计算机逆向技术精选(九篇)

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第1篇：计算机逆向技术范文

摘 要:针对云计算环境下虚拟机部署问题，提出充分考虑了系统负载均衡的PMLB虚拟机部署算法。首先，采用性能向量，规范化地描述虚拟基础设施性能状况；然后，通过计算待部署虚拟机和服务器性能向量的相对距离，得到待部署虚拟机的匹配向量；最后，将匹配向量与系统负载向量综合分析，得到虚拟机部署结果。在CloudSim环境下进行了实验仿真，实验结果证明，使用所提算法可获得较好的系统负载均衡效果和较高的资源利用率。

关键词:云计算；虚拟机；性能向量；性能匹配；负载均衡

中图分类号:TP302 文献标志码: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

云计算作为一种超大规模的分布式计算系统，对于资源的统一管理是其必须面临的一个重大问题。而虚拟化是将底层物理设备与上层操作系统、软件分离的一种去耦合技术，为云计算模型中的资源管理提供了一种有效的解决方案［1］。将上层服务封装到虚拟机中，通过虚拟机的部署与调度实现对资源的管理，提高了管理的灵活性和可扩展性。因而对于云计算基础设施层虚拟资源的管理技术研究是保障上层服务可靠性和可用性的基础［2］。

目前，各云计算提供商都推出了自己的资源自动部署解决方案，针对其自身系统特点，其管理方法也是各有千秋。亚马逊(Amazon)的基础设施服务EC2（Amazon Elastic Compute Cloud）［3］由Amazon Machine Image（AMI）、EC2虚拟机实例和AMI运行环境组成，用户通过自己制定AMI并将其部署在AMI运行环境上，使其成为一个EC2实例，为用户提供基础设施服务；IBM［4］为云计算虚拟基础设施管理提供了以Tivoli Provisioning Manager（TPM）为代表的丰富的管理产品，其虚拟化部署系统由4个核心模块构成：镜像模板库、资源管理模块、部署引擎和部署调度器，实现了云计算中混合解决方案的自动部署。

在云计算基础设施资源自动部署中，对虚拟资源进行的初次部署是虚拟机基础资源管理的一个重要阶段，主要是指将未运行的虚拟机部署到一台物理机上并使其运行的过程。而初次部署需要解决的一个关键问题就是合理地选择目标物理服务器。

在目前虚拟机部署研究中，对于目标物理服务器选择算法研究相对较少，成熟的云计算IaaS(Infrastructure as a Service)运行商采用的选择算法都是不公开的，在开源的IaaS解决方案中如EUCALYPTUS［5］、OpenNebula［6］虚拟机部署的服务器选择算法都是预留给用户编写，只给出简单的择优选择服务器的算法，将提交来的虚拟机部署在性能最优的服务器上，没有在初次部署阶段充分考虑系统负载均衡因素。

因此本文在分析虚拟机部署技术基础上提出了一种在充分考虑用户体验前提下，能够达到很好的系统负载均衡状态和较高资源利用率的PMLB虚拟机部署算法，能够很好地适应云计算环境下的多用户动态需求。

1 云计算虚拟机部署技术

云计算IaaS层中主要采用的虚拟化技术是系统虚拟化技术，系统虚拟化的核心思想是使用虚拟化软件在一台物理机上虚拟出一台或多台虚拟机［7］，其结构如图1所示。

传统的虚拟机部署主要分为4步：创建虚拟机，安装操作系统及软件，配置虚拟机，启动虚拟机。虽然这种方法可以轻松改变单个虚拟机属性，但部署时间较长，无法满足云计算弹性需求。因而更为快捷的部署方案――虚拟器件技术［8］,广泛被云计算所采用。虚拟器件是一个包括了预安装、预配置的操作系统、中间件和应用程序的最小化的虚拟机。在虚拟器件文件中包涵一个OVF描述文件对本虚拟器件进行描述，包括硬件参数信息、软件配置参数信息等，运行商通过描述文件可以进行快速部署，简化了用户对虚拟机配置的繁琐过程。

在云计算环境下，虚拟器件模板被存放在模板管理服务器中，进行相应模板部署时，只需要将选定的虚拟器件文件拷贝到目标服务器上，然后启动相应的虚拟机应用。本文在总结现有虚拟器件部署流程［2］基础上，加入对虚拟化服务器池整体性能的调用，将系统整体负载均衡情况考虑到虚拟机初次部署中对于目标物理发现决策里去，其工作流程如图2所示。

其部署过程如下。

1)性能监控。

性能监控服务器实时监控虚拟化服务器池内所有服务器性能状态，并做规范化处理。

2)虚拟器件封装与。

云计算中虚拟机及其上操作系统等都封装在虚拟器件文件中，作为一个模板存储在镜像仓库里，由模板管理服务器管理，并将相关信息给用户。

3)用户业务申请。

用户从模板管理服务器获取模板信息，根据相应信息选取模板，并配置填写应用需求、个性配置等信息，将相关信息提交给资源管理服务器。

4)目标服务器选择。

资源管理服务器从性能监控服务器中调取服务器池中服务器状态，按照用户提交的虚拟机部署信息进行匹配运算，选择部署目标服务器，并把选择结果告知模板管理服务器。

5)虚拟器件文件拷贝部署。

模板管理服务器将用户选择的虚拟器件拷贝部署到资源管理服务器选择的目标服务器上，为了提高拷贝速度，目前用于虚拟器件镜像文件拷贝比较成熟的技术有镜像流技术和快照技术。

6)在目标服务器上启动虚拟机。

在物理服务器上通过部署工具远程连接，执行一组命令来启动虚拟器件中的虚拟机完成虚拟机部署整个流程。

2 基于性能向量的PMLB虚拟机部署算法

在研究部署算法时应充分考虑云计算多用户多服务环境，根据虚拟机所承载业务对于不同资源依赖程度不同（如：用于科学计算的CPU消耗型，用于网络服务器的网络带宽消耗性），将虚拟机主要依赖的性能称为用户偏好性能，在进行资源分配时，给予充分的资源预留空间，以便使用户获得更好的用户体验。

同时，为节省资源开销，应尽量少开启物理服务器，这就需要在部署虚拟机时，在满足用户需求前提下，相匹配地放置虚拟机，不刻意寻找性能最优的服务器。这样同时也避免了热点现象的出现，使系统达到负载均衡。

2.1 资源性能向量描述

为了更好地描述虚拟机及物理服务器性能，本文使用性能向量概念，性能向量是指由虚拟机或物理服务器多个性能特征规范化（无量纲化和归一化）［9］处理后组成的特征向量。

进行虚拟机部署首先要对虚拟机性能进行有效监控，虚拟机硬件资源一般主要包括CPU性能、内存利用率、网络连接和配置状态、宿主机上虚拟机的基本运行状态等［10］。为了对性能特征规范化，本文参考微软Virtual Machine Manager 2008技术报告中对于物理服务器性能评价标准，以CPU、内存、带宽、硬盘这4个基本性能为例，每10min提取其使用状况的平均值，按如下的资源特征计算方法处理：

CPU特征=1-CPU已用量/(CPU总量-CPU预留量)

内存特征=1-内存已用量/(总内存-内存预留量)

带宽特征=1-带宽已用量/(总带宽-带宽预留量)

硬盘特征=1-硬盘已用量/(总硬盘空间-硬盘预留量)

各性能的预留量由云计算运营商配置，是维持服务器中虚拟机监视器、Dom0操作系统等正常运行所需的最低资源量。例如：某服务器总内存为2048MB，内存已被使用了512MB，系统规定应预留512MB的内存，于是其内存特征为1-512/（2048-512）=0.667。

服务器池内的所有服务器通过性能监控结果的规范化处理，便可建立其性能向量(q1,q2,…,ql)，其中：qi表示服务器第i个性能特征，l表示用来描述虚拟机硬件整体性能的指标数。将服务器池中所有服务器的UUID组成向量U=(u1,u2,…,un)T，其中n表示物理服务器数目。整个服务器池的UUID与相对应的性能向量可以建立成为一个类似Key/Value模式的性能矩阵，如式(1)所示：

Q=［U V］

=u1q11q12…q1l

unqn1qn2…qnl(1)矩阵这样书写符合您的表达吗？另外，U与V之间的“|”竖线是什么意思？请说明一下。其中矩阵外面的角括号可以用稍大一点的中括号吗？请明确。回复：文中的矩阵书写符合我的表达，“|”是为了强调本矩阵是由两部分组成。用中括号是可以的。

其中：矩阵中每一个行代表一个物理服务器的性能向量，qij表示服务器ui第j个性能特征。

同时根据用户提交给资源调度管理器的虚拟机性能需求，对应每个服务器进行规范化，得到此虚拟机对每个服务器的性能期望值。本文同样取CPU、内存、带宽和硬盘这4个基本性能为例，其资源期望计算方法如下所示：

CPU期望=CPU期望量/(CPU总量-CPU预留量)

内存期望=内存期望量/(总内存-内存预留量)

带宽期望=带宽期望量/(总带宽-带宽预留量)

硬盘期望=硬盘期望量/(总硬盘空间-硬盘预留量)

待部署虚拟机对于每个物理服务器的期望可以构成期望矩阵：

E=［U E1］

=u1e11e12…e1l

unen1en2…enl

其中eij表示虚拟机对于服务器ui第j个性能指标的性能期望。

同时根据用户应用需求，还将建立性能权值向量W=(w1,w2,…,wl)，其中wi是第i个性能指标的性能期望ei所对应的权值，∑li=1wi=1(0

2.2 PMLB算法描述

PMLB服务器发现算法，首先计算出单个虚拟机与物理服务器性能的最佳匹配，同时计算系统负载均衡情况，并将上述两个计算结果进行综合分析，得出最终服务器选择结果。其算法主体可以分为以下3部分。

1）匹配向量计算。

每个物理服务器的性能特征与待部署的虚拟机相关性能期望的差值，称为该服务器对于待部署虚拟机某一性能的匹配量Δqij=qij－eij。资源管理服务器通过用户提交的虚拟机应用请求得到的期望矩阵，以及从性能监控服务器调取的性能矩阵，可以求得服务器池匹配量矩阵：

ΔQ=［U Q－E1］=［U ΔQ1］=

u1Δq11Δq12…Δq1l

unΔqn1Δqn2…Δqnl

在求得矩阵后，首先对其进行筛选，每一行如果出现负值，说明此项性能无法满足虚拟机需求，便视为不可满足节点，从矩阵中删除。最后将剩下的m个服务器组成可用服务器匹配量矩阵:

ΔQ′=［U′ ΔQ′1］=

u1Δq11Δq11…Δq11

ujΔqm1Δqm2…Δqm1

若得到的矩阵为，便会向管理端发出开启新服务器请求。

为了更好地满足用户应用需求，再对匹配矩阵与用户设定的权值向量相乘，从而构成匹配判断向量：

S=ΔQ′1•(w1,w2,…,wl)T=(s1,s2,…,sm)T

其中si=∑lj=1Δqij•wj为服务器性能特征与虚拟机对于该服务器的期望之间的相对距离，用于判断此物理服务器与待部署虚拟机需求性能的匹配程度，每个si下标对应一个服务器UUID。si值越小说明越适合在此服务器上部署该虚拟机。

在权值向量中，用户偏好的性能特征赋予较小权值，这是为了在进行距离运算时减少对其约束，从而可以使服务器为偏好特征预留更大性能空间。

2）负载向量计算。

在满足单个虚拟机部署匹配需求的同时，本文还进一步研究解决整个系统负载均衡问题，提出负载向量计算方法。

将服务器池中所有物理服务器某一性能特征的平均值称为负载基点值qi。将某一服务器性能与对应基点值的差值称Δpij=qij－qj为负载偏差，负载偏差的计算主要由性能监控服务器完成。整个服务器池中服务器的各个性能负载偏差组成负载偏差矩阵：

ΔP=［U ΔP1］=

u1Δp11Δp12…Δp1l

unΔpn1Δpn2…Δpnl

矩阵中的负值项说明其负载已经超过此性能系统平均负载，不宜再进行部署；而正值说明服务器此性能还有部署空间。

考虑不同性能的负载情况对于服务器影响不同，云服务提供商可以根据实际情况制定相应权值向量Y=(y1,y2,…,yl)，其中∑li=1yi=1(0

R=ΔP•(y1,y2,…,yl)T=(r1,r2,…,rn)T

每个ri下标对应一个服务器UUID。

3）匹配向量与负载向量综合分析。

最后，从虚拟机与服务器匹配情况和服务器池整体的负载均衡情况两方面综合考虑，以确定部署方案。这就需要参照以上得出匹配判断向量S=(s1,s2,…,sm)T和负载判断向量R=(r1,r2,…,rn)T，进行综合处理。

首先提取出可用服务器的ri值，组成可用服务器负载判断向量R′=(r1,r2,…,rm)T。并引入γ、η两个调和参数，其作用是平衡性能匹配与负载均衡对部署影响的比重，可由云计算提供商根据系统情况灵活配置。

如前文所述，si为非负数，其值越小匹配度越高，越适合在此服务器上部署该虚拟机。而ri为负值时说明其负载过大，不宜再部署虚拟机，但若所有服务器ri均为负值时，绝对值越小的越适合部署虚拟机；ri为正值时，其值越大说明剩余性能空间越大，越适宜部署虚拟机。于是，综合分析公式如式(2)所示：

Ebest=MAXmi=1(ηriγsi)(2)

其中Ebest所对应的服务器便是虚拟机部署的目标物理服务器。

3 分析与实验

本文采用澳大利亚墨尔本大学的网格实验室和Gridbus项目提出的云仿真平台CloudSim［11］对本算法进行仿真实验。

1)实验环境。

实验机操作系统为Windows XP SP3;JDK版本为jdk 1.6.0_10；CloudSim版本为CloudSim2.1.1；编译工具Ant版本为Ant 1.8.1。

2)CloudSim扩展编译。

图3为CloudSim所包涵基本类的总体设计图。

为了实现本文算法，本文在基本类基础上编写相应的继承类，对CloudSim进行扩展，主要工作如下。

①对Host类扩展，在其中加入服务器（Host）可用性能的规范化处理。

②编写DatacenterCharacteristics继承类Datacenterbalance，计算服务器集群的负载向量，得出负载矩阵。

③选择目标服务器创建虚拟机的过程主要由Datacenter对象负责。VmAllocationPolicy这个抽象类代表虚拟机在选定物理服务器上的部署过程，其中的allocateHostForVm(Vm vm)作用是为指定虚拟机分配目标物理机。编写VmAllocationPolicy继承类VmAllocationPMLBPolicy，在方法allocateHostForVm(Vm vm)中计算待部署虚拟机（Vm）的匹配向量，并进行匹配向量与负载向量的综合分析，选取目标服务器（Host）。

3)实验仿真。

在完成CloudSim扩展编译后，编写仿真程序进行实验仿真。

本实验通过两个参数比较算法性能。

①运行有虚拟机的服务器（视为已开启的服务器）数量Nact。其值越小，说明开启服务器数量越少，越节省能源。

②负载均衡系数，通过求负载判断向量方差来判断负载均衡情况。如式(3)所示:

DLB=∑ni=1(ri－r)2(3)

其中r为负载判断向量内所有元素平均值，其值越小越稳定，说明系统负载状况越良好。

编写仿真程序，分别模拟一个具有40台服务器（Host）的数据中心（Datacenter），使用本文算法，添加10,15,20,30,40,50个虚拟机（Vm）的场景，并输出Nact值和DLB值。

为了对本算法效果有所比较，本文使用CloudSim 2.1.1里VmAllocationPolicy继承类VmAllocationPolicySimple中所给出的部署算法做同样场景的模拟，输出相应的Nact值和DLB值。

4）仿真结果。

实验结果如图4~5所示。

通过实验结果可以看出：PMLB算法可以大大减少系统服务器开启数量，从而减少系统资源成本；同时能够使系统负载稳定保持在较低范围，达到良好的负载均衡效果。因而可以得出结论，本文算法可以很好地满足云计算环境下虚拟机部署对于资源使用率和系统负载的需求。

4 结语

本文提出了一种虚拟机初次部署的方案和算法。首先将物理服务器和虚拟机抽象为性能向量，之后基于性能向量，分别计算出性能匹配判断向量和负载均衡判断向量，通过将上述两向量进行综合运算得到最终部署结果。并通过实验与分析证明，本算法能够良好解决云计算环境下的虚拟机部署中的系统负载均衡和节省资源问题。

本文算法的特点有：1)加入用户应用需求权值向量，充分考虑了用户对于不同应用的不同需求；2)依据系统工程整体最优思想，不对单个虚拟机选择性能最好的服务器，而从系统角度考虑虚拟机部署的负载均衡和资源最大利用问题。

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收稿日期:2011-08-05 修回日期:2011-09-14

第2篇：计算机逆向技术范文

[关键词] 慢性心力衰竭；左卡尼汀；过氧化物酶体增殖剂激活受体-α；能量代谢

[中图分类号] R541.6 [文献标识码] A [文章编号] 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

心力衰竭目前是各种心血管疾病的终末期表现和最主要的死因，慢性心力衰竭发生时，会出现心肌脂肪酸的利用障碍，导致心肌细胞能量生成减少，进而恶化心功能。改善心肌能量代谢能够显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）是改善能量代谢的药物，它通过运载游离脂肪酸进入线粒体，辅助细胞的能量代谢[1-2]，同时可以减少线粒体的氧化应激反应及氧化磷酸化，加快线粒体的利用率[3-4]。本研究通过建立大鼠慢性心力衰竭模型，观察不同浓度LC对心肌组织三磷酸腺苷（ATP）及过氧化物酶体增殖剂激活受体-α（PPAR-α）水平的影响，探讨其改变心力衰竭心脏结构、提高能量代谢、改善心功能的作用机制。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验动物 雄性成年SD大鼠60只，4周龄，体重280～300 g，购自济南朋悦实验动物繁育有限公司，合格证号：SCXK（鲁）20140007。适应性喂养1周，随机分为4组：正常对照组、心力衰竭模型组、LC高浓度组、LC低浓度组，每组15只。

1.1.2 主要药品与试剂 LC粉针（晋城海斯制药有限公司，批号：H20141372）；异丙肾上腺素注射液（上海禾丰制药有限公司，批号：100166-201004）；大鼠BNP ELISA试剂盒（上海西唐生物科技有限公司）；大鼠ATP测定试剂盒（北京百奥莱博科技有限公司）；兔抗鼠PPAR-α抗体（武汉博士德生物工程有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 实验动物模型建立 采用腹腔注射异丙肾上腺素法[3 mg/（kg・d），5 d]建造慢性心力衰竭模型，LC低、高浓度组在首次注射异丙肾上腺素的同时分别给予LC腹腔注射[80、160 mg/（kg・d）]。正常对照组和心力衰竭模型组给予同等体积的生理盐水腹腔注射，连续6周。造模成功标准：造模6周后，①随机选取两只大鼠取心肌组织，苏木精-伊红（HE）染色，光镜下观察心肌组织变性坏死，符合慢性心力衰竭的心肌病理学改变；②心脏彩超检测左室射血分数（LVEF）、左室收缩末期内径（LVESD）及左室舒张末期内径（LVEDD），与对照组比较，差异有统计学意义（P < 0.05），提示造模成功。

1.2.2 心脏彩色多普勒检测 各组动物末次给药后禁食禁水24 h，10%水合氯醛（4 mL/kg）腹腔注射麻醉，固定，胸部淦ぃ二维切面心超引导下，分别测量LVEF、LVESD及LVEDD，每组原始数据取连续3个心动周期的平均值。

1.2.3 标本留取 心脏彩色多普勒检测结束后，打开胸腔，于心尖波动最明显处穿刺采血2 mL，静置2 h，待血液凝固后，3000 r/min离心20 min，取上层血清分别保存于-20℃低温冰箱保存，采用酶联免疫吸附测定法（ELISA）测定血清脑钠肽（BNP）水平。取出心脏，生理盐水反复冲洗，取左室前壁组织浸泡于4%多聚甲醛溶液中，留待做HE染色，余组织存放于-80℃冰箱中冻存，用化学比色法检测心肌组织ATP及免疫印迹法（Western blot）检测PPAR-α蛋白。

1.2.4 病理学观察 取待测左室前壁组织，4%多聚甲醛溶液中固定12 h，脱水，经石蜡包埋，连续切片，HE染色，光镜下进行病理学观察。

1.2.5 ELISA 检测大鼠血清BNP，-20℃取出保存好的血清，按照ELISA试剂盒说明进行操作。

1.2.6 化学比色法 检测大鼠心肌组织ATP水平，取部分剩余心肌组织称重后，加生理盐水，煮沸10 min后冷却，再以4000 r/min离心10 min，取上清液，用分光光度计测定。

1.2.7 Western blot 检测PPAR-α蛋白的表达，4组细胞处理后，孵育48 h，-80℃冰箱取出各组大鼠心肌组织，常规方法提取蛋白质，测定蛋白浓度，经电泳、转膜、封闭后，用PPAR-α多克隆抗体（1∶400）4℃孵育过夜，洗膜后加入二抗辣根过氧化酶（HRP）-IgG（1∶1000），室温孵育2 h，洗膜后ECL化学发光法显色，X线片显影，IPP7.0分析条带吸光度。

1.3 统计学方法

采用SPSS 19.0软件进行统计学处理，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

实验过程中，心力衰竭模型组大鼠死亡5只，正常对照组大鼠死亡1只，LC低浓度组大鼠治疗期间死亡4只，LC高浓度组死亡2只。与正常对照组相比，心力衰竭模型组和LC低、高浓度组大鼠均出现体重减轻、呼吸浅快、精神欠佳、进食及活动减少等症状。

2.2 心脏彩色多普勒结果

与正常对照组比较，心力衰竭模型组、LC低浓度组、LC高浓度组LVESD和LVEDD均明显增大（P < 0.05），LVEF明显降低（P < 0.05）。与心力衰竭模型组比较，LC低、高浓度组LVESD和LVEDD均显著减小（P < 0.05），LVEF显著升高（P < 0.05），且LC高浓度组较LC低浓度组差异更明显（P < 0.05）。见表1。

2.3 心肌组织病理学改变

光学显微镜下观察，正常对照组心肌细胞纹理清晰，形态正常；心力衰竭模型组可见心肌细胞纹理不清，排列紊乱，心肌纤维断裂，间质纤维化；LC低浓度组以条索状小灶性坏死与健存心肌交错为主，无片状坏死；LC高浓度组可见轻微纤维化和变性等改变。见图1。

2.4 血清BNPc心肌组织ATP水平

与正常对照组比较，心力衰竭模型组及LC低、高浓度组的血清BNP水平明显增高，ATP水平明显降低，差异有高度统计学意义（P < 0.01）。与心力衰竭模型组比较，LC低、高浓度组血清BNP水平降低，ATP水平升高，差异有统计学意义（P < 0.05），且LC高浓度组较LC低浓度组差异更明显（P < 0.05）。见表2。

2.5 心肌组织PPAR-α蛋白表达

与正常对照组[（0.790±0.030）mmol/gprot）]比较，心力衰竭模型组PPAR-α表达[（0.450±0.025）mmol/gprot]明显降低（P < 0.01）。与心力衰竭模型组比较，LC低、高浓度组PPAR-α表达[（0.630±0.040）、（0.670±0.022）mmol/gprot]升高（P < 0.05），且LC高浓度组较LC低浓度组升高更为明显（P < 0.05）。见图2。

3 讨论

心力衰竭是各种心脏病的终末阶段，近几年对心力衰竭病因及其发病机制的研究已经有了很大的进展[5-7]，但死亡率仍很高。因此，对提高慢性心力衰竭患者的生存率依旧是我们需要深入研究的重要课题。BNP是诊断心力衰竭最为准确、最为敏感的指标，而且它能反映心力衰竭的严重程度。本实验的心力衰竭组大鼠BNP水平明显高于正常对照组，差异有统计学意义，提示心力衰竭模型组大鼠心功能较正常对照组大鼠明显下降，表示成功制备了大鼠心力衰竭模型。

已有研究表明细胞凋亡是心力衰竭的核心问题[8-9]，而其中的能量代谢越来越受到更大的关注[10-11]。所以，改善心力衰竭患者的心肌能量代谢问题未来可能会成为治疗心力衰竭的新靶点。正常心肌细胞是由脂肪酸（FA）和葡萄糖氧化代谢供能，分别占心肌能量需求的60%～80%和20%～35%[12]。由于FA是心肌细胞能量代谢的主要来源，因此FA氧化途径较其他氧化途径对心脏功能的影响就显得更为重要。心力衰竭时FA代谢减少，心肌细胞的能量产生和利用均会出现障碍，使心肌收缩和舒张能力发生障碍，进而加剧心功能恶化[13]。

心力衰竭时心肌细胞线粒体中PPAR-α的表达是下降的[14-15]，本实验通过Western blot检测PPAR-α蛋白的表达，结果显示心力衰竭组大鼠较正常对照组明显下降，差异有统计学意义，也验证了上述研究。PPAR-α能促进心肌细胞对FA的摄取、活化和代谢[16]，以增加心肌FA利用率[17-18]，从而提高心肌细胞能量代谢，改善心功能。在临床工作中，国内外已有文献充分证明了应用LC能提高心脏病患者的心功能，对多种原因导致的心功能不全都有治疗作用。例如Xu在2010年发现LC能显著提高由肺动脉高压所致右心功能不全患者的运动耐力、心脏收缩功能；同年，Serati等在对仅有舒张功能不全患者的研究中发现每天应用1500 mg的LC，连续3个月后，心脏彩超发现实验组心脏舒张功能显著提高，左心房明显缩小，由心力衰竭导致的呼吸困难症状也较对照组明显减轻[19-21]。本研究通过给予LC调节能量代谢，研究其对心力衰竭大鼠PPAR-α水平及ATP的影响，来探讨LC是否能通过影响PPAR-α水平来改善心力衰竭心肌细胞能量代谢，从而改善心力衰竭大鼠的心功能。本实验发现LC可显著降低大鼠血浆中BNP水平并提高ATP及PPAR-α水平，心脏彩超显示LC低、高浓度组心功能降低较心力衰竭模型组明显改善，表明LC能通过改善心肌能量代谢来明显改善心力衰竭大鼠的心功能。

综上所述，LC能改善心力衰竭大鼠心肌能量代谢，延缓心力衰竭的发生、发展，其机制可能与调控PPAR-α水平有关。但就目前的研究而言，LC通过激活PPAR-α进而改善心肌细胞能量代谢的具体作用机制还不清楚，需要在今后作进一步的探索和研究。

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第3篇：计算机逆向技术范文

计算机领域技术发展极为迅速，给工程能力培养提出了严峻挑战。我们一方面面临不断开设新课程的压力，另一方面却长期承受来自业界的批评。企业实训不能解决根本问题，这根源于企业的生产特性本质上使其难以提供有深度、综合性、可持续、系统化的训练，且更难大规模实施。以电子科技大学为例，一个年级的学生有四五百人，这是任何一个真正的生产型企业都难以承受的。多个企业分担却难以保证培养的一致性。而培训型机构并不能提供真正的生产环境。事实上，对员工有较高自主能力要求的企业并不愿意接受培训式提供的学员[1]。

本文就这一问题提出了系统观培养核心竞争力的解决思路，并分析了两种培养方式，特别就逆向析构式方式进行了探讨，最后给出了其实践过程中的相关经验。 一、计算机系统观是可持续发展核心竞争力

面对不断变化的软件技术，似乎只有不断追新才能跟得上。而每种技术又必须通过撰写大量代码来了解、熟悉和掌握，可这又消耗了学生已经有限的学习时间。以电子科技大学为例，其计算机科学与技术专业2年级基本一学期接近十门课程，3年级一学期有十几门课程。如一门软件课程需要撰写3000～4000行代码，时间压力可想而知。

笔者认为相对追新面临的压力，培养核心竞争力才是治本之道。笔者曾给出例子，一些长期只从事系统级软件开发的“老”程序员却在新软件技术掌握的速度和深度上远超越那些精力投入追新的“年轻”程序员[1]。其根源就是系统能力，笔者称其为“系统观”[2]。

越来越多的研究者认识到系统能力的重要性，并进行了深入研究和系统性教学建设，如北京航空航天大学、浙江大学、清华大学、东南大学、国防科技大学等[3]。最近，东南大学的同仁也指出了“系统观”培养的重要性，他们从计算机制造者、系统程序员、应用程序员和系统管理员的角度分析了“系统观”的价值[4]。

系统观的内涵笔者尚未见非常正式的定义，有文献称其为“对计算机的深刻理解”[4]。下面笔者尝试从另外一个角度给出系统观的定义并分析为什么它是学生工程能力提升的可持续发展核心引擎。

笔者认为：计算机系统观是计算机核心知识架构和对它们不断运用所形成的思维方式的复合体，不可割裂。单纯的通用思维训练和仅仅摄取知识信息均无法形成系统观。它是能自我生长，自我完善和成长的原核。在摄取新技术和面临黑箱时，它具有极强的剖析、探索和学习能力。这赋予了高端计算机人才最重要的素质。

核心知识架构涵盖计算机领域最本质部分的规律，笔者认为应包括：计算机组成原理、系统结构、操作系统、编译和链接、算法、数据库原理和实现。

为什么系统观在学习技术和解决难题方面具有“以少胜多”和“一劳长逸”的特点呢？下面笔者试从系统观的三个功能分析。

（1）类比。因为系统观包含了核心知识架构，其涵盖的计算机领域本质规律在所有计算机应用领域均可借鉴和举一反三。应用领域的技术多是在老技术上不断包装、组合和抽象。一位云计算公司的CTO告诉笔者，他要解决存储或并发的问题时，习惯找20世纪六七十年代最早的算法文章（因为它将根本性问题描述得非常清楚），在此基础上就很容易适配到现在的问题中。笔者一位朋友很多年前做汉化DOS，后来他第一次做单片机破解，只花了一个月就将其破解并汉化。他明确指出DOS汉化经验起了很大帮助。笔者第一次面对Linux驱动的C语言编程问题时，运用面向对象的经验，花数分钟即解决了学生因回调语义错误引起的bug。因为基于接口编程思想在整个软件甚至硬件领域都是一致的，在面向对象是虚函数，在内核是回调函数。这三个例子均运用系统观中存在的基本模式和知识去类比解决第一次面临的难题，体现了系统观“少即多、旧即新、基础即先进、不变应万变”的特点。

（2）构建。系统观思维具有构建式的特点。形象地说就是“我来做怎么做”这样的思维方式，在学习新系统或技术时能首先从构建的角度分析，从而对关键点产生疑问。带着疑问学习，效率就高。笔者一次寻找hibernate操控同结构多数据库的方案时，从构建角度分析如果自己做怎么做出扩展性，假想出了可能的扩展点，然后带着这些假设用调试去检验，虽第一次接触hibernate，用了半天就解决了。笔者曾用“我来做怎么做”的思维模式训练研究生，有学生反映这是其研究生期间学到的最有价值的东西。

（3）简化。面临复杂未知时，同时面临太多未知点，人们必然无所适从，难以下手。如果能迅速化繁为简，主动“忽略”过滤掉暂时无关大局的细节，那么就能寻找到症结，从而快速击破解决难题。系统观的底层特点使其具有底层视角，再加上其反复淬炼出解析能力，使其能够完成这一简化和忽略的任务。能体现简化和忽略特性的最直接例子即逆向工程。面对高级语言源代码往往人们要找到下手点都无所适从，何况面对的是反汇编代码？要完成任务必须快速找到关键点，一击而破。在高层应用领域分析理解面向对象框架也是如此，往往从关键的虚函数入手，通过调试找到其调用关系，并最终找到可能的装配逻辑。

综上所述，因系统观涵盖计算机本质规律的掌握和运用，并具有类比、构建和简化功能，所以有很强的自我学习、扩展、探索和长效性特点。这使得学生培养了系统观后，可在其职业生涯中一直发挥核心竞争力的作用。而其覆盖本质规律的简约性，又使得其培养开销相对经济，性价比高。下图给出了系统观的概念结构。

计算机系统观概念结构图 二、如何培养计算机系统观

依据系统观的功能特性可形成两种系统观培养方法：（1）对应其构建和类比功能特性是正向构建式方法;（2）对应其简化分析特性是逆向析构式方法。

（1）正向构建式方法。该方法的核心就是“构建”，并非构建简单的应用软件，而是构建系统级软件。即撰写操作系统、编译器、链接器和数据库（非数据库应用软件）。北京航空航天大学、清华大学、浙江大学均采用该方法。以清华大学为例，他们从MIPS指令设计开始，利用FPGA自制CPU，并在该CPU上实现操作系统、编译器。该方案最大优势是自底向上完全打通软硬件，形成最完整和坚实的系统观。其限制在于时间和个体能力。即使在“985工程”高校中，也只能是优秀学生才能完成。寻找阶梯化方法普适到一般学生应该是这一方案最终成功的关键。马里兰大学操作系统的模块化做法可以借鉴[5]，但也有其问题。

该方案的变种是：CPU并不做到可实现操作系统的程度，相对简单可行，而利用x86实现操作系统。其好处是难度低、耗时少，且所形成的知识集合和将来面临的工作更贴近，能利用的资源也多。电子科技大学的构建式培养系统观采用的是该方案。

（2）逆向析构式方法。该方法最大的特点是将逆向工程的剖析的特点融入整个培养中。卡耐基・梅隆大学的教材《深入理解计算机系统》的前三章是这一方法的最典型代表[6]。即从反汇编的角度，建立高层语言和底层汇编、机器码与机器的映射。复旦大学在2003年引入这门课，但因其涵盖的内容太广泛，其实施难度依然很大。东南大学正在组织力量就“计算机系统基础”这门课程撰写更加适中的教材[4]。

笔者在2012年出版的教材《老“码”识途》实施了不同理念[2]。往下采用机器码开始析构，到C语言反汇编、C++反汇编、对象模型、链接、面向对象设计、框架。整个用逆向反汇编分析为贯穿始终的线索，覆盖了从操作系统、编译链接、面向对象设计等领域，并采用实证式教学理念[7]，以每个知识点可“玩”为驱动，形成了轻量级、易学以致用的系统观培养模式。

相对于构建式，逆向析构式虽无构建式全面和系统，但通过逆向贯穿、衔接，也自底向上形成了一套实用可行的培养方法。其知识点相对较小，不会像撰写系统一样需花费很长且整块的时间。学生便于安排和实践。其知识点的前后依赖性没有撰写整个系统那样强耦合，利于模块化学习。 三、基于逆向析构式的轻量级培养

1.系统观原核

教学内容方面，笔者虽采用自底向上方式，但未涵盖程序员所有视角，这与文献[6]不同。一方面因为文献[6]的内容对多数学生依然是重量级，难以有效实施;另一方面因为笔者发现只要建立一个很小的“系统观原核”，它就能帮助学生不断摄取新知识，自动完善系统观。原核至少由计算机形象思维与疑证思维组成。

（1）计算机形象思维。有句话生动地描述其重要性：“真正的黑客（原始意义上技术的狂热探索者），在他脑袋里每一个字节是怎么流动的他都清楚”。另外，以下现象也反应了形象思维的重要性：描述算法时我们喜欢用图，在描述程序结构时用UML图，数据库用E-R图，描述设计意图采用形象的设计模式名称来暗喻。

形象思维需要直观，计算机形象思维需要计算机领域的直观感建立。在计算机领域分层是一个显著特征，越高层的特征越抽象，比如面向对象就比结构化抽象。既然要建立直观，那么就应该尽量减少抽象，所以将目标定在了软件和硬件结合部位。笔者选取了程序员视角，从高级语言到汇编映射开始，并逐渐将这种映射（逆向反汇编）贯穿软件开发的几个典型部分。从C映射到汇编，从汇编映射到机器码，并让学生用机器码构建程序。从此开始，该方式将在不同阶段重复，最终建立起最形象的程序世界观。

笔者选取软件开发的典型相关部分包括：C语言到汇编映射，C++对象模型和映射，面向对象编程的底层机制支撑，动态链接和静态链接的底层机制，框架构建和底层机制的运用，线程运用中的底层机制。它们辐射到多门系统级课，如：操作系统、编译链接、计算机组成原理等。

（2）疑证思维。整个教学阶段，每一个知识点的获取几乎都遵循猜测和实证的方式。让学生自己猜测可能的答案，然后自主设计实验验证。不追求知识的系统性，在意的是所有知识点均能实证，可以“玩”。笔者称其为实证式教学[7]。该方式建立了系统观自我完善的思维引擎。

为了激发学生兴趣，体现底层和系统思维的运用价值，逆向反汇编底调试不仅有专门的案例展示实际意义，它更完全渗透到每一部分的教学内容。

笔者发现认真锤炼C语言到汇编映射后，不少学生可较好自学面向对象部分。对比发现，上过与未上该课的学生，在未涉足领域研学表现出很大差异。未上该课的优秀学生，在老师帮助下也无法完成用户级线程库;上过该课的学生却能较轻松完成。这说明系统观原核可自完善与发展。

2.教学经验

（1）实证式教学。在实验室上课，实验和课程融合。可插入即兴实验。课堂实验需有补充题目，完成简单实验可做补充题目。引导学生自主设计实验验证知识点。一个班人数控制在30～50之间，否则效果难以保证。

（2）考核机制。完全以实践为导向，平时占主要部分，期末考试为上机考试。如果不能保证平时环节的质量，结果难以保证。笔者采用了以下方法：对逆向分析类型题目要抽问。如组队，成绩按排名越后越低，抽问靠后者，如果答不上，小组分数受罚。对程序题，先布置课后作业，指出之后课堂考试从其中变化，允许考试携带作业。另外考试时尽量采用自动批改，为此，也开发了逆向底层作业自动生成和批改系统。题目必须分级，不能只有开放性的大题目，小题目很重要。考核大题目，而小题目作为自我练习不计分。

（3）效果。大量同学反映对本来枯燥的课程非常有兴趣，笔者曾经在课程半期后不点名到课率达90%以上。有意思的是，从没有人问学了何用。许多学生反馈对他们帮助很大，其中一个学生说法反映了系统观的价值：“以前出了问题就找高人，现在敢坐下来自己做，且真的解决了。”

综上所述，基于逆向析构式系统培养方法，选取了轻量级的原核建立方式，配合实证式教学和合理的考核方式，取得了较好的效果，能够在更多学生中推广。

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[7] 韩宏. 一种面向计算机教育的实证式教学[J]. 实验科学与技术，2013（6）.

（上接第31页）师生59名赴德国、瑞典进行了为期两周的境外专业拓展与实践研修，开拓了学生国际视野，加深了学生对工程师素养的认识与理解。 五、结束语

第4篇：计算机逆向技术范文

[关键词]逆向工程 测量 技术

[中图分类号] P258 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-2-189-1

0引言

综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。这种方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标，再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据，从而获取得到整体测量数据。

1逆向工程概述

逆向工程，又称反求工程、反向工程，指通过各种测量手段和三维几何建模方法，将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型的过程，是工程测量技术、计算机软硬件技术的综合。随着计算机技术的发展，CAD技术已经广泛地应用于工程测量工作，但由于多种因素的限制，现实世界中的很多物体形状并不能完全用CAD设计的方法进行描述。因而，我们提出了逆向工程的概念。

2逆向工程测量数据获取技术研究

数据获取是反求工程的关键技术，数据的获取通常是利用一定的测量设备对所测工程进行数据采样，得到的是采样数据点的（x，y，z）坐标值。数据获取的方法大致分为两类：接触式和非接触式。

（1）接触式工程测量技术。

接触式工程测量技术是在机械手臂的末端安装探头，通过与工程表面接触来获取表面信息，目前最常用的接触式测量系统是三坐标测量机（CMM）。传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头，可通过编程规划扫描路径进行点位测量，每一次获取被测形面上一点的（x，y，z）坐标值，测量速度都很慢。CMM的优点是测量精度高，对被测工程无特殊要求，对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被测工程，CMM是一种非常有效可靠的三维数字化手段。它的缺点是不能对软物体进行精密测量；价格昂贵，对使用环境要求高；测量速度慢，测量数据密度低，测量过程需人工干预；还需要对测量结果进行探头损伤及探头半径补偿，无法测量小于测头半径的凹面工程，这些不足限制了它在快速反求领域中的应用。

（2）非接触式工程测量技术。

①激光线结构光扫描测量技术是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码工程测量技术，亦称为光切法，通过将一线状激光束投射到三维物体上，利用CCD摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标。每个测量周期可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。这类设备的扫描速度可达15000点/秒，测量精度在±0.01～±0.1mm之间，价格适中，对测量工程对象型面的光学特性要求不高。

②投影光栅测量技术是一类主动式全场三角测量技术，通常采用普通白光将正弦光栅或矩形光栅投影于被测物面上，根据CCD摄取变形光栅图像，根据变形光栅图像中条纹像素的灰度值变化，可解算出被测物面的空间坐标，这类测量方法具有很高的测量速度和较高的精度，是近年发展起来的一类较好的三维传感技术。根据形变、高度关系的描述方法的不同，光栅测量可分为两类：直接三角法和相位测量法。直接三角法原理简单、速度快，不易受被测工程物面不连续等干扰的影响，但是其测量精度不高，不能实现全场测量；而相位测量法测量精度相对较高。

③计算机断层扫描（CT）技术。计算机断层扫描（CT）技术最具代表的是基于X射线的CT扫描机，它是以测量物体对X射线的衰减系数为基础，用数学方法经过计算机处理而重建断层图像，这种方法最早是应用于医疗领域，目前已经广泛用于工程测量领域，即称为“工程CT”。对中空物体的无损三维测量，这种方法是目前较先进的非接触式检测方法，它可对被测工程的内部形状、壁厚、材料，尤其是内部构造进行测量，该方法同样能够获得被测工程内表面数据，且不破坏工程结构。但它存在造价高，测量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大等缺点。

④立体视觉测量技术。立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。立体视觉测量方法可以对处于两个（或多个）摄像机共同视野内的目标特征点进行测量，而无须伺服机等扫描装置。立体视觉测量面临的最大困难是空间特征点在多幅数字图像中提取与匹配的精度与准确性等问题。近来出现了将具有空间编码的结构光投射到被测工程表面，制造测量特征的方法有效解决了测量特征提取和匹配的问题，但在测量精度与测量点的数量上仍需改进。

3实际施工中的测量技术

综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。这种方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标，再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据，从而获取得到整体测量数据。这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性，又消除了数据拼接时的累积误差。

在实际测量中，测量方法的选用需根据被测物体的形状特征和应用目的决定。作为一种检测仪器出现的三坐标测量机在逆向工程应用中发展成为实物外形数字化的主要设备，但存在测量速度慢，需要进行测头半径补偿：因测量力过大，不能测量松软材料样件等缺点。随着硬件技术的不断发展，光学非接触式测量技术得到了迅速发展。以高响应，高分辨率著称。该方法具有测量速度快，测量精度高，不受环境电磁场干扰，工作距离大，可测量材质松软的样件等优点，成功地解决了接触式测量方法所存在的问题。在未来的发展趋势中，非接触式测量将越来越占据主要地位，但三坐标测量机在精度方面仍具有优势。对一些具有特殊的数字化要求的实物（如内部结构），基于CT和MRI的测量依然是一种不可替代的测量手段。迄今为止，还没有一种完全适合于快速逆向技术的快速、精确的全能测量方法。

4结束语

现代逆向工程测量技术是将接触式测量技术和非接触式测量技术相融合，是实现被测工程整体测量和数据拼接的有效方法，其使用越来越广泛。所以，研究逆向工程测量技术，对现代工程测量技术的发展有着重要的意义。

参考文献

第5篇：计算机逆向技术范文

关键词 模具设计制造；逆向工程；产品模具；应用

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-020-1

逆向工程技术是一种能够对先进技术进行快速消化吸收，从而缩短产品的开发设计周期的重要技术，该技术主要将原始的物理模型通过转化变为工程概念或者设计模型，这样能够显著提高我国工业产品的自动化制造程度、产品开发设计周期、降低企业的生产成本。其中，模具设计制造作为逆向工程的一项重要应用。通过逆向工程，对提高模具产品的制造水平、缩短产品研发周期，提高产品的市场竞争力具有重要意义。本文对模具设计制造过程中的逆向工程技术的应用进行了总结。

1 逆向工程简介

逆向工程是一个综合性非常强的专业制造技术，集中了生产工程学、材料科学、计量学和现代设计理论等多种现代化技术。逆向工程也叫做反向工程、反求工程或者测量造型，主要被应用在产品设计图纸或模型遗失的情况下，它以对零件产品的重新测量和相应的数据处理为基础，不仅能够完成模具的设计制造，同时还能够提高对产品的认识，从而进行创新和再次研发。因此，逆向工程技术能够支持客户的各种用途，其模具加工和快速模型技术能够高效地输出，这从根本上提高了新型产品对市场需求速度的适应力。

传统的产品设计方法首先需要对产品的市场进行调研，然后根据产品的特性进行相关的理念设计、效果图绘制，然后经过专业人士的综合评价后，应用CAD软件对产品的三维模型进行设计，在经过一些标准测试后就可以进行产品的制造。这种方式的缺点就是生产周期长，这也相应加大了市场风险。相对而言，逆向工程技术首先通过实物模型进行测量，再根据具体的数据对产品CAD模型进行构建，然后将设计应用到产品的制作中去，从而可以有效提高产品的制造能力，这就大大缩短了研发周期，弥补了正向工程制造技术的不足。

目前，逆向工程技术已经被广泛应用到玩具、车船、家电、飞机和人造皮革等多个与模具相关的领域行业。另外，随着我国医学技术的发展，逆向工程技术也在美容、人工骨骼等多个方面得到了推广。

2 模具设计过程中的逆向工程技术应用

目前，逆向工程设计在模具设计领域已经得到了广泛的发展。工艺设计时首先通过精密仪器对实物进行扫描，并将数据传递到计算机上以生成模型，然后经过专业人员的简单修改后就可以生成进行数控加工的NC程序，这样与加工中心的通讯相互配合，就能够快速制造出简易的模具来。图1为逆向工程的工艺流程图。其中，主要应用了数字化扫描、产品建模和数控加工三项技术。

2.1 数字化扫描

扫描就是使用模拟式或非接触式激光扫描侧头对模型表面进行连续扫描，以采集模型的表面坐标值等数据，然后将数据存入计算机。该流程是最关键的步骤之一，由于逆向工程是一个推理过程，任何误差都会在推理过程中被放大，所以，扫描采集的数据准确性关系到最终产品的质量。目前，传感器技术已经非常成熟，这为提高采集数据的精确度创造了条件。数字化扫描过程一定要仔细谨慎，不能急于求成，具体操作过程中可以进行多次采集，对比选择最优结果。

2.2 产品建模

产品建模就是根据扫描的数据和计算机辅助设计技术，快速制作出零件CAD模型，该阶段完成了零件的初步模型设计。由于CAD模型在设计时含有一些复杂型面，这时只使用一张曲面对数据点进行模拟是不行的，该方法过于简单，无法达到预期的效果。因此，常见的做法是，首先依据原形特征将测量数据点分成不同区域，每个区域拟合一个曲面，然后使用曲面过渡和求交法将不同曲面进行连接，进而形成一个整体。产品建模阶段除了要求设计人员经验丰富外，还需要一些必要的软件，这些软件能够显著减小工作量，节省工作时间。

第6篇：计算机逆向技术范文

[关键词]就业为导向 人才培养模式 逆向工程理念 校企合作

[作者简介]亓传伟（1970- ），男，山东梁山人，濮阳职业技术学院数学与信息工程系，副教授，硕士，研究方向为计算机网络技术、软件工程；任艳斐（1968- ），女，河南濮阳人，濮阳职业技术学院数学与信息工程系，副教授，硕士，研究方向为计算机应用技术、软件工程。（河南 濮阳 457000）

[中图分类号]G712 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985（2014）03-0111-02

一、“以就业为导向”的人才培养模式的提出

（一）高职教育培养目标的要求

高等职业教育的培养目标是培养具备一定管理能力的高技能应用型人才，重点培养以实践能力为基础的职业能力，以服务社会为宗旨。这就说明，高职教育是“以就业为导向”的教育，其核心就是就业教育。“出口畅，入口才能旺”。高职毕业生就业情况的好坏，直接影响招生情况，是关乎高职院校生存与发展的核心因素。因此，高职院校一定要加强学生职业能力的培养，树立高职教育“以就业为导向”的核心观念。

（二）高职计算机软件专业就业形势的要求

研究表明，目前我国IT市场是非常缺乏技术精良的软件人才的。然而另一个不争的事实是，高职计算机软件专业毕业生就业情况并不理想，能够在软件企业找到合适工作的并不多，整体上就业质量不高。造成这种尴尬局面固然有软件企业人才流动高、软件人才结构失衡等客观因素，究其主观原因还应是高职院校培养的毕业生达不到企业的用人标准，满足不了服务企业的实际需求。校企严重脱节，无法实现高职教育的培养目标和服务社会的宗旨。为了解决这一突出而急迫的问题，就应建立起“以就业为导向”的人才培养模式。

二、“以就业为导向”的人才培养模式的基本理念

（一）借鉴逆向工程理念

逆向工程是对目标产品进行逆向分析及研究，从而得出该产品的生产设计过程，是一种产品设计技术的再现过程。这种逆向工程应用到人才培养模式上，就是学院根据当前软件企业实际的用人标准与需求，提炼出就业技能和职业素质要点，确保学生学到企业所需的知识和技能，最终实现校企的无缝对接，以此制定出相关的人才培养目标和计划。

（二）精准定位学生就业岗位

根据软件企业的岗位需求和学生的专业特长，培养相应的Java高级程序员、.NET高级程序员、网站设计师、数据库开发工程师等高技能专门人才。学生有着明确的学习目标、就业方向，会产生强烈的角色认同感和自信心，这样可以大大提高学习的主动性和积极性，确保可在较短的时间内完成从“学校人”或“社会人”向“职业人”的过渡。

（三）全面提升学生的就业能力

就业能力包括培养学生的职业技能和职业素质两个主要方面。职业技能主要包括：基础理论，客户端，框架原理的理解，编程的熟练度、规范度，项目开发与管理能力等。通过大量的项目实战演练，使学生完全掌握这些技术。职业素质主要包括：能够适应软件行业的工作特点，具有良好的思想品质和职业道德，拥有健康的身体和心理，能够在压力下学习和工作，具备学习和工作方面的主动意识，具备良好的沟通表达能力和团队合作意识及能力，具有强烈的责任感和事业心，等等。通过对职业技能和职业素质的培养，可以全面提升学生的就业能力，达到企业的用人标准，从而实现高质量就业。

三、“以就业为导向”的人才培养模式的建设措施

（一）加强课程体系建设

通过深入企业和市场调研，得知企业要求更加专业化、深入化的知识和技能，于是我们对课程设置进行了改革。在第三学年分为JAVA方向和.NET方向独立学习，使学生在某一技术方向上，不论是技术扎实程度还是实际开发能力都有很大的提升；增加一些就业指导方面的课程，全面提升学生的职业素养；加大项目实战的课时比重，使学生积累项目经验，真正达到企业所需要的开发能力；增设毕业设计项目开发，以团队合作的方式，使学生按真实的软件项目开发流程来完成设计、编码、测试等全过程，全面提升职业能力；确保课程设置包含目前最为流行的新技术内容，并且会根据新技术的发展情况进行更新，以保证绝对与企业的应用状况同步。

（二）深入进行教学方法改革

1.讲练结合。目前许多高职院校讲述计算机课程还是采用讲练分离的方式，即在多媒体教室讲述理论内容，然后在机房进行上机练习，这往往导致学生上课时听得津津有味，课下上机时却一头雾水无所适从。这主要是因为讲练分离（有时竟然会出现周一讲课、周五上机的极端情况），打断了学生的思路，使得学生知识记忆大幅衰减，导致教学效果大打折扣。

第7篇：计算机逆向技术范文

关键词：逆向工程；测量；技术

一、引言

数据的获取、测量是逆向工程中的第一个步骤，也是逆向工程测量最关键的技术之一。综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。这种方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标，再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据，从而获取得到整体测量数据。这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性，又消除了数据拼接时的累积误差。

二、逆向工程概述

逆向工程，又称反求工程、反向工程，指通过各种测量手段和三维几何建模方法，将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型的过程，是工程测量技术、计算机软硬件技术的综合。近几十年来，随着计算机技术的发展，CAD技术已经广泛地应用于工程测量工作，但由于多种因素的限制，现实世界中的很多物体形状并不能完全用CAD设计的方法进行描述。因而，我们提出了逆向工程的概念。这种实物数字化建模的方法如今己经发展为CAD/CAM中的一个相对独立的范畴，成为复杂工程测量的重要手段之一。

三、逆向工程测量数据获取技术研究

数据获取是反求工程的关键技术，数据的获取通常是利用一定的测量设备对所测工程进行数据采样，得到的是采样数据点的（x，y，z）坐标值。数据获取的方法大致分为两类：接触式和非接触式。

1.接触式工程测量技术接触式工程测量技术是在机械手臂的末端安装探头，通过与工程表面接触来获取表面信息，目前最常用的接触式测量系统是三坐标测量机（CMM）。传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头，可通过编程规划扫描路径进行点位测量，每一次获取被测形面上一点的（x，y，z）坐标值，测量速度都很慢。CMM的优点是测量精度高，对被测工程无特殊要求，对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被测工程，CMM是一种非常有效可靠的三维数字化手段。它的缺点是不能对软物体进行精密测量；价格昂贵，对使用环境要求高；测量速度慢，测量数据密度低，测量过程需人工干预；还需要对测量结果进行探头损伤及探头半径补偿，无法测量小于测头半径的凹面工程，这些不足限制了它在快速反求领域中的应用。

2.非接触式工程测量技术

2.1激光线结构光扫描测量技术。激光线结构光扫描测量技术是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码工程测量技术，亦称为光切法，通过将一线状激光束投射到三维物体上，利用CCD摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标。每个测量周期可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。这类设备的扫描速度可达15000点/秒，测量精度在±0.01～±0.1mm之间，价格适中，对测量工程对象型面的光学特性要求不高。

2.2投影光栅测量技术。投影光栅测量技术是一类主动式全场三角测量技术，通常采用普通白光将正弦光栅或矩形光栅投影于被测物面上，根据CCD摄取变形光栅图像，根据变形光栅图像中条纹像素的灰度值变化，可解算出被测物面的空间坐标，这类测量方法具有很高的测量速度和较高的精度，是近年发展起来的一类较好的三维传感技术。根据形变、高度关系的描述方法的不同，光栅测量可分为两类：直接三角法和相位测量法。直接三角法原理简单、速度快，不易受被测工程物面不连续等干扰的影响，但是其测量精度不高，不能实现全场测量；而相位测量法测量精度相对较高。

2.3计算机断层扫描（CT）技术。计算机断层扫描（CT）技术最具代表的是基于X射线的CT扫描机，它是以测量物体对X射线的衰减系数为基础，用数学方法经过计算机处理而重建断层图像，这种方法最早是应用于医疗领域，目前已经广泛用于工程测量领域，即称为“工程CT”。对中空物体的无损三维测量，这种方法是目前较先进的非接触式检测方法，它可对被测工程的内部形状、壁厚、材料，尤其是内部构造进行测量，该方法同样能够获得被测工程内表面数据，且不破坏工程结构。但它存在造价高，测量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大等缺点。

2.4立体视觉测量技术。立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。立体视觉测量方法可以对处于两个（或多个）摄像机共同视野内的目标特征点进行测量，而无须伺服机等扫描装置。立体视觉测量面临的最大困难是空间特征点在多幅数字图像中提取与匹配的精度与准确性等问题。近来出现了将具有空间编码的结构光投射到被测工程表面，制造测量特征的方法有效解决了测量特征提取和匹配的问题，但在测量精度与测量点的数量上仍需改进。

四.实际施工中的测量技术

综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。这种方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标，再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据，从而获取得到整体测量数据。这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性，又消除了数据拼接时的累积误差。

在实际测量中，测量方法的选用需根据被测物体的形状特征和应用目的决定。作为一种检测仪器出现的三坐标测量机在逆向工程应用中发展成为实物外形数字化的主要设备，但存在测量速度慢，需要进行测头半径补偿；因测量力过大，不能测量松软材料样件等缺点。随着硬件技术的不断发展，光学非接触式测量技术得到了迅速发展。以高响应，高分辨率著称。该方法具有测量速度快，测量精度高，不受环境电磁场干扰，工作距离大，可测量材质松软的样件等优点，成功地解决了接触式测量方法所存在的问题。在未来的发展趋势中，非接触式测量将越来越占据主要地位，但三坐标测量机在精度方面仍具有优势。对一些具有特殊的数字化要求的实物（如内部结构），基于 CT和 MRI的测量依然是一种不可替代的测量手段。可以说，迄今为止，还没有一种完全适合于快速逆向技术的快速、精确的全能测量方法.

五、结束语

现代逆向工程测量技术是将接触式测量技术和非接触式测量技术相融合，是实现被测工程整体测量和数据拼接的有效方法，其使用越来越广泛。虽然关于摄影测量技术的研究几乎是自照相机发明以来就开始了，但是用于逆向测量工程的数字近景摄影测量技术仍然是一门“年轻”的技术，它继承了“摄影测量与遥感”领域的许多知识和技术，同时又发展出许多自身特有的技术和方法，比如设置人工标志点。笔者认为，研究逆向工程测量技术，对现代工程测量技术的发展有着重要的现实意义。

参考文献：

[1] 张义力；逆向工程数据获取中测量关键技术研究[J]；上海交通大学学报；2009：12-13.

第8篇：计算机逆向技术范文

关键词：逆向工程；数据获取；数据处理；曲面重构

1 引言

质量、成本、生产率三要素是制造业永恒的议题，在不同的时期有不同的内涵，各自的重要性也在悄然发生变化。经济全球化的今天，制造业的外部环境发生了变化，用户需求呈个性化、多样化。对企业而言，原来"规模效益第一"为特点的少品种、大批量的生产方式已不适合日趋激烈的国际竞争，而必须采取多品种、小批量、按订单组织生产的现在生产方式，同时要不断地迅速开发出新品种，变被动适应用户为主动引导市场[1]。为缩短研发周期、提高产品设计和制造效率，从而提高企业对市场快速响应能力，一系列新产品快速开发技术应运而生，如CAD/CAM/ CAE技术、逆向工程技术、快速磨具技术、虚拟设计技术以及并行工程等。

2 逆向工程概述及其应用领域

广义上的逆向工程包括：实物逆向、软件逆向和影像逆向。目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状逆向。逆向工程（Reverse Engineering）也称反求工程，是针对现有工件（样品或模型，尤其是复杂不规则的自由曲面），利用3D数字化测量仪器准确、快速地测量出工件轮廓坐标值，通过数据处理、重构曲线曲面、编辑、修改后，将图档转至一般的CAD/CAM系统，再由加工机制做所需模型，或者用快速成型机将样品模型制作出来，这一流程称为逆向工程[2]，如图1所示。

逆向工程在工业制造领域的实际应用主要包括以下几个方面[3]：

a）新零件的设计，主要用于产品改型或仿型设计；

b）已有零件的复制和仿制，再现原产品设计，复杂产品仿制等；

c）损坏或磨损零件的还原，以便修复或重制；

d）产品的检测，例如检测分析产品的变形，检测焊接质量等，以及对加工产品与三维数字化模型之间的误差进行分析。

在制造业中，逆向工程己成为消化吸收新技术和二次开发的重要途径之一。同时，逆向工程也为快速原型提供了很好的技术支持，成为制造业信息传递重要而简洁的途径之一。另外，逆向工程在文化艺术、医学领域也有较好的应用，包括根据木制或泥塑模型进行艺术美学设计，数字文物和数字博物馆，虚拟手术等。

3 对应关键技术及其研究现状

逆向工程中涉及到的关键技术主要有：数据获取、数据预处理、数据分割与拓扑结构建立、曲面重构与CAD建模，其中数据预处理与数据分割与拓扑结构建立常统称为数据处理。

3.1 数据获取技术

数据获取在产品设计与逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC之间扮演着桥梁的角色。测得数据的质量直接影响到整个工程的效率和质量。因此，如何取得较佳的物体表面数据，是逆向工程中的一个主要研究内容[4]。

高效、精确获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键，现阶段常用测量方法主要分为接触式和非接触式两大类。其中接触式测头按工作方式可分为触发式与扫描式；非接触式测量按照工作原理的不同可分为：光学式、CT测量、声学式、电磁式和层析法等[5]。

总之，在只测量尺寸、位置要素的情况下尽量采用接触式测量；考虑测量成本且能满足要求的情况下，尽量采用接触式测量；对产品的轮廓及尺寸精度要求较高的情况下采用非接触式扫描测量；对离散点的测量采用扫描式；对易变性、精度要求不高、要求获得大量测量数据的零件进行测量时采用非接触式测量方法。

图3. 几种数字化方法的对比

3.2 数据处理技术

数据采集是逆向工程的第一个环节，是数据处理、模型重建的基础。高效率、高精度地采集样件的外形数据是反求工程的重要内容之一。不同的测量系统所得到的测量数据格式是不一致的，而且几乎所有的测量方式和测量系统都不可避免地存在误差。因此，在利用测量数据进行CAD重构之前必须对测量数据进行处理。数据处理步骤主要有：多视点云的拼合、数据分块、曲面光顺、点云过滤和数据精简等[6]。

3.2.1 数据对齐与拼接

如果物体表面复杂，对物体表面数字化时，根据扫描路径规划，分为多个测量区域，从不同的测量方向测量。需将从不同方向获取的数据点变换到统一的坐标系中，称为数据对齐；数据拼接是把对齐的多个视图数据合并为一个整体数据集。多个视图经过数据对齐和拼合，可以形成完整点云数据。

多视数据的对齐主要分为两种：通过专用的测量软件装置实现测量数据的直接对齐；时候数据处理对齐。采用时候数据处理对齐又可以分为：对数据的直接对齐和基于图形的对齐。对数据的直接对齐研究中出现了多种算法，如ICP算法、四元数法、SVD法、基于三个基准点的对齐方法等。

3.2.2去除噪声点和曲面光顺

无论是接触法还是非接触法的数据获取，都不可避免地在真实数据点中混有不合理的噪声点，过滤掉噪声点是逆向工程中数据处理的基础。最简单的噪声去除方法是人机交互，在数据序列中将这些点删除[7]。但是对大范围"数据云"的噪声过滤常用程序判断滤波、N 点平均滤波以及预测误差递推辩识与卡而曼滤波相结合的自适应滤波法等。上述的每种方法都面临着既要消减噪声点又要保持真实点不受损过多的矛盾，所以每种滤波法都应使阈值选取具有针对性，以防将工件上的台阶点（线）作为坏点去除。

曲面光顺的方法很多，有最小二乘法、标准高斯、平均或中值滤波、能量法、回弹法、基样条法、圆率法、磨光法等。最小二乘法要求曲线对型值点的偏离足够小的同时，样条中的弯曲足够小。高斯滤波器在制定域内的权重为高斯分布，其平均效果较小，故在滤波的同时能较好地保持原数据的形貌。平均滤波器采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计值，这种滤波器的消除数据毛刺的效果很好。实际使用时可根据点云质量和后续建模要求灵活采用算法。

3.2.3 数据分块

对测量数据进行分块，可将复杂的数据处理问题简化，使后期的曲面局部修正变得方便灵活，有利于提高精度。分块数据曲面重构的选择性较好，很多参数曲面在曲率大范围扰动时的拟合状况并不理想。因此，文献[9]中采用曲率法来检测数据分块区的边界线。对散乱点数据分块主要分为基于边和基于面两种方法。基于边的方法是根据目标点周围的点集的几何和数值微分特性完成边点的线形信息，当曲面片间为光滑过渡时，需寻求高阶微分，带来和存在的问题是有效点的占有率及检测的不稳定性。

3.2.4 数据点的压缩

扫描法采集的数据往往十分密集，数据量一般都在数兆字节，甚至高达数十兆字节，即使处理了噪声点，数据量仍然很大，一般不会直接使用这些数据进行曲线或曲面的重构，因为那样做，会使计算效率大大降低，消耗更多内存，而且重构出的曲线、曲面的精度并不一定高，甚至误差会很大。因此，有必要对点云数据进行压缩处理。

衡量一个点云精简算法的成功度常从精度、简度、速度三个方面来度量。实际应用中，要同时实现数据精简三个目标要求是很困难的，很多算法往往只能达到某一个或者两个要求，这就要根据实际的需要去满足要求。

3.3 曲面重构技术

曲面重建要为已存在的曲面建立模型。它有两方面的含义，第一意味着已有的曲面是曲面重建的依据，可以根据需要在该曲面上采集各种数据；第二意味着已有的曲面是衡量重建所得的曲面模型质量优劣的标准，要求重建的模型能忠实地恢复已有曲面的原状。这两点是曲面重建与自由曲面表示的区别[8]。

典型的曲面描述历经了20世纪60年代的Coon技术和Bezier技术，20世纪70年代的B样条技术，20世纪80年代的有理B样条技术。目前，统一了Bezier技术、B样条技术和有理B样条技术的NURBS方法已成为自由曲线曲面的唯一定义[9]。

NURBS方法的主要特点是可用统一的数学形式表示解析形状和自由形状，因而便于统一的数据管理、存储，简化了程序量；NURBS定义中的权因子使外形设计更加灵活，设计人员通过调整具有几何意义的点、线、面元素即可达到预期的效果。鉴于NURBS的强大功能，1991年国际标准化组织（Intemational standar-

-dization Organization，ISO）颁布了关于工业产品数据交换的STEP（standard for The Exchange of Product model data）国际标准，把NURBS作为定义工业产品几何形状的唯一数学方法。诚如The NURBS Book一书的序言中指出，NURBS在CAD/CAM/CAE领域扮演的角色类似于英语在科学和商贸中的角色[10]。

近二十年，随着三维数据采集技术的长足进步和图形工业对任意拓扑结构光滑曲面造型的迫切需求，适用于任意拓扑网格的细分曲面 （Subdivision Surface）已成为计算机辅助几何设计和计算机图形学领域内的一个研究热点。离散细分曲面的研究主要分布在三个方向：各种细分规则的构造；基于细分的实用有效的算法研究和细分曲面连续性的数学分析。这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。典型的例子是DeRose等将细分技术应用于动画作品"Geri's Game"，该片亦因其栩栩如生的人物造型而荣获 1998年奥斯卡最佳动画短片奖，如图5所示。

4.展望

逆向工程技术历经几十年的研究与发展，是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，已经成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、设计方法学等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体。但同时逆向工程设计过程中系统集成化程度比较低，人工干预的比重大，将来有望形成集成化逆向工程系统，以软件的智能化来代替人工干预的不足。

参考文献：

[1] 单东日.反求工程CAD建模中点云数据区域分割及特征约束重构技术.杭州：浙江大学博士论文，2003.

[2] 许智钦，孙长库.3D逆向工程技术.北京：中国计量出版社，2002.

[3] Reverse ，2004.

[4] 谢科峰.逆向工程技术的相关理论及工程应用研究.合肥：合肥工业大学硕士论文，2007.

[5] 王霄.逆向工程技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

[6] Liang- Chia Chen，Grier C I Lin.An integrated reverse engineering approach to reconstructing free - form surfaces[J].CIMS，1997，10（1）：49～60.

[7] 种永民，杨海成.实物测量造型技术中数据分块方法[J].机械科学与技术1999，15（1）：54～63.

[8] 王国瑾，汪国昭，郑建民.计算机辅助几何设计.北京：高等教育出版社，2001.

第9篇：计算机逆向技术范文

关键词：模具制造设计 CAD/CAE技术

一、模具制造技术的性质和特点

模具的制造和使用方式形式多样,技术含量高,生产工艺独特,所牵系的生产要素多,应用范围广等几方面。除此之外,模具制造技术对生产者的业务能力和职业素质都有很高的要求。模具制造技术具有以下两个方面的原因特点:一,模具是单件生产的产品,即模具是根据成品之间的结构要求进行和制造的专用成型工具;二,模具制造的关键主要是制造凸模、凹模及相关成型零件的专门工艺,以及模具制造工艺过程的优化设计与高度节约问题。

二、模具设计,加工的几种技术

1.高速加工技术

高速加工概念起源于德国切削物理学家Carl Salomon,他认为在常规切削范围内切削温度随着切削速度的增大而升高,当切削速度达到临界切削速度后,切削速度再增大,切削温度反而下降,从而大大地减少加工时间,成倍地提高机床的生产率。高速加工的特点及在模具工业中的应用:

加工效率高由于切削速度高,进给速度一般也提高5-l0倍,这样,单位时间材料切除率可提高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,减少了切屑与刀具前面的摩擦,从而使切削力大大降低;热变形小高速加工过程中,由于极高的进给速度,95%的切削热被切屑带走,工件基本保持冷态,这样零件不会由于温升而导致变形;加工精度高高速加工机床激振频率很高,已远远超出“机床-刀具-工件”工艺系统的固有频率范围,这使得零件几乎处于“无振动”状态加工,同时在高速加工速度下,积屑瘤、表面残余应力和加工硬化均受到抑制,因此用高速加工的表面几乎可与磨削相比。

2.逆向工程技术

按照传统的产品开发流程,开发过程是市场调研一概念设计一总体设计一详细设计一制定工艺流程一设计工装夹具一加工、检验、装配及性能测试一完成产品。即从“设计思路一产品”的产品设计过程,这被称为正向工程或顺向工程。模具工业中的逆向T程应用大致可分为以下几种情况:

在没有设计图样以及设计图样不完整或没有CAD模型的情况下,在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图样或CAD模型;某些难以直接用计算机进行三维几何设计的物体,目前常用黏土、本材或泡沫塑料进行初始外形设计,再通过逆向工程将实物模型转化为三维CAD模型;人们经常需要对已有的产品进行局部修改。原始设计没有三维cAD摸的情况r,应用逆向工程技术建立C A D模型,再对CAD模型进行修改,这将大火缩短产品改型周期,提高生产效率。

三、 CAD/CAE技术的应用

模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸与尺寸精度、表面质量要求以及其成型工艺条件的变化而变化的,所以每副模具都必须进行创造性的设计。模具设计的内容包括产品零件成型工艺优化设计与力学计算和尺寸与尺寸精度确定与设计等,因此,模具设计常分为制件工艺分析与设计、模具总体方案设计、总体结构设计、施工图设计四个阶段。CAD/CAE,计算机辅助设计和辅助工程,它包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图和计算机辅助设计过程管理等。应用CAD技术可以设计出产品的大体结构,再通过CAE技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具CAD/CAE集成技术后,制件一般不需要再进行原型试验,采用几何造型技术,制件的形状能精确、逼真地显示在计算机屏幕上,有限元分析程序可以对其力学性能进行检测。借助于计算机,自动绘图代替了人工绘图,自动检索代替了手册查阅,快速分析代替了手工计算,使模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来,集中精力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工作。在模具投产之前,CAE软件可以预测模具结构有关参数的正确性。

目前,世界上大型的CAD/CAE软件系统,如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等,都提供了有关产品早期设计的系统模块,我们称之为工业设计模块或概念设计模块。例如,Pro/ENGINEER就包含一个工业设计模块——ProDesign,用于支持自上而下的投影设计,以及在复杂产品设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工具包括概念设计的二维非参数化的装配布局编辑器。这些系统模块的应用大大减少了设计师的工作量,节约了工作时间,提高了工作效率,使设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上。

四、结束语

随着时代的发展,模具制造业全球化是发展的必然趋势,其竞争不断加剧,使当前模具制造业面临极大的挑战,这一挑战主要来源于市场和技术两大方面。每个技术单元同时面向市场和合作伙伴,必须灵活地进行重组和集成,达到优势互补。高速切削、逆向工程、快速成形技术与CAD/CAE/CAM/RP虚拟环境的集成可使设计概念转换为产品的时间缩短几倍乃至几十倍,构成一个快速产品开发及其模具制造的综合系统,可以实现从产品的设计、分析、加工到管理的灵活经济的组织方式,应用CAD/CAE技术,推动模具制造技术快速发展。

参考文献:

[1]李志刚,曹延安.亚洲模具工业与技术的发展状况[J].模具工业,2007,(6).