計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

摘 要:針對(duì)云計(jì)算環(huán)境下虛擬機(jī)部署問(wèn)題，提出充分考慮了系統(tǒng)負(fù)載均衡的PMLB虛擬機(jī)部署算法。首先，采用性能向量，規(guī)范化地描述虛擬基礎(chǔ)設(shè)施性能狀況；然后，通過(guò)計(jì)算待部署虛擬機(jī)和服務(wù)器性能向量的相對(duì)距離，得到待部署虛擬機(jī)的匹配向量；最后，將匹配向量與系統(tǒng)負(fù)載向量綜合分析，得到虛擬機(jī)部署結(jié)果。在CloudSim環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，使用所提算法可獲得較好的系統(tǒng)負(fù)載均衡效果和較高的資源利用率。

關(guān)鍵詞:云計(jì)算；虛擬機(jī)；性能向量；性能匹配；負(fù)載均衡

中圖分類(lèi)號(hào):TP302 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

Abstract: Regarding the virtual machine deployment issues in cloud computing, the Performance MatchingLoad Balancing (PMLB) algorithm of virtual machine deployment was proposed. With performance vector, the performance standardization of virtual infrastructure was described. The matching vector was obtained by calculating the relative vector distance of virtual machine and the servers, then a comprehensive analysis of matching vector and load balancing vector was done to get the deployment result. The results of simulation in CloudSim environment prove that using the proposed algorithm can obtain better loadbalancing performance and higher resource utilization.

Key words: cloud computing; virtual machine; performance vector; performance matching; load balancing

0 引言

云計(jì)算作為一種超大規(guī)模的分布式計(jì)算系統(tǒng)，對(duì)于資源的統(tǒng)一管理是其必須面臨的一個(gè)重大問(wèn)題。而虛擬化是將底層物理設(shè)備與上層操作系統(tǒng)、軟件分離的一種去耦合技術(shù)，為云計(jì)算模型中的資源管理提供了一種有效的解決方案［1］。將上層服務(wù)封裝到虛擬機(jī)中，通過(guò)虛擬機(jī)的部署與調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的管理，提高了管理的靈活性和可擴(kuò)展性。因而對(duì)于云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施層虛擬資源的管理技術(shù)研究是保障上層服務(wù)可靠性和可用性的基礎(chǔ)［2］。

目前，各云計(jì)算提供商都推出了自己的資源自動(dòng)部署解決方案，針對(duì)其自身系統(tǒng)特點(diǎn)，其管理方法也是各有千秋。亞馬遜(Amazon)的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)EC2（Amazon Elastic Compute Cloud）［3］由Amazon Machine Image（AMI）、EC2虛擬機(jī)實(shí)例和AMI運(yùn)行環(huán)境組成，用戶(hù)通過(guò)自己制定AMI并將其部署在AMI運(yùn)行環(huán)境上，使其成為一個(gè)EC2實(shí)例，為用戶(hù)提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)；IBM［4］為云計(jì)算虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理提供了以Tivoli Provisioning Manager（TPM）為代表的豐富的管理產(chǎn)品，其虛擬化部署系統(tǒng)由4個(gè)核心模塊構(gòu)成：鏡像模板庫(kù)、資源管理模塊、部署引擎和部署調(diào)度器，實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算中混合解決方案的自動(dòng)部署。

在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施資源自動(dòng)部署中，對(duì)虛擬資源進(jìn)行的初次部署是虛擬機(jī)基礎(chǔ)資源管理的一個(gè)重要階段，主要是指將未運(yùn)行的虛擬機(jī)部署到一臺(tái)物理機(jī)上并使其運(yùn)行的過(guò)程。而初次部署需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是合理地選擇目標(biāo)物理服務(wù)器。

在目前虛擬機(jī)部署研究中，對(duì)于目標(biāo)物理服務(wù)器選擇算法研究相對(duì)較少，成熟的云計(jì)算IaaS(Infrastructure as a Service)運(yùn)行商采用的選擇算法都是不公開(kāi)的，在開(kāi)源的IaaS解決方案中如EUCALYPTUS［5］、OpenNebula［6］虛擬機(jī)部署的服務(wù)器選擇算法都是預(yù)留給用戶(hù)編寫(xiě)，只給出簡(jiǎn)單的擇優(yōu)選擇服務(wù)器的算法，將提交來(lái)的虛擬機(jī)部署在性能最優(yōu)的服務(wù)器上，沒(méi)有在初次部署階段充分考慮系統(tǒng)負(fù)載均衡因素。

因此本文在分析虛擬機(jī)部署技術(shù)基礎(chǔ)上提出了一種在充分考慮用戶(hù)體驗(yàn)前提下，能夠達(dá)到很好的系統(tǒng)負(fù)載均衡狀態(tài)和較高資源利用率的PMLB虛擬機(jī)部署算法，能夠很好地適應(yīng)云計(jì)算環(huán)境下的多用戶(hù)動(dòng)態(tài)需求。

1 云計(jì)算虛擬機(jī)部署技術(shù)

云計(jì)算IaaS層中主要采用的虛擬化技術(shù)是系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，系統(tǒng)虛擬化的核心思想是使用虛擬化軟件在一臺(tái)物理機(jī)上虛擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬機(jī)［7］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

傳統(tǒng)的虛擬機(jī)部署主要分為4步：創(chuàng)建虛擬機(jī)，安裝操作系統(tǒng)及軟件，配置虛擬機(jī)，啟動(dòng)虛擬機(jī)。雖然這種方法可以輕松改變單個(gè)虛擬機(jī)屬性，但部署時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法滿足云計(jì)算彈性需求。因而更為快捷的部署方案――虛擬器件技術(shù)［8］,廣泛被云計(jì)算所采用。虛擬器件是一個(gè)包括了預(yù)安裝、預(yù)配置的操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用程序的最小化的虛擬機(jī)。在虛擬器件文件中包涵一個(gè)OVF描述文件對(duì)本虛擬器件進(jìn)行描述，包括硬件參數(shù)信息、軟件配置參數(shù)信息等，運(yùn)行商通過(guò)描述文件可以進(jìn)行快速部署，簡(jiǎn)化了用戶(hù)對(duì)虛擬機(jī)配置的繁瑣過(guò)程。

在云計(jì)算環(huán)境下，虛擬器件模板被存放在模板管理服務(wù)器中，進(jìn)行相應(yīng)模板部署時(shí)，只需要將選定的虛擬器件文件拷貝到目標(biāo)服務(wù)器上，然后啟動(dòng)相應(yīng)的虛擬機(jī)應(yīng)用。本文在總結(jié)現(xiàn)有虛擬器件部署流程［2］基礎(chǔ)上，加入對(duì)虛擬化服務(wù)器池整體性能的調(diào)用，將系統(tǒng)整體負(fù)載均衡情況考慮到虛擬機(jī)初次部署中對(duì)于目標(biāo)物理發(fā)現(xiàn)決策里去，其工作流程如圖2所示。

其部署過(guò)程如下。

1)性能監(jiān)控。

性能監(jiān)控服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控虛擬化服務(wù)器池內(nèi)所有服務(wù)器性能狀態(tài)，并做規(guī)范化處理。

2)虛擬器件封裝與。

云計(jì)算中虛擬機(jī)及其上操作系統(tǒng)等都封裝在虛擬器件文件中，作為一個(gè)模板存儲(chǔ)在鏡像倉(cāng)庫(kù)里，由模板管理服務(wù)器管理，并將相關(guān)信息給用戶(hù)。

3)用戶(hù)業(yè)務(wù)申請(qǐng)。

用戶(hù)從模板管理服務(wù)器獲取模板信息，根據(jù)相應(yīng)信息選取模板，并配置填寫(xiě)應(yīng)用需求、個(gè)性配置等信息，將相關(guān)信息提交給資源管理服務(wù)器。

4)目標(biāo)服務(wù)器選擇。

資源管理服務(wù)器從性能監(jiān)控服務(wù)器中調(diào)取服務(wù)器池中服務(wù)器狀態(tài)，按照用戶(hù)提交的虛擬機(jī)部署信息進(jìn)行匹配運(yùn)算，選擇部署目標(biāo)服務(wù)器，并把選擇結(jié)果告知模板管理服務(wù)器。

5)虛擬器件文件拷貝部署。

模板管理服務(wù)器將用戶(hù)選擇的虛擬器件拷貝部署到資源管理服務(wù)器選擇的目標(biāo)服務(wù)器上，為了提高拷貝速度，目前用于虛擬器件鏡像文件拷貝比較成熟的技術(shù)有鏡像流技術(shù)和快照技術(shù)。

6)在目標(biāo)服務(wù)器上啟動(dòng)虛擬機(jī)。

在物理服務(wù)器上通過(guò)部署工具遠(yuǎn)程連接，執(zhí)行一組命令來(lái)啟動(dòng)虛擬器件中的虛擬機(jī)完成虛擬機(jī)部署整個(gè)流程。

2 基于性能向量的PMLB虛擬機(jī)部署算法

在研究部署算法時(shí)應(yīng)充分考慮云計(jì)算多用戶(hù)多服務(wù)環(huán)境，根據(jù)虛擬機(jī)所承載業(yè)務(wù)對(duì)于不同資源依賴(lài)程度不同（如：用于科學(xué)計(jì)算的CPU消耗型，用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗性），將虛擬機(jī)主要依賴(lài)的性能稱(chēng)為用戶(hù)偏好性能，在進(jìn)行資源分配時(shí)，給予充分的資源預(yù)留空間，以便使用戶(hù)獲得更好的用戶(hù)體驗(yàn)。

同時(shí)，為節(jié)省資源開(kāi)銷(xiāo)，應(yīng)盡量少開(kāi)啟物理服務(wù)器，這就需要在部署虛擬機(jī)時(shí)，在滿足用戶(hù)需求前提下，相匹配地放置虛擬機(jī)，不刻意尋找性能最優(yōu)的服務(wù)器。這樣同時(shí)也避免了熱點(diǎn)現(xiàn)象的出現(xiàn)，使系統(tǒng)達(dá)到負(fù)載均衡。

2.1 資源性能向量描述

為了更好地描述虛擬機(jī)及物理服務(wù)器性能，本文使用性能向量概念，性能向量是指由虛擬機(jī)或物理服務(wù)器多個(gè)性能特征規(guī)范化（無(wú)量綱化和歸一化）［9］處理后組成的特征向量。

進(jìn)行虛擬機(jī)部署首先要對(duì)虛擬機(jī)性能進(jìn)行有效監(jiān)控，虛擬機(jī)硬件資源一般主要包括CPU性能、內(nèi)存利用率、網(wǎng)絡(luò)連接和配置狀態(tài)、宿主機(jī)上虛擬機(jī)的基本運(yùn)行狀態(tài)等［10］。為了對(duì)性能特征規(guī)范化，本文參考微軟Virtual Machine Manager 2008技術(shù)報(bào)告中對(duì)于物理服務(wù)器性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以CPU、內(nèi)存、帶寬、硬盤(pán)這4個(gè)基本性能為例，每10min提取其使用狀況的平均值，按如下的資源特征計(jì)算方法處理：

CPU特征=1-CPU已用量/(CPU總量-CPU預(yù)留量)

內(nèi)存特征=1-內(nèi)存已用量/(總內(nèi)存-內(nèi)存預(yù)留量)

帶寬特征=1-帶寬已用量/(總帶寬-帶寬預(yù)留量)

硬盤(pán)特征=1-硬盤(pán)已用量/(總硬盤(pán)空間-硬盤(pán)預(yù)留量)

各性能的預(yù)留量由云計(jì)算運(yùn)營(yíng)商配置，是維持服務(wù)器中虛擬機(jī)監(jiān)視器、Dom0操作系統(tǒng)等正常運(yùn)行所需的最低資源量。例如：某服務(wù)器總內(nèi)存為2048MB，內(nèi)存已被使用了512MB，系統(tǒng)規(guī)定應(yīng)預(yù)留512MB的內(nèi)存，于是其內(nèi)存特征為1-512/（2048-512）=0.667。

服務(wù)器池內(nèi)的所有服務(wù)器通過(guò)性能監(jiān)控結(jié)果的規(guī)范化處理，便可建立其性能向量(q1,q2,…,ql)，其中：qi表示服務(wù)器第i個(gè)性能特征，l表示用來(lái)描述虛擬機(jī)硬件整體性能的指標(biāo)數(shù)。將服務(wù)器池中所有服務(wù)器的UUID組成向量U=(u1,u2,…,un)T，其中n表示物理服務(wù)器數(shù)目。整個(gè)服務(wù)器池的UUID與相對(duì)應(yīng)的性能向量可以建立成為一個(gè)類(lèi)似Key/Value模式的性能矩陣，如式(1)所示：

Q=［U V］

=u1q11q12…q1l

unqn1qn2…qnl(1)矩陣這樣書(shū)寫(xiě)符合您的表達(dá)嗎？另外，U與V之間的“|”豎線是什么意思？請(qǐng)說(shuō)明一下。其中矩陣外面的角括號(hào)可以用稍大一點(diǎn)的中括號(hào)嗎？請(qǐng)明確?；貜?fù)：文中的矩陣書(shū)寫(xiě)符合我的表達(dá)，“|”是為了強(qiáng)調(diào)本矩陣是由兩部分組成。用中括號(hào)是可以的。

其中：矩陣中每一個(gè)行代表一個(gè)物理服務(wù)器的性能向量，qij表示服務(wù)器ui第j個(gè)性能特征。

同時(shí)根據(jù)用戶(hù)提交給資源調(diào)度管理器的虛擬機(jī)性能需求，對(duì)應(yīng)每個(gè)服務(wù)器進(jìn)行規(guī)范化，得到此虛擬機(jī)對(duì)每個(gè)服務(wù)器的性能期望值。本文同樣取CPU、內(nèi)存、帶寬和硬盤(pán)這4個(gè)基本性能為例，其資源期望計(jì)算方法如下所示：

CPU期望=CPU期望量/(CPU總量-CPU預(yù)留量)

內(nèi)存期望=內(nèi)存期望量/(總內(nèi)存-內(nèi)存預(yù)留量)

帶寬期望=帶寬期望量/(總帶寬-帶寬預(yù)留量)

硬盤(pán)期望=硬盤(pán)期望量/(總硬盤(pán)空間-硬盤(pán)預(yù)留量)

待部署虛擬機(jī)對(duì)于每個(gè)物理服務(wù)器的期望可以構(gòu)成期望矩陣：

E=［U E1］

=u1e11e12…e1l

unen1en2…enl

其中eij表示虛擬機(jī)對(duì)于服務(wù)器ui第j個(gè)性能指標(biāo)的性能期望。

同時(shí)根據(jù)用戶(hù)應(yīng)用需求，還將建立性能權(quán)值向量W=(w1,w2,…,wl)，其中wi是第i個(gè)性能指標(biāo)的性能期望ei所對(duì)應(yīng)的權(quán)值，∑li=1wi=1(0

2.2 PMLB算法描述

PMLB服務(wù)器發(fā)現(xiàn)算法，首先計(jì)算出單個(gè)虛擬機(jī)與物理服務(wù)器性能的最佳匹配，同時(shí)計(jì)算系統(tǒng)負(fù)載均衡情況，并將上述兩個(gè)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合分析，得出最終服務(wù)器選擇結(jié)果。其算法主體可以分為以下3部分。

1）匹配向量計(jì)算。

每個(gè)物理服務(wù)器的性能特征與待部署的虛擬機(jī)相關(guān)性能期望的差值，稱(chēng)為該服務(wù)器對(duì)于待部署虛擬機(jī)某一性能的匹配量Δqij=qij－eij。資源管理服務(wù)器通過(guò)用戶(hù)提交的虛擬機(jī)應(yīng)用請(qǐng)求得到的期望矩陣，以及從性能監(jiān)控服務(wù)器調(diào)取的性能矩陣，可以求得服務(wù)器池匹配量矩陣：

ΔQ=［U Q－E1］=［U ΔQ1］=

u1Δq11Δq12…Δq1l

unΔqn1Δqn2…Δqnl

在求得矩陣后，首先對(duì)其進(jìn)行篩選，每一行如果出現(xiàn)負(fù)值，說(shuō)明此項(xiàng)性能無(wú)法滿足虛擬機(jī)需求，便視為不可滿足節(jié)點(diǎn)，從矩陣中刪除。最后將剩下的m個(gè)服務(wù)器組成可用服務(wù)器匹配量矩陣:

ΔQ′=［U′ ΔQ′1］=

u1Δq11Δq11…Δq11

ujΔqm1Δqm2…Δqm1

若得到的矩陣為，便會(huì)向管理端發(fā)出開(kāi)啟新服務(wù)器請(qǐng)求。

為了更好地滿足用戶(hù)應(yīng)用需求，再對(duì)匹配矩陣與用戶(hù)設(shè)定的權(quán)值向量相乘，從而構(gòu)成匹配判斷向量：

S=ΔQ′1•(w1,w2,…,wl)T=(s1,s2,…,sm)T

其中si=∑lj=1Δqij•wj為服務(wù)器性能特征與虛擬機(jī)對(duì)于該服務(wù)器的期望之間的相對(duì)距離，用于判斷此物理服務(wù)器與待部署虛擬機(jī)需求性能的匹配程度，每個(gè)si下標(biāo)對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)器UUID。si值越小說(shuō)明越適合在此服務(wù)器上部署該虛擬機(jī)。

在權(quán)值向量中，用戶(hù)偏好的性能特征賦予較小權(quán)值，這是為了在進(jìn)行距離運(yùn)算時(shí)減少對(duì)其約束，從而可以使服務(wù)器為偏好特征預(yù)留更大性能空間。

2）負(fù)載向量計(jì)算。

在滿足單個(gè)虛擬機(jī)部署匹配需求的同時(shí)，本文還進(jìn)一步研究解決整個(gè)系統(tǒng)負(fù)載均衡問(wèn)題，提出負(fù)載向量計(jì)算方法。

將服務(wù)器池中所有物理服務(wù)器某一性能特征的平均值稱(chēng)為負(fù)載基點(diǎn)值qi。將某一服務(wù)器性能與對(duì)應(yīng)基點(diǎn)值的差值稱(chēng)Δpij=qij－qj為負(fù)載偏差，負(fù)載偏差的計(jì)算主要由性能監(jiān)控服務(wù)器完成。整個(gè)服務(wù)器池中服務(wù)器的各個(gè)性能負(fù)載偏差組成負(fù)載偏差矩陣：

ΔP=［U ΔP1］=

u1Δp11Δp12…Δp1l

unΔpn1Δpn2…Δpnl

矩陣中的負(fù)值項(xiàng)說(shuō)明其負(fù)載已經(jīng)超過(guò)此性能系統(tǒng)平均負(fù)載，不宜再進(jìn)行部署；而正值說(shuō)明服務(wù)器此性能還有部署空間。

考慮不同性能的負(fù)載情況對(duì)于服務(wù)器影響不同，云服務(wù)提供商可以根據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)權(quán)值向量Y=(y1,y2,…,yl)，其中∑li=1yi=1(0

R=ΔP•(y1,y2,…,yl)T=(r1,r2,…,rn)T

每個(gè)ri下標(biāo)對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)器UUID。

3）匹配向量與負(fù)載向量綜合分析。

最后，從虛擬機(jī)與服務(wù)器匹配情況和服務(wù)器池整體的負(fù)載均衡情況兩方面綜合考慮，以確定部署方案。這就需要參照以上得出匹配判斷向量S=(s1,s2,…,sm)T和負(fù)載判斷向量R=(r1,r2,…,rn)T，進(jìn)行綜合處理。

首先提取出可用服務(wù)器的ri值，組成可用服務(wù)器負(fù)載判斷向量R′=(r1,r2,…,rm)T。并引入γ、η兩個(gè)調(diào)和參數(shù)，其作用是平衡性能匹配與負(fù)載均衡對(duì)部署影響的比重，可由云計(jì)算提供商根據(jù)系統(tǒng)情況靈活配置。

如前文所述，si為非負(fù)數(shù)，其值越小匹配度越高，越適合在此服務(wù)器上部署該虛擬機(jī)。而ri為負(fù)值時(shí)說(shuō)明其負(fù)載過(guò)大，不宜再部署虛擬機(jī)，但若所有服務(wù)器ri均為負(fù)值時(shí)，絕對(duì)值越小的越適合部署虛擬機(jī)；ri為正值時(shí)，其值越大說(shuō)明剩余性能空間越大，越適宜部署虛擬機(jī)。于是，綜合分析公式如式(2)所示：

Ebest=MAXmi=1(ηriγsi)(2)

其中Ebest所對(duì)應(yīng)的服務(wù)器便是虛擬機(jī)部署的目標(biāo)物理服務(wù)器。

3 分析與實(shí)驗(yàn)

本文采用澳大利亞墨爾本大學(xué)的網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)室和Gridbus項(xiàng)目提出的云仿真平臺(tái)CloudSim［11］對(duì)本算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

1)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

實(shí)驗(yàn)機(jī)操作系統(tǒng)為Windows XP SP3;JDK版本為jdk 1.6.0_10；CloudSim版本為CloudSim2.1.1；編譯工具Ant版本為Ant 1.8.1。

2)CloudSim擴(kuò)展編譯。

圖3為CloudSim所包涵基本類(lèi)的總體設(shè)計(jì)圖。

為了實(shí)現(xiàn)本文算法，本文在基本類(lèi)基礎(chǔ)上編寫(xiě)相應(yīng)的繼承類(lèi)，對(duì)CloudSim進(jìn)行擴(kuò)展，主要工作如下。

①對(duì)Host類(lèi)擴(kuò)展，在其中加入服務(wù)器（Host）可用性能的規(guī)范化處理。

②編寫(xiě)DatacenterCharacteristics繼承類(lèi)Datacenterbalance，計(jì)算服務(wù)器集群的負(fù)載向量，得出負(fù)載矩陣。

③選擇目標(biāo)服務(wù)器創(chuàng)建虛擬機(jī)的過(guò)程主要由Datacenter對(duì)象負(fù)責(zé)。VmAllocationPolicy這個(gè)抽象類(lèi)代表虛擬機(jī)在選定物理服務(wù)器上的部署過(guò)程，其中的allocateHostForVm(Vm vm)作用是為指定虛擬機(jī)分配目標(biāo)物理機(jī)。編寫(xiě)VmAllocationPolicy繼承類(lèi)VmAllocationPMLBPolicy，在方法allocateHostForVm(Vm vm)中計(jì)算待部署虛擬機(jī)（Vm）的匹配向量，并進(jìn)行匹配向量與負(fù)載向量的綜合分析，選取目標(biāo)服務(wù)器（Host）。

3)實(shí)驗(yàn)仿真。

在完成CloudSim擴(kuò)展編譯后，編寫(xiě)仿真程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)兩個(gè)參數(shù)比較算法性能。

①運(yùn)行有虛擬機(jī)的服務(wù)器（視為已開(kāi)啟的服務(wù)器）數(shù)量Nact。其值越小，說(shuō)明開(kāi)啟服務(wù)器數(shù)量越少，越節(jié)省能源。

②負(fù)載均衡系數(shù)，通過(guò)求負(fù)載判斷向量方差來(lái)判斷負(fù)載均衡情況。如式(3)所示:

DLB=∑ni=1(ri－r)2(3)

其中r為負(fù)載判斷向量?jī)?nèi)所有元素平均值，其值越小越穩(wěn)定，說(shuō)明系統(tǒng)負(fù)載狀況越良好。

編寫(xiě)仿真程序，分別模擬一個(gè)具有40臺(tái)服務(wù)器（Host）的數(shù)據(jù)中心（Datacenter），使用本文算法，添加10,15,20,30,40,50個(gè)虛擬機(jī)（Vm）的場(chǎng)景，并輸出Nact值和DLB值。

為了對(duì)本算法效果有所比較，本文使用CloudSim 2.1.1里VmAllocationPolicy繼承類(lèi)VmAllocationPolicySimple中所給出的部署算法做同樣場(chǎng)景的模擬，輸出相應(yīng)的Nact值和DLB值。

4）仿真結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4~5所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：PMLB算法可以大大減少系統(tǒng)服務(wù)器開(kāi)啟數(shù)量，從而減少系統(tǒng)資源成本；同時(shí)能夠使系統(tǒng)負(fù)載穩(wěn)定保持在較低范圍，達(dá)到良好的負(fù)載均衡效果。因而可以得出結(jié)論，本文算法可以很好地滿足云計(jì)算環(huán)境下虛擬機(jī)部署對(duì)于資源使用率和系統(tǒng)負(fù)載的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種虛擬機(jī)初次部署的方案和算法。首先將物理服務(wù)器和虛擬機(jī)抽象為性能向量，之后基于性能向量，分別計(jì)算出性能匹配判斷向量和負(fù)載均衡判斷向量，通過(guò)將上述兩向量進(jìn)行綜合運(yùn)算得到最終部署結(jié)果。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)與分析證明，本算法能夠良好解決云計(jì)算環(huán)境下的虛擬機(jī)部署中的系統(tǒng)負(fù)載均衡和節(jié)省資源問(wèn)題。

本文算法的特點(diǎn)有：1)加入用戶(hù)應(yīng)用需求權(quán)值向量，充分考慮了用戶(hù)對(duì)于不同應(yīng)用的不同需求；2)依據(jù)系統(tǒng)工程整體最優(yōu)思想，不對(duì)單個(gè)虛擬機(jī)選擇性能最好的服務(wù)器，而從系統(tǒng)角度考慮虛擬機(jī)部署的負(fù)載均衡和資源最大利用問(wèn)題。

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收稿日期:2011-08-05 修回日期:2011-09-14

第2篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞] 慢性心力衰竭；左卡尼??；過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體-α；能量代謝

[中圖分類(lèi)號(hào)] R541.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2016）11（b）-0017-04

[Abstract] Objective To investigate the effects of L-carnitine on PPAR-α and ATP of heart failure （HF） rats. Methods A total of 60 senior male SD rats were randomized to divided into four groups with 15 animals in each group， including normal control group， HF model group， low-dose L-carnitine group， and high-dose L-carnitine group. HF model group， low-dose L-carnitine group and high-dose L-carnitine group were induced by intraperitoneal injection of Isoproterenol [3 mg/（kg?d）] for 5 days. Low and high-dose groups would be given Isoproterenol and intraperitoneal injection of L-carnitine[80， 160 mg/（kg?d）] simultaneously in the first time. Echocardiography was performed in all experimented SD rats to observe the pathological changes in the myocardium， besides， all rats were taken tissue pathological slices after 6 weeks. The serum BNP level was detected with ELISA and the ATP concentration in myocardial was detected with Chemocolorimetry， and PPAR-α protein expression was measured with Western blot. Results Compared with HF model group， the results of echocardiograph showed that heart function of SD rats in low and high-dose L-carnitine groups were improved significantly， and high-dose L-carnitine group was improved significantly than low-dose L-carnitine group （P < 0.05）. Compared with HF model group， serum BNP levels were lower significantly in low and high-dose L-carnitine groups （P < 0.05）， ATP concentration and expression of PPAR-α protein of myocardium were higher significantly in low and high-dose L-carnitine groups （P < 0.05）， the difference in high-dose L-carnitine group was more significant than that in low-dose L-carnitine group （P < 0.05）. Conclusion L-carnitine may improve the result of myocardial remodeling and cellular energy metabolism to delay the process of the development of the rats with HF by affecting the expression of PPAR-α， the effect is dose-related.

[Key words] Chronic heart failure； L-carnitine； PPAR-α； Energy metabolism

心力衰竭目前是各種心血管疾病的終末期表現(xiàn)和最主要的死因，慢性心力衰竭發(fā)生時(shí)，會(huì)出現(xiàn)心肌脂肪酸的利用障礙，導(dǎo)致心肌細(xì)胞能量生成減少，進(jìn)而惡化心功能。改善心肌能量代謝能夠顯著降低心力衰竭患者的全因死亡率及心力衰竭住院率。左卡尼汀（L-carnitine，LC）是改善能量代謝的藥物，它通過(guò)運(yùn)載游離脂肪酸進(jìn)入線粒體，輔助細(xì)胞的能量代謝[1-2]，同時(shí)可以減少線粒體的氧化應(yīng)激反應(yīng)及氧化磷酸化，加快線粒體的利用率[3-4]。本研究通過(guò)建立大鼠慢性心力衰竭模型，觀察不同濃度LC對(duì)心肌組織三磷酸腺苷（ATP）及過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體-α（PPAR-α）水平的影響，探討其改變心力衰竭心臟結(jié)構(gòu)、提高能量代謝、改善心功能的作用機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 雄性成年SD大鼠60只，4周齡，體重280～300 g，購(gòu)自濟(jì)南朋悅實(shí)驗(yàn)動(dòng)物繁育有限公司，合格證號(hào)：SCXK（魯）20140007。適應(yīng)性喂養(yǎng)1周，隨機(jī)分為4組：正常對(duì)照組、心力衰竭模型組、LC高濃度組、LC低濃度組，每組15只。

1.1.2 主要藥品與試劑 LC粉針（晉城海斯制藥有限公司，批號(hào)：H20141372）；異丙腎上腺素注射液（上海禾豐制藥有限公司，批號(hào)：100166-201004）；大鼠BNP ELISA試劑盒（上海西唐生物科技有限公司）；大鼠ATP測(cè)定試劑盒（北京百奧萊博科技有限公司）；兔抗鼠PPAR-α抗體（武漢博士德生物工程有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型建立 采用腹腔注射異丙腎上腺素法[3 mg/（kg?d），5 d]建造慢性心力衰竭模型，LC低、高濃度組在首次注射異丙腎上腺素的同時(shí)分別給予LC腹腔注射[80、160 mg/（kg?d）]。正常對(duì)照組和心力衰竭模型組給予同等體積的生理鹽水腹腔注射，連續(xù)6周。造模成功標(biāo)準(zhǔn)：造模6周后，①隨機(jī)選取兩只大鼠取心肌組織，蘇木精-伊紅（HE）染色，光鏡下觀察心肌組織變性壞死，符合慢性心力衰竭的心肌病理學(xué)改變；②心臟彩超檢測(cè)左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）、左室收縮末期內(nèi)徑（LVESD）及左室舒張末期內(nèi)徑（LVEDD），與對(duì)照組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），提示造模成功。

1.2.2 心臟彩色多普勒檢測(cè) 各組動(dòng)物末次給藥后禁食禁水24 h，10%水合氯醛（4 mL/kg）腹腔注射麻醉，固定，胸部淦ぃ二維切面心超引導(dǎo)下，分別測(cè)量LVEF、LVESD及LVEDD，每組原始數(shù)據(jù)取連續(xù)3個(gè)心動(dòng)周期的平均值。

1.2.3 標(biāo)本留取 心臟彩色多普勒檢測(cè)結(jié)束后，打開(kāi)胸腔，于心尖波動(dòng)最明顯處穿刺采血2 mL，靜置2 h，待血液凝固后，3000 r/min離心20 min，取上層血清分別保存于-20℃低溫冰箱保存，采用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法（ELISA）測(cè)定血清腦鈉肽（BNP）水平。取出心臟，生理鹽水反復(fù)沖洗，取左室前壁組織浸泡于4%多聚甲醛溶液中，留待做HE染色，余組織存放于-80℃冰箱中凍存，用化學(xué)比色法檢測(cè)心肌組織ATP及免疫印跡法（Western blot）檢測(cè)PPAR-α蛋白。

1.2.4 病理學(xué)觀察 取待測(cè)左室前壁組織，4%多聚甲醛溶液中固定12 h，脫水，經(jīng)石蠟包埋，連續(xù)切片，HE染色，光鏡下進(jìn)行病理學(xué)觀察。

1.2.5 ELISA 檢測(cè)大鼠血清BNP，-20℃取出保存好的血清，按照ELISA試劑盒說(shuō)明進(jìn)行操作。

1.2.6 化學(xué)比色法 檢測(cè)大鼠心肌組織ATP水平，取部分剩余心肌組織稱(chēng)重后，加生理鹽水，煮沸10 min后冷卻，再以4000 r/min離心10 min，取上清液，用分光光度計(jì)測(cè)定。

1.2.7 Western blot 檢測(cè)PPAR-α蛋白的表達(dá)，4組細(xì)胞處理后，孵育48 h，-80℃冰箱取出各組大鼠心肌組織，常規(guī)方法提取蛋白質(zhì)，測(cè)定蛋白濃度，經(jīng)電泳、轉(zhuǎn)膜、封閉后，用PPAR-α多克隆抗體（1∶400）4℃孵育過(guò)夜，洗膜后加入二抗辣根過(guò)氧化酶（HRP）-IgG（1∶1000），室溫孵育2 h，洗膜后ECL化學(xué)發(fā)光法顯色，X線片顯影，IPP7.0分析條帶吸光度。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)，以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，心力衰竭模型組大鼠死亡5只，正常對(duì)照組大鼠死亡1只，LC低濃度組大鼠治療期間死亡4只，LC高濃度組死亡2只。與正常對(duì)照組相比，心力衰竭模型組和LC低、高濃度組大鼠均出現(xiàn)體重減輕、呼吸淺快、精神欠佳、進(jìn)食及活動(dòng)減少等癥狀。

2.2 心臟彩色多普勒結(jié)果

與正常對(duì)照組比較，心力衰竭模型組、LC低濃度組、LC高濃度組LVESD和LVEDD均明顯增大（P < 0.05），LVEF明顯降低（P < 0.05）。與心力衰竭模型組比較，LC低、高濃度組LVESD和LVEDD均顯著減小（P < 0.05），LVEF顯著升高（P < 0.05），且LC高濃度組較LC低濃度組差異更明顯（P < 0.05）。見(jiàn)表1。

2.3 心肌組織病理學(xué)改變

光學(xué)顯微鏡下觀察，正常對(duì)照組心肌細(xì)胞紋理清晰，形態(tài)正常；心力衰竭模型組可見(jiàn)心肌細(xì)胞紋理不清，排列紊亂，心肌纖維斷裂，間質(zhì)纖維化；LC低濃度組以條索狀小灶性壞死與健存心肌交錯(cuò)為主，無(wú)片狀壞死；LC高濃度組可見(jiàn)輕微纖維化和變性等改變。見(jiàn)圖1。

2.4 血清BNPc心肌組織ATP水平

與正常對(duì)照組比較，心力衰竭模型組及LC低、高濃度組的血清BNP水平明顯增高，ATP水平明顯降低，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。與心力衰竭模型組比較，LC低、高濃度組血清BNP水平降低，ATP水平升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），且LC高濃度組較LC低濃度組差異更明顯（P < 0.05）。見(jiàn)表2。

2.5 心肌組織PPAR-α蛋白表達(dá)

與正常對(duì)照組[（0.790±0.030）mmol/gprot）]比較，心力衰竭模型組PPAR-α表達(dá)[（0.450±0.025）mmol/gprot]明顯降低（P < 0.01）。與心力衰竭模型組比較，LC低、高濃度組PPAR-α表達(dá)[（0.630±0.040）、（0.670±0.022）mmol/gprot]升高（P < 0.05），且LC高濃度組較LC低濃度組升高更為明顯（P < 0.05）。見(jiàn)圖2。

3 討論

心力衰竭是各種心臟病的終末階段，近幾年對(duì)心力衰竭病因及其發(fā)病機(jī)制的研究已經(jīng)有了很大的進(jìn)展[5-7]，但死亡率仍很高。因此，對(duì)提高慢性心力衰竭患者的生存率依舊是我們需要深入研究的重要課題。BNP是診斷心力衰竭最為準(zhǔn)確、最為敏感的指標(biāo)，而且它能反映心力衰竭的嚴(yán)重程度。本實(shí)驗(yàn)的心力衰竭組大鼠BNP水平明顯高于正常對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示心力衰竭模型組大鼠心功能較正常對(duì)照組大鼠明顯下降，表示成功制備了大鼠心力衰竭模型。

已有研究表明細(xì)胞凋亡是心力衰竭的核心問(wèn)題[8-9]，而其中的能量代謝越來(lái)越受到更大的關(guān)注[10-11]。所以，改善心力衰竭患者的心肌能量代謝問(wèn)題未來(lái)可能會(huì)成為治療心力衰竭的新靶點(diǎn)。正常心肌細(xì)胞是由脂肪酸（FA）和葡萄糖氧化代謝供能，分別占心肌能量需求的60%～80%和20%～35%[12]。由于FA是心肌細(xì)胞能量代謝的主要來(lái)源，因此FA氧化途徑較其他氧化途徑對(duì)心臟功能的影響就顯得更為重要。心力衰竭時(shí)FA代謝減少，心肌細(xì)胞的能量產(chǎn)生和利用均會(huì)出現(xiàn)障礙，使心肌收縮和舒張能力發(fā)生障礙，進(jìn)而加劇心功能惡化[13]。

心力衰竭時(shí)心肌細(xì)胞線粒體中PPAR-α的表達(dá)是下降的[14-15]，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)Western blot檢測(cè)PPAR-α蛋白的表達(dá)，結(jié)果顯示心力衰竭組大鼠較正常對(duì)照組明顯下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，也驗(yàn)證了上述研究。PPAR-α能促進(jìn)心肌細(xì)胞對(duì)FA的攝取、活化和代謝[16]，以增加心肌FA利用率[17-18]，從而提高心肌細(xì)胞能量代謝，改善心功能。在臨床工作中，國(guó)內(nèi)外已有文獻(xiàn)充分證明了應(yīng)用LC能提高心臟病患者的心功能，對(duì)多種原因?qū)е碌男墓δ懿蝗加兄委熥饔?。例如Xu在2010年發(fā)現(xiàn)LC能顯著提高由肺動(dòng)脈高壓所致右心功能不全患者的運(yùn)動(dòng)耐力、心臟收縮功能；同年，Serati等在對(duì)僅有舒張功能不全患者的研究中發(fā)現(xiàn)每天應(yīng)用1500 mg的LC，連續(xù)3個(gè)月后，心臟彩超發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組心臟舒張功能顯著提高，左心房明顯縮小，由心力衰竭導(dǎo)致的呼吸困難癥狀也較對(duì)照組明顯減輕[19-21]。本研究通過(guò)給予LC調(diào)節(jié)能量代謝，研究其對(duì)心力衰竭大鼠PPAR-α水平及ATP的影響，來(lái)探討LC是否能通過(guò)影響PPAR-α水平來(lái)改善心力衰竭心肌細(xì)胞能量代謝，從而改善心力衰竭大鼠的心功能。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LC可顯著降低大鼠血漿中BNP水平并提高ATP及PPAR-α水平，心臟彩超顯示LC低、高濃度組心功能降低較心力衰竭模型組明顯改善，表明LC能通過(guò)改善心肌能量代謝來(lái)明顯改善心力衰竭大鼠的心功能。

綜上所述，LC能改善心力衰竭大鼠心肌能量代謝，延緩心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展，其機(jī)制可能與調(diào)控PPAR-α水平有關(guān)。但就目前的研究而言，LC通過(guò)激活PPAR-α進(jìn)而改善心肌細(xì)胞能量代謝的具體作用機(jī)制還不清楚，需要在今后作進(jìn)一步的探索和研究。

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第3篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

計(jì)算機(jī)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展極為迅速，給工程能力培養(yǎng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我們一方面面臨不斷開(kāi)設(shè)新課程的壓力，另一方面卻長(zhǎng)期承受來(lái)自業(yè)界的批評(píng)。企業(yè)實(shí)訓(xùn)不能解決根本問(wèn)題，這根源于企業(yè)的生產(chǎn)特性本質(zhì)上使其難以提供有深度、綜合性、可持續(xù)、系統(tǒng)化的訓(xùn)練，且更難大規(guī)模實(shí)施。以電子科技大學(xué)為例，一個(gè)年級(jí)的學(xué)生有四五百人，這是任何一個(gè)真正的生產(chǎn)型企業(yè)都難以承受的。多個(gè)企業(yè)分擔(dān)卻難以保證培養(yǎng)的一致性。而培訓(xùn)型機(jī)構(gòu)并不能提供真正的生產(chǎn)環(huán)境。事實(shí)上，對(duì)員工有較高自主能力要求的企業(yè)并不愿意接受培訓(xùn)式提供的學(xué)員[1]。

本文就這一問(wèn)題提出了系統(tǒng)觀培養(yǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的解決思路，并分析了兩種培養(yǎng)方式，特別就逆向析構(gòu)式方式進(jìn)行了探討，最后給出了其實(shí)踐過(guò)程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。 一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀是可持續(xù)發(fā)展核心競(jìng)爭(zhēng)力

面對(duì)不斷變化的軟件技術(shù)，似乎只有不斷追新才能跟得上。而每種技術(shù)又必須通過(guò)撰寫(xiě)大量代碼來(lái)了解、熟悉和掌握，可這又消耗了學(xué)生已經(jīng)有限的學(xué)習(xí)時(shí)間。以電子科技大學(xué)為例，其計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)2年級(jí)基本一學(xué)期接近十門(mén)課程，3年級(jí)一學(xué)期有十幾門(mén)課程。如一門(mén)軟件課程需要撰寫(xiě)3000～4000行代碼，時(shí)間壓力可想而知。

筆者認(rèn)為相對(duì)追新面臨的壓力，培養(yǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力才是治本之道。筆者曾給出例子，一些長(zhǎng)期只從事系統(tǒng)級(jí)軟件開(kāi)發(fā)的“老”程序員卻在新軟件技術(shù)掌握的速度和深度上遠(yuǎn)超越那些精力投入追新的“年輕”程序員[1]。其根源就是系統(tǒng)能力，筆者稱(chēng)其為“系統(tǒng)觀”[2]。

越來(lái)越多的研究者認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)能力的重要性，并進(jìn)行了深入研究和系統(tǒng)性教學(xué)建設(shè)，如北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)、清華大學(xué)、東南大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等[3]。最近，東南大學(xué)的同仁也指出了“系統(tǒng)觀”培養(yǎng)的重要性，他們從計(jì)算機(jī)制造者、系統(tǒng)程序員、應(yīng)用程序員和系統(tǒng)管理員的角度分析了“系統(tǒng)觀”的價(jià)值[4]。

系統(tǒng)觀的內(nèi)涵筆者尚未見(jiàn)非常正式的定義，有文獻(xiàn)稱(chēng)其為“對(duì)計(jì)算機(jī)的深刻理解”[4]。下面筆者嘗試從另外一個(gè)角度給出系統(tǒng)觀的定義并分析為什么它是學(xué)生工程能力提升的可持續(xù)發(fā)展核心引擎。

筆者認(rèn)為：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀是計(jì)算機(jī)核心知識(shí)架構(gòu)和對(duì)它們不斷運(yùn)用所形成的思維方式的復(fù)合體，不可割裂。單純的通用思維訓(xùn)練和僅僅攝取知識(shí)信息均無(wú)法形成系統(tǒng)觀。它是能自我生長(zhǎng)，自我完善和成長(zhǎng)的原核。在攝取新技術(shù)和面臨黑箱時(shí)，它具有極強(qiáng)的剖析、探索和學(xué)習(xí)能力。這賦予了高端計(jì)算機(jī)人才最重要的素質(zhì)。

核心知識(shí)架構(gòu)涵蓋計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最本質(zhì)部分的規(guī)律，筆者認(rèn)為應(yīng)包括：計(jì)算機(jī)組成原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯和鏈接、算法、數(shù)據(jù)庫(kù)原理和實(shí)現(xiàn)。

為什么系統(tǒng)觀在學(xué)習(xí)技術(shù)和解決難題方面具有“以少勝多”和“一勞長(zhǎng)逸”的特點(diǎn)呢？下面筆者試從系統(tǒng)觀的三個(gè)功能分析。

（1）類(lèi)比。因?yàn)橄到y(tǒng)觀包含了核心知識(shí)架構(gòu)，其涵蓋的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域本質(zhì)規(guī)律在所有計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域均可借鑒和舉一反三。應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)多是在老技術(shù)上不斷包裝、組合和抽象。一位云計(jì)算公司的CTO告訴筆者，他要解決存儲(chǔ)或并發(fā)的問(wèn)題時(shí)，習(xí)慣找20世紀(jì)六七十年代最早的算法文章（因?yàn)樗鼘⒏拘詥?wèn)題描述得非常清楚），在此基礎(chǔ)上就很容易適配到現(xiàn)在的問(wèn)題中。筆者一位朋友很多年前做漢化DOS，后來(lái)他第一次做單片機(jī)破解，只花了一個(gè)月就將其破解并漢化。他明確指出DOS漢化經(jīng)驗(yàn)起了很大幫助。筆者第一次面對(duì)Linux驅(qū)動(dòng)的C語(yǔ)言編程問(wèn)題時(shí)，運(yùn)用面向?qū)ο蟮慕?jīng)驗(yàn)，花數(shù)分鐘即解決了學(xué)生因回調(diào)語(yǔ)義錯(cuò)誤引起的bug。因?yàn)榛诮涌诰幊趟枷朐谡麄€(gè)軟件甚至硬件領(lǐng)域都是一致的，在面向?qū)ο笫翘摵瘮?shù)，在內(nèi)核是回調(diào)函數(shù)。這三個(gè)例子均運(yùn)用系統(tǒng)觀中存在的基本模式和知識(shí)去類(lèi)比解決第一次面臨的難題，體現(xiàn)了系統(tǒng)觀“少即多、舊即新、基礎(chǔ)即先進(jìn)、不變應(yīng)萬(wàn)變”的特點(diǎn)。

（2）構(gòu)建。系統(tǒng)觀思維具有構(gòu)建式的特點(diǎn)。形象地說(shuō)就是“我來(lái)做怎么做”這樣的思維方式，在學(xué)習(xí)新系統(tǒng)或技術(shù)時(shí)能首先從構(gòu)建的角度分析，從而對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)產(chǎn)生疑問(wèn)。帶著疑問(wèn)學(xué)習(xí)，效率就高。筆者一次尋找hibernate操控同結(jié)構(gòu)多數(shù)據(jù)庫(kù)的方案時(shí)，從構(gòu)建角度分析如果自己做怎么做出擴(kuò)展性，假想出了可能的擴(kuò)展點(diǎn)，然后帶著這些假設(shè)用調(diào)試去檢驗(yàn)，雖第一次接觸hibernate，用了半天就解決了。筆者曾用“我來(lái)做怎么做”的思維模式訓(xùn)練研究生，有學(xué)生反映這是其研究生期間學(xué)到的最有價(jià)值的東西。

（3）簡(jiǎn)化。面臨復(fù)雜未知時(shí)，同時(shí)面臨太多未知點(diǎn)，人們必然無(wú)所適從，難以下手。如果能迅速化繁為簡(jiǎn)，主動(dòng)“忽略”過(guò)濾掉暫時(shí)無(wú)關(guān)大局的細(xì)節(jié)，那么就能尋找到癥結(jié)，從而快速擊破解決難題。系統(tǒng)觀的底層特點(diǎn)使其具有底層視角，再加上其反復(fù)淬煉出解析能力，使其能夠完成這一簡(jiǎn)化和忽略的任務(wù)。能體現(xiàn)簡(jiǎn)化和忽略特性的最直接例子即逆向工程。面對(duì)高級(jí)語(yǔ)言源代碼往往人們要找到下手點(diǎn)都無(wú)所適從，何況面對(duì)的是反匯編代碼？要完成任務(wù)必須快速找到關(guān)鍵點(diǎn)，一擊而破。在高層應(yīng)用領(lǐng)域分析理解面向?qū)ο罂蚣芤彩侨绱耍鶑年P(guān)鍵的虛函數(shù)入手，通過(guò)調(diào)試找到其調(diào)用關(guān)系，并最終找到可能的裝配邏輯。

綜上所述，因系統(tǒng)觀涵蓋計(jì)算機(jī)本質(zhì)規(guī)律的掌握和運(yùn)用，并具有類(lèi)比、構(gòu)建和簡(jiǎn)化功能，所以有很強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)、擴(kuò)展、探索和長(zhǎng)效性特點(diǎn)。這使得學(xué)生培養(yǎng)了系統(tǒng)觀后，可在其職業(yè)生涯中一直發(fā)揮核心競(jìng)爭(zhēng)力的作用。而其覆蓋本質(zhì)規(guī)律的簡(jiǎn)約性，又使得其培養(yǎng)開(kāi)銷(xiāo)相對(duì)經(jīng)濟(jì)，性?xún)r(jià)比高。下圖給出了系統(tǒng)觀的概念結(jié)構(gòu)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀概念結(jié)構(gòu)圖 二、如何培養(yǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀

依據(jù)系統(tǒng)觀的功能特性可形成兩種系統(tǒng)觀培養(yǎng)方法：（1）對(duì)應(yīng)其構(gòu)建和類(lèi)比功能特性是正向構(gòu)建式方法;（2）對(duì)應(yīng)其簡(jiǎn)化分析特性是逆向析構(gòu)式方法。

（1）正向構(gòu)建式方法。該方法的核心就是“構(gòu)建”，并非構(gòu)建簡(jiǎn)單的應(yīng)用軟件，而是構(gòu)建系統(tǒng)級(jí)軟件。即撰寫(xiě)操作系統(tǒng)、編譯器、鏈接器和數(shù)據(jù)庫(kù)（非數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用軟件）。北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)均采用該方法。以清華大學(xué)為例，他們從MIPS指令設(shè)計(jì)開(kāi)始，利用FPGA自制CPU，并在該CPU上實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)、編譯器。該方案最大優(yōu)勢(shì)是自底向上完全打通軟硬件，形成最完整和堅(jiān)實(shí)的系統(tǒng)觀。其限制在于時(shí)間和個(gè)體能力。即使在“985工程”高校中，也只能是優(yōu)秀學(xué)生才能完成。尋找階梯化方法普適到一般學(xué)生應(yīng)該是這一方案最終成功的關(guān)鍵。馬里蘭大學(xué)操作系統(tǒng)的模塊化做法可以借鑒[5]，但也有其問(wèn)題。

該方案的變種是：CPU并不做到可實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的程度，相對(duì)簡(jiǎn)單可行，而利用x86實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)。其好處是難度低、耗時(shí)少，且所形成的知識(shí)集合和將來(lái)面臨的工作更貼近，能利用的資源也多。電子科技大學(xué)的構(gòu)建式培養(yǎng)系統(tǒng)觀采用的是該方案。

（2）逆向析構(gòu)式方法。該方法最大的特點(diǎn)是將逆向工程的剖析的特點(diǎn)融入整個(gè)培養(yǎng)中?？突?梅隆大學(xué)的教材《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》的前三章是這一方法的最典型代表[6]。即從反匯編的角度，建立高層語(yǔ)言和底層匯編、機(jī)器碼與機(jī)器的映射。復(fù)旦大學(xué)在2003年引入這門(mén)課，但因其涵蓋的內(nèi)容太廣泛，其實(shí)施難度依然很大。東南大學(xué)正在組織力量就“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)”這門(mén)課程撰寫(xiě)更加適中的教材[4]。

筆者在2012年出版的教材《老“碼”識(shí)途》實(shí)施了不同理念[2]。往下采用機(jī)器碼開(kāi)始析構(gòu)，到C語(yǔ)言反匯編、C++反匯編、對(duì)象模型、鏈接、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)、框架。整個(gè)用逆向反匯編分析為貫穿始終的線索，覆蓋了從操作系統(tǒng)、編譯鏈接、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)等領(lǐng)域，并采用實(shí)證式教學(xué)理念[7]，以每個(gè)知識(shí)點(diǎn)可“玩”為驅(qū)動(dòng)，形成了輕量級(jí)、易學(xué)以致用的系統(tǒng)觀培養(yǎng)模式。

相對(duì)于構(gòu)建式，逆向析構(gòu)式雖無(wú)構(gòu)建式全面和系統(tǒng)，但通過(guò)逆向貫穿、銜接，也自底向上形成了一套實(shí)用可行的培養(yǎng)方法。其知識(shí)點(diǎn)相對(duì)較小，不會(huì)像撰寫(xiě)系統(tǒng)一樣需花費(fèi)很長(zhǎng)且整塊的時(shí)間。學(xué)生便于安排和實(shí)踐。其知識(shí)點(diǎn)的前后依賴(lài)性沒(méi)有撰寫(xiě)整個(gè)系統(tǒng)那樣強(qiáng)耦合，利于模塊化學(xué)習(xí)。 三、基于逆向析構(gòu)式的輕量級(jí)培養(yǎng)

1.系統(tǒng)觀原核

教學(xué)內(nèi)容方面，筆者雖采用自底向上方式，但未涵蓋程序員所有視角，這與文獻(xiàn)[6]不同。一方面因?yàn)槲墨I(xiàn)[6]的內(nèi)容對(duì)多數(shù)學(xué)生依然是重量級(jí)，難以有效實(shí)施;另一方面因?yàn)楣P者發(fā)現(xiàn)只要建立一個(gè)很小的“系統(tǒng)觀原核”，它就能幫助學(xué)生不斷攝取新知識(shí)，自動(dòng)完善系統(tǒng)觀。原核至少由計(jì)算機(jī)形象思維與疑證思維組成。

（1）計(jì)算機(jī)形象思維。有句話生動(dòng)地描述其重要性：“真正的黑客（原始意義上技術(shù)的狂熱探索者），在他腦袋里每一個(gè)字節(jié)是怎么流動(dòng)的他都清楚”。另外，以下現(xiàn)象也反應(yīng)了形象思維的重要性：描述算法時(shí)我們喜歡用圖，在描述程序結(jié)構(gòu)時(shí)用UML圖，數(shù)據(jù)庫(kù)用E-R圖，描述設(shè)計(jì)意圖采用形象的設(shè)計(jì)模式名稱(chēng)來(lái)暗喻。

形象思維需要直觀，計(jì)算機(jī)形象思維需要計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的直觀感建立。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域分層是一個(gè)顯著特征，越高層的特征越抽象，比如面向?qū)ο缶捅冉Y(jié)構(gòu)化抽象。既然要建立直觀，那么就應(yīng)該盡量減少抽象，所以將目標(biāo)定在了軟件和硬件結(jié)合部位。筆者選取了程序員視角，從高級(jí)語(yǔ)言到匯編映射開(kāi)始，并逐漸將這種映射（逆向反匯編）貫穿軟件開(kāi)發(fā)的幾個(gè)典型部分。從C映射到匯編，從匯編映射到機(jī)器碼，并讓學(xué)生用機(jī)器碼構(gòu)建程序。從此開(kāi)始，該方式將在不同階段重復(fù)，最終建立起最形象的程序世界觀。

筆者選取軟件開(kāi)發(fā)的典型相關(guān)部分包括：C語(yǔ)言到匯編映射，C++對(duì)象模型和映射，面向?qū)ο缶幊痰牡讓訖C(jī)制支撐，動(dòng)態(tài)鏈接和靜態(tài)鏈接的底層機(jī)制，框架構(gòu)建和底層機(jī)制的運(yùn)用，線程運(yùn)用中的底層機(jī)制。它們輻射到多門(mén)系統(tǒng)級(jí)課，如：操作系統(tǒng)、編譯鏈接、計(jì)算機(jī)組成原理等。

（2）疑證思維。整個(gè)教學(xué)階段，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的獲取幾乎都遵循猜測(cè)和實(shí)證的方式。讓學(xué)生自己猜測(cè)可能的答案，然后自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。不追求知識(shí)的系統(tǒng)性，在意的是所有知識(shí)點(diǎn)均能實(shí)證，可以“玩”。筆者稱(chēng)其為實(shí)證式教學(xué)[7]。該方式建立了系統(tǒng)觀自我完善的思維引擎。

為了激發(fā)學(xué)生興趣，體現(xiàn)底層和系統(tǒng)思維的運(yùn)用價(jià)值，逆向反匯編底調(diào)試不僅有專(zhuān)門(mén)的案例展示實(shí)際意義，它更完全滲透到每一部分的教學(xué)內(nèi)容。

筆者發(fā)現(xiàn)認(rèn)真錘煉C語(yǔ)言到匯編映射后，不少學(xué)生可較好自學(xué)面向?qū)ο蟛糠?。?duì)比發(fā)現(xiàn)，上過(guò)與未上該課的學(xué)生，在未涉足領(lǐng)域研學(xué)表現(xiàn)出很大差異。未上該課的優(yōu)秀學(xué)生，在老師幫助下也無(wú)法完成用戶(hù)級(jí)線程庫(kù);上過(guò)該課的學(xué)生卻能較輕松完成。這說(shuō)明系統(tǒng)觀原核可自完善與發(fā)展。

2.教學(xué)經(jīng)驗(yàn)

（1）實(shí)證式教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)室上課，實(shí)驗(yàn)和課程融合?？刹迦爰磁d實(shí)驗(yàn)。課堂實(shí)驗(yàn)需有補(bǔ)充題目，完成簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)可做補(bǔ)充題目。引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證知識(shí)點(diǎn)。一個(gè)班人數(shù)控制在30～50之間，否則效果難以保證。

（2）考核機(jī)制。完全以實(shí)踐為導(dǎo)向，平時(shí)占主要部分，期末考試為上機(jī)考試。如果不能保證平時(shí)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，結(jié)果難以保證。筆者采用了以下方法：對(duì)逆向分析類(lèi)型題目要抽問(wèn)。如組隊(duì)，成績(jī)按排名越后越低，抽問(wèn)靠后者，如果答不上，小組分?jǐn)?shù)受罰。對(duì)程序題，先布置課后作業(yè)，指出之后課堂考試從其中變化，允許考試攜帶作業(yè)。另外考試時(shí)盡量采用自動(dòng)批改，為此，也開(kāi)發(fā)了逆向底層作業(yè)自動(dòng)生成和批改系統(tǒng)。題目必須分級(jí)，不能只有開(kāi)放性的大題目，小題目很重要。考核大題目，而小題目作為自我練習(xí)不計(jì)分。

（3）效果。大量同學(xué)反映對(duì)本來(lái)枯燥的課程非常有興趣，筆者曾經(jīng)在課程半期后不點(diǎn)名到課率達(dá)90%以上。有意思的是，從沒(méi)有人問(wèn)學(xué)了何用。許多學(xué)生反饋對(duì)他們幫助很大，其中一個(gè)學(xué)生說(shuō)法反映了系統(tǒng)觀的價(jià)值：“以前出了問(wèn)題就找高人，現(xiàn)在敢坐下來(lái)自己做，且真的解決了。”

綜上所述，基于逆向析構(gòu)式系統(tǒng)培養(yǎng)方法，選取了輕量級(jí)的原核建立方式，配合實(shí)證式教學(xué)和合理的考核方式，取得了較好的效果，能夠在更多學(xué)生中推廣。

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（上接第31頁(yè)）師生59名赴德國(guó)、瑞典進(jìn)行了為期兩周的境外專(zhuān)業(yè)拓展與實(shí)踐研修，開(kāi)拓了學(xué)生國(guó)際視野，加深了學(xué)生對(duì)工程師素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)與理解。 五、結(jié)束語(yǔ)

第4篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]逆向工程 測(cè)量 技術(shù)

[中圖分類(lèi)號(hào)] P258 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2014）-2-189-1

0引言

綜合接觸式工程測(cè)量技術(shù)和非接觸式工程測(cè)量技術(shù)的實(shí)物數(shù)據(jù)獲取方法，是目前眾多逆向工程測(cè)量技術(shù)中針對(duì)大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)量對(duì)象最具有高效性的一種工程測(cè)量方式。這種方法由接觸式工程測(cè)量技術(shù)獲取散布在被測(cè)物體上或周?chē)娜斯?biāo)記點(diǎn)群的三維坐標(biāo)，再以這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為非接觸式工程測(cè)量數(shù)據(jù)拼接的依據(jù)，從而獲取得到整體測(cè)量數(shù)據(jù)。

1逆向工程概述

逆向工程，又稱(chēng)反求工程、反向工程，指通過(guò)各種測(cè)量手段和三維幾何建模方法，將已有實(shí)物原型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字模型的過(guò)程，是工程測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的綜合。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工程測(cè)量工作，但由于多種因素的限制，現(xiàn)實(shí)世界中的很多物體形狀并不能完全用CAD設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行描述。因而，我們提出了逆向工程的概念。

2逆向工程測(cè)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(cè)量設(shè)備對(duì)所測(cè)工程進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到的是采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的（x，y，z）坐標(biāo)值。數(shù)據(jù)獲取的方法大致分為兩類(lèi)：接觸式和非接觸式。

（1）接觸式工程測(cè)量技術(shù)。

接觸式工程測(cè)量技術(shù)是在機(jī)械手臂的末端安裝探頭，通過(guò)與工程表面接觸來(lái)獲取表面信息，目前最常用的接觸式測(cè)量系統(tǒng)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）。傳統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)多采用機(jī)械探針等觸發(fā)式測(cè)量頭，可通過(guò)編程規(guī)劃掃描路徑進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量，每一次獲取被測(cè)形面上一點(diǎn)的（x，y，z）坐標(biāo)值，測(cè)量速度都很慢。CMM的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，對(duì)被測(cè)工程無(wú)特殊要求，對(duì)不具有復(fù)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(cè)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(diǎn)是不能對(duì)軟物體進(jìn)行精密測(cè)量；價(jià)格昂貴，對(duì)使用環(huán)境要求高；測(cè)量速度慢，測(cè)量數(shù)據(jù)密度低，測(cè)量過(guò)程需人工干預(yù)；還需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行探頭損傷及探頭半徑補(bǔ)償，無(wú)法測(cè)量小于測(cè)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(yīng)用。

（2）非接觸式工程測(cè)量技術(shù)。

①激光線結(jié)構(gòu)光掃描測(cè)量技術(shù)是一種基于三角測(cè)量原理的主動(dòng)式結(jié)構(gòu)光編碼工程測(cè)量技術(shù)，亦稱(chēng)為光切法，通過(guò)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(yīng)的三維坐標(biāo)。每個(gè)測(cè)量周期可獲取一條掃描線，物體的全輪廓測(cè)量是通過(guò)多軸可控機(jī)械運(yùn)動(dòng)輔助實(shí)現(xiàn)的。這類(lèi)設(shè)備的掃描速度可達(dá)15000點(diǎn)/秒，測(cè)量精度在±0.01～±0.1mm之間，價(jià)格適中，對(duì)測(cè)量工程對(duì)象型面的光學(xué)特性要求不高。

②投影光柵測(cè)量技術(shù)是一類(lèi)主動(dòng)式全場(chǎng)三角測(cè)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(cè)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(cè)物面的空間坐標(biāo)，這類(lèi)測(cè)量方法具有很高的測(cè)量速度和較高的精度，是近年發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)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(cè)量可分為兩類(lèi)：直接三角法和相位測(cè)量法。直接三角法原理簡(jiǎn)單、速度快，不易受被測(cè)工程物面不連續(xù)等干擾的影響，但是其測(cè)量精度不高，不能實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)測(cè)量；而相位測(cè)量法測(cè)量精度相對(duì)較高。

③計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)。計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)最具代表的是基于X射線的CT掃描機(jī)，它是以測(cè)量物體對(duì)X射線的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)方法經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理而重建斷層圖像，這種方法最早是應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，目前已經(jīng)廣泛用于工程測(cè)量領(lǐng)域，即稱(chēng)為“工程CT”。對(duì)中空物體的無(wú)損三維測(cè)量，這種方法是目前較先進(jìn)的非接觸式檢測(cè)方法，它可對(duì)被測(cè)工程的內(nèi)部形狀、壁厚、材料，尤其是內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行測(cè)量，該方法同樣能夠獲得被測(cè)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(jià)高，測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率低，獲取數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備體積大等缺點(diǎn)。

④立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)。立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個(gè)（或多個(gè)）攝像機(jī)拍攝的圖像中的視差，以及攝像機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來(lái)獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺(jué)測(cè)量方法可以對(duì)處于兩個(gè)（或多個(gè)）攝像機(jī)共同視野內(nèi)的目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，而無(wú)須伺服機(jī)等掃描裝置。立體視覺(jué)測(cè)量面臨的最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖像中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問(wèn)題。近來(lái)出現(xiàn)了將具有空間編碼的結(jié)構(gòu)光投射到被測(cè)工程表面，制造測(cè)量特征的方法有效解決了測(cè)量特征提取和匹配的問(wèn)題，但在測(cè)量精度與測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量上仍需改進(jìn)。

3實(shí)際施工中的測(cè)量技術(shù)

綜合接觸式工程測(cè)量技術(shù)和非接觸式工程測(cè)量技術(shù)的實(shí)物數(shù)據(jù)獲取方法，是目前眾多逆向工程測(cè)量技術(shù)中針對(duì)大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)量對(duì)象最具有高效性的一種工程測(cè)量方式。這種方法由接觸式工程測(cè)量技術(shù)獲取散布在被測(cè)物體上或周?chē)娜斯?biāo)記點(diǎn)群的三維坐標(biāo)，再以這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為非接觸式工程測(cè)量數(shù)據(jù)拼接的依據(jù)，從而獲取得到整體測(cè)量數(shù)據(jù)。這種綜合方法既具有以往工程測(cè)量技術(shù)的高效性，又消除了數(shù)據(jù)拼接時(shí)的累積誤差。

在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量方法的選用需根據(jù)被測(cè)物體的形狀特征和應(yīng)用目的決定。作為一種檢測(cè)儀器出現(xiàn)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在逆向工程應(yīng)用中發(fā)展成為實(shí)物外形數(shù)字化的主要設(shè)備，但存在測(cè)量速度慢，需要進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償：因測(cè)量力過(guò)大，不能測(cè)量松軟材料樣件等缺點(diǎn)。隨著硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)非接觸式測(cè)量技術(shù)得到了迅速發(fā)展。以高響應(yīng)，高分辨率著稱(chēng)。該方法具有測(cè)量速度快，測(cè)量精度高，不受環(huán)境電磁場(chǎng)干擾，工作距離大，可測(cè)量材質(zhì)松軟的樣件等優(yōu)點(diǎn)，成功地解決了接觸式測(cè)量方法所存在的問(wèn)題。在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)中，非接觸式測(cè)量將越來(lái)越占據(jù)主要地位，但三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在精度方面仍具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)一些具有特殊的數(shù)字化要求的實(shí)物（如內(nèi)部結(jié)構(gòu)），基于CT和MRI的測(cè)量依然是一種不可替代的測(cè)量手段。迄今為止，還沒(méi)有一種完全適合于快速逆向技術(shù)的快速、精確的全能測(cè)量方法。

4結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代逆向工程測(cè)量技術(shù)是將接觸式測(cè)量技術(shù)和非接觸式測(cè)量技術(shù)相融合，是實(shí)現(xiàn)被測(cè)工程整體測(cè)量和數(shù)據(jù)拼接的有效方法，其使用越來(lái)越廣泛。所以，研究逆向工程測(cè)量技術(shù)，對(duì)現(xiàn)代工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

第5篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

關(guān)鍵詞 模具設(shè)計(jì)制造；逆向工程；產(chǎn)品模具；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TG76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671—7597（2013）022-020-1

逆向工程技術(shù)是一種能夠?qū)ο冗M(jìn)技術(shù)進(jìn)行快速消化吸收，從而縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期的重要技術(shù)，該技術(shù)主要將原始的物理模型通過(guò)轉(zhuǎn)化變?yōu)楣こ谈拍罨蛘咴O(shè)計(jì)模型，這樣能夠顯著提高我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的自動(dòng)化制造程度、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期、降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。其中，模具設(shè)計(jì)制造作為逆向工程的一項(xiàng)重要應(yīng)用。通過(guò)逆向工程，對(duì)提高模具產(chǎn)品的制造水平、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。本文對(duì)模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的逆向工程技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

1 逆向工程簡(jiǎn)介

逆向工程是一個(gè)綜合性非常強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)制造技術(shù)，集中了生產(chǎn)工程學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)量學(xué)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論等多種現(xiàn)代化技術(shù)。逆向工程也叫做反向工程、反求工程或者測(cè)量造型，主要被應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙或模型遺失的情況下，它以對(duì)零件產(chǎn)品的重新測(cè)量和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)，不僅能夠完成模具的設(shè)計(jì)制造，同時(shí)還能夠提高對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)，從而進(jìn)行創(chuàng)新和再次研發(fā)。因此，逆向工程技術(shù)能夠支持客戶(hù)的各種用途，其模具加工和快速模型技術(shù)能夠高效地輸出，這從根本上提高了新型產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)需求速度的適應(yīng)力。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法首先需要對(duì)產(chǎn)品的市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，然后根據(jù)產(chǎn)品的特性進(jìn)行相關(guān)的理念設(shè)計(jì)、效果圖繪制，然后經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人士的綜合評(píng)價(jià)后，應(yīng)用CAD軟件對(duì)產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，在經(jīng)過(guò)一些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試后就可以進(jìn)行產(chǎn)品的制造。這種方式的缺點(diǎn)就是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，這也相應(yīng)加大了市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)而言，逆向工程技術(shù)首先通過(guò)實(shí)物模型進(jìn)行測(cè)量，再根據(jù)具體的數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品CAD模型進(jìn)行構(gòu)建，然后將設(shè)計(jì)應(yīng)用到產(chǎn)品的制作中去，從而可以有效提高產(chǎn)品的制造能力，這就大大縮短了研發(fā)周期，彌補(bǔ)了正向工程制造技術(shù)的不足。

目前，逆向工程技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到玩具、車(chē)船、家電、飛機(jī)和人造皮革等多個(gè)與模具相關(guān)的領(lǐng)域行業(yè)。另外，隨著我國(guó)醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逆向工程技術(shù)也在美容、人工骨骼等多個(gè)方面得到了推廣。

2 模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的逆向工程技術(shù)應(yīng)用

目前，逆向工程設(shè)計(jì)在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展。工藝設(shè)計(jì)時(shí)首先通過(guò)精密儀器對(duì)實(shí)物進(jìn)行掃描，并將數(shù)據(jù)傳遞到計(jì)算機(jī)上以生成模型，然后經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的簡(jiǎn)單修改后就可以生成進(jìn)行數(shù)控加工的NC程序，這樣與加工中心的通訊相互配合，就能夠快速制造出簡(jiǎn)易的模具來(lái)。圖1為逆向工程的工藝流程圖。其中，主要應(yīng)用了數(shù)字化掃描、產(chǎn)品建模和數(shù)控加工三項(xiàng)技術(shù)。

2.1 數(shù)字化掃描

掃描就是使用模擬式或非接觸式激光掃描側(cè)頭對(duì)模型表面進(jìn)行連續(xù)掃描，以采集模型的表面坐標(biāo)值等數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)。該流程是最關(guān)鍵的步驟之一，由于逆向工程是一個(gè)推理過(guò)程，任何誤差都會(huì)在推理過(guò)程中被放大，所以，掃描采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性關(guān)系到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，傳感器技術(shù)已經(jīng)非常成熟，這為提高采集數(shù)據(jù)的精確度創(chuàng)造了條件。數(shù)字化掃描過(guò)程一定要仔細(xì)謹(jǐn)慎，不能急于求成，具體操作過(guò)程中可以進(jìn)行多次采集，對(duì)比選擇最優(yōu)結(jié)果。

2.2 產(chǎn)品建模

產(chǎn)品建模就是根據(jù)掃描的數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，快速制作出零件CAD模型，該階段完成了零件的初步模型設(shè)計(jì)。由于CAD模型在設(shè)計(jì)時(shí)含有一些復(fù)雜型面，這時(shí)只使用一張曲面對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行模擬是不行的，該方法過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果。因此，常見(jiàn)的做法是，首先依據(jù)原形特征將測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)分成不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域擬合一個(gè)曲面，然后使用曲面過(guò)渡和求交法將不同曲面進(jìn)行連接，進(jìn)而形成一個(gè)整體。產(chǎn)品建模階段除了要求設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)豐富外，還需要一些必要的軟件，這些軟件能夠顯著減小工作量，節(jié)省工作時(shí)間。

第6篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]就業(yè)為導(dǎo)向 人才培養(yǎng)模式 逆向工程理念 校企合作

[作者簡(jiǎn)介]亓傳偉（1970- ），男，山東梁山人，濮陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)學(xué)與信息工程系，副教授，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程；任艷斐（1968- ），女，河南濮陽(yáng)人，濮陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)學(xué)與信息工程系，副教授，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、軟件工程。（河南 濮陽(yáng) 457000）

[中圖分類(lèi)號(hào)]G712 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1004-3985（2014）03-0111-02

一、“以就業(yè)為導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)模式的提出

（一）高職教育培養(yǎng)目標(biāo)的要求

高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具備一定管理能力的高技能應(yīng)用型人才，重點(diǎn)培養(yǎng)以實(shí)踐能力為基礎(chǔ)的職業(yè)能力，以服務(wù)社會(huì)為宗旨。這就說(shuō)明，高職教育是“以就業(yè)為導(dǎo)向”的教育，其核心就是就業(yè)教育?！俺隹跁?，入口才能旺”。高職畢業(yè)生就業(yè)情況的好壞，直接影響招生情況，是關(guān)乎高職院校生存與發(fā)展的核心因素。因此，高職院校一定要加強(qiáng)學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)，樹(shù)立高職教育“以就業(yè)為導(dǎo)向”的核心觀念。

（二）高職計(jì)算機(jī)軟件專(zhuān)業(yè)就業(yè)形勢(shì)的要求

研究表明，目前我國(guó)IT市場(chǎng)是非常缺乏技術(shù)精良的軟件人才的。然而另一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，高職計(jì)算機(jī)軟件專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生就業(yè)情況并不理想，能夠在軟件企業(yè)找到合適工作的并不多，整體上就業(yè)質(zhì)量不高。造成這種尷尬局面固然有軟件企業(yè)人才流動(dòng)高、軟件人才結(jié)構(gòu)失衡等客觀因素，究其主觀原因還應(yīng)是高職院校培養(yǎng)的畢業(yè)生達(dá)不到企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)，滿足不了服務(wù)企業(yè)的實(shí)際需求。校企嚴(yán)重脫節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高職教育的培養(yǎng)目標(biāo)和服務(wù)社會(huì)的宗旨。為了解決這一突出而急迫的問(wèn)題，就應(yīng)建立起“以就業(yè)為導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)模式。

二、“以就業(yè)為導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)模式的基本理念

（一）借鑒逆向工程理念

逆向工程是對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而得出該產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程，是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的再現(xiàn)過(guò)程。這種逆向工程應(yīng)用到人才培養(yǎng)模式上，就是學(xué)院根據(jù)當(dāng)前軟件企業(yè)實(shí)際的用人標(biāo)準(zhǔn)與需求，提煉出就業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)要點(diǎn)，確保學(xué)生學(xué)到企業(yè)所需的知識(shí)和技能，最終實(shí)現(xiàn)校企的無(wú)縫對(duì)接，以此制定出相關(guān)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和計(jì)劃。

（二）精準(zhǔn)定位學(xué)生就業(yè)崗位

根據(jù)軟件企業(yè)的崗位需求和學(xué)生的專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)，培養(yǎng)相應(yīng)的Java高級(jí)程序員、.NET高級(jí)程序員、網(wǎng)站設(shè)計(jì)師、數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工程師等高技能專(zhuān)門(mén)人才。學(xué)生有著明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)、就業(yè)方向，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的角色認(rèn)同感和自信心，這樣可以大大提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，確?？稍谳^短的時(shí)間內(nèi)完成從“學(xué)校人”或“社會(huì)人”向“職業(yè)人”的過(guò)渡。

（三）全面提升學(xué)生的就業(yè)能力

就業(yè)能力包括培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)兩個(gè)主要方面。職業(yè)技能主要包括：基礎(chǔ)理論，客戶(hù)端，框架原理的理解，編程的熟練度、規(guī)范度，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與管理能力等。通過(guò)大量的項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)演練，使學(xué)生完全掌握這些技術(shù)。職業(yè)素質(zhì)主要包括：能夠適應(yīng)軟件行業(yè)的工作特點(diǎn)，具有良好的思想品質(zhì)和職業(yè)道德，擁有健康的身體和心理，能夠在壓力下學(xué)習(xí)和工作，具備學(xué)習(xí)和工作方面的主動(dòng)意識(shí)，具備良好的溝通表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)及能力，具有強(qiáng)烈的責(zé)任感和事業(yè)心，等等。通過(guò)對(duì)職業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，可以全面提升學(xué)生的就業(yè)能力，達(dá)到企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量就業(yè)。

三、“以就業(yè)為導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)模式的建設(shè)措施

（一）加強(qiáng)課程體系建設(shè)

通過(guò)深入企業(yè)和市場(chǎng)調(diào)研，得知企業(yè)要求更加專(zhuān)業(yè)化、深入化的知識(shí)和技能，于是我們對(duì)課程設(shè)置進(jìn)行了改革。在第三學(xué)年分為JAVA方向和.NET方向獨(dú)立學(xué)習(xí)，使學(xué)生在某一技術(shù)方向上，不論是技術(shù)扎實(shí)程度還是實(shí)際開(kāi)發(fā)能力都有很大的提升；增加一些就業(yè)指導(dǎo)方面的課程，全面提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)；加大項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)的課時(shí)比重，使學(xué)生積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，真正達(dá)到企業(yè)所需要的開(kāi)發(fā)能力；增設(shè)畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，以團(tuán)隊(duì)合作的方式，使學(xué)生按真實(shí)的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程來(lái)完成設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試等全過(guò)程，全面提升職業(yè)能力；確保課程設(shè)置包含目前最為流行的新技術(shù)內(nèi)容，并且會(huì)根據(jù)新技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行更新，以保證絕對(duì)與企業(yè)的應(yīng)用狀況同步。

（二）深入進(jìn)行教學(xué)方法改革

1.講練結(jié)合。目前許多高職院校講述計(jì)算機(jī)課程還是采用講練分離的方式，即在多媒體教室講述理論內(nèi)容，然后在機(jī)房進(jìn)行上機(jī)練習(xí)，這往往導(dǎo)致學(xué)生上課時(shí)聽(tīng)得津津有味，課下上機(jī)時(shí)卻一頭霧水無(wú)所適從。這主要是因?yàn)橹v練分離（有時(shí)竟然會(huì)出現(xiàn)周一講課、周五上機(jī)的極端情況），打斷了學(xué)生的思路，使得學(xué)生知識(shí)記憶大幅衰減，導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣。

第7篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：逆向工程；測(cè)量；技術(shù)

一、引言

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

二、逆向工程概述

逆向工程，又稱(chēng)反求工程、反向工程，指通過(guò)各種測(cè)量手段和三維幾何建模方法，將已有實(shí)物原型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字模型的過(guò)程，是工程測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的綜合。近幾十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工程測(cè)量工作，但由于多種因素的限制，現(xiàn)實(shí)世界中的很多物體形狀并不能完全用CAD設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行描述。因而，我們提出了逆向工程的概念。這種實(shí)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(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇，成為復(fù)雜工程測(cè)量的重要手段之一。

三、逆向工程測(cè)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(cè)量設(shè)備對(duì)所測(cè)工程進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到的是采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的（x，y，z）坐標(biāo)值。數(shù)據(jù)獲取的方法大致分為兩類(lèi)：接觸式和非接觸式。

1.接觸式工程測(cè)量技術(shù)接觸式工程測(cè)量技術(shù)是在機(jī)械手臂的末端安裝探頭，通過(guò)與工程表面接觸來(lái)獲取表面信息，目前最常用的接觸式測(cè)量系統(tǒng)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）。傳統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)多采用機(jī)械探針等觸發(fā)式測(cè)量頭，可通過(guò)編程規(guī)劃掃描路徑進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量，每一次獲取被測(cè)形面上一點(diǎn)的（x，y，z）坐標(biāo)值，測(cè)量速度都很慢。CMM的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，對(duì)被測(cè)工程無(wú)特殊要求，對(duì)不具有復(fù)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(cè)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(diǎn)是不能對(duì)軟物體進(jìn)行精密測(cè)量；價(jià)格昂貴，對(duì)使用環(huán)境要求高；測(cè)量速度慢，測(cè)量數(shù)據(jù)密度低，測(cè)量過(guò)程需人工干預(yù)；還需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行探頭損傷及探頭半徑補(bǔ)償，無(wú)法測(cè)量小于測(cè)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(yīng)用。

2.非接觸式工程測(cè)量技術(shù)

2.1激光線結(jié)構(gòu)光掃描測(cè)量技術(shù)。激光線結(jié)構(gòu)光掃描測(cè)量技術(shù)是一種基于三角測(cè)量原理的主動(dòng)式結(jié)構(gòu)光編碼工程測(cè)量技術(shù)，亦稱(chēng)為光切法，通過(guò)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(yīng)的三維坐標(biāo)。每個(gè)測(cè)量周期可獲取一條掃描線，物體的全輪廓測(cè)量是通過(guò)多軸可控機(jī)械運(yùn)動(dòng)輔助實(shí)現(xiàn)的。這類(lèi)設(shè)備的掃描速度可達(dá)15000點(diǎn)/秒，測(cè)量精度在±0.01～±0.1mm之間，價(jià)格適中，對(duì)測(cè)量工程對(duì)象型面的光學(xué)特性要求不高。

2.2投影光柵測(cè)量技術(shù)。投影光柵測(cè)量技術(shù)是一類(lèi)主動(dòng)式全場(chǎng)三角測(cè)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(cè)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(cè)物面的空間坐標(biāo)，這類(lèi)測(cè)量方法具有很高的測(cè)量速度和較高的精度，是近年發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)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(cè)量可分為兩類(lèi)：直接三角法和相位測(cè)量法。直接三角法原理簡(jiǎn)單、速度快，不易受被測(cè)工程物面不連續(xù)等干擾的影響，但是其測(cè)量精度不高，不能實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)測(cè)量；而相位測(cè)量法測(cè)量精度相對(duì)較高。

2.3計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)。計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)最具代表的是基于X射線的CT掃描機(jī)，它是以測(cè)量物體對(duì)X射線的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)方法經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理而重建斷層圖像，這種方法最早是應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，目前已經(jīng)廣泛用于工程測(cè)量領(lǐng)域，即稱(chēng)為“工程CT”。對(duì)中空物體的無(wú)損三維測(cè)量，這種方法是目前較先進(jìn)的非接觸式檢測(cè)方法，它可對(duì)被測(cè)工程的內(nèi)部形狀、壁厚、材料，尤其是內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行測(cè)量，該方法同樣能夠獲得被測(cè)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(jià)高，測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率低，獲取數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備體積大等缺點(diǎn)。

2.4立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)。立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個(gè)（或多個(gè)）攝像機(jī)拍攝的圖像中的視差，以及攝像機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來(lái)獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺(jué)測(cè)量方法可以對(duì)處于兩個(gè)（或多個(gè)）攝像機(jī)共同視野內(nèi)的目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，而無(wú)須伺服機(jī)等掃描裝置。立體視覺(jué)測(cè)量面臨的最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖像中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問(wèn)題。近來(lái)出現(xiàn)了將具有空間編碼的結(jié)構(gòu)光投射到被測(cè)工程表面，制造測(cè)量特征的方法有效解決了測(cè)量特征提取和匹配的問(wèn)題，但在測(cè)量精度與測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量上仍需改進(jìn)。

四.實(shí)際施工中的測(cè)量技術(shù)

綜合接觸式工程測(cè)量技術(shù)和非接觸式工程測(cè)量技術(shù)的實(shí)物數(shù)據(jù)獲取方法，是目前眾多逆向工程測(cè)量技術(shù)中針對(duì)大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)量對(duì)象最具有高效性的一種工程測(cè)量方式。這種方法由接觸式工程測(cè)量技術(shù)獲取散布在被測(cè)物體上或周?chē)娜斯?biāo)記點(diǎn)群的三維坐標(biāo)，再以這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為非接觸式工程測(cè)量數(shù)據(jù)拼接的依據(jù)，從而獲取得到整體測(cè)量數(shù)據(jù)。這種綜合方法既具有以往工程測(cè)量技術(shù)的高效性，又消除了數(shù)據(jù)拼接時(shí)的累積誤差。

在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量方法的選用需根據(jù)被測(cè)物體的形狀特征和應(yīng)用目的決定。作為一種檢測(cè)儀器出現(xiàn)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在逆向工程應(yīng)用中發(fā)展成為實(shí)物外形數(shù)字化的主要設(shè)備，但存在測(cè)量速度慢，需要進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償；因測(cè)量力過(guò)大，不能測(cè)量松軟材料樣件等缺點(diǎn)。隨著硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)非接觸式測(cè)量技術(shù)得到了迅速發(fā)展。以高響應(yīng)，高分辨率著稱(chēng)。該方法具有測(cè)量速度快，測(cè)量精度高，不受環(huán)境電磁場(chǎng)干擾，工作距離大，可測(cè)量材質(zhì)松軟的樣件等優(yōu)點(diǎn)，成功地解決了接觸式測(cè)量方法所存在的問(wèn)題。在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)中，非接觸式測(cè)量將越來(lái)越占據(jù)主要地位，但三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在精度方面仍具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)一些具有特殊的數(shù)字化要求的實(shí)物（如內(nèi)部結(jié)構(gòu)），基于 CT和 MRI的測(cè)量依然是一種不可替代的測(cè)量手段?？梢哉f(shuō)，迄今為止，還沒(méi)有一種完全適合于快速逆向技術(shù)的快速、精確的全能測(cè)量方法.

五、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代逆向工程測(cè)量技術(shù)是將接觸式測(cè)量技術(shù)和非接觸式測(cè)量技術(shù)相融合，是實(shí)現(xiàn)被測(cè)工程整體測(cè)量和數(shù)據(jù)拼接的有效方法，其使用越來(lái)越廣泛。雖然關(guān)于攝影測(cè)量技術(shù)的研究幾乎是自照相機(jī)發(fā)明以來(lái)就開(kāi)始了，但是用于逆向測(cè)量工程的數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)仍然是一門(mén)“年輕”的技術(shù)，它繼承了“攝影測(cè)量與遙感”領(lǐng)域的許多知識(shí)和技術(shù)，同時(shí)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(biāo)志點(diǎn)。筆者認(rèn)為，研究逆向工程測(cè)量技術(shù)，對(duì)現(xiàn)代工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張義力；逆向工程數(shù)據(jù)獲取中測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究[J]；上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)；2009：12-13.

第8篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：逆向工程；數(shù)據(jù)獲取；數(shù)據(jù)處理；曲面重構(gòu)

1 引言

質(zhì)量、成本、生產(chǎn)率三要素是制造業(yè)永恒的議題，在不同的時(shí)期有不同的內(nèi)涵，各自的重要性也在悄然發(fā)生變化。經(jīng)濟(jì)全球化的今天，制造業(yè)的外部環(huán)境發(fā)生了變化，用戶(hù)需求呈個(gè)性化、多樣化。對(duì)企業(yè)而言，原來(lái)"規(guī)模效益第一"為特點(diǎn)的少品種、大批量的生產(chǎn)方式已不適合日趨激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，而必須采取多品種、小批量、按訂單組織生產(chǎn)的現(xiàn)在生產(chǎn)方式，同時(shí)要不斷地迅速開(kāi)發(fā)出新品種，變被動(dòng)適應(yīng)用戶(hù)為主動(dòng)引導(dǎo)市場(chǎng)[1]。為縮短研發(fā)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造效率，從而提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)快速響應(yīng)能力，一系列新產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如CAD/CAM/ CAE技術(shù)、逆向工程技術(shù)、快速磨具技術(shù)、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)以及并行工程等。

2 逆向工程概述及其應(yīng)用領(lǐng)域

廣義上的逆向工程包括：實(shí)物逆向、軟件逆向和影像逆向。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)逆向工程的研究主要集中在幾何形狀逆向。逆向工程（Reverse Engineering）也稱(chēng)反求工程，是針對(duì)現(xiàn)有工件（樣品或模型，尤其是復(fù)雜不規(guī)則的自由曲面），利用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確、快速地測(cè)量出工件輪廓坐標(biāo)值，通過(guò)數(shù)據(jù)處理、重構(gòu)曲線曲面、編輯、修改后，將圖檔轉(zhuǎn)至一般的CAD/CAM系統(tǒng)，再由加工機(jī)制做所需模型，或者用快速成型機(jī)將樣品模型制作出來(lái)，這一流程稱(chēng)為逆向工程[2]，如圖1所示。

逆向工程在工業(yè)制造領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面[3]：

a）新零件的設(shè)計(jì)，主要用于產(chǎn)品改型或仿型設(shè)計(jì)；

b）已有零件的復(fù)制和仿制，再現(xiàn)原產(chǎn)品設(shè)計(jì)，復(fù)雜產(chǎn)品仿制等；

c）損壞或磨損零件的還原，以便修復(fù)或重制；

d）產(chǎn)品的檢測(cè)，例如檢測(cè)分析產(chǎn)品的變形，檢測(cè)焊接質(zhì)量等，以及對(duì)加工產(chǎn)品與三維數(shù)字化模型之間的誤差進(jìn)行分析。

在制造業(yè)中，逆向工程己成為消化吸收新技術(shù)和二次開(kāi)發(fā)的重要途徑之一。同時(shí)，逆向工程也為快速原型提供了很好的技術(shù)支持，成為制造業(yè)信息傳遞重要而簡(jiǎn)潔的途徑之一。另外，逆向工程在文化藝術(shù)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有較好的應(yīng)用，包括根據(jù)木制或泥塑模型進(jìn)行藝術(shù)美學(xué)設(shè)計(jì)，數(shù)字文物和數(shù)字博物館，虛擬手術(shù)等。

3 對(duì)應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)及其研究現(xiàn)狀

逆向工程中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要有：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分割與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立、曲面重構(gòu)與CAD建模，其中數(shù)據(jù)預(yù)處理與數(shù)據(jù)分割與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立常統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)處理。

3.1 數(shù)據(jù)獲取技術(shù)

數(shù)據(jù)獲取在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC之間扮演著橋梁的角色。測(cè)得數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響到整個(gè)工程的效率和質(zhì)量。因此，如何取得較佳的物體表面數(shù)據(jù)，是逆向工程中的一個(gè)主要研究?jī)?nèi)容[4]。

高效、精確獲取產(chǎn)品的數(shù)字化信息是實(shí)現(xiàn)逆向工程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，現(xiàn)階段常用測(cè)量方法主要分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。其中接觸式測(cè)頭按工作方式可分為觸發(fā)式與掃描式；非接觸式測(cè)量按照工作原理的不同可分為：光學(xué)式、CT測(cè)量、聲學(xué)式、電磁式和層析法等[5]。

總之，在只測(cè)量尺寸、位置要素的情況下盡量采用接觸式測(cè)量；考慮測(cè)量成本且能滿足要求的情況下，盡量采用接觸式測(cè)量；對(duì)產(chǎn)品的輪廓及尺寸精度要求較高的情況下采用非接觸式掃描測(cè)量；對(duì)離散點(diǎn)的測(cè)量采用掃描式；對(duì)易變性、精度要求不高、要求獲得大量測(cè)量數(shù)據(jù)的零件進(jìn)行測(cè)量時(shí)采用非接觸式測(cè)量方法。

圖3. 幾種數(shù)字化方法的對(duì)比

3.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是數(shù)據(jù)處理、模型重建的基礎(chǔ)。高效率、高精度地采集樣件的外形數(shù)據(jù)是反求工程的重要內(nèi)容之一。不同的測(cè)量系統(tǒng)所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)格式是不一致的，而且?guī)缀跛械臏y(cè)量方式和測(cè)量系統(tǒng)都不可避免地存在誤差。因此，在利用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD重構(gòu)之前必須對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理步驟主要有：多視點(diǎn)云的拼合、數(shù)據(jù)分塊、曲面光順、點(diǎn)云過(guò)濾和數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)等[6]。

3.2.1 數(shù)據(jù)對(duì)齊與拼接

如果物體表面復(fù)雜，對(duì)物體表面數(shù)字化時(shí)，根據(jù)掃描路徑規(guī)劃，分為多個(gè)測(cè)量區(qū)域，從不同的測(cè)量方向測(cè)量。需將從不同方向獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)變換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，稱(chēng)為數(shù)據(jù)對(duì)齊；數(shù)據(jù)拼接是把對(duì)齊的多個(gè)視圖數(shù)據(jù)合并為一個(gè)整體數(shù)據(jù)集。多個(gè)視圖經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)齊和拼合，可以形成完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

多視數(shù)據(jù)的對(duì)齊主要分為兩種：通過(guò)專(zhuān)用的測(cè)量軟件裝置實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的直接對(duì)齊；時(shí)候數(shù)據(jù)處理對(duì)齊。采用時(shí)候數(shù)據(jù)處理對(duì)齊又可以分為：對(duì)數(shù)據(jù)的直接對(duì)齊和基于圖形的對(duì)齊。對(duì)數(shù)據(jù)的直接對(duì)齊研究中出現(xiàn)了多種算法，如ICP算法、四元數(shù)法、SVD法、基于三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的對(duì)齊方法等。

3.2.2去除噪聲點(diǎn)和曲面光順

無(wú)論是接觸法還是非接觸法的數(shù)據(jù)獲取，都不可避免地在真實(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)中混有不合理的噪聲點(diǎn)，過(guò)濾掉噪聲點(diǎn)是逆向工程中數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。最簡(jiǎn)單的噪聲去除方法是人機(jī)交互，在數(shù)據(jù)序列中將這些點(diǎn)刪除[7]。但是對(duì)大范圍"數(shù)據(jù)云"的噪聲過(guò)濾常用程序判斷濾波、N 點(diǎn)平均濾波以及預(yù)測(cè)誤差遞推辯識(shí)與卡而曼濾波相結(jié)合的自適應(yīng)濾波法等。上述的每種方法都面臨著既要消減噪聲點(diǎn)又要保持真實(shí)點(diǎn)不受損過(guò)多的矛盾，所以每種濾波法都應(yīng)使閾值選取具有針對(duì)性，以防將工件上的臺(tái)階點(diǎn)（線）作為壞點(diǎn)去除。

曲面光順的方法很多，有最小二乘法、標(biāo)準(zhǔn)高斯、平均或中值濾波、能量法、回彈法、基樣條法、圓率法、磨光法等。最小二乘法要求曲線對(duì)型值點(diǎn)的偏離足夠小的同時(shí)，樣條中的彎曲足夠小。高斯濾波器在制定域內(nèi)的權(quán)重為高斯分布，其平均效果較小，故在濾波的同時(shí)能較好地保持原數(shù)據(jù)的形貌。平均濾波器采樣點(diǎn)的值取濾波窗口內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)值，這種濾波器的消除數(shù)據(jù)毛刺的效果很好。實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)點(diǎn)云質(zhì)量和后續(xù)建模要求靈活采用算法。

3.2.3 數(shù)據(jù)分塊

對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，可將復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題簡(jiǎn)化，使后期的曲面局部修正變得方便靈活，有利于提高精度。分塊數(shù)據(jù)曲面重構(gòu)的選擇性較好，很多參數(shù)曲面在曲率大范圍擾動(dòng)時(shí)的擬合狀況并不理想。因此，文獻(xiàn)[9]中采用曲率法來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)分塊區(qū)的邊界線。對(duì)散亂點(diǎn)數(shù)據(jù)分塊主要分為基于邊和基于面兩種方法。基于邊的方法是根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)周?chē)狞c(diǎn)集的幾何和數(shù)值微分特性完成邊點(diǎn)的線形信息，當(dāng)曲面片間為光滑過(guò)渡時(shí)，需尋求高階微分，帶來(lái)和存在的問(wèn)題是有效點(diǎn)的占有率及檢測(cè)的不穩(wěn)定性。

3.2.4 數(shù)據(jù)點(diǎn)的壓縮

掃描法采集的數(shù)據(jù)往往十分密集，數(shù)據(jù)量一般都在數(shù)兆字節(jié)，甚至高達(dá)數(shù)十兆字節(jié)，即使處理了噪聲點(diǎn)，數(shù)據(jù)量仍然很大，一般不會(huì)直接使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線或曲面的重構(gòu)，因?yàn)槟菢幼觯瑫?huì)使計(jì)算效率大大降低，消耗更多內(nèi)存，而且重構(gòu)出的曲線、曲面的精度并不一定高，甚至誤差會(huì)很大。因此，有必要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理。

衡量一個(gè)點(diǎn)云精簡(jiǎn)算法的成功度常從精度、簡(jiǎn)度、速度三個(gè)方面來(lái)度量。實(shí)際應(yīng)用中，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)三個(gè)目標(biāo)要求是很困難的，很多算法往往只能達(dá)到某一個(gè)或者兩個(gè)要求，這就要根據(jù)實(shí)際的需要去滿足要求。

3.3 曲面重構(gòu)技術(shù)

曲面重建要為已存在的曲面建立模型。它有兩方面的含義，第一意味著已有的曲面是曲面重建的依據(jù)，可以根據(jù)需要在該曲面上采集各種數(shù)據(jù)；第二意味著已有的曲面是衡量重建所得的曲面模型質(zhì)量?jī)?yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，要求重建的模型能忠實(shí)地恢復(fù)已有曲面的原狀。這兩點(diǎn)是曲面重建與自由曲面表示的區(qū)別[8]。

典型的曲面描述歷經(jīng)了20世紀(jì)60年代的Coon技術(shù)和Bezier技術(shù)，20世紀(jì)70年代的B樣條技術(shù)，20世紀(jì)80年代的有理B樣條技術(shù)。目前，統(tǒng)一了Bezier技術(shù)、B樣條技術(shù)和有理B樣條技術(shù)的NURBS方法已成為自由曲線曲面的唯一定義[9]。

NURBS方法的主要特點(diǎn)是可用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)形式表示解析形狀和自由形狀，因而便于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、存儲(chǔ)，簡(jiǎn)化了程序量；NURBS定義中的權(quán)因子使外形設(shè)計(jì)更加靈活，設(shè)計(jì)人員通過(guò)調(diào)整具有幾何意義的點(diǎn)、線、面元素即可達(dá)到預(yù)期的效果。鑒于NURBS的強(qiáng)大功能，1991年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（Intemational standar-

-dization Organization，ISO）頒布了關(guān)于工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的STEP（standard for The Exchange of Product model data）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，把NURBS作為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)方法。誠(chéng)如The NURBS Book一書(shū)的序言中指出，NURBS在CAD/CAM/CAE領(lǐng)域扮演的角色類(lèi)似于英語(yǔ)在科學(xué)和商貿(mào)中的角色[10]。

近二十年，隨著三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步和圖形工業(yè)對(duì)任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光滑曲面造型的迫切需求，適用于任意拓?fù)渚W(wǎng)格的細(xì)分曲面 （Subdivision Surface）已成為計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。離散細(xì)分曲面的研究主要分布在三個(gè)方向：各種細(xì)分規(guī)則的構(gòu)造；基于細(xì)分的實(shí)用有效的算法研究和細(xì)分曲面連續(xù)性的數(shù)學(xué)分析。這種曲面造型方法在生動(dòng)逼真的特征動(dòng)畫(huà)和雕塑曲面的設(shè)計(jì)加工中如魚(yú)得水，得到了高度的運(yùn)用。典型的例子是DeRose等將細(xì)分技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)畫(huà)作品"Geri's Game"，該片亦因其栩栩如生的人物造型而榮獲 1998年奧斯卡最佳動(dòng)畫(huà)短片獎(jiǎng)，如圖5所示。

4.展望

逆向工程技術(shù)歷經(jīng)幾十年的研究與發(fā)展，是一項(xiàng)開(kāi)拓性、實(shí)用性和綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，已經(jīng)成為新產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心技術(shù)，它與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、設(shè)計(jì)方法學(xué)等有機(jī)組合構(gòu)成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的整體。但同時(shí)逆向工程設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)集成化程度比較低，人工干預(yù)的比重大，將來(lái)有望形成集成化逆向工程系統(tǒng)，以軟件的智能化來(lái)代替人工干預(yù)的不足。

參考文獻(xiàn)：

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第9篇：計(jì)算機(jī)逆向技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：模具制造設(shè)計(jì) CAD/CAE技術(shù)

一、模具制造技術(shù)的性質(zhì)和特點(diǎn)

模具的制造和使用方式形式多樣,技術(shù)含量高,生產(chǎn)工藝獨(dú)特,所牽系的生產(chǎn)要素多,應(yīng)用范圍廣等幾方面。除此之外,模具制造技術(shù)對(duì)生產(chǎn)者的業(yè)務(wù)能力和職業(yè)素質(zhì)都有很高的要求。模具制造技術(shù)具有以下兩個(gè)方面的原因特點(diǎn):一,模具是單件生產(chǎn)的產(chǎn)品,即模具是根據(jù)成品之間的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行和制造的專(zhuān)用成型工具;二,模具制造的關(guān)鍵主要是制造凸模、凹模及相關(guān)成型零件的專(zhuān)門(mén)工藝,以及模具制造工藝過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)與高度節(jié)約問(wèn)題。

二、模具設(shè)計(jì),加工的幾種技術(shù)

1.高速加工技術(shù)

高速加工概念起源于德國(guó)切削物理學(xué)家Carl Salomon,他認(rèn)為在常規(guī)切削范圍內(nèi)切削溫度隨著切削速度的增大而升高,當(dāng)切削速度達(dá)到臨界切削速度后,切削速度再增大,切削溫度反而下降,從而大大地減少加工時(shí)間,成倍地提高機(jī)床的生產(chǎn)率。高速加工的特點(diǎn)及在模具工業(yè)中的應(yīng)用:

加工效率高由于切削速度高,進(jìn)給速度一般也提高5-l0倍,這樣,單位時(shí)間材料切除率可提高3-6倍,因此加工效率大大提高;切削力小高速加工由于切削速度高,切屑流出的速度快,減少了切屑與刀具前面的摩擦,從而使切削力大大降低;熱變形小高速加工過(guò)程中,由于極高的進(jìn)給速度,95%的切削熱被切屑帶走,工件基本保持冷態(tài),這樣零件不會(huì)由于溫升而導(dǎo)致變形;加工精度高高速加工機(jī)床激振頻率很高,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“機(jī)床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍,這使得零件幾乎處于“無(wú)振動(dòng)”狀態(tài)加工,同時(shí)在高速加工速度下,積屑瘤、表面殘余應(yīng)力和加工硬化均受到抑制,因此用高速加工的表面幾乎可與磨削相比。

2.逆向工程技術(shù)

按照傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程,開(kāi)發(fā)過(guò)程是市場(chǎng)調(diào)研一概念設(shè)計(jì)一總體設(shè)計(jì)一詳細(xì)設(shè)計(jì)一制定工藝流程一設(shè)計(jì)工裝夾具一加工、檢驗(yàn)、裝配及性能測(cè)試一完成產(chǎn)品。即從“設(shè)計(jì)思路一產(chǎn)品”的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程,這被稱(chēng)為正向工程或順向工程。模具工業(yè)中的逆向T程應(yīng)用大致可分為以下幾種情況:

在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖樣以及設(shè)計(jì)圖樣不完整或沒(méi)有CAD模型的情況下,在對(duì)零件原型進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖樣或CAD模型;某些難以直接用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維幾何設(shè)計(jì)的物體,目前常用黏土、本材或泡沫塑料進(jìn)行初始外形設(shè)計(jì),再通過(guò)逆向工程將實(shí)物模型轉(zhuǎn)化為三維CAD模型;人們經(jīng)常需要對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行局部修改。原始設(shè)計(jì)沒(méi)有三維cAD摸的情況r,應(yīng)用逆向工程技術(shù)建立C A D模型,再對(duì)CAD模型進(jìn)行修改,這將大火縮短產(chǎn)品改型周期,提高生產(chǎn)效率。

三、 CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

模具設(shè)計(jì)是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸與尺寸精度、表面質(zhì)量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的,所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括產(chǎn)品零件成型工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與力學(xué)計(jì)算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計(jì)等,因此,模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)、模具總體方案設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。CAD/CAE,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程,它包括概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程管理等。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu),再通過(guò)CAE技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、可行性評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用模具CAD/CAE集成技術(shù)后,制件一般不需要再進(jìn)行原型試驗(yàn),采用幾何造型技術(shù),制件的形狀能精確、逼真地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,有限元分析程序可以對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)。借助于計(jì)算機(jī),自動(dòng)繪圖代替了人工繪圖,自動(dòng)檢索代替了手冊(cè)查閱,快速分析代替了手工計(jì)算,使模具設(shè)計(jì)師能從繁瑣的繪圖和計(jì)算中解放出來(lái),集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。在模具投產(chǎn)之前,CAE軟件可以預(yù)測(cè)模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性。

目前,世界上大型的CAD/CAE軟件系統(tǒng),如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等,都提供了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊,我們稱(chēng)之為工業(yè)設(shè)計(jì)模塊或概念設(shè)計(jì)模塊。例如,Pro/ENGINEER就包含一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊——ProDesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計(jì),以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)設(shè)計(jì)。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器。這些系統(tǒng)模塊的應(yīng)用大大減少了設(shè)計(jì)師的工作量,節(jié)約了工作時(shí)間,提高了工作效率,使設(shè)計(jì)師把更多的精力用在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及創(chuàng)新上。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展,模具制造業(yè)全球化是發(fā)展的必然趨勢(shì),其競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇,使當(dāng)前模具制造業(yè)面臨極大的挑戰(zhàn),這一挑戰(zhàn)主要來(lái)源于市場(chǎng)和技術(shù)兩大方面。每個(gè)技術(shù)單元同時(shí)面向市場(chǎng)和合作伙伴,必須靈活地進(jìn)行重組和集成,達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。高速切削、逆向工程、快速成形技術(shù)與CAD/CAE/CAM/RP虛擬環(huán)境的集成可使設(shè)計(jì)概念轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的時(shí)間縮短幾倍乃至幾十倍,構(gòu)成一個(gè)快速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及其模具制造的綜合系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、加工到管理的靈活經(jīng)濟(jì)的組織方式,應(yīng)用CAD/CAE技術(shù),推動(dòng)模具制造技術(shù)快速發(fā)展。

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