三維數(shù)字化論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇三維數(shù)字化論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞：建模，裝配仿真，干涉檢查

 

1 引言虛擬制造是實際制造工程在計算機上的映射，船舶建造仿真要求采用三維的模型來代替實際的制造工程，將在車間、船臺（塢）的工作在虛擬的環(huán)境下先運行一遍，從分段裝配、舾裝配合、動力學性能、流體力學性能等多方面進行系統(tǒng)的分析，從而得出船舶建造的邏輯順序與合理性，并為建造過程的優(yōu)化準備好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 船舶建造數(shù)字建模及裝配仿真要求船舶的建造是一個復雜的系統(tǒng)工程，現(xiàn)代造船技術(shù)以中間產(chǎn)品為導向，采用成組技術(shù)和計算機集成制造技術(shù)，有層次的對整個建造工程實施分解，在不同的階段，對三維建模有不同的要求。在以進行船舶建造作業(yè)計劃編制為目的，同時滿足生產(chǎn)設(shè)計需要的情況下，對船舶數(shù)字化建模和裝配仿真技術(shù)的要求是[1,2]：（1）提供編制計劃所需要的產(chǎn)品特征信息，包括產(chǎn)品的幾何特征、物理特征、工程結(jié)構(gòu)特征等。在實際建造前根據(jù)數(shù)學基礎(chǔ)與圖形學映射關(guān)系確定各個零件的配合情況；（2）對產(chǎn)品進行干涉檢查，確定整個裝配方案的可行性，在虛擬環(huán)境下消除產(chǎn)品的設(shè)計缺陷；（3）通過裝配仿真，給出產(chǎn)品的裝配信息與約束信息，確定生產(chǎn)計劃所需要的裝配邏輯順序；（4）以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)，通過仿真，構(gòu)建裝配工藝路線，實現(xiàn)可行的裝配工藝規(guī)劃；（5）進行裝配工藝仿真后處理，給出適合生產(chǎn)實際的三維模型與工藝文件。

3 數(shù)字化三維模型的建立這里使用的是CATIA V5 軟件進行建模裝配仿真與干涉檢查。CATIA V5 是IBM 和達索系統(tǒng)公司共同推出的CAD/CAE/CAM 軟件，該軟件能夠在windows和Unix 等平臺上運行，具有較強的三維造型功能，還有較強的運動仿真功能模塊。

3.1 造船工程分解與任務(wù)包的確定

進行三維數(shù)字化建模，不能單純的為了建模而建模，如果只是將船舶按其二維圖紙做成三維物體，則失去了建模的意義。以生產(chǎn)計劃編制為目標的數(shù)字化建模通過船舶工程分解，來分清整個工藝過程，確立任務(wù)包，在此基礎(chǔ)之上，為后面的裝配仿真打下信息基礎(chǔ)。

船舶生產(chǎn)的過程實際上是制造零部件，即所謂的“中間產(chǎn)品”。免費論文。這些中間產(chǎn)品經(jīng)過幾個制造級的逐漸變大變復雜，終而形成一艘船，即最終產(chǎn)品。免費論文。因此從中間產(chǎn)品的角度來分解船舶的建造任務(wù)是理想的方案，這就是產(chǎn)品導向型分解。產(chǎn)品導向型工程分解的原理是：任何系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是層次分明有序可循的，通過層層分解可以通過圖表的形式揭示其有序結(jié)構(gòu)。

產(chǎn)品導向型工程分解用于造船時，首先按照任務(wù)本質(zhì)的不同將造船全過程分為船體建造、舾裝和涂裝三大類，每一大類又分為加工和裝配兩種作業(yè)。例如，將船體建造分為零件加工、零件裝配、部件裝配、小分段裝配、分段裝配、大分段裝配和船體合攏7 個制造級。

3.2 分段模擬建模

（1）船體外板的建模

本文是在具有船殼曲面型值表的基礎(chǔ)上進行船殼曲面的三維建模。由于型值表中的數(shù)據(jù)有間隔，在生成型線后，還進一步對其進行了光順。在具體建模過程中環(huán)境的設(shè)置如下：以X 正方向為船艏方向，Y 正方向為船右舷方向，Z 正方向為船高方向。只需XZ 平面一邊建立一半船殼曲面，另一邊映射即可。在生成所有曲面之后，如果還有局部的地方出現(xiàn)棱角，還可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能，對于有棱角的地方可以把帶有棱角線兩邊的曲面連接（Join）成一大塊，然后在棱角線兩邊分別用兩個參考面把這塊大面截斷（Split）成兩塊面，去掉中間有棱角線的曲面。再由這兩塊Split面通過Blent（or Fill）命令連接起來，Blend（or Fill）命令中有保證曲面光順連接的選項，可以保證曲面的光順連接。對于凹凸不平的小塊曲面也可以用這種方法來修改。

（2）零件的建模

零件的建模，其目的是為了在以后的裝配仿真和生產(chǎn)計劃編制中提供必要的信息。其應(yīng)具備下列基本策略：

（a）特征設(shè)計與特征提取的綜合利用。特征是產(chǎn)品建模的強有力支持。建模時應(yīng)將特征設(shè)計與特征提取結(jié)合起來，充分利用現(xiàn)有的CAD 系統(tǒng)所提供的特征造型功能，盡量從有關(guān)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫直接提取，同時要充分的利用人機交互共功能，通過交互輸入定義。

（b）面向?qū)ο蟮慕７绞健Ｃ嫦驅(qū)ο蟮慕７绞剑哂邢却趾缶沙橄蟮骄唧w的特點，符合產(chǎn)品設(shè)計時的自然思維習慣，應(yīng)在建模中得到充分應(yīng)用。

（c）模型的層次化組織。免費論文。在建模過程中，應(yīng)該具有大局觀，不能只盯著一個構(gòu)件，而是應(yīng)該考慮整體的層次性，在經(jīng)過詳細科學的分解以后，分層有計劃的建模。

模型不僅要處理設(shè)計系統(tǒng)的輸入信息，還應(yīng)能處理設(shè)計工程中的中間信息和結(jié)果信息，因此模型的信息應(yīng)隨著設(shè)計過程的推進而逐步豐富和完善。

4 裝配仿真與干涉檢查船舶裝配仿真與干涉檢查是在虛擬的環(huán)境下確定船舶的作業(yè)邏輯順序，提供生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)資料，檢驗工藝與設(shè)計的可行性。它是船舶虛擬制造和生產(chǎn)作業(yè)計劃的至關(guān)重要的一環(huán)，是進行生產(chǎn)規(guī)劃的基礎(chǔ)。裝配仿真包括了零件裝配、部件裝配和分段裝配三個制造級的任務(wù)包。在進行裝配仿真的過程中，應(yīng)該按照工藝順序依次進行虛擬，其作用如下：(1) 擬定裝配方案，優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)。從設(shè)計和制造工藝出發(fā)，在各種約束中尋求裝配的合理性與最優(yōu)性；(2) 改進裝配性能，降低裝配成本。船舶裝配所涉及的零件種類繁多，數(shù)量巨大，裝配仿真的任務(wù)首先要確保產(chǎn)品的裝配到位，然后要求裝配能夠比較容易實現(xiàn)，盡量降低成本；(3) 產(chǎn)品可制造性的基礎(chǔ)。由于目前詳細設(shè)計一般還是二維的，必須在虛擬三維環(huán)境下檢查產(chǎn)品的可行性；(4) 為計劃提供必要的信息數(shù)據(jù)。

4.1 裝配仿真

裝配仿真的覆蓋范圍很廣泛，這里具體來說包括裝配順序、裝配路徑和裝配工藝三個方面的內(nèi)容，其中裝配順序與裝配路徑是最為核心內(nèi)容。

4.2 干涉檢查

船體分段有很多組件構(gòu)成，肉眼很難發(fā)現(xiàn)可能的干涉情況，利用CATIA 所提供的干涉檢查函數(shù)，可以自動的檢查所有的干涉情況。下面通過實例來說明。

在構(gòu)件中有一工字梁與角鋼交叉，要進行干涉檢查，看兩者是否有接觸而不能裝配，應(yīng)用Compute Clash 命令，將兩個零件同時選中，即可分析這兩個零件的干涉情況。當對話框Result 出現(xiàn)Clash 表示兩個組件發(fā)生了干涉，出現(xiàn)Contact 則表示選定的兩個組件相接觸，如果No interference 則表示沒有干涉。

5 結(jié)語本文以編制生產(chǎn)計劃為目的，研究了基于虛擬制造下的三維數(shù)字化建模的方法。在CATIA 環(huán)境下，研究了怎樣通過對工藝合理性分析結(jié)合裝配分析，虛擬干涉檢查、產(chǎn)品裝配、生產(chǎn)工藝仿真，最后得到適合生產(chǎn)計劃編制的數(shù)字化模型。

篇(2)

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實 礦冶文化 保護

我國擁有三千五百多年的冶煉史,是最早進行礦石冶煉的國家之一,礦冶文化十分豐富,礦冶遺址遍布各地。進入21世紀,數(shù)字化時代的到來使得信息傳播的方式發(fā)生了巨大的變化,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為數(shù)字時代最具代表的三種關(guān)鍵技術(shù)。黃石市(地區(qū))要將礦冶文化作為發(fā)展特色文化的重點來抓,使之成為全省乃至全國礦冶文化研究和保護的前沿,就必須學會利用新技術(shù),善于開拓新思路。

一、古代遺址的數(shù)字化三維復原與虛擬場景漫游

近年來,隨著硬件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和計算機高效的3D運算能力的提升,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在三維虛擬場景方面的應(yīng)用逐漸變?yōu)榭赡堋Ｓ捎谔摂M現(xiàn)實展示技術(shù)能突破平面的限制,而不僅僅局限于二維空間的文字、圖片及影像,從而很好地解決了一般圖片和文字展示中缺乏真實感的局限性問題。可以重點選擇黃石地區(qū)的一些具有代表性的青銅冶煉古跡進行數(shù)字化三維復原,包括古代遺址的數(shù)字化三維復原與虛擬場景漫游。如大冶銅綠山古銅礦遺址博物館可以采用虛擬現(xiàn)實三維建模的方式,也可以采用全景圖片建模的方式構(gòu)建一個虛擬的三維仿真環(huán)境,用戶通過多種傳感器和多維信息環(huán)境的交互作用可以從任意角度,觀看虛擬物體的三維效果,得到感性和理性的認識。對礦冶遺址進行數(shù)字化三維復原和虛擬場景漫游是一個全新的展示設(shè)計表現(xiàn)概念,它讓觀眾從單純觀測計算結(jié)果中解脫出來,轉(zhuǎn)變?yōu)槌两接嬎銠C創(chuàng)造的環(huán)境中,提供了其它傳統(tǒng)展示方式所無法比擬的、嶄新的信息交流界面。

二、古代青銅冶煉過程的數(shù)字化虛擬仿真

大冶銅綠山古代冶煉技術(shù)已達到相當高的水平,古銅礦遺址的發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘,初步回答了我國青銅時代銅是怎樣開采、冶煉這一重要歷史課題,為研究我國礦冶技術(shù)發(fā)展史提供了一批珍貴的實物資料,它有力地說明,我國古代采冶技術(shù)有一套獨立發(fā)展的體系。采用淺井探礦和利用淘砂盤進行重砂測量是古代開發(fā)銅綠山礦區(qū)的重要探礦方法,當?shù)氐墓糯V冶遺址均分布于富礦帶上的事實也說明了其科學性。采冶結(jié)合是銅綠山古銅礦的又一特點,在春秋早期即已采用鼓風爐煉銅,此外,在采礦方法、礦井提升、通風、排水以及工具的制作等方面也有不少創(chuàng)造。這些先進的技術(shù)都是我國礦冶文化的珍貴遺產(chǎn),我們完全可以采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)真實再現(xiàn)這些青銅冶煉的技術(shù)過程,如冶煉工序、冶煉方式等方面的虛擬再現(xiàn)。這也是將中國傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)相結(jié)合,是先進生產(chǎn)力的具體體現(xiàn),是傳播先進文化的有力工具,能夠更有效地滿足人民群眾日益增長的文化生活需要,在文化建設(shè)領(lǐng)域體現(xiàn)廣大人民群眾的根本利益。

三、建立黃石虛擬數(shù)字化博物館

虛擬數(shù)字化博物館是指利用數(shù)字技術(shù),對文物(包括可移動文物和不可移動文物)信息進行全方位和多形式采集、標準化存儲和加工,并通過網(wǎng)絡(luò)連接和一系列相關(guān)規(guī)定、協(xié)議,實現(xiàn)文物信息的資源共享、有效利用和科學管理,為不同用戶提供數(shù)字化的輔助決策、科學研究、展覽展示、文化交流、教育培訓和游戲娛樂等服務(wù)的綜合信息系統(tǒng)。黃石地區(qū)的礦冶遺址和文物十分豐富,從1981年以來,通過考古發(fā)掘、遺址采集、流散收集、廢品揀選,已收集銅鐵器文物二千余件。其中,戰(zhàn)國時期的“青銅砝碼”全套13件;戰(zhàn)國時期的楚國貨貝“良金一朱”、“良金四朱”;商代“提梁”;戰(zhàn)國時期采礦工具“銅斧”等33件文物被國家文物鑒定組定為一級文物。另外,古礦井中發(fā)掘出土有大量的生產(chǎn)工具和生活用具,如銅斧、銅錛、本鏟、船形木斗、木瓢、竹簍、繩索、陶器碎片、竹藍等。所有這些文物,我們可以采用數(shù)字化三維掃描的方式進行文物的保存和陳列,建立黃石虛擬數(shù)字化陳列館。也可以將現(xiàn)有的博物館進行虛擬數(shù)字化,把館藏文物用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行數(shù)字化復制。借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將其為網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館,采取館藏薈萃、虛擬陳設(shè)等方式,讓更多的人更及時地了解和認識黃石地區(qū)的礦冶文化,從而進一步推動黃石地區(qū)的經(jīng)濟和文化的發(fā)展。

四、結(jié) 語

隨著數(shù)字時代的來臨,利用數(shù)字技術(shù)整合民族文化資源,發(fā)展“信息內(nèi)容產(chǎn)業(yè)”,攫取政治、經(jīng)濟、文化各方面的利益,成為世界各國在21世紀的重要戰(zhàn)略之一。黃石市大冶地區(qū)具有豐富的礦冶文化資源,由于文物保護和展示條件的局限性,這些礦冶文化資源并沒有得到充分利用,有的正在逐步走向沒落或消亡。長期以來,由于展陳條件的限制,黃石地區(qū)的許多文物保護單位難于充分發(fā)揮社會教育和文化服務(wù)的功能。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在黃石地區(qū)礦冶文化保護中的運用,將極大地促進傳統(tǒng)文化資源的全社會共享,對于弘揚先進文化,建立學習型社會,全面提高國民素質(zhì),提供黃石所能提供的精神動力和智力支持。同時也將使黃石市在進一步提高文化知名度,創(chuàng)建青銅文化、山水園林城市的生態(tài)和文化旅游中起到重要作用。

[本論文是黃石理工學院青年基金項目“黃石礦冶遺址三維虛擬仿真”的階段性成果。項目編號:09yjr61Q.]

參考文獻:

[1]康鳳舉:《現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用》,國防工業(yè)出版社, 2001.9。

[2]胡小強:《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》,北京郵電大學出版社, 2005.7。

篇(3)

[關(guān)鍵詞]數(shù)字化礦山 實施 應(yīng)用

中圖分類號：TD2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0015-01

引言：所謂數(shù)字化礦山是采用現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和過程智能化控制技術(shù)，在礦山企業(yè)生產(chǎn)活動的三維尺度范圍內(nèi)，對礦山生產(chǎn)、經(jīng)營與管理的各個環(huán)節(jié)與生產(chǎn)要素實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、模型化、可視化、集成化和科學化管理，使礦山企業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)安全、高效、低耗的局面

一、礦山數(shù)字化技術(shù)主要研究內(nèi)容

礦山數(shù)字化技術(shù)是采用計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機圖形學、組件技術(shù)及GIS技術(shù)等，建設(shè)礦統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)采集、存儲、輸出、查詢與分析平臺，構(gòu)建服務(wù)于生產(chǎn)技術(shù)人員的地測、通風、安全、生產(chǎn)技術(shù)、高度、機電、運輸、設(shè)備租賃及辦公自動化等專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)平臺，在神華神東煤炭集團公司網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基礎(chǔ)上搭建面向公司管理決策層的Wed服務(wù)決策平臺，實現(xiàn)多部門、多層次井上下數(shù)據(jù)共享，專業(yè)圖件提高礦安全生產(chǎn)管理能力，進一步提升礦山技術(shù)管理水平，為安全生產(chǎn)決策提供技術(shù)保障，最終實現(xiàn)基于數(shù)字化、信息化和管理現(xiàn)代化的本質(zhì)安全型礦井，為“數(shù)字煤礦”建設(shè)奠定堅實的基礎(chǔ)。

主要研究內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)包括：本質(zhì)安全型信息共享與管理模型及其應(yīng)用研究；基于信息流的地質(zhì)、測量、通風、安全、生間、機電與測度等專業(yè)工作流模型研究及其應(yīng)用；基于C/S+B/S的煤礦地質(zhì)、測量、通風、安全、生間、機電與測度專業(yè)數(shù)據(jù)一體化管理應(yīng)用研究；基于CcmGIS+WebGIS礦井專題圖形上報、游覽、導航與專題應(yīng)用研究，基于CcmGIS+WebGIS礦井自然災(zāi)害隱患識別與預警模型研究及其應(yīng)用；基于三維可視化技術(shù)的礦井井下三維展示，漫游、三維信息查詢與分析應(yīng)用研究；面向煤礦安全事故求援的應(yīng)急指揮輔助決策應(yīng)用研究；基于全文搜索引擎的技術(shù)資料數(shù)字研究。

二、礦山數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用主要目的

主要對礦井的地測、一通三防、監(jiān)測監(jiān)控、調(diào)度、危險源預警、采礦設(shè)計、機電設(shè)計、生產(chǎn)管理等核心信息的科學集成與充分共享，進而大大提高煤礦生產(chǎn)效率和煤礦安全生產(chǎn)的信息化管理力度；建立對包括地質(zhì)、測量、通風、生產(chǎn)設(shè)計與機電管理等數(shù)據(jù)庫為核心，以分布式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為基礎(chǔ)環(huán)境，支持專業(yè)設(shè)計、資料管理、綜合業(yè)務(wù)調(diào)度、信息查詢及多級遠程網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測監(jiān)管的安全生產(chǎn)統(tǒng)一信息化平臺；實現(xiàn)煤礦地測、采煤、通風、安全、機電、調(diào)度等相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)與圖形的一體化管理，基于網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)多層（生產(chǎn)技術(shù)層、礦井管理層、公司管理層、決策層）用戶的管理、查詢與分析的功能；系統(tǒng)整體架構(gòu)上，數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一集中采用SQLServ2000或ORACLE管理，遠程管理系統(tǒng)基于NET開發(fā)且整體集成，C/S模式的專業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)用VC++等開發(fā)；實現(xiàn)地測、一通三防、監(jiān)測監(jiān)控、調(diào)度、危險源預警等的三維可視化表達和快策分析；制定安全生產(chǎn)信息化管理規(guī)范和模式，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的完全信息信息化管理，提高安全生產(chǎn)管理水平，降低安全生產(chǎn)事故。

三、數(shù)字礦山整體規(guī)劃與實施

礦山企業(yè)井田開拓、開采中休掘條件雜志，不可遇見因素頻發(fā)，企業(yè)平衡生產(chǎn)、安全控制的管理難度大，同時井下作業(yè)范圍廣，移動設(shè)備多、控制系統(tǒng)繁雜，因而礦山數(shù)字化必須是一個長期、循序漸進的過程，數(shù)字化進程堅持“整體規(guī)劃、分布實施、重點突破”的原則。

具體來說，首先應(yīng)從企業(yè)發(fā)展目標出發(fā)，全面 分析企業(yè)內(nèi)外部環(huán)境，制定礦山數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃礦山數(shù)字化建設(shè)藍圖、統(tǒng)一企業(yè)各階層對礦山數(shù)字化建設(shè)目的和意義的認識，實施中，要以“數(shù)字礦山”整體規(guī)劃為基礎(chǔ)，堅持由易到難、由淺入深、由上到下、逐步推進思想，首先根據(jù)礦山數(shù)字化總體規(guī)則搭建整體系統(tǒng)架構(gòu)，并針對生產(chǎn)經(jīng)營中存在的主要矛盾和問題，找到切入點，利用自動化、信息化手段加以解決，為礦山數(shù)字化奠定基礎(chǔ)。

數(shù)字化礦山應(yīng)采用一體化的管理，我們認為數(shù)字礦山應(yīng)按照一體化的構(gòu)架設(shè)計實現(xiàn)，從業(yè)務(wù)視角看該技術(shù)既覆蓋礦山主業(yè)的從原煤開采與運輸、洗選加工裝車外運全過程，同時覆蓋生產(chǎn)輔助業(yè)務(wù)，如機電設(shè)備運行管理、地質(zhì)測量管理、本質(zhì)安全管理、煤質(zhì)管理能及財務(wù)、人力資源、辦公事務(wù)處等輔助后勤業(yè)務(wù)。

數(shù)字礦山一體化構(gòu)架即包括了自動化技術(shù)水平較高的全礦生產(chǎn)過程綜合自動化控制系統(tǒng)，建立現(xiàn)代化的、覆蓋礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)的實時調(diào)度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)“采、掘、運、風、水、電”的綜合調(diào)度和和產(chǎn)過程自動化；還包括企業(yè)管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)包括經(jīng)營管理、事務(wù)管理、技術(shù)管理和能源管理等內(nèi)容。

從生產(chǎn)運營來看，數(shù)字礦山一體化構(gòu)架將覆蓋從計劃制定、分解及下達到作業(yè)任務(wù)執(zhí)行跟蹤、工程項目管理到生產(chǎn)經(jīng)營績效評價與反饋的整個過程以實現(xiàn)閉環(huán)管理。從時間軸上看，將覆蓋企業(yè)中長期、年度及每日朱同管理周期的需求。從涉及單位來看，可滿足礦級、區(qū)隊至班組最小生產(chǎn)單元的不同管理的要求。（見圖1）

四、神東應(yīng)用礦山數(shù)字化技術(shù)后的效益分析

隨著企業(yè)管理水平、管理現(xiàn)代化水平的提高和信息化進程，利用先進的信息技術(shù)建立數(shù)字礦山安全生產(chǎn)技術(shù)綜合管理信息系統(tǒng)已成為企業(yè)強化主業(yè)核心競爭力，提升管理效率和經(jīng)營效益，實現(xiàn)科學、合理、精益組織生產(chǎn)的迫切需要。通過數(shù)字礦山安全生產(chǎn)技術(shù)綜合管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，可以對煤礦各專業(yè)數(shù)據(jù)合理分類管理，對涉及的各種技術(shù)數(shù)據(jù)（地質(zhì)、水文、測量、采掘、通風、機電、運輸、生產(chǎn)、調(diào)度等）進行記錄、處理、存樓、分析與管理、基于數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫，可以建立一個包括信息化管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化、管理的現(xiàn)代化，監(jiān)測的自動化、事故的預警化、信息的可視化，為礦井規(guī)劃、開拓設(shè)計、優(yōu)化開采、調(diào)度指揮、安全生產(chǎn)、安全評價以及決策管理提供高可用性綜合信息，為煤礦安全生產(chǎn)、強化管理、科學決策提供有力保障。具體的社會效益體現(xiàn)在以下幾方面：

1）實現(xiàn)安全管理工作的信息化與網(wǎng)絡(luò)化管理，基于工作流達到安全生產(chǎn)的遠程管理與網(wǎng)上辦公，這將在煤礦生產(chǎn)管理工作的模式上實現(xiàn)巨大轉(zhuǎn)變，必將提高系統(tǒng)動行質(zhì)量和可靠性，能實時獲取系統(tǒng)各種運行參數(shù)，從而實現(xiàn)對設(shè)備的動態(tài)管理，即是以技術(shù)保安全的重要手段和具本體現(xiàn)，也是實現(xiàn)本質(zhì)安全煤礦的不效途徑，是煤礦安全生產(chǎn)、經(jīng)營管理本質(zhì)的變革。

2）基于地測基礎(chǔ)信息實現(xiàn)煤礦多部門、多專業(yè)的安全生產(chǎn)專業(yè)信息化將超到帶動作用，間接經(jīng)濟效益與社會效益不可估算。

結(jié)語：通過數(shù)字礦山建設(shè)為神東創(chuàng)造的價值不僅僅體現(xiàn)在經(jīng)濟效益上，還包括安全生產(chǎn)、提高員工滿意度、科技創(chuàng)新、實現(xiàn)綠色開采等方面，建設(shè)“本質(zhì)安全型、攝影師效益型、科技創(chuàng)新型、資源節(jié)約型、和諧發(fā)展開封”五型企業(yè)，并帶動整個煤礦行業(yè)整體水平的提高。

篇(4)

關(guān)鍵詞：文化遺址；虛擬現(xiàn)實；h里城；三維；文化保護

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與文化遺址的保護

文化遺址是一個國家文化遺產(chǎn)中珍貴的組成部分，是國家和民族的珍貴財富，如敦煌莫高窟、洛陽龍紋石窟、安陽殷墟等。這些文化遺址作為不同時期文化信息的載體，為我國古代歷史文化的研究以及藝術(shù)和科學新技術(shù)的發(fā)展提供了極其重要的實物資料。隨著城市現(xiàn)代化、鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化建設(shè)進程的加快，現(xiàn)存文化遺址的保護與開發(fā)工作正在面臨著諸多問題，由于風雨侵蝕等自然因素以及旅游開發(fā)等人為因素的影響，我國現(xiàn)存的文化遺址在不同程度上正在遭遇著破壞或腐蝕；另一方面，文化遺址如何能在更大更廣的范圍內(nèi)向世界展示其蘊含的獨特歷史文化、藝術(shù)價值和科學參考價值，使其得以保護和展示、傳承和發(fā)揚，并保證文化旅游價值，是文化遺產(chǎn)保護領(lǐng)域需要探索和解決的重要難題。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步與網(wǎng)絡(luò)和計算機的普及，數(shù)字技術(shù)時代已經(jīng)到來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)迅速得以應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。利用三維技術(shù)和虛擬展示等可以對文化遺址的原始風貌進行虛擬復原和模擬，探索更生動的信息表達方式；將文化遺址進行高精度的數(shù)字化保存，獲取珍貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有助于文化遺址的修繕和復原工作；利用互聯(lián)網(wǎng)的游客可以不受時間、地域、空間的限制，隨心所欲地對虛擬展館進行自由游覽與交互，避免和減少游客對文化遺址實物的直接觸摸引起的文物損壞等現(xiàn)象的發(fā)生；通過打造一個為游客提供在線漫游、參觀、教育、娛樂等多功能體驗的平臺，不僅能夠較好的解決古遺址保護的條件和場地的制約，也更有效的拓展了遺址的保護、展示與研究的新領(lǐng)域。所以利用虛擬現(xiàn)實進行遺址文化的保護和傳播是歷史發(fā)展的必然，也是時展的要求。

2 文化遺址虛擬化保護研究現(xiàn)狀

一些經(jīng)濟較為發(fā)達的國家較早地開展了對遺址文化的保護工作，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為數(shù)字化手段的一種，將文化遺址的復原、展示和保護工作推進到了一個全新的階段。歐美一些國家利用網(wǎng)絡(luò)對已經(jīng)保存的文化遺產(chǎn)進行傳播和展示，如美國的虛擬龐貝城等；新加坡Visual Factory公司與新加坡國家遺產(chǎn)文物局合作，為亞洲文明博物館、新加坡國家博物館、新加坡美術(shù)館等6家文博機構(gòu)創(chuàng)建了整套的3D虛擬在線展廳，世界各地的用戶可以通過這一平臺參觀新加坡的知名博物館。

與歐美等發(fā)達國家相比，我國對文化遺址的虛擬保護建設(shè)還處于初級階段，大多數(shù)停留在文化遺址宣傳的網(wǎng)站階段，表現(xiàn)形式多為圖片、文字內(nèi)容、FLASH動畫和遺址的展訊動向等二維網(wǎng)頁形式，受眾被動接受信息缺乏沉浸感和趣味性。其次，虛擬展示系統(tǒng)不夠完善，很大程度上它只是作為文化遺址的一個信息平臺，沒有將文化遺址在互聯(lián)網(wǎng)上的功能進行挖掘和延伸。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，國家加大了對遺址文化的保護與文化軟實力的投入以及政策上的扶持力度。20世紀90年代后期，故宮博物院、首都博物館等率先將部分內(nèi)容進行數(shù)字化制作并上傳至互聯(lián)網(wǎng)，開辟了國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館的先河。2013年我國第一個360°全景虛擬博物館開放的中華藝術(shù)宮藝術(shù)數(shù)字博物館開放，為珍貴藏品的數(shù)字檔案管理和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。故宮博物院與IBM合作開發(fā)的紫禁城虛擬世界“超越時空的紫禁城”是我國第一個通過互聯(lián)網(wǎng)展示文化古遺址的3D虛擬世界，網(wǎng)民們通過網(wǎng)絡(luò)可瀏覽三維的故宮建筑、古文物以及古代人物，通過對頁面的點擊交互可查閱遺址詳情等。

目前文化遺址虛擬化實現(xiàn)方法類型主要分為如360°全景或者720°全景的基于照片的虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)方法和基于三維造型的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)方法，而我國利用三維現(xiàn)實場景對文化遺址進行展示的系統(tǒng)較少，但是360°全景甚至720°全景漫游是無法達到基于三維造型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所營造的“沉浸感”的。

3 h里城數(shù)字化保護的背景與意義

h里城遺址，位于河南省安陽市湯陰縣城。作為第四批全國重點文物保護單位，它是新石器時代、商、周遺址，是世界遺存最早的國家監(jiān)獄，是周易文化發(fā)祥地。它以博大精深的文化內(nèi)涵而名揚海內(nèi)外，是展示中國文化精神的一扇窗。

“八卦”是中國傳統(tǒng)文化的重要部分，而位于h里城遺址的八卦陣便成了凸顯八卦知識、傳播天人合一思想的良好平臺。h里城遺址與中國古代文化傳統(tǒng)緊密相連，是中國文化傳統(tǒng)發(fā)生的地方，是鏈接炎黃子孫的一個至關(guān)重要的節(jié)點。

雖然h里城景區(qū)內(nèi)的實體設(shè)施基本具備，但是缺少對遺址的數(shù)字化虛擬化保護和管理。目前，h里城的宣傳網(wǎng)站是依附于河南省湯陰縣旅游局官網(wǎng)，并且是h里城唯一一個在線景區(qū)360。全景漫游系統(tǒng)，是作為h里城景區(qū)網(wǎng)頁頁面中的一個功能模塊存在的。該漫游系統(tǒng)入口的擺放位置不是很醒目，界面風格較為單調(diào)缺少民族元素，可瀏覽的信息內(nèi)容有限，交互方式單一，沉浸感較差。如果想要打破這種簡單的瀏覽方式，使游客更加沉浸式地參與虛擬互動和交互，這就需要利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)等打造一個多維度的h里城遺址虛擬現(xiàn)實交互體驗平臺，增強頁面信息的感染力和表現(xiàn)力，將遺址文化得以數(shù)字化保護的同時，潛移默化地激發(fā)游客對遺址文化的認同感。

4 h里城數(shù)字化虛擬保護與設(shè)計理念

4.1 遺址古物的再現(xiàn)和文化的復原

通過計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)等先進的智能技術(shù)，將h里城遺址建筑及文物展品等通過三維創(chuàng)作的數(shù)字化形式進行展示、宣傳、研究與教育，搭建出一個完整的h里城虛擬遺址三維互動平臺。打破文物在保存環(huán)境與技術(shù)上的局限，以及遺址在時間和空間的局限，通過多媒體技術(shù)和多數(shù)據(jù)通道方式開發(fā)多種展示和知識傳播途徑，加強遺址文化的展示和教育功能的深度與廣度。

4.2 遺址歷史文化的保護與宣傳

通過數(shù)字三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將h里城遺址的場地、建筑及展品等進行三維創(chuàng)作的復制，建立出一個完整的虛擬現(xiàn)實展示交互系統(tǒng)，游客可以對將h里城遺址的方位格局以及建筑的內(nèi)部和外部的結(jié)構(gòu)進行自由行走和三維漫游任意瀏覽，如果遇到感興趣的文物展品，通過鼠標的點擊觸發(fā)查看該物品的三維展示詳情；通過查詢和定位的功能，使游客迅速查詢遺址信息，了解當前所處位置，以及隨意切換位置，“穿越”各個景點；同時，通過設(shè)立一些如“遺址概況”“精品文物”“文獻資料”“八卦課堂”等專題和模塊，體現(xiàn)了歷史與文明的關(guān)系，使得游客在瀏覽過程中了解遺址文化的背景及內(nèi)容，從而獲得新的知識，遺址的歷史文化通過游客的參觀瀏覽與互動潛移默化的方式中影響著游客，并得到了更深層次的文化認可；“在線商鋪”可以將線上與線下的資源進行整合，使得遺址文化得到全方位多層次的宣傳與保護。

4.3 基于遺址文化的界面視覺設(shè)計

h里城數(shù)字化虛擬漫游系統(tǒng)作為一個信息傳遞、資源展示、文化宣傳的大平臺，遺址地域文化通過虛擬交互與該平臺進行結(jié)合，可以使h里城遺址的周易文化和特色得以傳播與推廣，提高周易文化的知名度和影響力。首先，界面設(shè)計要符合人機交互的人性化設(shè)計，主頁面與子頁面間要實現(xiàn)良好的層級關(guān)系和閱讀欣賞順序，并且超級鏈接可以快速地使游客進入三維漫游系統(tǒng)進行瀏覽以及快速的顯示游客所點擊對象的媒體信息；各界面要使游客快速有效地接受遺址文化信息內(nèi)容，避免花哨和雜亂，通過較為合適的視覺表達形式來滿足游客的瀏覽需要，使游客對界面進行有效的閱讀和瀏覽；在界面視覺設(shè)計中，注重遺址文化特色和代表性，例如通過加入具有周易文化特征的創(chuàng)新設(shè)計元素，挖掘周易八卦圖在設(shè)計中應(yīng)用的諸多可能性，在視覺上探索周易文化與界面設(shè)計的契合點；利用信息關(guān)聯(lián)和音視頻功能等多媒體技術(shù)的應(yīng)用，可以增強該平臺的表現(xiàn)力和娛樂性，在界面中通過設(shè)置音量、開關(guān)等按鈕，方便游客對音視頻的控制；由于h里城擁有著三千年的悠久歷史，在界面的色彩定位上可選擇較為深沉穩(wěn)重的顏色從而使界面具有文化的厚重感和歷史的神秘感。

5 結(jié)語

三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，將文化遺址進行虛擬復原，為游客打造一個線上瀏覽與體驗的文化遺址三維互動平臺，使文化遺址在數(shù)字空間得以再生和延續(xù)，彌補文化遺址受到空間與自然環(huán)境限制的不足。要注重遺址文化的特色和代表性，挖掘遺址特色民俗、文化的視覺符號，用合理有效的表達方式可以將遺址的文化信息更好更效率地使受眾接收，為文化遺址的保護與對外交流提供了一種全新手段。

參考文獻：

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[6] 謝思思.新媒體視野下的虛擬博物館研究[J].

篇(5)

【關(guān)鍵詞】GPS定位技術(shù)工程測量加護分析數(shù)字化 攝影測量

中圖分類號： P228.4 文獻標識碼： A 文章編號：

一．引言。

工程測量通常是指在工程建設(shè)的勘測設(shè)計、施工和管理階段中運用的各種測量理論、方法和技術(shù)的總稱。傳統(tǒng)工程測量技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域包括建筑、水利、交通、礦山等部門，其基本內(nèi)容有測圖和放樣兩部分。現(xiàn)代工程測量己經(jīng)遠遠突破了僅僅為工程建設(shè)服務(wù)的概念，它不僅涉及工程的靜態(tài)、動態(tài)幾何與物理量測定，而且包括對測量結(jié)果的分析，甚至對物體發(fā)展變化的趨勢預報。

二．工程測量實施的階段性分析。

1.規(guī)劃設(shè)計階段。

主要是提供大比例尺地形圖。采用的方法主要有地面人工測圖和攝影測量成圖兩類。

（1）. 地面人工測圖。是根據(jù)由總體到局部的原則，先在測區(qū)內(nèi)建立平面和高程控制網(wǎng)點(見工程控制測量)，然后根據(jù)控制點測繪地物、地貌。近年來，隨著電子速測儀和機助制圖系統(tǒng)的發(fā)展，可以應(yīng)用多功能整體式或組合式的電子速測系統(tǒng)取得地物和地貌特征點的三維坐標數(shù)據(jù)，輸入制圖系統(tǒng)自動成圖。

（2）. 攝影測量成圖。是對地面進行攝影，對像片加以判讀、量測和處理，以獲得所需資料。最先應(yīng)用的是地面攝影測量，即在地面上用攝影經(jīng)緯儀攝取測區(qū)的像片，據(jù)以成圖。后來發(fā)展為航空攝影測量，它已成為目前測繪地形圖的最主要、最有效方法。

近年來,隨著攝影器材和測圖儀器的改進,除了模擬測圖方式以外，發(fā)展了解析測圖方式，即利用立體坐標量測儀對像片量測進行解析處理，獲得地形的數(shù)據(jù)資料。解析測圖儀除了與一般模擬立體測圖儀一樣測圖外,還可進行區(qū)域網(wǎng)點加密和數(shù)字化測圖,獲得數(shù)字地圖。地面形態(tài)的數(shù)字表達稱為“數(shù)字地面模型”，它可用來解決工程設(shè)計中繪制斷面圖、計算土石方量等問題。

2.施工階段工程測量工作。

主要是按照設(shè)計和施工的要求，先建立施工控制網(wǎng)點,然后根據(jù)控制網(wǎng)點,在實地上以適當?shù)木确艠映鼋ㄖ锱c生產(chǎn)設(shè)備各部分的位置，作為施工和安裝的依據(jù)。放樣工作包括平面位置放樣和高程放樣。平面位置放樣通常采用極坐標法、直角坐標法以及交會法等。高程放樣通常是根據(jù)高程控制網(wǎng)點用水準測量方法進行。近年來，已在施工測量中應(yīng)用了激光測量儀器，例如：激光準直儀、激光垂線儀、激光平面儀、激光經(jīng)緯儀、激光水準儀等（見工程測量儀器）。這不僅提高了測量的精度和速度，而且有助于實現(xiàn)自動化。

3. 經(jīng)營管理階段的工程測量工作。

主要是為了監(jiān)視工程建筑物的現(xiàn)狀，保證安全運營所進行的建（構(gòu)）筑物變形觀測。包括垂直位移（沉降）、水平位移、傾斜、撓曲，以及風振、日照等變形觀測項目，其特點是要求建立較高精度的變形觀測控制網(wǎng)和穩(wěn)固的基準點。對于觀測的精度要求與所采用的方法，因各項工程的要求不同，差異較大。野外觀測工作完成以后，經(jīng)過平差計算和初步整理，應(yīng)用統(tǒng)計檢驗的方法來分析變形觀測成果的可靠性，應(yīng)用回歸分析的方法探討變形的規(guī)律性。垂直位移（沉降）觀測，通常采用精密水準測量方法。使用液體靜力水準測量法，可將液面的高程變化轉(zhuǎn)換成電感輸出，有利于實現(xiàn)觀測自動化。建筑物的水平位移觀測，由于它本身受力條件的不同，位移的方向不同，觀測方法也就不同。對于任意方向的位移觀測，常采用角度前方交會法，對于發(fā)生在某一特定方向的位移觀測常采用基準線法。基準面的建立，可應(yīng)用經(jīng)緯儀的視線、拉緊的鋼絲或者激光束。觀測點相對于基準面的偏離值，可以用人工觀測，也可以利用光電傳感技術(shù)，實現(xiàn)自動化。建筑物的位移、傾斜、撓曲和瞬時變形觀測，除了采用大地測量方法外，也可以應(yīng)用近景攝影測量技術(shù)。

三．工程測量技術(shù)的現(xiàn)狀。

1. 地面測量儀器。

20 世紀 80 年代以來出現(xiàn)許多先進的地面測量儀器，為工程測量提供了先進的技術(shù)工具和手段，如：光電測距儀、精密測距儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀、電子水準儀、數(shù)字水準儀、激光準直儀、激光掃平儀等，為工程測量向現(xiàn)代化、自動化、數(shù)字化方向發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件，改變了傳統(tǒng)的工程控制網(wǎng)布網(wǎng)、地形測量、道路測量和施工測量等的作業(yè)方法。三角網(wǎng)已被三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、測距導線網(wǎng)所替代；光電測距三角高程測量代替三、四等水準測量；具有自動跟蹤和連續(xù)顯示功能的測距儀用于施工放樣測量；無需棱鏡的測距儀解決了難以攀登和無法到達的測量點的測距工作；電子速測儀為細部測量提供了理想的儀器；精密測距儀的應(yīng)用代替了傳統(tǒng)的基線丈量。

2.GPS定位技術(shù)。

GPS是美國從20世紀70年代開始研制,歷時20年,耗資200億美元,于1994年全面建成,具有海、陸、空進行全方位實施三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。隨著GPS定位技術(shù)的不斷改進,軟、硬件的不斷完善,長期使用的測角、測距、測水準為主體的常規(guī)地面定位技術(shù),正在逐步被以一次性確定三維坐標的高速度、高精度、費用省、操作簡單的GPS技術(shù)代替。

在我國 G P S 定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個領(lǐng)域，國家大地網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立與改造已普遍地應(yīng)用 G P S 技術(shù)，在石油勘探、高速公路、通信線路、地下鐵路、隧道貫通、建筑變形、大壩監(jiān)測、山體滑坡、地震的形變監(jiān)測、海島或海域測量等也已廣泛的使用 G P S 技術(shù)。隨著D G P S 差分定位技術(shù)和 R T K 實時差分定位系統(tǒng)的發(fā)展和美國 A S 技術(shù)的解除，單點定位精度不斷提高，G P S 技術(shù)在導航、運載工具實時監(jiān)控、石油物探點定位、地質(zhì)勘查剖面測量、碎部點的測繪與放樣等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。

3. 數(shù)字化測繪技術(shù)。

數(shù)字化測繪技術(shù)在測繪工程領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，使大比例尺測圖技術(shù)向數(shù)字化、信息化發(fā)展。大比例尺地形圖和工程圖的測繪,歷來就是城市與工程測量的重要內(nèi)容和任務(wù)。

常規(guī)的成圖方法是一項腦力勞動和體力勞動結(jié)合的艱苦的野外工作,同時還有大量的室內(nèi)數(shù)據(jù)處理和繪圖工作,成圖周期長,產(chǎn)品單一,難以適應(yīng)飛速發(fā)展的城市建設(shè)和現(xiàn)代化工程建設(shè)的需要。隨著電子經(jīng)緯儀、全站儀的應(yīng)用和 GEOMAP 系統(tǒng)的出現(xiàn),把野外數(shù)據(jù)采集的先進設(shè)備與微機及數(shù)控繪圖儀三者結(jié)合起來,形成一個從野外或室內(nèi)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形編輯和繪圖的自動測圖系統(tǒng)。

4. 攝影測量技術(shù)。

攝影測量技術(shù)已越來越廣泛的在城市和工程測繪領(lǐng)域中得以應(yīng)用，由于高質(zhì)量、高精度的攝影測量儀器的研制生產(chǎn)，結(jié)合計算機技術(shù)中的應(yīng)用，使得攝影測量能夠提供完全的、實時的三維空間信息。不僅不需要接觸物體，而且減少了外業(yè)工作量，具有測量高效、高精度，成果品種繁多等特點。在城市和工程大比例尺地形測繪、地籍測繪、公路、鐵路以及長距離通訊和電力選線、描述被測物體狀態(tài)、建筑物變形監(jiān)測、文物保護和醫(yī)學上異物定位中都起到了一般測量難以起到的作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。由于全數(shù)字攝影測量工作站的出現(xiàn)，為攝影測量技術(shù)應(yīng)用提供了新的技術(shù)手段和方法，該技術(shù)已在一些大中城市和大型工程勘察單位得以引進和應(yīng)用。

六．結(jié)束語

在人類活動中，工程測量是無處不在、無時不用，只要有建設(shè)就必然存在工程測量，因而其發(fā)展和應(yīng)用的前景是廣闊的。

參考文獻：

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篇(6)

關(guān)鍵詞：車輛工程專業(yè)；應(yīng)用型；實踐創(chuàng)新能力；教學體系

Research on practical innovation ability cultivation for application-oriented undergraduates of vehicle engineering

Yang Bin, Wan Maosong, Wang Jiankang

Nanjing forestry university, Nanjing, 210037, China

Abstract: According to market demand for automobile professionals and vehicle engineering orientation. Cultivation system of practical innovation ability for application-oriented undergraduates of vehicle engineering is established. Theory course teaching system, teaching content, teaching methods, the experiment practice course system and students'' comprehensive quality training system are also innovated and practiced.

Key words: vehicle engineering; application-oriented; practical innovation ability; teaching sysem

汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，近十年來，隨著我國汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，用人單位對汽車類人才的需求十分旺盛。同時，對車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量和類型提出了新要求，迫切要求改革和創(chuàng)新車輛工程人才培養(yǎng)模式，著重加強學生的工程素質(zhì)和實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1 車輛工程專業(yè)定位

車輛工程專業(yè)培養(yǎng)學生具備扎實的基礎(chǔ)理論知識和汽車設(shè)計、制造、試驗方面的專業(yè)知識，能夠在汽車設(shè)計研究院、汽車制造企業(yè)、汽車行業(yè)管理部門(維修行業(yè)協(xié)會、保監(jiān)會)、保險公司、交通管理部門和高等院校等從事汽車產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)研究、交通安全、教學和管理工作。本專業(yè)主要要求學生系統(tǒng)地學習和掌握機械設(shè)計與制造基礎(chǔ)理論、計算機應(yīng)用技術(shù)等基礎(chǔ)知識。

近年來，我校車輛工程專業(yè)根據(jù)我國汽車工業(yè)未來發(fā)展趨勢和新的人才培養(yǎng)需求，對如何培養(yǎng)符合社會需求的實踐創(chuàng)新能力的人才進行了深入研究和探索。圍繞學校的“十二五”發(fā)展規(guī)劃，重新確立了車輛工程專業(yè)建設(shè)指導思想，明確了辦學指導思想和定位，著重培養(yǎng)學生在汽車產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計和汽車測試等方面有較強的研究和應(yīng)用能力，并對理論課程教學體系、教學內(nèi)容、教學方法及實驗實踐課程體系、學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)體系等多方面進行了創(chuàng)新與實踐。

2 車輛工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系

2.1 理論課程教學體系的建設(shè)

2.1.1 “三模塊”理論課程教學體系

根據(jù)車輛工程應(yīng)用型本科人才的能力結(jié)構(gòu)和要求，首先確定車輛工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程體系和教學內(nèi)容，構(gòu)建了“三模塊”理論課程教學體系，即與車輛工程專業(yè)相關(guān)模塊，包括通識教育模塊、汽車專業(yè)基礎(chǔ)課教學模塊和專業(yè)課教學模塊，確立了各模塊課程的知識要求和教學內(nèi)容。具體做法是將本專業(yè)劃分為汽車產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計和汽車測試方向，依據(jù)不同方向開設(shè)了不同的主干課程，制訂了新的課程教學大綱，組建了模塊化教學團隊，進一步優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)和不同課程之間的縱深關(guān)系，確立了各課程的教學目標和要求，修訂了新的教學計劃和教學大綱。

2.1.2 建設(shè)汽車數(shù)字化課程群

數(shù)字化設(shè)計與制造是現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。為了滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)對既懂汽車結(jié)構(gòu)又懂三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)復合型人才的需求，我校自2009年始開展了車輛工程本科專業(yè)數(shù)字化課群的建設(shè)，將數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能力培養(yǎng)作為專業(yè)人才培養(yǎng)主要目標之一。

通過對專業(yè)需求企業(yè)和相關(guān)院校廣泛調(diào)研與論證，提出符合自身特點的課程建設(shè)方案，修訂了各門課程的教學大綱，著手選擇或編寫教材，大膽嘗試與改革數(shù)字化課程的教學方法與手段，陸續(xù)開設(shè)CAD，CAE以及汽車仿真和汽車電子類課程，如汽車CAD/CAE技術(shù)、汽車結(jié)構(gòu)有限元分析、Matlab及其應(yīng)用、汽車車身設(shè)計基礎(chǔ)、汽車測試技術(shù)及設(shè)備、汽車電子控制技術(shù)等。同時，在教學內(nèi)容和方法上也在不斷改革和嘗試，使學生不只局限于工具的使用，強調(diào)授課過程中訓練學生思維的啟發(fā)式教學方法，盡可能結(jié)合汽車零部件產(chǎn)品設(shè)計的案例式教學方法。

2.1.3 搭建汽車數(shù)字化應(yīng)用平臺

圍繞著汽車數(shù)字化設(shè)計和汽車測試兩個專業(yè)發(fā)展方向，以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為目標，開展實驗儀器、設(shè)備和軟件建設(shè)，在原有實驗條件的基礎(chǔ)上成立了汽車數(shù)字化設(shè)計與應(yīng)用中心。已建成擁有DELL和HP高性能工作站、40臺高性能計算機，80套汽車電子多功能實驗系統(tǒng)，汽車制造業(yè)普遍使用的汽車CAD(輔助設(shè)計類)軟件—CATIA v5r20，UG NX 6.0和PTC Cero 1.0，汽車CAE(結(jié)構(gòu)性能分析類)軟件—ANSYS10.0，汽車動力學與性能仿真軟件—ADAMS，RECURDYN，虛擬儀器和檢測開發(fā)軟件—NI測控系統(tǒng)，LabView，Matlab等各種先進、正版軟件的汽車數(shù)字應(yīng)用實驗室。

2.2 多途徑提高大學生數(shù)字化應(yīng)用能力

依托汽車數(shù)字化設(shè)計建設(shè)平臺，將提高大學生的數(shù)字化技術(shù)實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿于整個大學階段課程學習、專業(yè)課課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、課外創(chuàng)新實踐訓練計劃中。

(1)推行“以學生為主體、以教師為主導”的教學思想，堅持理論教學與實踐教學并重，注重汽車新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)和新材料的介紹，正確處理各課程內(nèi)容的縱深關(guān)系，周期性開展教學研討，總結(jié)課程教學經(jīng)驗、不斷改進教學方法。

(2)推行“優(yōu)秀本科生導師制”，聘請學術(shù)造詣深、責任心強、治學嚴謹?shù)慕處煋蝺?yōu)秀本科生導師，導師應(yīng)在充分了解優(yōu)秀本科生的學習基礎(chǔ)、特長、志趣等因素的基礎(chǔ)上，制訂出切合實際的培養(yǎng)方案和較強針對性的培養(yǎng)計劃及具體安排。安排優(yōu)秀本科生參加科研工作和各類學科競賽。優(yōu)秀本科生在培養(yǎng)期間應(yīng)積極參與指導教師安排的科研課題或項目，在指導教師的指點下積極申報校級以上創(chuàng)業(yè)計劃、創(chuàng)新項目，并撰寫科研論文或申報成果獎，使學生數(shù)字化技術(shù)綜合應(yīng)用能力得到提高。

(3)建立課外實踐創(chuàng)新汽車數(shù)字化應(yīng)用平臺，鼓勵車輛工程專業(yè)大學生參與機械創(chuàng)新設(shè)計等各種大賽，在全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽、機械創(chuàng)新等競賽中取得了較好成績，以賽促教、以賽促訓、以賽促用、以賽促新，培養(yǎng)了學生自我學習、自我開發(fā)的能力以及創(chuàng)新意識，同時也提升了專業(yè)能力和技術(shù)水平，促進了就業(yè)。

2.3 實驗實踐課程體系的建設(shè)

2.3.1 打破課程壁壘，實現(xiàn)實驗內(nèi)容模塊化

從車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)需求的實際出發(fā)，實驗教學體系首先應(yīng)打破課程的界限，以強化學生的創(chuàng)新能力和實驗技能培養(yǎng)為主線，對專業(yè)課實驗教學體系進行總體設(shè)計，統(tǒng)籌規(guī)劃所有專業(yè)課程實驗教學，構(gòu)建與理論課教學既有機結(jié)合又相對獨立的技能培養(yǎng)實驗教學體系，形成了“專業(yè)教師指導實驗、實驗教師參與課程教學”的教學模式。由專業(yè)課教師參與指導汽車發(fā)動機和底盤構(gòu)造、汽車拆裝與駕駛實習、汽車CAD/CAE技術(shù)等實驗課程，將理論與實驗教學課程緊密聯(lián)系，使學生對所學內(nèi)容有更深層次的理解。

2.3.2 開放實驗室，充分利用教學資源

充分利用實驗室現(xiàn)有資源，完善實驗教學條件，積極開展實驗室開放工作，為學生學習服務(wù)，培養(yǎng)和鞏固學生的專業(yè)興趣，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神。實驗室開放包括認知實驗開放、實驗項目開放、計算機應(yīng)用開放、科技活動開放等。同時，積極支持和組織大量的學生課外實踐活動，極大提高了學生專業(yè)學習積極性。

2.3.3 引入虛擬仿真技術(shù)，降低設(shè)備運行使用費用

虛擬仿真技術(shù)已在車輛工程學生的課程設(shè)計和畢業(yè)論文綜合設(shè)計環(huán)節(jié)開始廣泛使用，利用計算機多媒體技術(shù)和仿真技術(shù)進行實驗儀器設(shè)備操作與控制模擬，使學生全面了解和熟悉實驗儀器設(shè)備的使用原理，操作過程和維護保養(yǎng)。學生參與實驗教學儀器設(shè)備的自主開發(fā)及應(yīng)用，要求學生利用3D(如UG，CATIA等)工程軟件，建立對象的三維數(shù)字化模型，然后利用相關(guān)虛擬仿真軟件制作成面向?qū)ο蟮慕换ハ到y(tǒng)。開發(fā)和利用虛擬仿真實驗系統(tǒng)是改革實驗教學的一個新的發(fā)展力向，可縮短熟悉儀器設(shè)備的時間，規(guī)范學生的實驗操作，提高儀器設(shè)備的使用完好率，降低實驗損耗和實驗成本。

3 學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)體系

(1)分析調(diào)查學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)要求，將學生表達能力、團隊合作能力和交流能力等素質(zhì)培養(yǎng)要求落實到模塊化和實踐教學體系的環(huán)節(jié)中。在課程的教學方式方法、實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)綜合設(shè)計等實踐教學過程中，強化學生的團隊合作意識，培養(yǎng)綜合素質(zhì)。

(2)強化學生科技競賽、課外科技活動，提高學生的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力。在每年的機械設(shè)計競賽、數(shù)學建模大賽、三維數(shù)字化建模競賽等各類競賽和科技活動中，組織專業(yè)學生積極參與，由專業(yè)教師進行指導。幾年來，本校大學生廣泛地參與科技創(chuàng)新活動，已有多名學生獲得省級或國家級獎項，極大地鍛煉了學生的動手能力，提高了學習興趣，創(chuàng)造了良好的科技創(chuàng)新氛圍，提高了科技創(chuàng)新意識。

(3)通過汽車維修等級工(國家勞動和社會保障部職業(yè)技能鑒定中心授權(quán))和三維CAD應(yīng)用工程師(國家制造業(yè)信息化培訓中心授權(quán))專業(yè)技能的認證，給本校學生提供了參加各項應(yīng)用技能認證培訓的機會，大大提高了學生的就業(yè)技能。

4 專業(yè)課教學模式和方法的改革

車輛技術(shù)發(fā)展日新月異，各種新理論、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，教學內(nèi)容和教學學時之間的矛盾日益突出。因此，改革教學模式和方法勢在必行。

4.1 制定合理的教學計劃

通過多年的教學實踐經(jīng)驗和廣泛調(diào)研，制定了合理的課程教學計劃，將專業(yè)基礎(chǔ)課教學計劃提前，保證每個學期都有1～2門專業(yè)相關(guān)課程，使各門課程有一定的傳承性和互補性。汽車的各門專業(yè)課之間有著密切的聯(lián)系，特別是汽車構(gòu)造、汽車理論、汽車設(shè)計這3門專業(yè)核心課程聯(lián)系更緊密。多門課程各有特點，串聯(lián)講解的授課模式使學生將知識融會貫通，更深入理解汽車的結(jié)構(gòu)、原理和設(shè)計。

構(gòu)建了理論與實踐一體化的教學模式。為保證理論和實踐的緊密結(jié)合，主干課程的實驗和課程安排在同一學期進行，或?qū)嵺`內(nèi)容和理論教學放在同一課程內(nèi)，有助于加深學生對課程的理解，也有利于提高學生的動手能力和工程素養(yǎng)。

4.2 數(shù)字化設(shè)計方法和理論與實踐教學相結(jié)合的模式

汽車產(chǎn)品的整個生命周期(PLM)都離不開各種數(shù)字化設(shè)計工具和軟件的引入。具體表現(xiàn)為：在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)階段，采用CATIA，UG NX等三維數(shù)字化造型設(shè)計軟件；在產(chǎn)品性能測試分析階段，采用ADAMS，ANSYS等工程軟件；在實際產(chǎn)品的檢測階段，引入NI測控系統(tǒng)等。在理論和實踐授課中引入這些工具，有利于促進學生對先進設(shè)計方法的學習，如在汽車構(gòu)造授課中展示CATIA，UG NX等工具建立的三維汽車零部件構(gòu)造模型；在汽車理論關(guān)于操縱穩(wěn)定性、平順性的分析研究中引入ADAMS動力學對比分析；在汽車設(shè)計課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中要求使用CATIA，ADAMS，ANSYS等實現(xiàn)汽車產(chǎn)品的CAD/CAE設(shè)計要求，使學生快速掌握這些先進數(shù)字化設(shè)計方法，提高實踐創(chuàng)新能力。

5 結(jié)束語

汽車工業(yè)的快速發(fā)展既給車輛工程專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)帶來了機遇，也帶來了挑戰(zhàn)。結(jié)合本校情況，對車輛工程應(yīng)用型本科專業(yè)建設(shè)和專業(yè)課授課模式進行了改革，以國家汽車產(chǎn)業(yè)對高級工程技術(shù)人才需求和學生就業(yè)為導向，在車輛專業(yè)的人才培養(yǎng)模式、課程體系、理論與實踐教學、學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)體系等方面進一步探索與實踐，大力加強專業(yè)學生的實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。結(jié)合本專業(yè)實際情況，發(fā)揮優(yōu)勢和特色，培養(yǎng)出適應(yīng)市場需求，具有實踐創(chuàng)新能力的高素質(zhì)車輛工程高級應(yīng)用型人才。

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篇(7)

關(guān)鍵詞：逆向工程；點云數(shù)據(jù)處理；CAD建模；汽車輪轂；實物模型數(shù)字化

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2011）36-0068-02

逆向工程是消化吸收并改進先進技術(shù)的一系列工作方法和技術(shù)的總和，它是以設(shè)計方法學為指導，以現(xiàn)代設(shè)計理論方法技術(shù)為基礎(chǔ)，運用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計經(jīng)驗，知識和創(chuàng)新思維，對已有新產(chǎn)品進行解剖、深化和再創(chuàng)造，是已有設(shè)計的設(shè)計。逆向工程設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用對提高我國工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計水平，縮短設(shè)計周期，增強我國產(chǎn)品在國際市場上的競爭力有著重要的意義。

一、實物模型數(shù)字化

實物模型數(shù)字化是逆向工程中很關(guān)鍵的一步，數(shù)字化模型能否準確反映實物模型的結(jié)構(gòu)特點，直接影響后續(xù)的建模質(zhì)量。因此，本文引入了COMET測量系統(tǒng)，COMET測量掃描系統(tǒng)是利用光柵投影法，通過非接觸方式獲得物體表面數(shù)字化點云數(shù)據(jù)，是一個快速而高精度的測量和掃描設(shè)備，使用COMET測量系統(tǒng)測量零件表面，操作流程：表面著色處理D確定測量方法D啟動軟硬件D調(diào)整測量角度和距離，并設(shè)置參數(shù)D掃描零件，獲取完整表面數(shù)據(jù)D數(shù)據(jù)輸出。

二、點云數(shù)據(jù)預處理

數(shù)字化階段獲得的點云數(shù)據(jù)應(yīng)當經(jīng)過適當?shù)奶幚砗蟛拍苡糜诤罄m(xù)的曲面建模。由于測量設(shè)備或是測量對象的原因，往往不能一次完成整個測量過程，需要將多個測量結(jié)果進行拼接才可獲得實物的整個數(shù)字化模型。

首先，在逆向掃描過程中，分塊掃描得到的點云數(shù)據(jù)可看成一個具體本身固定坐標系的實體。所以，逆向工程的點云數(shù)據(jù)對齊問題可以看作是不同三維實體的坐標變換問題，即根據(jù)事先指定的最優(yōu)匹配算法，通過坐標變換，將分塊掃描得到的點云進行對齊。

其次，無論是使用接觸式測量還是非接觸式測量，在測量產(chǎn)品表面數(shù)據(jù)時，都會引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是有尖銳邊的產(chǎn)品邊界附近的測量數(shù)據(jù)。因此，在利用點云數(shù)據(jù)重構(gòu)模型前必須對點云進行過濾。

數(shù)據(jù)精簡也是逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)，伴隨非接觸式測量技術(shù)和測量設(shè)備的發(fā)展，我們可以很方便地獲得復雜形狀零件的表面數(shù)據(jù)。缺點是點云的數(shù)據(jù)量非常大，這就需要大量的存儲空間，同時在數(shù)據(jù)處理過程中，運行速度很慢，降低工作效率。因此，有必要在保持一定精度的前提下對點云進行精簡，去除大量多余的點，只保留能夠反映曲面形狀的點即可，這即是點云精簡過程。

三、CAD模型

三維CAD模型的重構(gòu)是逆向工程的另一個核心和主要目的，是后續(xù)產(chǎn)品加工制造、快速成形、工程分析和產(chǎn)品再設(shè)計的基礎(chǔ)。三維CAD建模的理論，包括曲面建模方法、曲線和曲面的數(shù)學模型及擬合，應(yīng)用CATIA軟件是實現(xiàn)曲面重構(gòu)一個重要手段。

四、工程實例

當前，我國汽車工業(yè)飛速發(fā)展，越來越多的新車型被引入國內(nèi)。同時，國內(nèi)的汽車公司也在國外車型的基礎(chǔ)上大力自主研發(fā)設(shè)計新車型。因而，汽車的開發(fā)周期越來越短，汽車工業(yè)正逐漸由“大批量、單一車型”向“小批量，多種車型”制造模式轉(zhuǎn)變，在這種情況下，發(fā)展先進的制造技術(shù)，獲取或建立CAD模型具有重要的意義。

本文以研究汽車車輪轂蓋為例，將對某汽車車輪轂蓋進行數(shù)據(jù)掃描，并通過逆向工程手段實現(xiàn)的原有產(chǎn)品的逆向建模，以方便進一步的設(shè)計或模具制作，并可縮短其產(chǎn)品的開發(fā)周期。

（一）數(shù)據(jù)獲取

測量之前，首先應(yīng)檢測輪轂蓋表面是否光澤，由于我們所測量的輪轂蓋表面的顏色是深灰色，表面顏色太深，反光能力差，應(yīng)在其表面均勻地噴上白色反光噴劑，以便其有更好的反光效果。輪轂蓋曲面類型多，需多次測量，所以我們還需在被測物體的表面貼上參考點，這樣拼合點云的時候，多次測量得到的不同的點云就可以根據(jù)參考點實現(xiàn)自動拼合，將測量得到的數(shù)據(jù)以IGS格式輸入到CATIA軟件中。

（二）數(shù)據(jù)預處理

1．噪點刪除。由于掃描儀的誤差以及測量過程中人為誤差的存在，使得掃描最終得到的點云包含了大量的噪點，其將會嚴重影響后續(xù)的反求建模，又因為系統(tǒng)無法精確識別誤差的存在，所以需手動刪除。在CATIA中，利用“remove”工具進行刪除，如圖1（a）所示。

2．點云精簡。點云在消除了噪聲點后，其中仍包含了大量的冗余點，這些冗余點的存在不但增加了計算機的負荷，還影響數(shù)據(jù)處理和模型重建的速度，需在精度允許的范圍內(nèi)采用一定的算法對其進行精簡。所以為了計算機運算速度的提高，CATIA提供公差球和弦高差兩種點云數(shù)據(jù)精簡方式。在此因曲面曲率變化原因選用弦高差精簡方式，其結(jié)果如圖1（b）所示。精簡后，點云的信息如下：

Number of Data Points： 59997

Units：mm

Min X=239.9893 Max X=505.7328

Min Y=-180.0058 Max Y=97.2953

Min Z=172.3559 Max Z=833.7889

3．網(wǎng)格化。在經(jīng)過上述處理后便可以對其進行三角網(wǎng)格化，以便對其曲率進行分析，同時更好地觀察各種曲面的特征。

4．網(wǎng)格面曲率分析。點云分割是構(gòu)建曲線、曲面的基礎(chǔ)，分塊方式直接影響后續(xù)的曲面構(gòu)造方式、曲面的拼接和縫合效果。數(shù)據(jù)分塊分的好，將使曲面的重構(gòu)變得簡單，可以得到高質(zhì)量的曲面。

（三）輪轂蓋CAD模型重構(gòu)

任何一個產(chǎn)品的模型建立之前，都必須有一定的基準，這樣才能建立產(chǎn)品準確的拓撲關(guān)系，也才能準確地進行后續(xù)的加工。對于此輪轂蓋同樣為了反求建模的準確性以及方便性，必須先建立其基準，即建立坐標系，并使其一坐標軸通過輪轂蓋的旋轉(zhuǎn)中心。

特征線的構(gòu)建是曲面重構(gòu)的基礎(chǔ)，也是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。由前面分析可知，此輪轂蓋主要由兩個旋轉(zhuǎn)曲面以及若干相同的掃描曲面組成。對于旋轉(zhuǎn)曲面，只要重構(gòu)出它們的截面特征線即可。基本曲面重構(gòu)完成之后，只需對其進行進一步的處理操作，如加厚、圓角等。最終進行表面質(zhì)量的檢查。最后完成整體模型，并對其進行斑馬紋的檢查，如圖2所示，其質(zhì)量足以滿足操作者的要求。

五、結(jié)語

在產(chǎn)品開發(fā)的今天，建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型是產(chǎn)品設(shè)計的中心內(nèi)容。在產(chǎn)品數(shù)字模型建立中，作為實現(xiàn)創(chuàng)新的手段，逆向工程技術(shù)的應(yīng)用越來越受到重視。本文的研究工作豐富了產(chǎn)品造型設(shè)計的理論和方法，將促進逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用和推廣。

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