計算機逆向技術范文

導語：如何才能寫好一篇計算機逆向技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】計算機 虛擬化技術 應用

1 計算機虛擬化技術及其優勢分析

1.1 虛擬化技術

在計算機領域中，虛擬化具體是指計算元件在虛擬的基礎上運行，該技術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。虛擬化技術的發展是伴隨著Unix誕生開始的，該技術的發展歷程如圖1所示。

1.2 虛擬化技術的優勢

虛擬化技術的優勢主要體現在如下幾個方面：

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。

1.2.2 能夠進一步提升使用靈活性

通過虛擬，可以實現動態的資源部署及相關資源的重新配置，由此能夠滿足不斷變化的業務需要。

1.2.3 安全性更高

虛擬化技術能夠實現隔離與劃分，這是一般共享機制無法實現的內容，該特性的存在，可以使數據與服務的安全訪問變為可能，由此大幅度提升了安全性。

1.2.4 可擴展性

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

2 計算機擬化技術的應用實踐及相關問題

計算機虛擬化技術的應用，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，使得該技術在計算機領域中獲得了大范圍的推廣應用。虛擬化技術除了能夠使設備的利用效率大幅度提升之外，還能節約能源和存儲空間，它的應用主要體現在如下幾個方面：

2.1 在政府機關的應用

計算機虛擬技術在政府機構中的應用優勢十分明顯，可提高系統運行速度，整合現有資源，降低運行成本。不同的系統開發公司采用不同種類的服務器，使得政府計算機系統的利用率和操作性能也存在著一定差別。當前，部分政府系統為保證服務的連續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備空間。還有一些政府未對計算機系統進行合理設計，建設過程中存在著管理疏漏，致使系統運行時易出現數據丟失現象，從而造成政府工作困擾。而在政府系統建設過程中引入計算機虛擬技術則可以避免上述問題的發生，大幅度提升系統運行的安全性。

2.2 在網絡設備中的應用

網絡配置是一項較為復雜且系統的工作，以往在此項工作的開展中，需要借助路由器和交換機等設備來完成，但由于這兩類設備的造價比較昂貴，型號差異較大，更新周期短，從而給使用帶來了一定的不便。虛擬化技術的出現，為這一問題的解決提供了途徑，通過網絡仿真軟件的應用可以完成虛擬化的網絡配置。舉個例子說明一下：Boson NetSim軟件能夠模擬出進行網絡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絡環境。在網絡設備中，通過計算機虛擬化技術的應用，不僅可以使網絡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，由此推動了我國網絡事業的發展。

2.3 在制造業中的應用

計算機虛擬化技術在制造領域中的應用主要體現在航空、軍事、汽車等方面。飛機制造是航空領域研究的重點課題，某飛機公司在進行一款飛機的研發時，從最初的設計，到生產現場的組裝，到后期的測試，全都應用了虛擬化技術，由此確保了該飛機一次性研制成功，其研發周期從預計的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，該技術應用后，使系統的升級與維護時間從以往的數天縮短為1h，由此確保了汽車生產制造的連續性，給企業帶來了巨大的效益。

2.4 在教教學中的應用

在教育教學領域應用計算機虛擬技術，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，能夠讓學生反復觀看教學內容，激發學生的學習興趣，及時獲取所需的知識。

2.4.3 仿真實驗

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

3 結論

綜上所述，計算機虛擬技術的出現給諸多領域帶來了極大的方便，雖然該技術經歷了4個階段的發展和完善，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。由于組網中使用的計算機品牌有所差異，致使設備的功耗增大，組網成本隨之增加，計算機的運行可靠性受到了影響。同時服務器的資料利用率不高也成為該技術應用中的一個普遍問題，為了使虛擬化技術獲得推廣應用，應當在未來一段時期，解決上述問題。

參考文獻

[1]呂隆鍇.計算機虛擬化技術的分析及應用[J].電腦編程技巧與維護，2016（01）：67-69.

[2]魯江.探析虛擬化技術在計算機技術中的應用[J].中國新通信，2015（11）：85-87.

[3]吳媛媛.虛擬化技術在計算機系統中的應用研究[J].通訊世界，2016（09）：114-116.

篇2

摘要：梯級水電站優化調度是當前大型水電樞紐研究的重要課題，調度方案的優劣對水電站發電效益影響很大。在進行調度方案建模過程中，出力計算是其中的核心問題之一，在以往的樞紐優化調度研究中，優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有過詳細的描述，通過對三峽及葛洲壩梯級樞紐運行數據進行分析，給出樞紐出力系數的相關關系，以期對建模及求解提供較為準確的基礎數據，同時，采用機組出力系數關系式對出力計算進行模擬，并對結果進行了初步的分析。

關鍵詞：電站樞紐；出力系數；調度模擬；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

發電樞紐建設完成后，運行管理及發電效益的研究顯得非常重要，對于一個年發電量100億千瓦時的電站，如果優化調度增發2%的電量即可產生很可觀的經濟效益，這對“節能發電”和減排都具有非常重要的意義。一直以來，很多學者對電站優化調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化調度模型及迭代解法［1］；李愛玲研究了水電站水庫群系統優化調度的大系統分解協調方法研究、具有預報信息的水電站群興利優化調度模型［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化調度模型研究［3-5］；李芳芳等建立了梯級樞紐-廠內多級耦合優化模型，并應用于三峽-葛洲壩大型梯級水電樞紐［6］；此外，線性規劃、非線性規劃、整數規劃、網絡流法、Lagrange松弛法等傳統方法的改進算法也廣泛應用于在水電站優化調度模型求解中［7-11］。在優化調度研究中，對于電量的計算一般采用綜合出力系數法進行計算，即選用一個平均的出力系數值，這有利于快速求解優化模型，然而，出力系數在不同的水頭下則有所不同，需要對出力系數進行分析，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取值方法對優化調度模擬的影響，為此，本文以三峽葛洲壩多年運行數據為基礎，分析水電站綜合出力系數的計算以及不同的出力計算方法對優化調度中計算精度和計算時間的影響。

1 機組出力系數的影響因素

在水電生產調度中,出力計算是核心任務之一,尤其在水電站短期優化調度方案計算中,水能計算要求更加精確,以便能發現最優最有利的調度方案，其中，綜合出力系數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至關重要。綜合出力系數是和機組本身的特性、機組的使用年限及工況等相關的一個綜合系數，代表了勢能轉換為電能的效率。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，即n-h-q關系表;第二種為采用一個常數來簡化計算。在建模過程，使用常數處理顯得非常簡便，有利于節約計算時間，特別是對于水庫群優化模型來說尤其如此；使用n-h-q關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，特別是在短期調度模型或者實時調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，將出力系數視為常數，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，隨之效率也會發生改變；③ 電站的綜合出力系數在不同工況下、不同的機組組合所得到的值是不一樣的。因此，無論使用常數或制造商提供的出力系數，都存在較大的偏差，若能改善出力系數計算方法，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化調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分析

為研究綜合出力系數的影響因素及相關關系，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關系曲線（圖1）可以看到，90 m水頭為分界線，90 m水頭以下時，出力系數隨著水頭的增加而增加，呈現明顯的正相關關系，在90 m水頭以上時，出力系數則趨于穩定，呈現不明顯的負相關關系。分別繪制90 m以下水頭及90 m以上水頭h-k關系圖，如圖2、圖3所示，可以給出出力系數和水頭之間的關系式，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；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和水頭之間則一直保持著很好的相關性，在水頭從14到26的區間里，出力系數均隨著水頭的增加而增大，呈現出決定系數為0861的正相關關系。從圖4也可以看出，如果將曲線劃分為14~255和255~26兩個區間，如圖5、圖6所示，可以看到，在255 m水頭以下時呈現較好的正相關關系，255 m以上時則呈現出負相關關系，出力系數和水頭之間的關系見公式（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；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

在水電站優化調度應用中，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，這個時段經常作為優化調度的重點分析時段，其中的出力計算顯得尤為重要，不同的計算精度將影響優化方案的正確與否，而計算時間則是優化方案尋優的重要參數，計算時間短則可以增加智能方法尋優的計算代數，從而為更快的找到最優方案提供保證。為了驗證出力系數相關關系分析結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，選用了單一系數法、n-h-q關系表法及分段h-k公式法分別進行模擬，模擬結果見表1至表3。從計算表

中可以看出，采用分段h-k公式法得到的發電總量和出力過程計算精度均比單一系數高，比關系表法略低，其中，單一系數法計算誤差最高，最高的年份為2008年結果，計算誤差為228%，而分段公式法最高為2008年計算結果036%，最低則為2007年結果，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%），遠低于單一系數法3年平均值（180%）；分段公式法Nash效率系數和關系表法幾乎相當，平均值為0937，最高值為2008年的097,而單一系數法和關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系表法高018%，比單一系數法低156%，Nash效率系數比關系表法低0008，比單一系數法則高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，尋優方法采用粒子群法，時間步長為天，粒子群算法的種群規模均為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。結果顯示，采用分段h-k公式法計算時間比單一系數法慢1%，計算速度比n-h-q關系表法快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法高的多，比n-h-q關系表法略低一些，而模擬時間和單一系數法相當，但是比n-h-q法節省91%的時間，運用分段公式法對于以發電量最大為主要調度目標的日調度方案尋優具有重要的意義。

4 結論

通過對三峽及葛洲壩樞紐近年來的出力數據進行分析后，得到了綜合出力系數和水頭之間的相關關系，進而通過對比不同的出力系數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和水頭具有較好的相關關系，通過分段函數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關系應用于年總發電量及出力過程模擬，從結果來看，計算精度比常用的單一系數法高，比關系表法高，而計算時間則比關系表法快很多，說明綜合出力公式較單一系數法和關系表法更適用于中短期優化調度過程尋優。

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

參考文獻（References）：

［1］ 梅亞東,朱教新.黃河上游梯級水電站短期優化調度模型及迭代解法［J］.水力發電學報,2000,（2）：1-7.(MEI Ya-dong,ZHU Jiao-xin.Short-term Optimal Operation Model for the Cascade Hydroelectric Stations on the Upper Yellow River and Its Solution［J］.Journal of Hydroelectric Engineering,2000,(2):1-7.(In Chinese))

［2］ 李愛玲.水電站水庫群系統優化調度的大系統分解協調方法研究［J］.水電能源科學,1997,15 (4):58-63.(LI Ai-ling.A Study on The Large-scale System Decomposition-Coordination Method used in Optimal Operation of The Hydroelectric Station System ［J］.Water Resources and Power,1997,15(4):58-63.(in Chinese))

［3］ 蔡治國,張艾東,張娟.三峽-葛洲壩梯級電站兩壩間水位優化控制研究及效益分析［J］.水力發電學報,2010,(3):11-17.(CAI Zhi-guo,ZHANG Ai-dong,ZHANG Juan.Optimized Control on Water Level Between Three Gorges Dam and Gezhouba Dam and its Benefit Analysis［J］.Journal of Hydroelectric Engineering,2010,(3):11-17.(in Chinese))

［4］ 趙振華,周建中,李承軍.清江梯級水電站短期優化調度模型研究 ［J］.浙江水利水電?？茖W校學報,2002,14(4):5-7.(ZHAO Zhen-hua,ZHOU Jian-zhong,LI Cheng-jun.The Research of Short-term Optimal Operation Model for the Cascade Hydroelectric Stations on Qingjiang River［J］.Journal of Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College,2002,14(4):5-7.(in Chinese))

［5］ 李想,魏加華,司源,等.清江梯級水電站聯合調度研究［A］.梯級水庫群洪水資源調控與經濟運行學術研討會［C］.2011.(LI Xiang,WEI Jia-hua,SI Yuan et al.Research on Joint Operation of Qingjiang Cascade Hydropower Stations［A］.Symposium on Cascade Reservoir Flood Resources Control and Economic Operation,August［C］.2011.(In Chinese))

［6］ Fangfang.Li,Christine A.Shoemaker,and Jiahua.Wei.Bi-Level Optimization Model for Daily Operation with Heterogeneous Hydropower Units in Multiple Reservoirs with Application to the Three Gorges-Gezhouba Cascade Power Stations［C］.Bearing Knowledge for Sustainability Proceedings of the 2011 World Environmental and Water Resources Congress.

［7］ Yeh W.Reservoir Management and Operations Models:A State-of-the-art Review ［J］.Water Resources Research,1985,21(12):1797-1818.

［8］ Labadie J W.Optimal Operation of Multireservoir:State of the Art Review ［J］.Journal of Water Resources Planning and Management,2004,130(2):93-111.

［9］ Catal o J P S,Mariano S J P S,Mendes V M F,et al.Nonlinear Optimization Method for Short-term Hydro Scheduling Considering Head-dependence［J］.European Transactions on Electrical Power,2008,20(2):172-183.

［10］ Nanda J.Optimal Hydrothermal Scheduling with Cascaded Plants Using Progressive Optimality Algorithm ［J］.IEEE Transaction on Power Systems,1981,100(4):2093-2099.

［11］ Braga B,Barbosa P S F.Multiobjective Real-Time Reservoir Operation with a Network Flow Algorithm ［J］.Journal of the American Water Resources Association,2001,37(4):837-852.

［12］ 薛金淮,關于水能計算中k值的探討［J］.電網與水力發電進展,2008,24(3):27-29.(XUE Jin-huai.Research on Value of K in Hydropower Calculation ［J］.Advances of Power System & Hydroelectric Engineering,2008,24(3):27-29.(in Chinese))

［13］ 唐明,馬光文,陶春華,等.水電站短期優化調度模型的探討［J］.水力發電,2007,(5):88-90.(TANG Ming,MA Guangwen,Tao Chunhua,et al.Study of the Model of Short-term Optimal Dispatch in Hydropower Station ［J］.Water Power,2007,(5):88-90.省略/kcms/detail/13.1334.TV.20120226.1707.002.html

基金項目:“十一五” 國家科技支撐計劃資助項目(2009BAC56B03)

篇3

關鍵詞：計算機輔助設計；機械設計；應用

計算機輔助設計技術是借助計算機本身強大的數據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工程技術設計人員來對工程產品進行分析、設計，從而設計出符合社會發展的工程零件，促進社會的發展進步。傳統的機械設計一般是應用手繪來設計圖紙的，而應用計算機輔助設計技術之后能夠方便設計操作，促進對產品的研發和修改，相比傳統的機械設計而言，計算機輔助設計技術的應用提升了產品的質量。

1計算機輔助設計技術在機械設計中應用的意義

1.1實現和人腦思維適應性的匹配

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

1.2能夠提升機械設計的工作效率

計算機輔助設計技術進行機械三維設計能夠將復雜、多樣的幾何造型進行體現，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，降低機械設計的工作難度，減少機械設計的工作周期，提升機械設計產品的生產效率。

1.3方便對機械設計零件的修改

計算機輔助設計技術的應用能夠在不同裝配環境下進行新零件的設計，并根據零件的位置信息和形狀等信息進行新零件的設計，提升零件設計的方便性和快速性，實現不同零件之間的有效配合，減少零件設計中可能出現的錯誤。在裝配環境下，機械設計工作人員可以根據箱子的形狀在較短的時間內設計出和箱子相匹配的箱蓋。在完成機械零件設計之后，通過資源查找能夠發現機械零件設計的具體操作步驟，從而更好的進行機械零件設計。

1.4提升機械產品的設計質量

在社會科技和機械技術的不斷發展下，在機械設計領域逐漸實現了機械產品設計和信息技術的結合發展，通過應用計算機輔助設計技術提升了機械設計產品的設計效率，提高了機械設計產品的質量。計算機輔助設計技術在機械設計中的應用具體體現在機械產品設計優化、分析機械產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計產品的質量。同時，伴隨大型企業內部數控加工工作的完善化發展，需要相應的提升機械產品的應用質量。在應用計算機輔助設計技術之后，能夠準確的描述機械設計零件的位置、大小和形狀，幫助有關工作人員更為準確、全面的了解產品的設計意圖。

2計算機輔助設計技術在機械設計中的應用

2.1計算機輔助設計技術在機械設計逆向工程中的應用

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

2.2計算機輔助設計技術在汽車覆蓋件中的應用

汽車覆蓋件模型的設計對汽車車型和汽車的個性化設計都具有重要的影響。在現代汽車覆蓋模型設計中，常常會出現設計人員設計和工藝人員設計之間的沖突現象，導致汽車覆蓋件的設計人員無法在汽車覆蓋件生產和制造環節中有效工作，嚴重的還會出現返工的現象，無形中增加了汽車覆蓋件設計的成本費用，不利于提升汽車覆蓋件的生產效率。汽車覆蓋件的設計一般包括對市場需求的了解、模具結構的制造、模具工藝和熱度問題的分析等。計算機輔助設計技術在汽車覆蓋件設計中的應用能夠將汽車覆蓋件轉變為實物，如果出現了設計的問題之后可以返回上一次操作重新設計。另外，在汽車覆蓋件的繪圖設計中，傳統的繪圖方式采用的手工的方式，對設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問題。而將計算機輔助設計技術應用在繪圖設計中能夠應用相關軟件進行設計操作，提升了汽車覆蓋件設計的效率。

2.3計算機輔助設計技術在零件裝配觀察中的應用

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

3結束語

綜上所述，將計算機輔助設計技術應用到機械產品的設計中能夠提升機械產品設計的準確度，實現對復雜數據和圖形的簡化分析。為了進一步提升機械產品的設計加工效率，需要有關設計人員加強對計算機輔助設計技術的研究應用。需要注意的是，計算機輔助設計技術大多來自于發達國家，我國自主研發的較好，將其應用在機械產品加工設計中和國外相比仍有較大的差距。為此，還需要有關人員加強對計算機輔助設計技術的自主研發力度，結合社會主義經濟市場發展需要和對該技術的應用情況提升計算機輔助設計技術的應用水平，加大力度宣傳計算機輔助設計技術，從而為計算機輔助設計技術的發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.淺談計算機輔助設計技術在機械設計中的應用[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

數據的獲取、測量是逆向工程中的第一個步驟,也是逆向工程測量最關鍵的技術之一。綜合接觸式工程測量技術和非接觸式工程測量技術的實物數據獲取方法,是目前眾多逆向工程測量技術中針對大型的、結構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,再以這些坐標數據作為非接觸式工程測量數據拼接的依據,從而獲取得到整體測量數據。這種綜合方法既具有以往工程測量技術的高效性,又消除了數據拼接時的累積誤差。

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,將已有實物原型轉化為計算機上的三維數字模型的過程,是工程測量技術、計算機軟硬件技術的綜合。近幾十年來,隨著計算機技術的發展,CAD技術已經廣泛地應用于工程測量工作,但由于多種因素的限制,現實世界中的很多物體形狀并不能完全用CAD設計的方法進行描述。因而,我們提出了逆向工程的概念。這種實物數字化建模的方法如今己經發展為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逆向工程測量數據獲取技術研究

數據獲取是反求工程的關鍵技術,數據的獲取通常是利用一定的測量設備對所測工程進行數據采樣,得到的是采樣數據點的(x,y,z)坐標值。數據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接觸式工程測量技術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是三坐標測量機(CMM)。傳統的坐標測量機多采用機械探針等觸發式測量頭,可通過編程規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的優點是測量精度高,對被測工程無特殊要求,對不具有復雜內部型腔、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,對使用環境要求高;測量速度慢,測量數據密度低,測量過程需人工干預;還需要對測量結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域中的應用。[2]

2.2 非接觸式工程測量技術①激光線結構光掃描測量技術。激光線結構光掃描測量技術是一種基于三角測量原理的主動式結構光編碼工程測量技術,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的。這類設備的掃描速度可達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。投影光柵測量技術是一類主動式全場三角測量技術,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CCD攝取變形光柵圖像,根據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,是近年發展起來的一類較好的三維傳感技術。根據形變、高度關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等干擾的影響,但是其測量精度不高,不能實現全場測量;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。計算機斷層掃描(CT)技術最具代表的是基于X射線的CT掃描機,它是以測量物體對X射線的衰減系數為基礎,用數學方法經過計算機處理而重建斷層圖像,這種方法最早是應用于醫療領域,目前已經廣泛用于工程測量領域,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部形狀、壁厚、材料,尤其是內部構造進行測量,該方法同樣能夠獲得被測工程內表面數據,且不破壞工程結構。但它存在造價高,測量系統的空間分辨率低,獲取數據時間長,設備體積大等缺點。[4]④立體視覺測量技術。立體視覺測量是根據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字圖像中提取與匹配的精度與準確性等問題。近來出現了將具有空間編碼的結構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量上仍需改進。

3結語

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

參考文獻:

[1]張義力.逆向工程數據獲取中測量關鍵技術研究[J].上海交通大學學報,2009:12-13.

[2]張劍清.數字攝影測量[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，計算機行業也得到了很好地發展，同時計算機也在很多的行業得到了應用。計算機的輔助設計也在機械設計中使用的越來越多，逐漸的成為機械行業中一個重要的部分，大大的加快了機械設計的發展。計算機輔助技術簡稱CAD，CAD的應用大大的減少了機械設計的時間，同時也減少了企業的成本。本著就計算機輔助技術在機械設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。

關鍵詞：

計算機；輔助設計；機械設計

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

一、計算機輔助設計技術的重要性

機械設計時機械工程的一個重要環節，在很大的程度上決定著機械的性能，對機械產品的質量有著很大的影響。另外機械設計是一個比較復雜的工作，計算機輔助設計的應用能夠將工作簡單化，大大的提高設計人員的工作效率。另一方面，由于國內的計算機行業發展迅速，多媒體輔助設計技術也不斷地提高漸漸地走向成熟，這對機械設計有著很大的積極作用。所以可知，計算機輔助設計對機械設計有著十分重要的作用。

二、計算機輔助設計對機械設計帶來的優勢

（一）能夠有效提升機械設計效率

應用計算機輔助設計的一個明顯特點就是高效，當使用計算機輔助設計進行機械設計時，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，能夠將自動的進行一些計算，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，大大的縮短了設計的工作時間。同時CAD的應用使得機械設計更加的科學和方便，當客戶對機械產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計，這種方式有效的改變了傳統設計的工作方式，大大的提升了工作的效率。此外，計算機軟件能夠將機械產品進行重新的整合，將不同的機械產品的不同零件進行整合后，得到新型的機械產品。

（二）使零件設計更方便

計算機輔助設計的技術的原理是通過使用不同的程序進行輔助設計的，通過這種方式能夠使得設計更加的多元化，設計工作人員也能更好的進行新型零件的設計，機械設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計出符合要求的箱蓋，并投入到機械生產中。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的命令才找出來后，完成相應的修改即可。

三、計算機輔助設計技術在機械設計中的應用

（一）三維造型

當運用計算機輔助設計時，能夠將機械產品的三維情況更加直觀的展現出來，同時還能夠給設計人員帶來極大的的方便，設計人員也能更加方便的對設計進行修改和整理。計算機輔助設計軟件還能夠將產品進行分析整合，然后優化設計出來的的產品，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）電力開關控制柜

我國的電子技術不斷地發展和應用，計算機輔助技術也不斷地被市場所接受，在電力開關行業計算機輔助技術也得到了很好地應用。計算機輔助設計技術經常被應用于電力開關柜殼體結構的設計中，極大的將電力開關的設計水平提升了不少，促進了電力開關控制柜的快速發展，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技術的應用

逆向工程的主要目標是實現先進技術的消化和吸收。但是國內的研究人員的綜合素質并不高，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方面的發展進度遲緩。逆向工程一般是用在產品和模型方面，通常是將原產品進行整合后制造出新型的產品。計算機輔助技術的不斷更新與發展，在進行實物的轉化時可以利用坐標測試設備、通用的計算機輔助設計軟件等方法，綜合利用計算機輔助制造和計算機集成制造系統等技術，將實際的物樣進行科學的處理和設計之后，最后將實物通過相應的計算軟件轉化成為CAD模型的過程。比如，SCAN-TOOLS軟件就是一個專門的逆向設計模塊，主要是通過數據進行網格曲線的構造，然后通過切割、延伸等工作進行點云的擬合，最后得出符合規格的曲線，最終將曲面完成修改，然后再使用計算機輔助設計軟件的參數化設計功能，設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

當進行機械設計時，設計時通常要使用大量的圖形和符號。一方面，計算機輔助設計軟件能夠使用并記錄大量的機械設計圖形和符號，有利于設計時隨時的進行設計使用，這樣能夠大大的節省設計師的時間，提高工作效率。另一方面，當進行設計時，設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將這些零件存入數據庫，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計師的工作難度，使工作更加的便捷容易。

四、結語

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。同時計算機在設計行業不斷地被使用后，計算機的很多的相關的軟件也得到了很好地開發，使得機械設計的發展變得更加的順暢。在進行機械設計時，設計工作人員首先要改變的就是自己的傳統思維方式，通過學習和了解計算機輔助技術在機械設計中的優點，改變自己的傳統思維。同時還要不斷地創新改變設計理念，將現代化的設計方式有效的結合到自己的設計中去，完成高質量的設計，同時促進設計行業在計算機輔助技術使用方面的發展，加快整個機械設計行業的發展。

參考文獻：

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

篇6

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

關鍵詞：

逆向工程技術；生產制造業；應用

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

1逆向工程技術在生產制造業中的應用意義

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

2逆向工程技術在生產制造業中的應用

2.1公司概況

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

2.2生產步驟

生產部門接到訂單后，根據要求改良產品瓶罐包裝，推出一款滿足市場需求現狀的產品，并將產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品提出良好改革設計方案。逆向工程技術在某飲料公司生產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構掃描缺損，從而給后續建模處理工作加大難度或對建模準確性和進度造成影響。

（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，其可對激光掃描發出感應，因此使用掃描儀對其粘貼位置模型體的三維結構數據進行掃描，從而可在計算機上得到三維數據輸出。但粘貼時應注意的是，模型結構變化位置應與標點排布對應，避免過少而出現細節缺失?？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成本，因此應根據以往經驗進行合理布置，以使產業生產結構得到最優化。

（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，應按照模型體結構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品穩定后即可開始掃描，在掃描完一個局部面后，旋轉支撐板直至產品穩定后繼續掃描未知面。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構整體均被輸入到計算機系統中。

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

（5）在樣件確認方面，完成創新模型制作后，由技術人員對樣件進行制作，同時完成完成樣件確認工作。在創新模型樣件制作完成后，不應將其立即投入生產，而是應將其返回至設計研究人員手中，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查，考查使用者對創新模型樣件的接受情況，若該設計得到大眾一致認可，即可最終確定該生產方案；若有多數使用者對該設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，最后才可確定生產方案和投入生產。

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

2.3新工藝與傳統工藝的對比分析

傳統工藝具有工業設計、測量數字建模、打樣、樣件確認、模具制造、模具試模、產品檢測、投入生產8個生產環節。而新工藝只有掃描原模型、創新模型、樣品和確認、制作模具、投入生產4個生產環節。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工藝，為企業節約大量生產成本，增加企業經濟效益。而在技術方面，傳統工藝測量手段存在較大誤差，需反復修正，極大地增加企業生產成本。新工藝流程簡單，掃描設計精度較高，使工作效率得到提升，極大節約企業生產成本。

3結語

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

作者：李帥 張明慧 單位：中海工業（江蘇）有限公司

參考文獻

[1]蔡蕾.逆向工程技術于生產制造業的應用研究[J].天津職業院校聯合學報，2015（05）：73-77.

篇7

關鍵詞：計算機輔助工程；機械設計；應用

中圖分類號：F224-39 文獻標識碼：A

1 計算機技術的發展

1.1 可視化技術

包括數據庫可視化、監測信息可視化、可視化輔助設計等方面?？梢暬夹g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 虛擬現實技術

它是一種可以創建和模擬體驗現實世界的計算機技術,它將真實世界的各種媒體信息有機地融進虛擬世界,構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

它是在科學計算機可視化和可視仿真技術基礎上發展起來的，它用不同媒體形態描述不同性質的模型信息，將系統行為和形態、數學模型和物理模型以及它們的時空表現模式，有機統一地建模和求解。這種特點更適合于科學研究和工程設計的需要，因而受到工程界的普遍重視。

2 計算機輔助設計的發展及重要性

機械設計是機械工程的重要組成部分，是機器生產的前提，同時也是決定機械性能的最主要因素，一部機器的質量及工作性能的好壞很大程度上取決于設計質量，狹義的機械設計僅指技術性的設計過程，廣義的機械設計是指設計者根據使用要求和現有的條件，對機械的工作原理、結構、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、構思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據的工作過程。這不僅是一個創造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經驗基礎上的工作，只有將兩者結合起來，才能設計出高質量的機器。

機械設計的所有步驟幾乎都需要計算機的幫助。圖形的編輯、修改，大量數據的計算和比較，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，設計者還可以利用計算機進行虛擬樣機的構建，也就是根據圖紙，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，根據出現的狀況修改原設計，從而達到完善的程度。隨著計算機技術的發展，計算機正在越來越廣泛地應用于機械設計的各個方面以及各種各樣的機械設計中，它在提高機械設計的質量和轉化為實際制造的效率方面，發揮著重要作用。計算機輔助設計便是伴隨著計算機技術的發展而出現，并廣泛應用于多種學科的一種方法。計算機輔助設計又被稱作“CAD”，是由計算機幫助設計人員完成機械設計中的計算、制圖、模擬等工作，并在不斷修改和反復驗證的基礎上，輸出滿意的設計結果和最后的產品圖紙的一門技術。

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

在20世紀70年代初出現了柔性制造系統FMS“，柔性”意為在使用計算機制造產品的過程中，制造系統會根據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：柔性制造系統是由數控加工設備、物料儲運裝置和計算機控制系統等組成的自動化制造系統，包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產環境的變化迅速調整，適用于多品種、中小批量的生產。隨著計算機技術、通訊技術等的發展，CAD技術也日益走向完善，比如80年代出現的由超大規模集成電路制成的微處理器和存儲器件，使得CAD技術在中小企業逐漸普及，從飛機、汽車到服裝、建筑、出版等行業都開始采用CAD技術。如今，計算機輔助設計技術已在機械制造業得到廣泛應用，而且現在的CAD應用系統可以將機械設計中的繪圖、分析、數據處理、仿真、加工修改等一系列環節集于一身，大大縮短了設計時間，提高了設計效率和質量，降低了生產成本與制造周期。CAD的常用軟件有很多，但由Parametric Technology公司推出的Pro/Engineer產品，在目前三維造型軟件領域中占有重要地位，引領著CAD技術的新潮流。

3　逆向工程中CAD的應用

逆向工程是一種消化、吸收先進設計的重要手段。技術的自主研發固然重要，但研發成本卻是相當高昂的，而且研發過程還受到科技人員的素質、國家財政的投入、現有條件等各方面因素的影響，因而一項新技術的產生通常需要幾年甚至十幾年的時間，這對于技術條件及設備相對落后的發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、吸收的基礎上再進行創新不失為一種加快科技發展的重要手段。日本在二戰結束后的重新崛起，很大程度上是因為他大規模引進美國、英國等歐洲發達國家的先進技術，并做了很好地消化吸收，從而轉化為本國生產力的一部分。逆向工程就是在只有產品或實物模型的條件下，在了解產品原設計的基礎上，逆向重構產品零部件的CAD模型，已達到設計創新的目的。以前的“逆向工程”技術的研究和應用都集中在實物方面，即在拆解原有產品的過程中，重建產品實物模型，以實現新產品的制造。隨著現在機械制造技術的發展，可以通過坐標測量設備、通用的CAD軟件等方法，把實物樣件轉化為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）等技術對其進行處理和再設計。Pro/Engineer軟件中SCAN-TOOLS是一個專用的逆向設計模塊，可以通過數據點構造網格曲線，并對點云進行擬合，以得到光滑、連續的曲面，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，將曲面轉換為實體，再利用Pro/Engineer軟件基于特征的參數化設計功能，完成模型的二次設計，實現CAD模型的重建。

結語

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

參考文獻

篇8

關鍵詞：反求設計；建模重構；UG

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.228

0 引言

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

1 現代設計方法的特點

現代設計方法是隨著當代科學技術的飛速發展和計算機技術的廣泛應用而在設計領域發展起來的一門新興的多元交叉學科。以滿足市場產品的質量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優為目的，以計算機輔助設計技術為主體，以多種科學方法及技術為手段，研究、改進、創造產品和工藝等活動過程所用到的技術和知識群體的總稱[1]。在相關的科學技術基礎之上，結合運用計算機技術，進行綜合系統的集成設計計算，使機械產品的設計工作跨越了一個新的臺階。

2 現代設計方法國內外發展的現狀

中國是一個制造業大國，但還未擠入世界制造業強國之列。與國際設計水平相比，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計方法，消化和吸收，不斷創新設計觀念，學習并逐步采用先進的設計方法，讓中國制造不再是“山寨”的代名詞。而反求設計就是針對消化吸收先進技術的系列分析方法、應用技術和創新設計的組合。

3 反求設計在三維建模的應用

3.1 反求設計的內涵

反求設計是指先對產品實物樣件進行數字化處理，然后利用逆向工程軟件生成CAD數據，并進一步用CAD/CAE/CAM軟件實現分析、再設計，并進行自動編程，最后實現數控加工的過程。整個過程有效縮短設計和制造周期，更能夠體現現代化設計和加工技術的優越性。其中通過數據的采集和處理重構實物的三維原型是其關鍵步驟。

3.2 反求設計的步驟

曲線、面的構建是模型重構的基礎。其常用的模型重構方法是將數據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的三維模型重構方法為例，反求設計流程圖：

3.2.1 數據的采集

目前物體表面幾何數據獲取方法多種多樣，可通過傳感技術、控制技術、圖像處理和計算機視覺等相關技術。按其工作原理和結構分類，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據信息，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品表面點數據的采集。

3.2.2 數據的處理

通過激光三維掃描儀進行數據采集，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）。采集得到的點數據，我們要用逆向設計軟件，這里我們采用 Imageware 對點數據進行處理，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。受設備和環境因素的影響，掃描會有大量無用點的存在，為方便后續工作的展開，可以進行去除。

（2）數據拼合。受設備的限制，有些產品需多方位掃描進行數據的采集，多次掃描后每塊點云的坐標位置發生了變化，利用逆向軟件使得坐標重合進行數據的拼合。

（3）數據精簡。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

模型重構可以說是反求設計的一個核心及主要的目的，是依據點云數據恢復曲面形狀建立模型并進一步實現分析和再設計的過程。UG NX是當今世界上較為流行的 CAD/CAM/CAE 軟件之一。模型曲面重構過程一般是對采集的數據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，最后分析和優化以得到更合理的實體模型。

例如罩殼曲面重構的基本思路：

4 反求設計的實際應用

隨著人們對于反求設計的認識不斷深入，以及相關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，應用領域也越來越廣泛。在新產品的外形設計中當設計師難以直接用計算機進行初始外形設計，這就需要通過反求設計將實物模型轉化為三維CAD模型。對于某些構造復雜的設備，如航空發動機、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，則需要通過反求設計的技術及再制造技術相結合來還原該部件，這樣便可以快速生產這些零部件的替代件。

5 總結

近年來反求設計作為一種與傳統生產加工方式有著顯著差異的技術迅速發展，這對于我國先進技術的引進有著很大的推動作用。反求設計技術能夠更快地應對不斷變化的市場需求，_到提高勞動生產率，節約成本的目的，真正實現新產品的并行開發。

參考文獻：

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

篇9

（赤峰中色鋅業有限公司，內蒙古赤峰024000）

摘要：針對復雜曲面構成的零件的逆向設計，利用由自由曲面構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據采集，通過曲線曲面擬合技術進行模型的三維重構。經重構后的三維模型能夠反映被測零件的三維特征和結構尺寸，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，內蒙古赤峰人。赤峰中色鋅業有限公司，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成的某加工刀具的逆向造型，采用非接觸式三維測量技術對刀具表面形貌數據進行了數字化處理，并應用CATIA軟件對掃描獲得的點云數據進行了預處理，重構了刀具的實體重建，完成了自由曲面組成的刀具的三維重構研究。

二、逆向工程的設計流程

逆向工程技術是指在沒有設計圖紙的情況下，針對零件的實物模型，通過三維測量、測量數據預處理和曲線曲面擬合等技術重構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據的獲取是逆向設計過程中的第一個步驟，常見的表面數據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的不斷發展，非接觸式測量以測量精度高、測量速度快的優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構特點，采用北京天遠的OKIO型雙目視覺三維掃描設備來進行刀具的表面數據獲取，該設備的單次掃描區域范圍為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據進行精確拼接。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個測量數據，如圖3所示。

（二）點云數據的分析

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

（三）曲面重構設計方案

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

（四）三維模型重構

針對加工刀具的結構特點，本文采用曲線曲面擬合方法對封裝后數據進行三維重建。在封裝數據上通過獲取截面曲線來重建線框模型。然后，利用CATIA軟件的曲面設計命令，經曲面拉伸、旋轉、剪切等命令重構出曲面模型，經過CATIA后續處理的加工刀具重構模型如圖6所示。

四、結語

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

［

參考文獻］

［1］史堯臣，張學忱，侯躍謙，唐武生.減速器蓋逆向造型與三維數字化檢測［J］.長春大學學報，2010（12）.

［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與制造業信息化，2009（21）.

［3］張德海，梁晉，郭成，高軍偉.三維數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：隨著世界工業制造及設計技術的進步及各國經濟相互影響日趨加大，人們對產品的各方面要求也越來越高。產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品的重要競爭因素。逆向工程技術廣泛的應用在設計和制造中。

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.

關鍵詞：逆向工程技術 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。沿海的很多企業都是為外國大企業進行貼牌生產，沒有自己的產品。這些企業在這次金融危機中損失很大。所以國家提出技術創新，要有自己的設計、創新的產品。過去生產一種樣式就可以暢銷若干年，現在則需要對產品不斷地推陳出新，因此大型的跨國公司對新產品的研發都非常重視，尤其在汽車、摩托車、電子產品、家用電器等大眾化消費性產品領域表現的尤為突出。世界經濟競爭日趨激烈，人們對產品的設計與創新提出了更多的要求，小批量、換代快替代了傳統的大批量生產，這對設計的周期的要求也越來越短。

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

1逆向（RE）工程的內涵及特征

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

“逆向工程”作為學術術語的提出，出現在上世紀60年代?！澳嫦蚬こ獭钡募夹g和思維的應用和人類的發展是同步的。人類幾千年的歷史中，每一項成果都是在前人研究的基礎上，模仿自然和社會具有相應特征的實物來創造的。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……?，F代，二戰結束。日本在60年代提出科技立國的方針：“一代引進，二代國產化，三代改進出口，四代占領國際市場”，其中在汽車、電子、光學設備和家電等行業上最為突出。在應用逆向工程技術上，日本具有典型性、代表性：①二戰后，1950年日本國民生產總值為英國的1/29、法國的1/38。目前，日本是世界第二經濟強國。②1945~1970,引進國外先進技術（80%為圖紙、專利）投資60億美元。（如自行研制需1800~2000億美元）。③掌握每項技術需2~3年。（如自行研制需12~15年）。④ 60年代機械工業研究經費16.9%用于引進，68.1%用于消化、改造。⑤據日本政府推算，采用逆向工程技術，節省了2/3的研究時間、9/10的研究經費。

現在，有關逆向工程技術的研究受到企業的關注，尤其隨著計算機技術和測量技術的不斷發展，利用CAD/CAM技術、先進的制造技術來實現快速、高效的設計和制造已成為研究的一個熱點。

隨著我國經濟的快速發展，我國也引進了很多國外的先進技術和設備，現在急需解決的問題是如何進一步研究、消化吸收技術，研究引進產品的關鍵技術。在吸收的基礎上創新、改進、提高，開發出我們自己的先進產品，形成我們自己的技術。逆向工程技術的研究正是得于以經濟快速發展的主要原因。

1.2逆向設計方法和正向設計方法的區別

1.2.1 傳統的正向設計：①設計是從圖紙到零件（產品）。②設計過程是先市場調研，在根據功能和需求設計產品，設計出圖紙（模型），在制造出零件（產品）。

1.2.2 逆向設計：①設計是從零件（產品）到圖紙，再改進設計到新的零件（產品）。②從原有的零件入手，對其數字化，在構造三維模型，改進提高其技術。再生產出產品。根據需要輸出圖紙。

2逆向工程技術的應用領域

隨著計算機、CAD/CAM、測量技術、計算工程技術的快速發展，逆向技術已經成為新產品開發設計過程中各種先進技術不可缺的一部分，在新產品開發設計中居于核心的地位。廣泛地用于玩具、汽車、通信電器、模具等產品的開發設計與創新設計中，成為消化、吸收先進設計技術，實現新產品開發生產不可缺少的手段。

現在依托高精度三維數字掃描系統的逆向工程，結合CAD/CAM/CAPP/RP(快速成型)是當前產品設計研發的全新技術之一。涵蓋的產業有：汽車摩托業、電子通訊業、玩具業、模具業、家電業、運動器材業、五金業等。制造的產品有：汽車模具外蓋件、手機外殼、電器外型、耳機、玩具、文化用品等。這些逆向工程技術都大大的節省了產品開發的時間和成本。

3逆向工程技術國內外研究的現狀及發展趨勢

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

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

3.1.1測量設備方面：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數據處理軟件方面：逆向工程軟件主要作用是接受測量設備的數據。通過一系列操作得到品質優秀的曲線、曲面。并通過標準數據格式將曲線、曲面數據傳輸給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逆向工程技術在國內研究現狀我國對逆向工程的研究和國外比起來起步較晚，經費投入也較少，創新性的研究也很少。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展與推廣。

3.2.1硬件（測量機方面）（表3）

3.2.2數據處理軟件方面數據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。現在沒有開發出穩定的商業化軟件?，F在由國內逆向工程領域人士參與開發的逆向工程軟件有QuickFrom。

參考文獻：

[1]姜元庚，劉佩軍.UG/imag ew are 逆向工程培訓教程 [M].北京:清華大學出版社，2003.

[2]崔波，劉青社，崔世強.快速成形制造技術的發展與應用[J].河北工業科技，2000， 7（1）：41-45.