了汽車生產(chǎn)制造的連續(xù)性，給企業(yè)帶來了巨大的效益。

2.4 在教教學中的應用

在教育教學領(lǐng)域應用計算機虛擬技術(shù)，不僅可以淡化各學科之間的界限，加強各學科之間互動交流，而且還可以最大限度擴大教學內(nèi)容與范圍，其具體的應用途徑包括以下三個方面：

2.4.1 虛擬教室

虛擬教室可根據(jù)學生的興趣愛好和學習需求提供個性化教學，使學生隨時隨地學習，打破傳統(tǒng)課堂教學對授課時間、地點的限制。

2.4.2 虛擬光碟

這些光碟引入了計算機虛擬技術(shù)，能夠讓學生反復觀看教學內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣，及時獲取所需的知識。

2.4.3 仿真實驗

計算機虛擬技術(shù)可以虛擬出可視化的實驗環(huán)境，如虛擬電子電路等，讓學生在仿真的工作環(huán)境下鍛煉操作技能，提高實踐教學效果。

3 結(jié)論

綜上所述，計算機虛擬技術(shù)的出現(xiàn)給諸多領(lǐng)域帶來了極大的方便，雖然該技術(shù)經(jīng)歷了4個階段的發(fā)展和完善，但其中仍然存在一些問題，這對其大范圍應用造成了一定的阻礙。由于組網(wǎng)中使用的計算機品牌有所差異，致使設(shè)備的功耗增大，組網(wǎng)成本隨之增加，計算機的運行可靠性受到了影響。同時服務(wù)器的資料利用率不高也成為該技術(shù)應用中的一個普遍問題，為了使虛擬化技術(shù)獲得推廣應用，應當在未來一段時期，解決上述問題。

參考文獻

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篇2

摘要：梯級水電站優(yōu)化調(diào)度是當前大型水電樞紐研究的重要課題，調(diào)度方案的優(yōu)劣對水電站發(fā)電效益影響很大。在進行調(diào)度方案建模過程中，出力計算是其中的核心問題之一，在以往的樞紐優(yōu)化調(diào)度研究中，優(yōu)化算法的應用研究占絕對的比重，但大都沒有對其中建模的細節(jié)有過詳細的描述，通過對三峽及葛洲壩梯級樞紐運行數(shù)據(jù)進行分析，給出樞紐出力系數(shù)的相關(guān)關(guān)系，以期對建模及求解提供較為準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時，采用機組出力系數(shù)關(guān)系式對出力計算進行模擬，并對結(jié)果進行了初步的分析。

關(guān)鍵詞：電站樞紐；出力系數(shù)；調(diào)度模擬；出力計算；粒子群算法；三峽電站；葛洲壩電站

中圖分類號：TV131；TM612 文獻標識碼：A 文章編號：

1672-1683（2012）01-0014-04

Calculation of Comprehensive Power Output Coefficient of a Hydropower Station and Its Effects on Simulating the Regulation Process

LIU Rong-hua，WEI Jia-hua，LI Xiang

(The State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

Abstract:Optimal operation of the cascaded hydropower station is an important subject for the research on the large hydropower complex,and the quality of the operation scheme can affect significantly the generation benefits of the hydropower station.During the modeling of the operation scheme,calculation of the power outputs is one of the core works.Previous research on the optimal operation of power plants focused on the application of the optimal algorithms,and the development of the model was seldom described.This paper presents the calculations of the power output coefficients of the Three Gorge and Gezhouba power plants based on their operation data,which can provide the accurate data for future modeling of the operation scheme.Moreover,the power outputs for the two plants have been simulated using the proposed new method and the preliminary analysis of the power outputs results is reported.

Key words:hydropower plants;power output coefficient;regulation process simulation;power output calculation;particle swarm algorithm;Three Gorge plant;Gezhouba plant

發(fā)電樞紐建設(shè)完成后，運行管理及發(fā)電效益的研究顯得非常重要，對于一個年發(fā)電量100億千瓦時的電站，如果優(yōu)化調(diào)度增發(fā)2%的電量即可產(chǎn)生很可觀的經(jīng)濟效益，這對“節(jié)能發(fā)電”和減排都具有非常重要的意義。一直以來，很多學者對電站優(yōu)化調(diào)度進行了很多深入和重要的研究，梅亞東等研究了黃河上游梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型及迭代解法［1］；李愛玲研究了水電站水庫群系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)方法研究、具有預報信息的水電站群興利優(yōu)化調(diào)度模型［2］；蔡治國、李想等研究了三峽梯級及清江梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型研究［3-5］；李芳芳等建立了梯級樞紐-廠內(nèi)多級耦合優(yōu)化模型，并應用于三峽-葛洲壩大型梯級水電樞紐［6］；此外，線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)流法、Lagrange松弛法等傳統(tǒng)方法的改進算法也廣泛應用于在水電站優(yōu)化調(diào)度模型求解中［7-11］。在優(yōu)化調(diào)度研究中，對于電量的計算一般采用綜合出力系數(shù)法進行計算，即選用一個平均的出力系數(shù)值，這有利于快速求解優(yōu)化模型，然而，出力系數(shù)在不同的水頭下則有所不同，需要對出力系數(shù)進行分析，從而建立更為精細的模型，對此，薛金淮等［12-13］對綜合出力系數(shù)的影響因素等做了一些分析，但是這些研究沒有定量分析電站樞紐綜合出力系數(shù)取值方法對優(yōu)化調(diào)度模擬的影響，為此，本文以三峽葛洲壩多年運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析水電站綜合出力系數(shù)的計算以及不同的出力計算方法對優(yōu)化調(diào)度中計算精度和計算時間的影響。

1 機組出力系數(shù)的影響因素

在水電生產(chǎn)調(diào)度中,出力計算是核心任務(wù)之一,尤其在水電站短期優(yōu)化調(diào)度方案計算中,水能計算要求更加精確,以便能發(fā)現(xiàn)最優(yōu)最有利的調(diào)度方案，其中，綜合出力系數(shù)對出力計算的準確性有極大的影響,因此正確選定綜合出力系數(shù)至關(guān)重要。綜合出力系數(shù)是和機組本身的特性、機組的使用年限及工況等相關(guān)的一個綜合系數(shù)，代表了勢能轉(zhuǎn)換為電能的效率。目前，在進行電站出力建模時，綜合出力系數(shù)的選用有兩種方式，第一種是采用制造商按機組模型特性計算的出力系數(shù)，即n-h-q關(guān)系表;第二種為采用一個常數(shù)來簡化計算。在建模過程，使用常數(shù)處理顯得非常簡便，有利于節(jié)約計算時間，特別是對于水庫群優(yōu)化模型來說尤其如此；使用n-h-q關(guān)系表進行建模時則可以查到不同水頭在不同流量下的出力值，精度更高，特別是在短期調(diào)度模型或者實時調(diào)度建模時具有更好的可靠性。然而，這兩種方法都有一定的局限，將出力系數(shù)視為常數(shù)，忽視了不同工況間電站能量特性的差異；采用制造商提供的出力系數(shù)也存在很多不確定因素，主要包括：① 廠家進行試驗的模型機與原型機之間存在較大的效率差異，同一型號機組也存在較大效率差異；② 機組運行一段時間后由于機組本身磨損等原因造成了水輪機過流部件的形狀改變，隨之效率也會發(fā)生改變；③ 電站的綜合出力系數(shù)在不同工況下、不同的機組組合所得到的值是不一樣的。因此，無論使用常數(shù)或制造商提供的出力系數(shù)，都存在較大的偏差，若能改善出力系數(shù)計算方法，提高出力計算精度且不明顯增加計算量的情況則對改善短期優(yōu)化調(diào)度建模及求解具有重要意義。

2 三峽及葛洲壩機組出力系數(shù)分析

為研究綜合出力系數(shù)的影響因素及相關(guān)關(guān)系，選取了三峽-葛洲壩樞紐進行研究，從三峽2007年以來水頭和出力系數(shù)關(guān)系曲線（圖1）可以看到，90 m水頭為分界線，90 m水頭以下時，出力系數(shù)隨著水頭的增加而增加，呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，在90 m水頭以上時，出力系數(shù)則趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)不明顯的負相關(guān)關(guān)系。分別繪制90 m以下水頭及90 m以上水頭h-k關(guān)系圖，如圖2、圖3所示，可以給出出力系數(shù)和水頭之間的關(guān)系式，分別為：

k=0038×h+5.61(1)

k=-0001×h+9.123(2)

k=0118×h+5.692(3)

式中：k－綜合出力系數(shù)；h－毛水頭。式（1）中毛水頭小于90 m，式（2）中毛水頭大于90 m。

式（3）為葛洲壩樞紐的h-k關(guān)系式，毛水頭小于26 m，可以看出葛洲壩水利樞紐的出力系數(shù)和水頭之間則一直保持著很好的相關(guān)性，在水頭從14到26的區(qū)間里，出力系數(shù)均隨著水頭的增加而增大，呈現(xiàn)出決定系數(shù)為0861的正相關(guān)關(guān)系。從圖4也可以看出，如果將曲線劃分為14~255和255~26兩個區(qū)間，如圖5、圖6所示，可以看到，在255 m水頭以下時呈現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系，255 m以上時則呈現(xiàn)出負相關(guān)關(guān)系，出力系數(shù)和水頭之間的關(guān)系見公式（4）、公式（5）。

k=0132×h+5.43(4)

k=-0256×h+15.08(5)

式中：k－綜合出力系數(shù)；h－毛水頭。式（4）中毛水頭小于255 m，式（5）中毛水頭大于255 m 。

3 不同出力計算方法對計算精度及計算時間的影響

在水電站優(yōu)化調(diào)度應用中，5月至9月為水位波動最大的時期，也是水頭變化最大的時期，這個時段經(jīng)常作為優(yōu)化調(diào)度的重點分析時段，其中的出力計算顯得尤為重要，不同的計算精度將影響優(yōu)化方案的正確與否，而計算時間則是優(yōu)化方案尋優(yōu)的重要參數(shù)，計算時間短則可以增加智能方法尋優(yōu)的計算代數(shù)，從而為更快的找到最優(yōu)方案提供保證。為了驗證出力系數(shù)相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果的合理性和適用性，分別采用不同的出力計算方法對三峽電站2007年-2009年三年中5月-9月的出力過程進行模擬計算，并分析不同計算方法對時段發(fā)電總量、出力過程的模擬精度、模擬計算時間的影響，進而分析不同計算方法的合理性和適用性。

為了和經(jīng)典的粗粒度計算方法以及更為精細粒度的計算方法進行比較，選用了單一系數(shù)法、n-h-q關(guān)系表法及分段h-k公式法分別進行模擬，模擬結(jié)果見表1至表3。從計算表

中可以看出，采用分段h-k公式法得到的發(fā)電總量和出力過程計算精度均比單一系數(shù)高，比關(guān)系表法略低，其中，單一系數(shù)法計算誤差最高，最高的年份為2008年結(jié)果，計算誤差為228%，而分段公式法最高為2008年計算結(jié)果036%，最低則為2007年結(jié)果，誤差為013%，分段法3年平均誤差為024%，略高于n-h-q法3年平均值（006%），遠低于單一系數(shù)法3年平均值（180%）；分段公式法Nash效率系數(shù)和關(guān)系表法幾乎相當，平均值為0937，最高值為2008年的097,而單一系數(shù)法和關(guān)系表的平均值分別為0909、0945。分析3年的計算平均值，可以看出，分段h-k公式法的計算誤差比關(guān)系表法高018%，比單一系數(shù)法低156%，Nash效率系數(shù)比關(guān)系表法低0008，比單一系數(shù)法則高0028。

為了驗證不同計算方法需要的時長，驗證計算方法的效率，采用3種計算方法對三峽電站2007年－2009年出力過程進行尋優(yōu)，尋優(yōu)方法采用粒子群法，時間步長為天，粒子群算法的種群規(guī)模均為1 000，計算為100代，不同方法的計算時間見表1至表3的最后一列所示。結(jié)果顯示，采用分段h-k公式法計算時間比單一系數(shù)法慢1%，計算速度比n-h-q關(guān)系表法快10倍以上。

由此可見，采用分段h-k公式法的精度比單一系數(shù)法高的多，比n-h-q關(guān)系表法略低一些，而模擬時間和單一系數(shù)法相當，但是比n-h-q法節(jié)省91%的時間，運用分段公式法對于以發(fā)電量最大為主要調(diào)度目標的日調(diào)度方案尋優(yōu)具有重要的意義。

4 結(jié)論

通過對三峽及葛洲壩樞紐近年來的出力數(shù)據(jù)進行分析后，得到了綜合出力系數(shù)和水頭之間的相關(guān)關(guān)系，進而通過對比不同的出力系數(shù)取值方法對出力過程進行模擬并分析，可以看出，水電站綜合出力系數(shù)和水頭具有較好的相關(guān)關(guān)系，通過分段函數(shù)的方法可以得到精度較好的取值方法。應用分段取值方法得到的相關(guān)關(guān)系應用于年總發(fā)電量及出力過程模擬，從結(jié)果來看，計算精度比常用的單一系數(shù)法高，比關(guān)系表法高，而計算時間則比關(guān)系表法快很多，說明綜合出力公式較單一系數(shù)法和關(guān)系表法更適用于中短期優(yōu)化調(diào)度過程尋優(yōu)。

本文研究的對象為三峽和葛洲壩水電樞紐，這兩大樞紐在電網(wǎng)調(diào)度體系中不屬于日調(diào)節(jié)電站，不需要為適用電網(wǎng)要頻繁的對出流過程進行調(diào)節(jié)，所以得到了比較好的相關(guān)關(guān)系，所以結(jié)果更適用于短期優(yōu)化調(diào)度計算，對調(diào)解型樞紐的實時調(diào)度過程模擬還需要進一步研究。

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基金項目:“十一五” 國家科技支撐計劃資助項目(2009BAC56B03)

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關(guān)鍵詞：計算機輔助設(shè)計；機械設(shè)計；應用

計算機輔助設(shè)計技術(shù)是借助計算機本身強大的數(shù)據(jù)計算能力和圖形處理分析能力，通過繪圖軟件操作幫助有關(guān)工程技術(shù)設(shè)計人員來對工程產(chǎn)品進行分析、設(shè)計，從而設(shè)計出符合社會發(fā)展的工程零件，促進社會的發(fā)展進步。傳統(tǒng)的機械設(shè)計一般是應用手繪來設(shè)計圖紙的，而應用計算機輔助設(shè)計技術(shù)之后能夠方便設(shè)計操作，促進對產(chǎn)品的研發(fā)和修改，相比傳統(tǒng)的機械設(shè)計而言，計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應用提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。

1計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中應用的意義

1.1實現(xiàn)和人腦思維適應性的匹配

機械設(shè)計師在進行產(chǎn)品設(shè)計的時候需要在腦海中進行構(gòu)思，之后將自己所構(gòu)思的進行表達。在一般情況下，機械設(shè)計師在腦海中構(gòu)思的物體形狀是立體的，需要應用三維模型對產(chǎn)品的屬性、形狀等進行反映，計算機輔助設(shè)計技術(shù)有利于三維模型的制作。

1.2能夠提升機械設(shè)計的工作效率

計算機輔助設(shè)計技術(shù)進行機械三維設(shè)計能夠?qū)碗s、多樣的幾何造型進行體現(xiàn)，之后應用運算軟件和簡單的幾何實體來計算復雜的實體，形成截交線和相貫線，降低機械設(shè)計的工作難度，減少機械設(shè)計的工作周期，提升機械設(shè)計產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

1.3方便對機械設(shè)計零件的修改

計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應用能夠在不同裝配環(huán)境下進行新零件的設(shè)計，并根據(jù)零件的位置信息和形狀等信息進行新零件的設(shè)計，提升零件設(shè)計的方便性和快速性，實現(xiàn)不同零件之間的有效配合，減少零件設(shè)計中可能出現(xiàn)的錯誤。在裝配環(huán)境下，機械設(shè)計工作人員可以根據(jù)箱子的形狀在較短的時間內(nèi)設(shè)計出和箱子相匹配的箱蓋。在完成機械零件設(shè)計之后，通過資源查找能夠發(fā)現(xiàn)機械零件設(shè)計的具體操作步驟，從而更好的進行機械零件設(shè)計。

1.4提升機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量

在社會科技和機械技術(shù)的不斷發(fā)展下，在機械設(shè)計領(lǐng)域逐漸實現(xiàn)了機械產(chǎn)品設(shè)計和信息技術(shù)的結(jié)合發(fā)展，通過應用計算機輔助設(shè)計技術(shù)提升了機械設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計效率，提高了機械設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量。計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中的應用具體體現(xiàn)在機械產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化、分析機械產(chǎn)品有限受力情況等方面，通過對這些問題的分析能夠提升機械設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量。同時，伴隨大型企業(yè)內(nèi)部數(shù)控加工工作的完善化發(fā)展，需要相應的提升機械產(chǎn)品的應用質(zhì)量。在應用計算機輔助設(shè)計技術(shù)之后，能夠準確的描述機械設(shè)計零件的位置、大小和形狀，幫助有關(guān)工作人員更為準確、全面的了解產(chǎn)品的設(shè)計意圖。

2計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中的應用

2.1計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計逆向工程中的應用

在機械設(shè)計中，逆向工程是一種消化、吸收和應用先進科學技術(shù)的機械設(shè)計方法，通過應用這種方法能夠提升機械產(chǎn)品的設(shè)計效率和質(zhì)量。但是在機械設(shè)計逆向工程應用發(fā)展中存在成本耗費大、受市場限制的問題，想要實現(xiàn)有效的機械設(shè)計目標需要有關(guān)人員投入更多的精力。計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計逆向工程中的應用能夠?qū)ο冗M國家的技術(shù)更好的消化和吸收，將這些技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨頇C械生產(chǎn)設(shè)計的動力。傳統(tǒng)的逆向工程設(shè)計研究和應用注重實體物上，關(guān)注是對新產(chǎn)品的制造，具體實施在只有實物模型的條件下，在了解產(chǎn)品設(shè)計之后，對產(chǎn)品零部件進行逆向重構(gòu)的過程。傳統(tǒng)逆向工程設(shè)計研究往往是通過對產(chǎn)品的拆解和重新構(gòu)建實現(xiàn)新產(chǎn)品的制造。在計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應用發(fā)展下能夠借助坐標測量設(shè)備、通用CAD軟件等將實體物進一步轉(zhuǎn)化為CAD模型，在計算機輔助軟件和計算機集成制造系統(tǒng)的配合下對產(chǎn)品進行處理、再設(shè)計。計算機輔助設(shè)計技術(shù)在逆向工程中的應用以仿真的方式為有關(guān)人員的機械產(chǎn)品設(shè)計提供了實物分析，加強了有關(guān)工作人員對產(chǎn)品特點和產(chǎn)品零部件模型的充分認識。

2.2計算機輔助設(shè)計技術(shù)在汽車覆蓋件中的應用

汽車覆蓋件模型的設(shè)計對汽車車型和汽車的個性化設(shè)計都具有重要的影響。在現(xiàn)代汽車覆蓋模型設(shè)計中，常常會出現(xiàn)設(shè)計人員設(shè)計和工藝人員設(shè)計之間的沖突現(xiàn)象，導致汽車覆蓋件的設(shè)計人員無法在汽車覆蓋件生產(chǎn)和制造環(huán)節(jié)中有效工作，嚴重的還會出現(xiàn)返工的現(xiàn)象，無形中增加了汽車覆蓋件設(shè)計的成本費用，不利于提升汽車覆蓋件的生產(chǎn)效率。汽車覆蓋件的設(shè)計一般包括對市場需求的了解、模具結(jié)構(gòu)的制造、模具工藝和熱度問題的分析等。計算機輔助設(shè)計技術(shù)在汽車覆蓋件設(shè)計中的應用能夠?qū)⑵嚫采w件轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵨?，如果出現(xiàn)了設(shè)計的問題之后可以返回上一次操作重新設(shè)計。另外，在汽車覆蓋件的繪圖設(shè)計中，傳統(tǒng)的繪圖方式采用的手工的方式，對設(shè)計人員的手工操作有著較高的要求，在具體操作的時候很容易出現(xiàn)問題。而將計算機輔助設(shè)計技術(shù)應用在繪圖設(shè)計中能夠應用相關(guān)軟件進行設(shè)計操作，提升了汽車覆蓋件設(shè)計的效率。

2.3計算機輔助設(shè)計技術(shù)在零件裝配觀察中的應用

機械零件裝配的設(shè)計需要設(shè)計人員應用不同的裝配來實現(xiàn)自己的設(shè)計理念，由此帶來的機械零件裝配設(shè)計效果也是多樣的。而計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械零件裝配中的應用能夠借助計算機系統(tǒng)操作演示不同機械設(shè)計之間的不同搭配，從而進行搭配設(shè)計的篩選，剔除掉不符合實際需要的零件裝配設(shè)計，節(jié)省機械零件裝配設(shè)計所需要不必要的時間和測試費用，提高工作效率。

3結(jié)束語

綜上所述，將計算機輔助設(shè)計技術(shù)應用到機械產(chǎn)品的設(shè)計中能夠提升機械產(chǎn)品設(shè)計的準確度，實現(xiàn)對復雜數(shù)據(jù)和圖形的簡化分析。為了進一步提升機械產(chǎn)品的設(shè)計加工效率，需要有關(guān)設(shè)計人員加強對計算機輔助設(shè)計技術(shù)的研究應用。需要注意的是，計算機輔助設(shè)計技術(shù)大多來自于發(fā)達國家，我國自主研發(fā)的較好，將其應用在機械產(chǎn)品加工設(shè)計中和國外相比仍有較大的差距。為此，還需要有關(guān)人員加強對計算機輔助設(shè)計技術(shù)的自主研發(fā)力度，結(jié)合社會主義經(jīng)濟市場發(fā)展需要和對該技術(shù)的應用情況提升計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應用水平，加大力度宣傳計算機輔助設(shè)計技術(shù)，從而為計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展應用提供更為廣闊的空間。

作者:劉希望 單位:山西天地煤機裝備有限公司

參考文獻：

[1]沈進.淺談計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中的應用[J].信息與電腦（理論版），2011，12：34.

篇4

Abstract: The requiring and measuring of data is the first step of reverse engineering and is one of the most critical technologies. Combining physical data acquisition methods of contact measurement technology and non-contact measurement technology is the most effective engineering measurement mothod for large and complicated measuring object among so many reverse engineering measurement technologies.

關(guān)鍵詞:逆向工程;接觸式工程測量;非接觸式工程測量;測量誤差

Key words: reverse engineering;contact engineering measurement;non-contact engineering measurement;measurement error

中圖分類號:TU19 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)18-0052-01

0引言

數(shù)據(jù)的獲取、測量是逆向工程中的第一個步驟,也是逆向工程測量最關(guān)鍵的技術(shù)之一。綜合接觸式工程測量技術(shù)和非接觸式工程測量技術(shù)的實物數(shù)據(jù)獲取方法,是目前眾多逆向工程測量技術(shù)中針對大型的、結(jié)構(gòu)復雜的測量對象最具有高效性的一種工程測量方式。這種方法由接觸式工程測量技術(shù)獲取散布在被測物體上或周圍的人工標記點群的三維坐標,再以這些坐標數(shù)據(jù)作為非接觸式工程測量數(shù)據(jù)拼接的依據(jù),從而獲取得到整體測量數(shù)據(jù)。這種綜合方法既具有以往工程測量技術(shù)的高效性,又消除了數(shù)據(jù)拼接時的累積誤差。

1逆向工程概述

逆向工程,又稱反求工程、反向工程,指通過各種測量手段和三維幾何建模方法,將已有實物原型轉(zhuǎn)化為計算機上的三維數(shù)字模型的過程,是工程測量技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)的綜合。近幾十年來,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛地應用于工程測量工作,但由于多種因素的限制,現(xiàn)實世界中的很多物體形狀并不能完全用CAD設(shè)計的方法進行描述。因而,我們提出了逆向工程的概念。這種實物數(shù)字化建模的方法如今己經(jīng)發(fā)展為CAD/CAM中的一個相對獨立的范疇,成為復雜工程測量的重要手段之一。[1]

2逆向工程測量數(shù)據(jù)獲取技術(shù)研究

數(shù)據(jù)獲取是反求工程的關(guān)鍵技術(shù),數(shù)據(jù)的獲取通常是利用一定的測量設(shè)備對所測工程進行數(shù)據(jù)采樣,得到的是采樣數(shù)據(jù)點的(x,y,z)坐標值。數(shù)據(jù)獲取的方法大致分為兩類:接觸式和非接觸式。

2.1 接觸式工程測量技術(shù)接觸式工程測量技術(shù)是在機械手臂的末端安裝探頭,通過與工程表面接觸來獲取表面信息,目前最常用的接觸式測量系統(tǒng)是三坐標測量機(CMM)。傳統(tǒng)的坐標測量機多采用機械探針等觸發(fā)式測量頭,可通過編程規(guī)劃掃描路徑進行點位測量,每一次獲取被測形面上一點的(x,y,z)坐標值,測量速度都很慢。CMM的優(yōu)點是測量精度高,對被測工程無特殊要求,對不具有復雜內(nèi)部型腔、特征幾何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被測工程,CMM是一種非常有效可靠的三維數(shù)字化手段。它的缺點是不能對軟物體進行精密測量;價格昂貴,對使用環(huán)境要求高;測量速度慢,測量數(shù)據(jù)密度低,測量過程需人工干預;還需要對測量結(jié)果進行探頭損傷及探頭半徑補償,無法測量小于測頭半徑的凹面工程,這些不足限制了它在快速反求領(lǐng)域中的應用。[2]

2.2 非接觸式工程測量技術(shù)①激光線結(jié)構(gòu)光掃描測量技術(shù)。激光線結(jié)構(gòu)光掃描測量技術(shù)是一種基于三角測量原理的主動式結(jié)構(gòu)光編碼工程測量技術(shù),亦稱為光切法,通過將一線狀激光束投射到三維物體上,利用CCD攝取物面上的二維變形線圖像,即可解算出相應的三維坐標。每個測量周期可獲取一條掃描線,物體的全輪廓測量是通過多軸可控機械運動輔助實現(xiàn)的。這類設(shè)備的掃描速度可達15000點/秒,測量精度在±0.01～±0.1mm之間,價格適中,對測量工程對象型面的光學特性要求不高。[3]②投影光柵測量技術(shù)。投影光柵測量技術(shù)是一類主動式全場三角測量技術(shù),通常采用普通白光將正弦光柵或矩形光柵投影于被測物面上,根據(jù)CCD攝取變形光柵圖像,根據(jù)變形光柵圖像中條紋像素的灰度值變化,可解算出被測物面的空間坐標,這類測量方法具有很高的測量速度和較高的精度,是近年發(fā)展起來的一類較好的三維傳感技術(shù)。根據(jù)形變、高度關(guān)系的描述方法的不同,光柵測量可分為兩類:直接三角法和相位測量法。直接三角法原理簡單、速度快,不易受被測工程物面不連續(xù)等干擾的影響,但是其測量精度不高,不能實現(xiàn)全場測量;而相位測量法測量精度相對較高。③計算機斷層掃描(CT)技術(shù)。計算機斷層掃描(CT)技術(shù)最具代表的是基于X射線的CT掃描機,它是以測量物體對X射線的衰減系數(shù)為基礎(chǔ),用數(shù)學方法經(jīng)過計算機處理而重建斷層圖像,這種方法最早是應用于醫(yī)療領(lǐng)域,目前已經(jīng)廣泛用于工程測量領(lǐng)域,即稱為“工程CT”。對中空物體的無損三維測量,這種方法是目前較先進的非接觸式檢測方法,它可對被測工程的內(nèi)部形狀、壁厚、材料,尤其是內(nèi)部構(gòu)造進行測量,該方法同樣能夠獲得被測工程內(nèi)表面數(shù)據(jù),且不破壞工程結(jié)構(gòu)。但它存在造價高,測量系統(tǒng)的空間分辨率低,獲取數(shù)據(jù)時間長,設(shè)備體積大等缺點。[4]④立體視覺測量技術(shù)。立體視覺測量是根據(jù)同一個三維空間點在不同空間位置的兩個(或多個)攝像機拍攝的圖像中的視差,以及攝像機之間位置的空間幾何關(guān)系來獲取該點的三維坐標值。立體視覺測量方法可以對處于兩個(或多個)攝像機共同視野內(nèi)的目標特征點進行測量,而無須伺服機等掃描裝置。立體視覺測量面臨的最大困難是空間特征點在多幅數(shù)字圖像中提取與匹配的精度與準確性等問題。近來出現(xiàn)了將具有空間編碼的結(jié)構(gòu)光投射到被測工程表面,制造測量特征的方法有效解決了測量特征提取和匹配的問題,但在測量精度與測量點的數(shù)量上仍需改進。

3結(jié)語

現(xiàn)代逆向工程測量技術(shù)是將接觸式測量技術(shù)和非接觸式測量技術(shù)相融合,是實現(xiàn)被測工程整體測量和數(shù)據(jù)拼接的有效方法,其使用越來越廣泛。雖然關(guān)于攝影測量技術(shù)的研究幾乎是自照相機發(fā)明以來就開始了,但是用于逆向測量工程的數(shù)字近景攝影測量技術(shù)仍然是一門“年輕”的技術(shù),它繼承了“攝影測量與遙感”領(lǐng)域的許多知識和技術(shù),同時又發(fā)展出許多自身特有的技術(shù)和方法,比如設(shè)置人工標志點。筆者認為,研究逆向工程測量技術(shù),對現(xiàn)代工程測量技術(shù)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻:

[1]張義力.逆向工程數(shù)據(jù)獲取中測量關(guān)鍵技術(shù)研究[J].上海交通大學學報,2009:12-13.

[2]張劍清.數(shù)字攝影測量[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社,2009:34-35.

篇5

隨著科技的不斷進步，計算機行業(yè)也得到了很好地發(fā)展，同時計算機也在很多的行業(yè)得到了應用。計算機的輔助設(shè)計也在機械設(shè)計中使用的越來越多，逐漸的成為機械行業(yè)中一個重要的部分，大大的加快了機械設(shè)計的發(fā)展。計算機輔助技術(shù)簡稱CAD，CAD的應用大大的減少了機械設(shè)計的時間，同時也減少了企業(yè)的成本。本著就計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計中的應用進行了一定的分析和探討，希望能對同行人員有所幫助。

關(guān)鍵詞：

計算機；輔助設(shè)計；機械設(shè)計

計算機輔助技術(shù)就是利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作，簡稱CAD。計算機輔助設(shè)計的應有大大的減少了機械設(shè)計中繪圖的時間，提高了設(shè)計人員的工作效率。所以，科學合理的應用計算機輔助設(shè)計能夠有效的提高設(shè)計人員的工作效率，同時設(shè)計師能夠更好地進行繪圖作業(yè)，從而保障機械產(chǎn)品的質(zhì)量。

一、計算機輔助設(shè)計技術(shù)的重要性

機械設(shè)計時機械工程的一個重要環(huán)節(jié)，在很大的程度上決定著機械的性能，對機械產(chǎn)品的質(zhì)量有著很大的影響。另外機械設(shè)計是一個比較復雜的工作，計算機輔助設(shè)計的應用能夠?qū)⒐ぷ骱唵位?，大大的提高設(shè)計人員的工作效率。另一方面，由于國內(nèi)的計算機行業(yè)發(fā)展迅速，多媒體輔助設(shè)計技術(shù)也不斷地提高漸漸地走向成熟，這對機械設(shè)計有著很大的積極作用。所以可知，計算機輔助設(shè)計對機械設(shè)計有著十分重要的作用。

二、計算機輔助設(shè)計對機械設(shè)計帶來的優(yōu)勢

（一）能夠有效提升機械設(shè)計效率

應用計算機輔助設(shè)計的一個明顯特點就是高效，當使用計算機輔助設(shè)計進行機械設(shè)計時，能夠最大程度的將機械的所有的配件進立體化的展示。計算機軟件中有著計算程序，能夠?qū)⒆詣拥倪M行一些計算，提高了機械計算的效率，減少了人工的計算投入，同時也降低了工作的的強度，大大的縮短了設(shè)計的工作時間。同時CAD的應用使得機械設(shè)計更加的科學和方便，當客戶對機械產(chǎn)品提出意見時能夠直接在計算機上進行修改，不需要重新進行畫圖設(shè)計，這種方式有效的改變了傳統(tǒng)設(shè)計的工作方式，大大的提升了工作的效率。此外，計算機軟件能夠?qū)C械產(chǎn)品進行重新的整合，將不同的機械產(chǎn)品的不同零件進行整合后，得到新型的機械產(chǎn)品。

（二）使零件設(shè)計更方便

計算機輔助設(shè)計的技術(shù)的原理是通過使用不同的程序進行輔助設(shè)計的，通過這種方式能夠使得設(shè)計更加的多元化，設(shè)計工作人員也能更好的進行新型零件的設(shè)計，機械設(shè)計的工作也更加的簡單方便，同時還能有效的減少配件之間由于設(shè)計誤差引起的兼容性問題。例如，當進行機械的裝配時，工作人員能夠通過箱體的面積快速的設(shè)計出符合要求的箱蓋，并投入到機械生產(chǎn)中。當進行配件的安裝時，可以使用配備器來進行，這種方法只要將計算機中的安裝方式進行了解就可以了。此外，當設(shè)計需要進行修改時，只需要將所要進行修改的部位使用相關(guān)的命令才找出來后，完成相應的修改即可。

三、計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中的應用

（一）三維造型

當運用計算機輔助設(shè)計時，能夠?qū)C械產(chǎn)品的三維情況更加直觀的展現(xiàn)出來，同時還能夠給設(shè)計人員帶來極大的的方便，設(shè)計人員也能更加方便的對設(shè)計進行修改和整理。計算機輔助設(shè)計軟件還能夠?qū)a(chǎn)品進行分析整合，然后優(yōu)化設(shè)計出來的的產(chǎn)品，這樣能夠極大的提高工作人員的工作效率。另外，當進行機械設(shè)計時有時候還要制作出相應的表格或者文檔來進行說明，人工進行過于麻煩，計算機輔助軟件能夠更好的解決這些工作。

（二）電力開關(guān)控制柜

我國的電子技術(shù)不斷地發(fā)展和應用，計算機輔助技術(shù)也不斷地被市場所接受，在電力開關(guān)行業(yè)計算機輔助技術(shù)也得到了很好地應用。計算機輔助設(shè)計技術(shù)經(jīng)常被應用于電力開關(guān)柜殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，極大的將電力開關(guān)的設(shè)計水平提升了不少，促進了電力開關(guān)控制柜的快速發(fā)展，使其在要求不斷提高的市場中能夠不被淘汰。

（三）逆向工程中CAD技術(shù)的應用

逆向工程的主要目標是實現(xiàn)先進技術(shù)的消化和吸收。但是國內(nèi)的研究人員的綜合素質(zhì)并不高，又加上國家在這方面的投入不夠，導致研究所的相應的研究條件不夠，導致我國在逆向工程技術(shù)方面的發(fā)展進度遲緩。逆向工程一般是用在產(chǎn)品和模型方面，通常是將原產(chǎn)品進行整合后制造出新型的產(chǎn)品。計算機輔助技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，在進行實物的轉(zhuǎn)化時可以利用坐標測試設(shè)備、通用的計算機輔助設(shè)計軟件等方法，綜合利用計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng)等技術(shù)，將實際的物樣進行科學的處理和設(shè)計之后，最后將實物通過相應的計算軟件轉(zhuǎn)化成為CAD模型的過程。比如，SCAN-TOOLS軟件就是一個專門的逆向設(shè)計模塊，主要是通過數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格曲線的構(gòu)造，然后通過切割、延伸等工作進行點云的擬合，最后得出符合規(guī)格的曲線，最終將曲面完成修改，然后再使用計算機輔助設(shè)計軟件的參數(shù)化設(shè)計功能，設(shè)計出一個和實物幾乎一樣的三維模型。

（四）圖形及符號的使用

當進行機械設(shè)計時，設(shè)計時通常要使用大量的圖形和符號。一方面，計算機輔助設(shè)計軟件能夠使用并記錄大量的機械設(shè)計圖形和符號，有利于設(shè)計時隨時的進行設(shè)計使用，這樣能夠大大的節(jié)省設(shè)計師的時間，提高工作效率。另一方面，當進行設(shè)計時，設(shè)計時常常要使用到一些標準化的零件或者一些非標準化零件，所以在使用計算機輔助軟件能夠?qū)⑦@些零件存入數(shù)據(jù)庫，當需要時只要將輸入相應的命令即可，這樣就能大大的降低設(shè)計師的工作難度，使工作更加的便捷容易。

四、結(jié)語

由此可知，計算機不但有著很高的功能性，同時還能將復雜的東西簡單化。同時計算機在設(shè)計行業(yè)不斷地被使用后，計算機的很多的相關(guān)的軟件也得到了很好地開發(fā)，使得機械設(shè)計的發(fā)展變得更加的順暢。在進行機械設(shè)計時，設(shè)計工作人員首先要改變的就是自己的傳統(tǒng)思維方式，通過學習和了解計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計中的優(yōu)點，改變自己的傳統(tǒng)思維。同時還要不斷地創(chuàng)新改變設(shè)計理念，將現(xiàn)代化的設(shè)計方式有效的結(jié)合到自己的設(shè)計中去，完成高質(zhì)量的設(shè)計，同時促進設(shè)計行業(yè)在計算機輔助技術(shù)使用方面的發(fā)展，加快整個機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李國棟.計算機輔助技術(shù)在高職院校機械設(shè)計教學中的應用分析[J].中華少年，2016，22（35）：235.

篇6

隨著我國生產(chǎn)制造業(yè)的迅猛發(fā)展，使得新能源的開發(fā)、新工藝的應用、新技術(shù)的研究、新材料的引入等均得到快速發(fā)展，并且對行業(yè)發(fā)展起到巨大的推進作用。其中逆向工程技術(shù)是當前推動生產(chǎn)制造業(yè)快速發(fā)展最為突出的技術(shù)支持，為生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)展開拓了新方向。本文主要對逆向工程技術(shù)在生產(chǎn)制造業(yè)中的應用進行分析，以期為廣大生產(chǎn)制造業(yè)相關(guān)人員提供有效參考。

關(guān)鍵詞：

逆向工程技術(shù)；生產(chǎn)制造業(yè)；應用

逆向工程又稱為反向工程，其是一種對產(chǎn)品設(shè)計過程的整體概念描述。在生產(chǎn)制造業(yè)中對產(chǎn)品的研究開發(fā)過程中，一般意義的研發(fā)某種產(chǎn)品即是指從無到有的產(chǎn)出過程，即為正向工程。而逆向工程則是對正常設(shè)計過程進行完全顛覆，將正常產(chǎn)品設(shè)計程序倒置，進行反向技術(shù)研究，該項技術(shù)在船舶制造、食品制造等生產(chǎn)制造業(yè)領(lǐng)域的應用意義重大。本文主要從逆向工程技術(shù)在生產(chǎn)制造業(yè)中的應用意義以及應用過程兩方面，對逆向工程技術(shù)進行詳細分析。

1逆向工程技術(shù)在生產(chǎn)制造業(yè)中的應用意義

逆向工程技術(shù)在具體操作過程中，主要是按照項目來確定研究對象，選取典型較強的產(chǎn)品進行技術(shù)處理，根據(jù)樣件的體積、類型選，來擇相應的掃描方式將產(chǎn)品三維空間數(shù)據(jù)傳輸入計算機內(nèi)形成圖像，之后運用相關(guān)軟件根據(jù)數(shù)據(jù)建立電子三維模型，對其進行研究分析后，將其轉(zhuǎn)變成CAM產(chǎn)品樣件制造過程。逆向工程在生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)展中具有重要的應用作用，如在船舶制造中，對船用螺旋槳的設(shè)計與制造，運用逆向工程技術(shù)通過三座標測量儀對螺旋槳關(guān)鍵位置的數(shù)據(jù)進行測量，能夠開發(fā)出與螺旋槳匹配的CAD/CAM軟件，從而使螺旋槳數(shù)控加工工藝得到實現(xiàn)；又如在食品生產(chǎn)制造業(yè)中，對食品外包裝的設(shè)計與制造，通過運用逆向工程技術(shù)能夠設(shè)計出更吸引人眼球的食品包裝，從而可極大促進食品生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展。

2逆向工程技術(shù)在生產(chǎn)制造業(yè)中的應用

2.1公司概況

本文主要以某飲料生產(chǎn)公司作為研究實例進行分析，該公司生產(chǎn)飲料涉及汽水、果汁、運動飲料、咖啡、乳類飲品以及茶等。

2.2生產(chǎn)步驟

生產(chǎn)部門接到訂單后，根據(jù)要求改良產(chǎn)品瓶罐包裝，推出一款滿足市場需求現(xiàn)狀的產(chǎn)品，并將產(chǎn)品投入市場進行推廣和銷售，以為推出消費者接受度高的產(chǎn)品提出良好改革設(shè)計方案。逆向工程技術(shù)在某飲料公司生產(chǎn)制造中的應用流程如下。

（1）在掃描儀方面，應在已選用的模型上涂抹與掃描儀匹配的遮光材料，以避免在掃描過程中，因瓶體材料透光而導致模型結(jié)構(gòu)掃描缺損，從而給后續(xù)建模處理工作加大難度或?qū)蚀_性和進度造成影響。

（2）在模型體表面貼點方面，因為模型體表面上粘貼的點，是由特殊感光材料制作而成，其可對激光掃描發(fā)出感應，因此使用掃描儀對其粘貼位置模型體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行掃描，從而可在計算機上得到三維數(shù)據(jù)輸出。但粘貼時應注意的是，模型結(jié)構(gòu)變化位置應與標點排布對應，避免過少而出現(xiàn)細節(jié)缺失?？稍黾酉鄳母袘c排布，但由于其制作成本較高，在布置過多感應點后會增加生產(chǎn)成本，因此應根據(jù)以往經(jīng)驗進行合理布置，以使產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)化。

（3）在模型體掃描方面，在完成準備工作后，即可開始掃描。在選擇掃描儀時，應按照模型體結(jié)構(gòu)類型與空間體積來確定，本研究中研究實例為飲料瓶，對此應選用支架固定掃描儀。將模型體放于支撐板上直至產(chǎn)品穩(wěn)定后即可開始掃描，在掃描完一個局部面后，旋轉(zhuǎn)支撐板直至產(chǎn)品穩(wěn)定后繼續(xù)掃描未知面。而在操作中，還應對觀察掃描過程中的計算機輸出成像，以確保模型體三維結(jié)構(gòu)整體均被輸入到計算機系統(tǒng)中。

（4）在三維模型建立方面，在結(jié)束模型體掃描后，應按照掃描得出的數(shù)據(jù)建立三維模型。根據(jù)原模型制作出準確電子模型后，結(jié)合前期市場調(diào)研中使用者對產(chǎn)品情感訴求與功能需求進行分析，從而對產(chǎn)品進行符合市場需求的改良，以制作出改良后的創(chuàng)新模型。

（5）在樣件確認方面，完成創(chuàng)新模型制作后，由技術(shù)人員對樣件進行制作，同時完成完成樣件確認工作。在創(chuàng)新模型樣件制作完成后，不應將其立即投入生產(chǎn)，而是應將其返回至設(shè)計研究人員手中，以實行最后的樣件分析確認?？蓪Σ煌挲g階段、不同性別的使用者進行調(diào)查，考查使用者對創(chuàng)新模型樣件的接受情況，若該設(shè)計得到大眾一致認可，即可最終確定該生產(chǎn)方案；若有多數(shù)使用者對該設(shè)計存在較大不滿意情況，則需要對此進行再次修改，直至獲得使用者認可，最后才可確定生產(chǎn)方案和投入生產(chǎn)。

（6）在模具制作方面，在最終確認創(chuàng)新模型樣件后，即可將其投入到一線生產(chǎn)部門，制造相應數(shù)量的模具，之后根據(jù)模具進行批量生產(chǎn)，最后投入到市場進行大范圍流通銷售。直至這一步驟，逆向工程技術(shù)在生產(chǎn)制造業(yè)中的應用已完成完整的生產(chǎn)流程。

2.3新工藝與傳統(tǒng)工藝的對比分析

傳統(tǒng)工藝具有工業(yè)設(shè)計、測量數(shù)字建模、打樣、樣件確認、模具制造、模具試模、產(chǎn)品檢測、投入生產(chǎn)8個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。而新工藝只有掃描原模型、創(chuàng)新模型、樣品和確認、制作模具、投入生產(chǎn)4個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。通過對比分析，可得出新工藝在操作步驟上已明顯少于傳統(tǒng)工藝，為企業(yè)節(jié)約大量生產(chǎn)成本，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。而在技術(shù)方面，傳統(tǒng)工藝測量手段存在較大誤差，需反復修正，極大地增加企業(yè)生產(chǎn)成本。新工藝流程簡單，掃描設(shè)計精度較高，使工作效率得到提升，極大節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。

3結(jié)語

總而言之，逆向工程技術(shù)是當前推動我國生產(chǎn)制造業(yè)快速發(fā)展的一項重要技術(shù)，因此應加大對逆向工程技術(shù)的研究與開發(fā)，以不斷提出新型的逆向工程技術(shù)，提升我國生產(chǎn)制造業(yè)的核心競爭力。

作者：李帥 張明慧 單位：中海工業(yè)（江蘇）有限公司

參考文獻

[1]蔡蕾.逆向工程技術(shù)于生產(chǎn)制造業(yè)的應用研究[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學報，2015（05）：73-77.

篇7

關(guān)鍵詞：計算機輔助工程；機械設(shè)計；應用

中圖分類號：F224-39 文獻標識碼：A

1 計算機技術(shù)的發(fā)展

1.1 可視化技術(shù)

包括數(shù)據(jù)庫可視化、監(jiān)測信息可視化、可視化輔助設(shè)計等方面?？梢暬夹g(shù)對提高有限元法應用的可靠性和精確度方面，起著非常重要的作用。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

它是一種可以創(chuàng)建和模擬體驗現(xiàn)實世界的計算機技術(shù),它將真實世界的各種媒體信息有機地融進虛擬世界,構(gòu)造了用戶能與之進行各個層次交互處理的虛擬信息空間。

1.3 多媒體仿真技術(shù)

它是在科學計算機可視化和可視仿真技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它用不同媒體形態(tài)描述不同性質(zhì)的模型信息，將系統(tǒng)行為和形態(tài)、數(shù)學模型和物理模型以及它們的時空表現(xiàn)模式，有機統(tǒng)一地建模和求解。這種特點更適合于科學研究和工程設(shè)計的需要，因而受到工程界的普遍重視。

2 計算機輔助設(shè)計的發(fā)展及重要性

機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，是機器生產(chǎn)的前提，同時也是決定機械性能的最主要因素，一部機器的質(zhì)量及工作性能的好壞很大程度上取決于設(shè)計質(zhì)量，狹義的機械設(shè)計僅指技術(shù)性的設(shè)計過程，廣義的機械設(shè)計是指設(shè)計者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、剛度和強度、各個零部件的材料和形狀尺寸、以及方法、力和能量的傳遞方式等進行分析、構(gòu)思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據(jù)的工作過程。這不僅是一個創(chuàng)造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上的工作，只有將兩者結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機器。

機械設(shè)計的所有步驟幾乎都需要計算機的幫助。圖形的編輯、修改，大量數(shù)據(jù)的計算和比較，對零部件動力、強度等方面的精確測試，都需要相應的計算機軟件的支持。除了這些繁瑣的工作可由計算機替代外，設(shè)計者還可以利用計算機進行虛擬樣機的構(gòu)建，也就是根據(jù)圖紙，在計算機上制造一個模擬樣機，對它的工作性能、受力情況、熱度等各方面進行驗證，根據(jù)出現(xiàn)的狀況修改原設(shè)計，從而達到完善的程度。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機正在越來越廣泛地應用于機械設(shè)計的各個方面以及各種各樣的機械設(shè)計中，它在提高機械設(shè)計的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化為實際制造的效率方面，發(fā)揮著重要作用。計算機輔助設(shè)計便是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，并廣泛應用于多種學科的一種方法。計算機輔助設(shè)計又被稱作“CAD”，是由計算機幫助設(shè)計人員完成機械設(shè)計中的計算、制圖、模擬等工作，并在不斷修改和反復驗證的基礎(chǔ)上，輸出滿意的設(shè)計結(jié)果和最后的產(chǎn)品圖紙的一門技術(shù)。

20世紀60年代初，麻省理工學院的一名研究生發(fā)表了題為《人機對話圖形通信系統(tǒng)》的論文，首次提出了交互技術(shù)及計算機和圖形符號的存儲采用分層的思想，為CAD技術(shù)的確立提供了理論支撐。隨著這一理論的不斷完善，眾多行業(yè)的領(lǐng)軍人物開始認識到計算機輔助技術(shù)的重大作用，并投入重金研發(fā)。美國的IBM公司開發(fā)了以大型機為基礎(chǔ)的CAD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪圖、數(shù)控編制等功能，之后有關(guān)計算機輔助設(shè)計的研制與開發(fā)接踵而至，通用汽車公司研制出了用于汽車設(shè)計的DAC-1系統(tǒng)，洛克希飛機公司研發(fā)的CADAM系統(tǒng)，適用于不同階段的飛機設(shè)計。這時的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)都是在大型機或超級小型機的基礎(chǔ)上開發(fā)的，購買這套系統(tǒng)通常需要上百萬美元，因而這一系統(tǒng)只在經(jīng)濟實力比較雄厚、規(guī)模較大的航空、汽車、輪船、石油等行業(yè)應用。

在20世紀70年代初出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)FMS“，柔性”意為在使用計算機制造產(chǎn)品的過程中，制造系統(tǒng)會根據(jù)所編程序中指令的變換而改變加工過程，這種適應性以及加工的靈活性被稱為“柔性”。我國對FMS的定義為：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料儲運裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)，包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量的生產(chǎn)。隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等的發(fā)展，CAD技術(shù)也日益走向完善，比如80年代出現(xiàn)的由超大規(guī)模集成電路制成的微處理器和存儲器件，使得CAD技術(shù)在中小企業(yè)逐漸普及，從飛機、汽車到服裝、建筑、出版等行業(yè)都開始采用CAD技術(shù)。如今，計算機輔助設(shè)計技術(shù)已在機械制造業(yè)得到廣泛應用，而且現(xiàn)在的CAD應用系統(tǒng)可以將機械設(shè)計中的繪圖、分析、數(shù)據(jù)處理、仿真、加工修改等一系列環(huán)節(jié)集于一身，大大縮短了設(shè)計時間，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本與制造周期。CAD的常用軟件有很多，但由Parametric Technology公司推出的Pro/Engineer產(chǎn)品，在目前三維造型軟件領(lǐng)域中占有重要地位，引領(lǐng)著CAD技術(shù)的新潮流。

3　逆向工程中CAD的應用

逆向工程是一種消化、吸收先進設(shè)計的重要手段。技術(shù)的自主研發(fā)固然重要，但研發(fā)成本卻是相當高昂的，而且研發(fā)過程還受到科技人員的素質(zhì)、國家財政的投入、現(xiàn)有條件等各方面因素的影響，因而一項新技術(shù)的產(chǎn)生通常需要幾年甚至十幾年的時間，這對于技術(shù)條件及設(shè)備相對落后的發(fā)展中國家而言是不可想象的。因而，充分利用他國的科技成果，在消化、吸收的基礎(chǔ)上再進行創(chuàng)新不失為一種加快科技發(fā)展的重要手段。日本在二戰(zhàn)結(jié)束后的重新崛起，很大程度上是因為他大規(guī)模引進美國、英國等歐洲發(fā)達國家的先進技術(shù)，并做了很好地消化吸收，從而轉(zhuǎn)化為本國生產(chǎn)力的一部分。逆向工程就是在只有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ偷臈l件下，在了解產(chǎn)品原設(shè)計的基礎(chǔ)上，逆向重構(gòu)產(chǎn)品零部件的CAD模型，已達到設(shè)計創(chuàng)新的目的。以前的“逆向工程”技術(shù)的研究和應用都集中在實物方面，即在拆解原有產(chǎn)品的過程中，重建產(chǎn)品實物模型，以實現(xiàn)新產(chǎn)品的制造。隨著現(xiàn)在機械制造技術(shù)的發(fā)展，可以通過坐標測量設(shè)備、通用的CAD軟件等方法，把實物樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型，綜合利用CAM（計算機輔助制造）、CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等技術(shù)對其進行處理和再設(shè)計。Pro/Engineer軟件中SCAN-TOOLS是一個專用的逆向設(shè)計模塊，可以通過數(shù)據(jù)點構(gòu)造網(wǎng)格曲線，并對點云進行擬合，以得到光滑、連續(xù)的曲面，再對曲面進行交互修改，從而得到與實物一致的CAD模型。SCAN-TOOLS與Pro/SURFACE配合使用，可以在曲面生成后，通過切割、裁剪、延伸等工作，將曲面轉(zhuǎn)換為實體，再利用Pro/Engineer軟件基于特征的參數(shù)化設(shè)計功能，完成模型的二次設(shè)計，實現(xiàn)CAD模型的重建。

結(jié)語

計算機輔助設(shè)計技術(shù)在確保機械設(shè)計的精度、處理機械設(shè)計中的大量數(shù)據(jù)、繪制復雜圖形等方面發(fā)揮著重要作用，但這些計算機輔助設(shè)計的技術(shù)大都產(chǎn)自歐美等發(fā)達國家，我國自主研發(fā)的較少，加之對引進他國的技術(shù)沒有完全消化，致使我國的機械制造業(yè)水平同國外相比，還存在較大差距，僅以目前的礦山機械設(shè)備為例，我國的輸送機特性研究只有理論，還沒有成熟的安全設(shè)計方法。因而，應加強計算機輔助設(shè)計的自主研發(fā)能力，為我國的機械設(shè)計提供必要的技術(shù)支撐，從而提高我國的機械裝備水平。

參考文獻

篇8

關(guān)鍵詞：反求設(shè)計；建模重構(gòu)；UG

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.228

0 引言

隨著科學技術(shù)快速發(fā)展，新的科技成果層見迭出，不斷推動著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會的進步。中國在機械工程領(lǐng)域起步較晚，基礎(chǔ)較為薄弱，反求設(shè)計的應用對于我國科技進步和發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

1 現(xiàn)代設(shè)計方法的特點

現(xiàn)代設(shè)計方法是隨著當代科學技術(shù)的飛速發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應用而在設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展起來的一門新興的多元交叉學科。以滿足市場產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優(yōu)為目的，以計算機輔助設(shè)計技術(shù)為主體，以多種科學方法及技術(shù)為手段，研究、改進、創(chuàng)造產(chǎn)品和工藝等活動過程所用到的技術(shù)和知識群體的總稱[1]。在相關(guān)的科學技術(shù)基礎(chǔ)之上，結(jié)合運用計算機技術(shù)，進行綜合系統(tǒng)的集成設(shè)計計算，使機械產(chǎn)品的設(shè)計工作跨越了一個新的臺階。

2 現(xiàn)代設(shè)計方法國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀

中國是一個制造業(yè)大國，但還未擠入世界制造業(yè)強國之列。與國際設(shè)計水平相比，仍差距較大。為更快的縮短差距，我們需要學習引進國際先進的設(shè)計方法，消化和吸收，不斷創(chuàng)新設(shè)計觀念，學習并逐步采用先進的設(shè)計方法，讓中國制造不再是“山寨”的代名詞。而反求設(shè)計就是針對消化吸收先進技術(shù)的系列分析方法、應用技術(shù)和創(chuàng)新設(shè)計的組合。

3 反求設(shè)計在三維建模的應用

3.1 反求設(shè)計的內(nèi)涵

反求設(shè)計是指先對產(chǎn)品實物樣件進行數(shù)字化處理，然后利用逆向工程軟件生成CAD數(shù)據(jù)，并進一步用CAD/CAE/CAM軟件實現(xiàn)分析、再設(shè)計，并進行自動編程，最后實現(xiàn)數(shù)控加工的過程。整個過程有效縮短設(shè)計和制造周期，更能夠體現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計和加工技術(shù)的優(yōu)越性。其中通過數(shù)據(jù)的采集和處理重構(gòu)實物的三維原型是其關(guān)鍵步驟。

3.2 反求設(shè)計的步驟

曲線、面的構(gòu)建是模型重構(gòu)的基礎(chǔ)。其常用的模型重構(gòu)方法是將數(shù)據(jù)點通過插值或逼近擬合成樣條曲線，再利用造型軟件完成曲面的造型，最后對曲面進行剪切、過渡和拼合等曲面編輯，進而得到完整的CAD三維模型[2]。以現(xiàn)狀較為流行的逆向工程軟件 Imageware和建模軟件UG的三維模型重構(gòu)方法為例，反求設(shè)計流程圖：

3.2.1 數(shù)據(jù)的采集

目前物體表面幾何數(shù)據(jù)獲取方法多種多樣，可通過傳感技術(shù)、控制技術(shù)、圖像處理和計算機視覺等相關(guān)技術(shù)。按其工作原理和結(jié)構(gòu)分類，可分為接觸式和非接觸式。接觸式是指測頭與被測物體直接接觸獲取數(shù)據(jù)信息，比如三坐標測量機（CMM）。非接觸式測量可分為光學測量法、超聲波法和磁共振 （MRI） 等[3]。在逆向工程中，通常采用三維光學掃描儀或激光掃描儀等測量裝置來進行產(chǎn)品表面點數(shù)據(jù)的采集。

3.2.2 數(shù)據(jù)的處理

通過激光三維掃描儀進行數(shù)據(jù)采集，可以方便地獲取物體表面信息，這些信息通過大量點來表達，通常稱為點云（Point Cloud）。采集得到的點數(shù)據(jù)，我們要用逆向設(shè)計軟件，這里我們采用 Imageware 對點數(shù)據(jù)進行處理，包括噪聲過濾、排序、刪減、拼合、分割及特征點的提取等。

（1）去除雜點。受設(shè)備和環(huán)境因素的影響，掃描會有大量無用點的存在，為方便后續(xù)工作的展開，可以進行去除。

（2）數(shù)據(jù)拼合。受設(shè)備的限制，有些產(chǎn)品需多方位掃描進行數(shù)據(jù)的采集，多次掃描后每塊點云的坐標位置發(fā)生了變化，利用逆向軟件使得坐標重合進行數(shù)據(jù)的拼合。

（3）數(shù)據(jù)精簡。在不損失模型特征的情況下利用逆向軟件對點云進行有效的精簡壓縮，可以大大的提高工作效率。

3.2.3 模型重構(gòu)

模型重構(gòu)可以說是反求設(shè)計的一個核心及主要的目的，是依據(jù)點云數(shù)據(jù)恢復曲面形狀建立模型并進一步實現(xiàn)分析和再設(shè)計的過程。UG NX是當今世界上較為流行的 CAD/CAM/CAE 軟件之一。模型曲面重構(gòu)過程一般是對采集的數(shù)據(jù)點進行擬合生成出特征線，然后利用特征線擬合生成出曲面，曲面之間還可以進一步縫合、過渡或者加厚，最后分析和優(yōu)化以得到更合理的實體模型。

例如罩殼曲面重構(gòu)的基本思路：

4 反求設(shè)計的實際應用

隨著人們對于反求設(shè)計的認識不斷深入，以及相關(guān)的軟硬件逐漸普及的日益完善，其快捷、簡便、直觀等特點日益凸顯，應用領(lǐng)域也越來越廣泛。在新產(chǎn)品的外形設(shè)計中當設(shè)計師難以直接用計算機進行初始外形設(shè)計，這就需要通過反求設(shè)計將實物模型轉(zhuǎn)化為三維CAD模型。對于某些構(gòu)造復雜的設(shè)備，如航空發(fā)動機、汽輪機組等，在實際使用中大部分故障都是由于某一零部件的損壞而引起的。若很難重新加工一個新的零件更換，則需要通過反求設(shè)計的技術(shù)及再制造技術(shù)相結(jié)合來還原該部件，這樣便可以快速生產(chǎn)這些零部件的替代件。

5 總結(jié)

近年來反求設(shè)計作為一種與傳統(tǒng)生產(chǎn)加工方式有著顯著差異的技術(shù)迅速發(fā)展，這對于我國先進技術(shù)的引進有著很大的推動作用。反求設(shè)計技術(shù)能夠更快地應對不斷變化的市場需求，_到提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約成本的目的，真正實現(xiàn)新產(chǎn)品的并行開發(fā)。

參考文獻：

[1]許智欽，孫長庫.3D 逆向工程技術(shù)[M].北京：中國計量出版社，2002.

篇9

（赤峰中色鋅業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古赤峰024000）

摘要：針對復雜曲面構(gòu)成的零件的逆向設(shè)計，利用由自由曲面構(gòu)成的某加工刀具零件，采用三維掃描的方法進行刀具表面三維尺寸的數(shù)據(jù)采集，通過曲線曲面擬合技術(shù)進行模型的三維重構(gòu)。經(jīng)重構(gòu)后的三維模型能夠反映被測零件的三維特征和結(jié)構(gòu)尺寸，試驗表明，這種方法能夠快速準確地完成被測件的逆向造型。

關(guān)鍵詞 ：自由曲面；逆向工程 ；CATIA；雙目視覺

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1671—1580（2014）06—0153—02

收稿日期：2014—01—17

作者簡介：劉濤（1975— ），男，內(nèi)蒙古赤峰人。赤峰中色鋅業(yè)有限公司，機械助理工程師，研究方向：鋅冶煉機械，熱力及逆向造型。

鄧寶貴（1984— ），男，黑龍江北安人。赤峰中色鋅業(yè)有限公司，機械助理工程師，研究方向：鋅冶煉機械，有色金屬綜合回收。

一、引言

本文針對由自由曲面構(gòu)成的某加工刀具的逆向造型，采用非接觸式三維測量技術(shù)對刀具表面形貌數(shù)據(jù)進行了數(shù)字化處理，并應用CATIA軟件對掃描獲得的點云數(shù)據(jù)進行了預處理，重構(gòu)了刀具的實體重建，完成了自由曲面組成的刀具的三維重構(gòu)研究。

二、逆向工程的設(shè)計流程

逆向工程技術(shù)是指在沒有設(shè)計圖紙的情況下，針對零件的實物模型，通過三維測量、測量數(shù)據(jù)預處理和曲線曲面擬合等技術(shù)重構(gòu)出零件的三維模型的過程。［1］［2］

三、某成型刀具的三維掃描

（一）工件的三維掃描

被測工件的表面三維數(shù)據(jù)的獲取是逆向設(shè)計過程中的第一個步驟，常見的表面數(shù)據(jù)獲取方法主要有接觸式測量和非接觸式測量。隨著計算機圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，非接觸式測量以測量精度高、測量速度快的優(yōu)點被廣泛采用在逆向工程的三維掃描過程中。本文選用由多個自由曲面構(gòu)成的某加工刀具作為被測零件（如圖1所示）。刀具主要由兩部分組成：基體部分和加工部分。

本文針對被測零件的結(jié)構(gòu)特點，采用北京天遠的OKIO型雙目視覺三維掃描設(shè)備來進行刀具的表面數(shù)據(jù)獲取，該設(shè)備的單次掃描區(qū)域范圍為400×

300mm，掃描精度為高于40μm。由于掃描過程中景深和角度問題，實物樣件不能夠一次掃描完成，需要在前后兩次掃描區(qū)域間布置至少4個以上的公共參考點，即標志點，然后，從不同的角度多次掃描后，由計算機對多次掃描的點云數(shù)據(jù)進行精確拼接。噴涂完顯像劑和布置完標志點后的加工刀具如圖2所示。本文通過12次掃描，共獲得261327個測量數(shù)據(jù)，如圖3所示。

（二）點云數(shù)據(jù)的分析

由于設(shè)備掃描后的原始點云數(shù)據(jù)量大，而且包含了測量過程中的隨機誤差，為了提高數(shù)據(jù)處理的速度和精度，需要對原始點云數(shù)據(jù)進行濾波。［3］［4］在CATIA軟件中通過弦偏差方法對測量數(shù)據(jù)進行濾波處理，選弦偏差為0.6mm。經(jīng)濾波后的數(shù)據(jù)點為131212個，拼接后的數(shù)據(jù)點云如圖4所示，這樣既減少了冗余數(shù)據(jù)、降低了軟件的計算量，又保留了被測件的原有特征。

（三）曲面重構(gòu)設(shè)計方案

為了方便對點云數(shù)據(jù)進行處理，首先需要對濾波后的點云數(shù)據(jù)進行封裝，即先將點云數(shù)據(jù)相鄰點相連，從而重構(gòu)出模型的三角面片，封裝后的模型如圖5所示。

（四）三維模型重構(gòu)

針對加工刀具的結(jié)構(gòu)特點，本文采用曲線曲面擬合方法對封裝后數(shù)據(jù)進行三維重建。在封裝數(shù)據(jù)上通過獲取截面曲線來重建線框模型。然后，利用CATIA軟件的曲面設(shè)計命令，經(jīng)曲面拉伸、旋轉(zhuǎn)、剪切等命令重構(gòu)出曲面模型，經(jīng)過CATIA后續(xù)處理的加工刀具重構(gòu)模型如圖6所示。

四、結(jié)語

本文采用非接觸式的雙目視覺掃描方法，實現(xiàn)了由自由曲面構(gòu)成的某加工刀具為代表的復雜零件逆向造型。重構(gòu)試驗表明，這種方法操作方便，快速，適用于由復雜曲面構(gòu)成的零件的逆向設(shè)計。

［

參考文獻］

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［2］謝韶旺，徐巖，任正義.Geomagic Fashion在逆向工程快速曲面造型中的應用［J］.CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2009（21）.

［3］張德海，梁晉，郭成，高軍偉.三維數(shù)字化尺寸檢測在逆向工程中的研究及應用［J］.機械研究與應用，2008（8）.

篇10

and Domestic Research Status and Development Trend

Zu Wenming

（Kunming University of Science and Technology Faculty of Mechanical and Electrical Engineering，Kunming 650000，China；

Yunnan Vocational College of Mechanical and Electrical Technology，Kunming 650203，China）

摘要：隨著世界工業(yè)制造及設(shè)計技術(shù)的進步及各國經(jīng)濟相互影響日趨加大，人們對產(chǎn)品的各方面要求也越來越高。產(chǎn)品不僅要有方便實用的先進功能，還要具備美觀的造型和個性的外觀。而且外觀和造型的好壞已成為產(chǎn)品的重要競爭因素。逆向工程技術(shù)廣泛的應用在設(shè)計和制造中。

Abstract: With the development of world's industrial manufacturing and design in technology and the increasing interaction of national economies, people's requirements are also increasing in all aspects of the product. Products have not only convenient and practical advanced features, but also beautiful styling and the appearance of personality. Appearance and styling of products have become an important competitive factor. Reverse engineering techniques are widely used in the design and manufacturing.

關(guān)鍵詞：逆向工程技術(shù) 應用

Key words: reverse engineering technology；application

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）21-0030-02

0引言

2008年的世界金融危機，對我國產(chǎn)生了很大的影響。我國是一個制造大國但不是一個制造強國。沿海的很多企業(yè)都是為外國大企業(yè)進行貼牌生產(chǎn)，沒有自己的產(chǎn)品。這些企業(yè)在這次金融危機中損失很大。所以國家提出技術(shù)創(chuàng)新，要有自己的設(shè)計、創(chuàng)新的產(chǎn)品。過去生產(chǎn)一種樣式就可以暢銷若干年，現(xiàn)在則需要對產(chǎn)品不斷地推陳出新，因此大型的跨國公司對新產(chǎn)品的研發(fā)都非常重視，尤其在汽車、摩托車、電子產(chǎn)品、家用電器等大眾化消費性產(chǎn)品領(lǐng)域表現(xiàn)的尤為突出。世界經(jīng)濟競爭日趨激烈，人們對產(chǎn)品的設(shè)計與創(chuàng)新提出了更多的要求，小批量、換代快替代了傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)，這對設(shè)計的周期的要求也越來越短。

為了滿足市場的需要。企業(yè)為了縮短設(shè)計到產(chǎn)品生產(chǎn)的周期，提高產(chǎn)品設(shè)計和制造質(zhì)量，提高企業(yè)對市場需求的響應速度，新產(chǎn)品的一系列開發(fā)技術(shù)不斷地采用。計算機快速發(fā)展的今天，如：CAD/CAM/CAE/CAPP技術(shù)、逆向工程技術(shù)、快速成型技術(shù)、虛擬制造技術(shù)及并行工程等。廣泛的應用在設(shè)計和制造中。

1逆向（RE）工程的內(nèi)涵及特征

1.1逆向（RE）工程的內(nèi)涵逆向工程（Reverse Engineering,RE）也稱反求法，源自精密測量和質(zhì)量檢驗，是設(shè)計下游向上游反饋信息的回路，以先進產(chǎn)品的實物、樣件、軟件（圖樣、程序、技術(shù)文件）或影像（圖像、照片）作為研究對象，應用現(xiàn)代設(shè)計方法學、生產(chǎn)工程學、材料學、計算幾何學、微分幾何學和有關(guān)專業(yè)知識進行系統(tǒng)分析和研究，探險掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進而開發(fā)出更先進產(chǎn)品的技術(shù)，也是消化、吸收先進技術(shù)時采取的一系列方法和應用技術(shù)的結(jié)合。

“逆向工程”作為學術(shù)術(shù)語的提出，出現(xiàn)在上世紀60年代?！澳嫦蚬こ獭钡募夹g(shù)和思維的應用和人類的發(fā)展是同步的。人類幾千年的歷史中，每一項成果都是在前人研究的基礎(chǔ)上，模仿自然和社會具有相應特征的實物來創(chuàng)造的。飛機模仿了飛鳥，但飛機飛的更高、更快；游泳衣模仿了鯊魚，使人們游得更快……。現(xiàn)代，二戰(zhàn)結(jié)束。日本在60年代提出科技立國的方針：“一代引進，二代國產(chǎn)化，三代改進出口，四代占領(lǐng)國際市場”，其中在汽車、電子、光學設(shè)備和家電等行業(yè)上最為突出。在應用逆向工程技術(shù)上，日本具有典型性、代表性：①二戰(zhàn)后，1950年日本國民生產(chǎn)總值為英國的1/29、法國的1/38。目前，日本是世界第二經(jīng)濟強國。②1945~1970,引進國外先進技術(shù)（80%為圖紙、專利）投資60億美元。（如自行研制需1800~2000億美元）。③掌握每項技術(shù)需2~3年。（如自行研制需12~15年）。④ 60年代機械工業(yè)研究經(jīng)費16.9%用于引進，68.1%用于消化、改造。⑤據(jù)日本政府推算，采用逆向工程技術(shù)，節(jié)省了2/3的研究時間、9/10的研究經(jīng)費。

現(xiàn)在，有關(guān)逆向工程技術(shù)的研究受到企業(yè)的關(guān)注，尤其隨著計算機技術(shù)和測量技術(shù)的不斷發(fā)展，利用CAD/CAM技術(shù)、先進的制造技術(shù)來實現(xiàn)快速、高效的設(shè)計和制造已成為研究的一個熱點。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國也引進了很多國外的先進技術(shù)和設(shè)備，現(xiàn)在急需解決的問題是如何進一步研究、消化吸收技術(shù)，研究引進產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。在吸收的基礎(chǔ)上創(chuàng)新、改進、提高，開發(fā)出我們自己的先進產(chǎn)品，形成我們自己的技術(shù)。逆向工程技術(shù)的研究正是得于以經(jīng)濟快速發(fā)展的主要原因。

1.2逆向設(shè)計方法和正向設(shè)計方法的區(qū)別

1.2.1 傳統(tǒng)的正向設(shè)計：①設(shè)計是從圖紙到零件（產(chǎn)品）。②設(shè)計過程是先市場調(diào)研，在根據(jù)功能和需求設(shè)計產(chǎn)品，設(shè)計出圖紙（模型），在制造出零件（產(chǎn)品）。

1.2.2 逆向設(shè)計：①設(shè)計是從零件（產(chǎn)品）到圖紙，再改進設(shè)計到新的零件（產(chǎn)品）。②從原有的零件入手，對其數(shù)字化，在構(gòu)造三維模型，改進提高其技術(shù)。再生產(chǎn)出產(chǎn)品。根據(jù)需要輸出圖紙。

2逆向工程技術(shù)的應用領(lǐng)域

隨著計算機、CAD/CAM、測量技術(shù)、計算工程技術(shù)的快速發(fā)展，逆向技術(shù)已經(jīng)成為新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程中各種先進技術(shù)不可缺的一部分，在新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計中居于核心的地位。廣泛地用于玩具、汽車、通信電器、模具等產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計中，成為消化、吸收先進設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)新產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)不可缺少的手段。

現(xiàn)在依托高精度三維數(shù)字掃描系統(tǒng)的逆向工程，結(jié)合CAD/CAM/CAPP/RP(快速成型)是當前產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的全新技術(shù)之一。涵蓋的產(chǎn)業(yè)有：汽車摩托業(yè)、電子通訊業(yè)、玩具業(yè)、模具業(yè)、家電業(yè)、運動器材業(yè)、五金業(yè)等。制造的產(chǎn)品有：汽車模具外蓋件、手機外殼、電器外型、耳機、玩具、文化用品等。這些逆向工程技術(shù)都大大的節(jié)省了產(chǎn)品開發(fā)的時間和成本。

3逆向工程技術(shù)國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.1逆向工程技術(shù)在國外研究現(xiàn)狀20世紀80年代日本名古屋工業(yè)研究所和美國UVP公司、美國3M公司提出了逆向工程技術(shù)（RE）并開始研制開發(fā)。一些重要的國際和國內(nèi)學術(shù)會議都將逆向工程及相關(guān)技術(shù)作為一個重要學術(shù)議題。

逆向工程技術(shù)時新產(chǎn)品開發(fā)和消化吸收先進技術(shù)的重要手段之一。采用逆向工程有利于設(shè)計人員快速消化、吸收原產(chǎn)品的優(yōu)點，在原產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行各種創(chuàng)新設(shè)計，設(shè)計出適合市場的產(chǎn)品，從而增強企業(yè)競爭力。因此，各國成立逆向工程技術(shù)系統(tǒng)研究中心，同時相應的設(shè)備制造公司也在各國建成，政府還發(fā)展和支持大規(guī)模的材料供應商和相應的專業(yè)軟件公司，再加上從事這些項目眾多的教育、科研機構(gòu)和提供贊助的基金會以及大量快速成型設(shè)備的制造者。這就形成一個強大的集體。這對逆向工程技術(shù)發(fā)展、應用創(chuàng)造了很好的發(fā)展空間。

3.1.1測量設(shè)備方面：日本、英國、德國等國家的三坐標測量機和三維掃描儀應用廣泛。（表1）

3.1.2數(shù)據(jù)處理軟件方面：逆向工程軟件主要作用是接受測量設(shè)備的數(shù)據(jù)。通過一系列操作得到品質(zhì)優(yōu)秀的曲線、曲面。并通過標準數(shù)據(jù)格式將曲線、曲面數(shù)據(jù)傳輸給CAD/CAM軟件，再完成最終的造型。（表2）

另外，在CAD/CAM軟件開發(fā)上，開始集成逆向工程模塊。如：UG NX5中的PointCloud 。Pr-e軟件中的Pro/SCAN功能。

3.2逆向工程技術(shù)在國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對逆向工程的研究和國外比起來起步較晚，經(jīng)費投入也較少，創(chuàng)新性的研究也很少。知道20世紀90年代中期。逆向工程才在我國得到了迅速的發(fā)展與推廣。

3.2.1硬件（測量機方面）（表3）

3.2.2數(shù)據(jù)處理軟件方面數(shù)據(jù)的處理研究主要集中在高等學校如：清華大學、浙江大學、南京航空航天大學?，F(xiàn)在沒有開發(fā)出穩(wěn)定的商業(yè)化軟件。現(xiàn)在由國內(nèi)逆向工程領(lǐng)域人士參與開發(fā)的逆向工程軟件有QuickFrom。

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