快速设计系统论文

快速设计系统论文（共12篇）

快速设计系统论文 篇1

0 引言

随着潜水和航空技术的发展, 加压系统和减压系统变得日益重要。高压舱系统可以模拟潜水员在水下几百米的气压状态, 减压系统可以模拟航空航天人员在海拔几万米高度训练的气压状态[1,2]。在医学研究领域也需要应用加压系统和减压系统, 如将动物放置在其中的高压舱室或低压舱室中, 可以观测其在高压或低压条件下的生理参数变化。通过对上述生理参数变化的研究, 可以更好地了解、救治和保护处于极端条件下的人类或其他动物。在实际的生产实践中, 设计快速、安全、可靠的加减压系统, 有利于人类更好地展开科学研究。

1 总体设计概述

高压舱一般包括加压和减压2部分控制系统[3]。如图1所示, 常规的加压系统包括加压舱和调压舱。其中, 加压舱通过调压舱 (包括压力传感器和参数测量装置) 的加压阀向调压舱中输入气体以加大调压舱中的压力[4]。加压舱的压力远远大于调压舱需要达到的压力值。调压舱中的参数测量装置可以与实验动物相连, 以获取不同压力条件下实验动物的生理参数信息。压力传感器用于获取调压舱的实时压力值。在对调压舱进行压力调节时, 工作人员通过压力传感器获取调压舱当前的压力, 根据当前压力与目标压力的差值, 人为调节加压阀的开启度, 以使调压舱的压力增加到目标压力。

常规的减压系统的设计与加压系统类似, 即把加压舱替换成减压舱。为了更符合实际情况, 需要使调压舱中的压力在较短的时间加压或减压到目标压力。但是通过人为调节则不能满足时间要求, 且调节不准确, 容易存在很大的偏差, 最终影响实验结果。在其他压力调节系统中, 也存在相同的问题。

本文设计的加压系统、减压系统和加/减压系统, 可以实现高压舱的快速加减压, 都是通过压力传感器获取调压舱的实际压力, 通过输入装置输入调压舱的目标压力及对应的时间, 进而由控制器根据调压舱的目标压力和实际压力, 调节加压阀或减压阀的开启度, 从而使得调压舱的实际压力在对应的时间内达到目标压力。通过选择性能优越的控制器和压力传感器, 就可以保证压力控制的高速性、准确性和安全性[5]。

系统中包括各种检测装置如温度传感器、湿度传感器、生理参数测量器、氧气浓度传感器或二氧化碳传感器[6], 从而可以进一步在对调压舱进行压力调节的过程中, 获取调压舱中温度、湿度、动物的生理参数、氧气体积分数或二氧化碳体积分数的信息[7]。

2 加压系统设计

2.1 快速加压系统

快速加压系统如图2所示, 其部件包括: (1) 调压舱:设置有一个或多个加压阀; (2) 一个或多个加压舱:通过对应的加压阀向调压舱中输入气体以增大调压舱的压力; (3) 检测装置:至少包括设置在调压舱中的压力传感器, 用于获取调压舱的实际压力; (4) 输入装置:用于输入调压舱的目标压力及对应的时间; (5) 控制器:连接检测装置、输入装置和加压阀, 根据调压舱的目标压力和实际压力, 调节所述加压阀的开启度, 使调压舱的实际压力在对应的时间内达到目标压力。

加压系统通过压力传感器获取调压舱的实际压力, 通过输入装置输入调压舱的目标压力及对应的时间, 进而由控制器根据调压舱的目标压力和实际压力调节加压阀的开启度, 从而使得调压舱的实际压力在对应的时间内达到目标压力, 保证了加压的高速性、准确性和安全性。

调压舱是待调节压力的舱室。实验中将实验动物放在调压舱中, 以此模拟实验动物潜入深水中的压力情况。具体来说, 大气的压力为一个标准大气压 (即0.101 33 MPa) , 每下潜10 m就需要增加一个标准大气压。本设计中加压系统包括3个加压舱, 分别为第一加压舱、第二加压舱和第三加压舱。相应的, 调压舱包括3个加压阀, 分别为第一加压阀、第二加压阀和第三加压阀。3个加压舱分别通过对应的加压阀向调压舱中输入气体以增大调压舱的压力。

每个加压舱的压力远远大于调压舱的目标压力, 如第一加压舱的压力可以为300 MPa, 调压舱的目标压力为1.5 MPa。为了简单起见, 由于加压舱向调压舱供气后变化的压力与加压舱的原压力相比可以忽略不计, 因此, 可以假定各个加压舱中的压力恒定。

每个加压舱中的气体可以为空气、氧气、氮气、惰性气体、二氧化碳中的一种或任意组合。每个加压舱中的气体可以相同, 也可以不同, 从而可以进行不同气体含量情况下的相关实验。在加压舱通过加压阀向调压舱输入气体的过程中, 加压阀的开启度越大, 加压舱向调压舱中输入的气体越多, 调压舱的压力上升越快。各个加压阀的开启度可以相同, 也可以不同。

由于本设计中包括多个加压舱, 相比于只有一个加压舱的情况, 可以更快速地实现加压过程。为了实现更精确的控制, 本设计中的3个加压阀可以分别为DN20、DN32和DN40, 从而可以实现不同速率、不同组合方案的加压。需要说明的是, 在保持加压舱的数量和加压阀的数量相同的前提下, 加压舱或加压阀的数量还可以为1个、2个或4个以上。

2.2 检测装置

本文设计的检测装置还可以包括以下器件中的一种或多种 (如图3所示) 。

(1) 设置在调压舱中的温度传感器, 用于获取调压舱的温度信息; (2) 设置在调压舱中的湿度传感器, 用于获取调压舱的湿度信息; (3) 设置在调压舱中的生理参数测量器, 用于获取调压舱中动物的生理参数信息; (4) 设置在调压舱中的氧气浓度传感器, 用于获取调压舱中氧气的体积分数信息; (5) 设置在调压舱中的二氧化碳浓度传感器, 用于获取调压舱中二氧化碳的体积分数信息; (6) 设置在加压舱中的压力传感器, 用于获取加压舱的压力信息; (7) 设置在加压舱中的温度传感器, 用于获取加压舱的温度信息。

压力传感器可以采用霍尼韦尔高压压力传感器, 其内部具有自动温度补偿校正, 且反应速度较快、安全性较高。温度传感器和湿度传感器可以集成为一体, 具体可以采用瑞士盛世瑞恩HT1系列数字温湿度变送器, 从而可以数字量输出温度及湿度信号, 检测精度高、反应速度快。生理参数测量器可以是现有技术中任意一种生理参数监测仪器, 用于测量调压舱内实验动物的心电、血压、脉搏率、血氧饱和度、呼吸速率、体温等生理参数。

2.3 控制部分

检测装置在获取上述测量信息后发送给控制器。

输入装置用于获取调压舱的目标压力及对应的时间关系, 如调压舱中的压力随时间呈直线增长或呈指数增长等。调压舱中的压力还可以保持不变一段时间, 如调压舱升压一段时间后, 静止一段时间, 然后继续升压、保持等步骤。

当调压舱中的压力随时间呈直线增长时, 满足以下关系式:

其中, P0是调压舱加压前的压力, Pt是加压t时刻之后调压舱的压力, t为加压时间, K为加压的速率比值, 即加压直线的速率常数。

当调压舱中的压力随时间呈指数增长时, 满足以下关系式:

其中, P0是调压舱加压前的压力, Pt是加压t时刻之后调压舱的压力, t为加压时间, T为压力翻倍要求的时间常数, 可以取4~30 s。

由于动物的生理曲线符合指数曲线, 因此, 本文选用指数增长模式, 调压舱的压力可以与时间呈任意关系。

输入装置可以为键盘、鼠标、语音输入装置或触摸输入装置等。控制器可以选用工业级监控便携式计算机, 从而可以方便、准确地实现对加压阀开启度的控制。控制器从输入装置获取调压舱的目标压力, 从压力传感器获取调压舱的实际压力, 根据所述目标压力和实际压力计算加压阀需要调压的开启度, 进而调节所述加压阀的开启度, 以使调压舱的实际压力在对应的时间内达到目标压力。

可以在控制器中采用高级语言编写与检测相关的程序以提高运行速度, 且在控制器中采用汇编语言编写与计算控制相关的程序以确保控制的准确性和安全性。

参考图2所示, 本文设计的加压系统可以包括以下装置中的一种或任意组合: (1) 输出装置:连接控制器, 用于至少输出加压过程中加压阀的开启度、调压舱的目标压力、调压舱的实际压力; (2) 存储装置:连接控制器, 用于至少对加压过程中加压阀的开启度、调压舱的目标压力、调压舱的实际压力进行存储; (3) 报警装置:连接控制器, 用于至少当加压阀的开启度或调压舱的实际压力大于阈值时, 发出语音、灯光或文字警报。

由于控制器通过检测装置还可以获取调压舱的温度信息、湿度信息、实验动物的生理参数信息、氧气体积分数信息、二氧化碳体积分数信息、加压舱的压力信息和温度信息, 因此, 输出装置也可以将上述信息中的一种或任意多种一并输出。输出装置可以为语音输出装置、打印输出装置或显示输出装置中的一种或任意组合。存储装置可以为任意存储器, 如U盘、闪存或硬盘等。存储装置在存储调压舱压力信息的同时, 还可以存储调压舱的温度信息、湿度信息、实验动物的生理参数信息、氧气体积分数信息、二氧化碳体积分数信息、加压舱的压力信息和温度信息。报警装置可以为语音报警装置、灯光报警装置或显示报警装置等, 从而当检测装置获取的任意一种信息不符合正常条件时, 都可以发出对应的警报信息, 以及时告知工作人员, 保证加压的安全性。

3 减压系统设计

减压系统的结构和加压系统类似, 包括: (1) 调压舱, 设置有减压阀; (2) 减压舱, 通过所述减压阀从调压舱中输出气体以减小调压舱的压力; (3) 检测装置, 至少包括设置在调压舱中的压力传感器, 用于获取调压舱的实际压力; (4) 输入装置, 用于输入调压舱的目标压力及对应的时间; (5) 控制器, 连接检测装置、输入装置和减压阀, 根据调压舱的目标压力和实际压力, 调节所述减压阀的开启度, 使调压舱的实际压力在对应的时间内达到目标压力。

本设计中的减压系统通过压力传感器获取调压舱的实际压力, 通过输入装置输入调压舱的目标压力及对应的时间, 进而控制器根据调压舱的目标压力和实际压力调节减压阀的开启度, 从而使得调压舱的实际压力在对应的时间内达到目标压力, 保证减压的高速性、准确性和安全性。

如图4所示, 减压系统包括2个减压舱, 分别为第一减压舱和第二减压舱。相应的, 调压舱包括2个减压阀, 分别为第一减压阀和第二减压阀。第一减压舱通过第一减压阀将调压舱中的气体输出以降低调压舱的压力, 第二减压舱通过第二减压阀从调压舱中输出气体以降低调压舱的压力。

每个减压舱的压力远远小于调压舱的目标压力, 如调压舱的目标压力为1.5 MPa, 第一减压舱的压力可以为0.1 MPa。在减压舱通过减压阀从调压舱中输出气体的过程中, 减压阀的开启度越大, 调压舱向减压舱输出的气体越多, 调压舱的压力下降越快。各个减压阀的开启度可以相同, 也可以不同。所述减压舱可以为大气系统, 以进一步降低减压系统的复杂度和成本。

将快速加压和减压装置整合为一体, 即可设计为快速加减压系统, 如图5所示。

4 实验及分析

实验采用直径1.00 m、长2.00 m的动物加压舱进行, 选择10、60、100、150 m 4个深度加压方案[8]进行验证, 增压速率按Pt=P0·2t/T公式进行, 平衡时间不大于4 s, T值分别选用20、20、12、7[9], 压力平衡后采用匀速减压速率3~3.5 m/s。实验结果显示, 各方案的加压方案实际完成度很好, 曲线符合度高, 加减压过程平稳, 无震荡、超调现象, 如图6所示。

通过实验中各不同深度增压值下实际加压时间与预案加压时间误差率 (见表1) 的数据实验结果分析, 误差均小于3%, 可见快速加减压系统可以快速、准确地进行加减压控制。

5 结论

本研究设计的高压舱快速加减压系统适用于多种高低压舱的快速加减压控制, 可通过不同的模块组合, 实现不同环境条件下多种气体的压力控制。该系统可广泛应用于医疗、科研、工业等多个领域, 通过高性能的自动系统和多气源方式控制加减压, 使调压舱中的压力在更精确的时间加压或减压到目标压力, 调压过程更符合实际情况需要, 增加了高压舱的操控性, 可提高工业生产效率和医疗安全性及科学研究的准确性。

参考文献

[1]龚锦涵.潜水医学[M].北京:人民军医出版社, 1985:50-67.

[2]龚锦涵.重视饱和潜水技术的发展为海洋开发事业服务[J].中华航海医学与高气压医学杂志, 2003, 10 (1) :3-5.

[3]赵鸿佐.环境模拟装置压力调节的设计计算[J].建筑技术通讯, 1980 (4) :5-10.

[4]HUANG Zhong-hua, LIU Shao-jun, JIN Bo.Isobaric technique based on accumulator for deep-sea microbe sampling[J].China Ocean Engineering, 2006, 20 (2) :235-242.

[5]Husnu D M, Akdemir E.Computer aided modelling of flexible forming process[J].Journal of Materials Processing Technology, 2004, 148:376-381.

[6]陈海庭, 陈锐勇, 杨涛, 等.模拟480 m氦氧饱和潜水实验的舱室环境控制[J].海军医学杂志, 2011, 32 (6) :408-410.

[7]陈惠平.饱和潜水中舱压和氧分压的自动控制[J].海洋技术, 1989 (3) :29-34.

[8]王文波.模拟153 m深度快速上浮脱险的医学保障研究[J].中华航海医学与高气压医学杂志, 2004, 11 (3) :129-133.

[9]方以群.潜艇艇员实艇快速上浮脱险训练的医学保障[J].海军医学杂志, 2005 (4) :205-208.

快速设计系统论文 篇2

摘 要：文章介绍了一种利用基于USB的快速读数系统的设计方法。该系统利用CY7C68013实现，文章给出了系统的硬件设计方案、FPGA内部集成FIFO的软件实现方法以及GPIF与FLASH握手信号的设计。通过此USB数据传输模块，实现了FLASH存储器与计算机之间的数据高速传输。应用结果表明，此数据通信系统是可靠有效的，具有一定的通用性，可用于其它类似的测试存储系统中。

关键词：USB;GPIF;数据传输;FPGA

目前计算机的有线数据传输方式主要有串口、并口和USB三种。串口最高传输速度仅为115200bit/s。并口传输的模式有两种，速度最快的EPP模式其传输速度约为两百K。而USB方式中数据以包的形式进行传送，工作模式分低速、全速和高速，低速的传输速度为1.5M/S，全速约为12M/S，高速可达480M/S。面对今天容量日益庞大的存储系统，使用USB技术无疑将大大提高系统读数速度。随着嵌入式系统的发展，将USB硬件收发器、SIE串行接口引擎等USB硬件集成在一个单片机芯片上，简化USB协议，为我们使用USB设计读数模块提供了可能。

本文USB传输系统采用微处理器CY68013实现。文章给出了此数据传输系统的硬件设计方案，着重介绍了FPGA控制模块中内部集成FIFO的实现方法，以及GPIF与FLASH通信时握手信号的设计方案。

1系统硬件方案设计

CY68013 是Cypress公司推出的 EZ-USB FX2系列产品之一，内部集成了 USB 2.0 收发器、智能串行引擎(SIE)、增强型8051控制器、通用可编程接口(GPIF)、8.5KB的RAM 和FIFO存储器，最大限度的满足了USB2.0的总线带宽。FX2最常用的数据传输方式就是GPIF。GPIF是一种快速的`数据传输方式，时序简单。它可以很容易的从RAM中读取数据。但是，由于FLASH存储器的读数操作是以页为单位，读数时页与页之间有一小段时间间隔，数据输出不是连续的。为解决此问题，实现FX2GPIF方式读取FLASH中的数据，需要使用FIFO作为数据过渡，先将FLASH中的数据读到FIFO中，USB控制器再从FIFO中读取数据。

2FPGA内部集成FIFO的软件设计

2.1内部集成FIFO的结构

FIFO的本质是一种特殊的双口RAM，由于大部分FPGA内部就有双口RAM资源。因此在这里选用合适的FPGA芯片来编写FPGA内部集成FIFO。FIFO结构的特点是先进先出，对外它是一种没有地址控制的特殊缓存。只要给一个FIFO提供读、写使能信号就能使其工作，不同的是FIFO对外不显示地址，只是给出表现内部状态的满、半满和空信号，用户根据这些信号对FIFO进行操作。

FIFO设计时最重要的就是怎么给出这些信号。本设计中FIFO产生满、半满以及空状态标志信号采用如下方法：用读地址和写地址相减结果来判断FIFO的满空状态;此外还可以据此得到FIFO的半满状态信号。这种方法可以容易的控制FIFO满、半满、空的深度。

2.2FIFO标志信号的产生

FIFO满、空、半满标志信号的生成过程是一样的，只不过判断比较的差值不一样。FIFO满时差值为1023，空为1。为了避免时序错误，还可以设定一定的满空深度。例如，当地址差大于1000时认为FIFO已满，不再向FIFO中写入数据，这样可以避免错误的出现。

3GPIF与FLASH握手信号设计满、空信号主要是在读数时使用，用作GPIF与FLASH读数时的握手信号，以保证读数的稳定可靠。读数时数据要先存到FIFO中，然后USB再从FIFO中读取数据。对于FIFO来说，读取和写入的速度是不同的，可能读比写快，也可能写比读快。因此，我们需要设计读数握手信号，以防读数时丢失数据。信号的握手过程是：对于读数控制模块来说，只要FIFO不满它就向FIFO中写入数据。对于FX2GPIF来说，只要FIFO不空它就从FIFO中读取数据。这样对于FIFO的读写就组成了一个闭环，保证了读数的完整准确。

读数握手方式确定以后可能出现两种情况：①FIFO的写数速度大于读数速度，这样写地址慢慢就追上读地址了，这时的总的读数速度就由读数速度决定。②FIFO的写数速度大于读数速度，这样读地址慢慢就追上写地址，这时的总的读数速度就由写数速度决定。

4结语

本文设计的基于EZ-USB FX2微处理器的数据通信系统，实现了利用USB端口从FLASH存储器种快速读取数据。此数据通信系统应用在了某型号车载测试存储系统中。存储的数据通过此传输模块快速地读入计算机，根据上位机数据恢复的信号与原始信号比较，失真较小，噪声水平低取得了良好的效果。此设计具有一定的通用性，对于一般基于USB的高速数据传输系统设计具有一定的应用参考价值。

参考文献：

[1]钱峰.EZ-USB FX2单片机原理、编程及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,.

快速设计系统论文 篇3

关键词：汽车零部件；快速设计；有限元分析

引言

快速设计是为实现加快新产品开发周期，提高设计效率减少重复劳动的目的而诞生的。不同于传统的设计，它储存了设计的整个过程，能设计出一簇而非单一的，形状和功能具有相似性的产品模型[1]。汽车零部件有很多零件虽然尺寸不同，但形状相差不大，建模的特征及顺序很接近，适合使用快速设计。

快速设计技术以及快速设计系统的开发是一个研究热点，国内外很多高校和研究机构都做出了大量的研究。太原理工大学的王铁教授提出功能元的概念，并将之用于手枪等的快速设计[2]。大连理工大学的马铁强教授将CAD模型的重用技术应用于产品的快速设计上[3]。中国科学技术大学的蒋维将混合模板库与锻压机床的快速设计进行了结合，并集成了CAE模块[4]。国外快速设计的研究一直走在我们的前头。波音、空客、福特等大型制造企业都有自己的快速设计系统。

我国已经是汽车产销大国。据中国汽车工业协会统计，据中国汽车工业协会统計，2013年我国新车销售2198.41万辆，同比增长13.87%，居世界第一。为了降低制造成本，提高产品的市场竞争力，整车制造厂商往往以客户的身份将汽车零部件以订单的方式下发到具有不同加工能力的中小型企业（供应商）生产。随着技术的发展，汽车更新换代速度加快，零部件制造企业如何快速响应，来协同整车制造企业正成为一个日益严重的问题。在我国制造业比较发达的上海和苏南地区，中小企业往往因为不能及时设计造成无法按期供应产品而导致跑单。

1.系统的功能要求

汽车零部件快速设计与有限元分析系统主要服务于中心型汽车零部件制造企业的，基于特征和参数化技术的，可以解决企业人才短缺，无法同时具备解决快速设计及有限元分析两部分内容的问题。一般中心型汽车零部件制造企业生产的产品具有类别相同，尺寸不同的特点因此，系统的应实现以下几个方面的功能：

1.1快速造型设计，输出三维模型和CAD图纸，显著提高零件的设计速度；

1.2零件的详细CAD模型和简化CAE模型的对应和设计参数的共享；

1.3零件有限元分析边界条件参数化，可实现快速有限元分析。

2.系统设计

2.1通过对同系列零件特征的分析，将特征进行归类，建立基于特征的参数表达式，通过特征的叠加得到同系列零件系列化的参数化模型。将零件进行归类、存档，构成零件的参数化模型库；

2.2运用KBE（Knowledge-Based Engineering）技术和软件工程的方法，以零件的参数化模型库为支撑，以通行的CAD/CAM软件UG作为开发平台，以UG/Open API和Microsoft VC++ 6.0作为开发工具和编程语言，开发零件的快速设计系统，提高设计速度；

2.3基于APDL（ANSYS Parametric Design Language，ANSYS参数化设计语言）建立零件的参数化有限元模型，实现特征和边界条件的参数化，并形成可用于分析*.txt文件。当用户在快速设计系统中输入参数建立零件的详细CAD模型的同时，系统将自动修改*.txt文件，重新生成分析文件。通过调用有限元分析软件ANSYS读取该*.txt文件对零件进行有限元分析，并可对零件进行结构优化设计。

3.结论

汽车零部件快速设计与有限元集成系统切中中心型汽车零部件制造企业不具备快速设计的问题。然而此类企业生产的产品具有类别相同，尺寸不同的特点。因此，系统根据实际情况来开发，具有明显的优势：

3.1通过建立零件的参数化模型库实现零件的快速设计；

3.2在完成零件详细的CAD模型的同时，系统自动完成简化CAE模型的建立，并传递设计参数，且所有模型都实现参数化；

3.3本系统的建立将极大的减少零件设计和分析的重复性工作，极大的提高设计效率。

参考文献：

[1]王良文，王传鹏，郭志强等. 基于ANSYS二次开发的塔式起重机快速设计系统[J]. 机械设计，2014，31（5）：69-74.

[2]张浩浩. 基于功能元的快速设计平台研究[D]. 太原：太原理工大学硕士学位论文，2006.

[3]马铁强. 支持产品快速设计的CAD模型重用技术研究[D]. 大连：大连理工大学博士学位论文，2009.

[4]蒋 维. 基于CAD/CAE混合模板库的锻压机床快速设计、优化方法研究[D]. 合肥：中国科学技术大学博士学位论文，2008.

[5]刘巍巍，邵文达，刘晓冰. 面向机械产品创新与快速设计的知识建模方法研究[J]. 组合机床与自动化加工技术，2014，（5）：27-30.

[6]王 志，张进生，于丰业等. 基于模块化的机械产品快速设计[J]. 机械设计，2004，21（8）：1-3.

作者简介：

项忠珂（1984- ），男，江西上饶人，硕士，讲师，研究方向：结构优化设计，汽车安全技术。

项菲菲（1988- ），女，江西丰城人，硕士，助教，研究方向：数字化设计技术及应用，汽车检测与评估。

飞机样板快速设计系统及关键技术 篇4

当前,国内各航空制造企业的飞机制造体系已从模拟量协调全面转换为数字量协调,工装、样板数量得到显著减少。但是,与之相关的数字化检测技术发展相对缓慢,在新机研制及小批量生产过程中难以保证有序生产,再加上样板使用简便,因此,目前在大型整体结构件的检验、机加零件的常规加工、钣金零件下料及检验、化铣加工等飞机制造过程中仍然大量使用样板,各型飞机使用的样板数量均达到数万项。而这些样板的设计仍然依靠人工在通用的CAD/CAM平台上进行交互式设计,重复工作量大、效率低,规范性不足,主要体现为:1)大型结构件外形检验样板设计:每型飞机约数百项,在筋条端头、下陷等位置需要交互构建上千个视口(如图1(a)所示),过程繁琐,并且视口形式单一,重复工作量大,每块样板设计周期1~2天;2)钣金样板设计:每型飞机约上万项,包括展开样板及外形样板,弯边高度和角度计算过程繁琐、尺寸标注较多,效率低下,如图1(b)所示;3)样板补加:为了在小零件样板上添加工艺信息、加强样板强度等,80%~90%的样板(数万项)需要补加,如图1(c)所示,数量大,工作量大。上述问题影响了飞机制造生产准备进程,已经成为制约新机快速研制的瓶颈因素之一。因此,亟需面向样板设计环节研发一套支持飞机样板快速设计的数字化软件系统,以显著提升样板设计效率,大幅减少设计员的重复工作量。

目前,国内外的研究大多集中在飞机样板数字化设计制造工艺方面,而在样板快速设计方面仅有局部探索,例如,刘宝明[1]等在样板图形优化处理方面做了一些工作,在Auto CAD平台下研发了快速去除样板重线、处理大圆弧、连接短线、处理碎线等功能,实现了样板激光切割编程前置优化处理的自动化,但尚未形成全面解决样板设计效率低、重复工作量大等问题的数字化系统。为此,本文提出构建一套“飞机样板快速设计系统”架构,以CATIA为应用平台,综合样板设计知识库,突破复杂视口识别、钣金弯边特征识别、参数化样板补加设计等关键技术,实现各类样板的快速设计。

1 系统架构

如图2所示,建立“飞机样板快速设计系统”架构,该系统以C A T I A系统为应 用平台,以CAA V5为二次开发平台,在样板设计知识库的基础上,实现大型结构件外形样板、钣金外形及展开样板设计、样板补加等快速设计。其中:

1)应用平台:国内飞机制造企业均在CATIA平台上进行产品的三维模型设计,为了保证样板的制造精度,样板设计过程是在同一平台下,基于产品三维模型进行投影、视口创建、弯边标注、补加设计等工作,因此本系统也以CATIA系统为应用平台。

2)开发平台:以CAA V5作为开发平台,它是CATIA系统的高级二次开发环境,通过快速应用开发环境RADE(Rapid Application Development Environment)和API接口来实现CATIA二次开发,其中RADE是一个可视化的集成开发环境,它提供完整的编程工具组,以Microsoft Visual Studio VC++为载体,在VC++环境中内置CAA开发工具,实现程序的编译、调试及运行。

3)支撑数据:样板设计过程涉及较多的设计经验,以设计知识的形式统一作为样板快速设计的支持数据,存储在专门的数据库中,便于实现设计过程的规范化、定制化,以提高设计质量的稳定性,设计过程的灵活性。

4 ) 功能模块 : 在设计知 识的基础 上 , 分别构建三 个模块 , 包括大型 结构件外 形样板快 速设计模块 、 钣金外形 及展开样 板快速设 计模块 、样板补加 快速设计 模块 , 实现各类 样板的快 速设计。

2 关键技术

2.1 基于主元的视口识别与构建技术

视口构建是大型结构件外形样板快速设计的主要工作,也是核心技术难点,需要人工识别视口主元、确定断点位置、添加视口辅助元素等,过程繁琐,重复工作量大。大型结构件外形样板设计涉及的典型视口有四类,分别为单视口、串视口、闭视口及并视口,如图3所示,其中单视口由单一主元,两侧边界元素(简称界元),以及在断点处的辅助元素(简称辅元)所构成,常用于检验筋端尺寸,如图3(a)所示;串视口由多个主元,两侧界元及辅元构成,相当于多个单视口的串联,用于检验距离较近的多个筋端尺寸,如图3(b)所示;闭视口由若干单视口串联而成并且形成一个自封闭的视口,如图3(c)所示;并视口由多个单视口或串视口并联而成,既用于筋端尺寸检验又用于下陷特征尺寸检验,分三种类型,如图3(d)、图3(e)和图3(f)所示。

为实现上述视口的自动设计,提出基于主元的视口识别与构建技术,有以下几个关键点:1)主元识别:以单个视口位置或投影图形的一部分作为输入,根据曲线凹凸性、长度及相邻曲线连接关系自动识别视口主元;2)主元分组:以最接近切连续的方式对每个视口主元进行边界拓展,先进行串联,判断是否封闭,然后再进行并联,形成单视口、串视口、闭视口及并视口主元,并进行分组;3)视口构建:根据视口的类型及主元,再次进行边界拓展,依据设计知识库中定义的界元长度提取界元,并进行断线操作,形成最终视口。

2.2 基于凹凸属性的钣金弯边特征识别技术

钣金外形及展开样板快速设计的关键是钣金弯边特征的识别,通过识别钣金弯边特征才能准确构建相应的截面、计算弯边特征的高度及角度,为后续钣金样板的尺寸标注提供基础数据。如图4所示,弯边特征是由弯边圆角及弯边面组合而成,一个钣金零件可能包含多个弯边特征。

为实现上述钣金样板快速设计,提出基于凹凸属性的钣金弯边特征识别技术,主要步骤如下:1)凹凸边识别:交互选取钣金零件的腹板面,提取腹板面的拓扑边及腹板面的共边关联面,在公共边中点处垂直于公共边创建平面与腹板面及其共边关联面相交,如表1所示,根据矢量夹角对该边中点的凹凸性进行判别,包括六种情况,然后由点的凹凸性,确定其所在拓扑边的类型,包括凸边、凹边、平凸切边、平凹切边、凹凸切边及平切边;2)弯边圆角识别:提取平凸切边的共边关联面,识别为弯边圆角面;3)圆角面成组:将腹板面关联的弯边圆角面进行分组,原则是当一个圆角面与另一个圆角面存在公共边,则这两个面属于同组;4)弯边面识别:提取弯边圆角面组的最外环,去除腹板面的拓扑边及凸边,剩余边线关联的拓扑面即为弯边面;5)弯边特征构建:将圆角面组与其关联的弯边面进行合并构成弯边特征。

2.3 基于关键点的样板快速补加技术

样板补加设计主要涉及补加投影点及补加边的构建,如图5所示,为此,提出基于关键点的补加快速构建技术,主要步骤为:1)关键点确定:在小样板临近的空白区域交互点击两点,认为是关键点,如图5的P1,P2所示;2)投影点构建:以关键点为基准,往样板边界进行投影,拾取距离最小并且属于投影边内点的投影点,认定为投影点,如图5的P1',P2'所示;3)补加边提取:用两个投影点裁减小样板的边界,并提取临近关键点的部分作为补加边,如图5的P1'P2'所示;4)补加构建:以补加边为基准,依次连接P1’,P1,P2,P2',再在P1,P2处倒圆角,添加工艺挂孔,并在P1,P2打断,完成小样板的补加构建。

3 系统实现及验证

以CAA V5为开发平台,结合样板设计知识,开发了“飞机样板快速设计系统”,包括大型结构件外形样板快速设计、钣金外形及展开样板快速设计、小样板补加快速设计及知识库四大模块,形成了六项工具,其中:

3.1 大型结构件外形样板快速设计

该模块包含图形预处理、简单视口、联合视口3项工具,分别为:1)图形预处理工具,在给定精度的前提下对细碎线段拟合为直线或圆弧,如图6所示;2)简单视口工具,可实现对单视口的快速设计,包括单线视口、双线视口、三线视口及圆弧视口四种类型,通过点击视口主元即可自动构建选定类型的视口,如图7所示;3)并视口工具:可实现对并视口的快速设计,包括并视口I、并视口II及并视口III,通过点击并视口的两个主元即可实现视口自动设计,如图8所示。另外,该模块还支持框选主元,实现视口的批量化、快速化构建。

3.2 钣金外形、展开样板快速设计

该模块包含弯边数据构建与弯边标注两项工具,分别为:1)弯边参数自动计算:交互选定腹板面,设定角度步距、延伸长度等参数后,即可自动构建弯边的外形交线,在关键位置创建截面、计算弯边角度线并计算弯边高度及角度,如图9所示,并将结果保存在PPR结构中;2)弯边参数快速标注:自动将三维模型与工程投影图进行关联匹配,识别出需标注参数的部位,并将存储在PPR结构树上的弯边参数在识别的部位自动优化标注,使得标注的参数可视化程度高,如图10所示。尤其对于弯边角度变化复杂的钣金零件,能够大幅减少操作时间,降低操作强度,提高数据的准确性。

3.3 样板快速补加

该模块包含快速补加1个工具,能够快速处理标准补加、狭长补加、销钉补加、狭长视口四类典型补加,只需点击1~2次关键点即可完成,如图11所示,选定要补加的类型后,在样板需要添加补加位置的外侧点击两次鼠标,即可自动生成样板的补加。

3.4 样板设计知识库

鉴于个人偏好、特殊情况、后续更改等诸多因素,系统对于所应用的技术参数均给出明确的解释,各项快速设计工具分别有对应的知识库(例如,单视口设计知识如表2所示),使得设计员可以根据实际情况进行定制,实现专业化的样板快速设计。

3.5 应用验证

2014年,该系统在沈阳飞机工业(集团)有限公司制造数据中心进行了有效推广,在多个新机研制中实现了广泛应用。截至2014年底,应用该系统进行样板快速设计的零件数为2646项,平均缩短设计时间65%~80%。其中,大型结构件外形样板设计应用零件117项,缩短设计时间70%;复杂钣金件外形样板及展开样板应用零件271项,缩短设计时间50%~80%;样板补加应用零件2312项,缩短设计时间50%;各工具应用零件均超百项,经应用证实其可靠性好,适应能力强。从应用情况看,该系统稳定性好,从总体上可提高样板设计效率。

1)大型结构件外形样板设计应用实例

针对某大型结构件样板(如图12(a)所示),其特征为碎线多,曲线扭曲复杂。采用快速设计系统进行设计,通过与传统交互式设计相似样板的数据进行比较。设计时间、工作量变化及最终设计结果如表3及图12(b)所示。

2)钣金外形、展开样板应用实例

针对某复杂钣金零件如图13(a)所示,其特点是弯边缺口多,弯边角度变化剧烈。采用快速设计系统进行设计,通过与传统交互式设计方式进行比较,节省时间及最终设计结果如表4及图13(b)所示。

3)样板补加应用实例

选取四个小型零件样板(如图14(a)所示),需要添加标准补加,传统采用复制黏贴的方式可适当提高工作效率,但与快速设计方式相比较,仍然有较大差距。应用情况及结果如表5与图14(b)所示。

4 结论

快速清除系统垃圾 篇5

1.打开记事本。

2.将下面的横线内的代码复制到记事本中，另存为一个文件扩展名为.bat的批处理文件：

==================================================

@echo off

echo 正在清除系y垃圾文件，稍等......

del /f /s /q %systemdrive%*.tmp

del /f /s /q %systemdrive%*._mp

del /f /s /q %systemdrive%*.log

del /f /s /q %systemdrive%*.gid

del /f /s /q %systemdrive%*.chk

del /f /s /q %systemdrive%*.old

del /f /s /q %systemdrive%recycled*.* del /f /s /q %windir%*.bak del /f /s /q %windir%prefetch*.* rd /s /q %windir%temp & md %windir%temp del /f /q

%userprofile%cookies*.* del /f /q %userprofile%recent*.* del /f /s /q “%userprofile%Local SettingsTemporary Internet Files*.*”

del /f /s /q “%userprofile%Local SettingsTemp*.*”

del /f /s /q “%userprofile%recent*.*”

echo 清除系y垃圾完成！

echo. & pause

===================================================

系统蓝屏快速智能修复 篇6

首先选择工具栏中的“漏洞修复”按钮，在弹出的窗口界面中点击窗口右上角的“设置”。接下来在弹出的设置窗口底部，选中“启用补丁蓝屏恢复功能”选项就可以了（如图1）。如果用户一时忘记设置对这个选项，那么软件会在和系统内核相关的补丁安装完成时，提醒并指导用户开启“补丁蓝屏恢复功能”这个选项。

设置完成以后，点击“漏洞修复/重新扫描”按钮，在出现的补丁列表中勾选所有的“高危漏洞”补丁，然后再点击“立即修复”按钮即可（如图2）。补丁程序安装完成以后，点击“立即重启”按钮对系统进行启动。如果这个时候不幸发生了系统蓝屏，那么在通过复位键启动的时候，在启动界面中就可以看到“360智能恢复（一键解决补丁引发的蓝屏/无法启动等问题）”这个选项，即可利用此选项自动将系统修复到正常状态。

手机动漫快速开发系统研究与设计 篇7

我国也早在2004 年,国家广电总局就下发了《关于发展我国影视动画产业的若干意见》,相继批准北京动画频道、上海炫动卡通卫视、湖南金鹰卡通卫视3 个上星动画频道;命名北京、上海、湖南、浙江等9 个动画生产基地和中国传媒大学、北京电影学院、吉林艺术学院、中国美术学院4 个动画教学研发基地。并且决定从2005 年起,每年举办一届中国国际动漫节。上述重大举措的出台,使国内动漫产业在短时间内呈现出蓬勃的发展态势[3,4]。

在智能手机和无线网络技术的快速发展下,具有典型数字文化产业特征、全新经济模式、全新语言形态的手机动漫,很可能会成为中国动漫产业走出国门、冲向世界,甚至引领世界动漫第三次发展浪潮的重要突破口[5]。在超过10 亿手机用户巨大市场的强力推动下,快速崛起的中国手机动漫行业迎合发展需求,将逐步形成具有创新性的发展模式与行业标准[6]。然而目前手机动漫行业普遍存在,手机动漫作品制作周期长、成本高和效率低的问题,缺乏良好的手机动漫快速开发系统以帮助手机动漫开发者快速开发出满足手机动漫业务需求的动漫作品,缩短手机动漫产品开发周期,有效降低开发成本,提高开发效率。针对此问题,本文提出了手机动漫快速开发系统的设计方案,并详细介绍了该系统的体系架构、设计和实现方法。

1 系统体系架构

整个系统在软件架构上主要分为系统基础构件库、运营支撑服务系统、快速开发引擎,系统体系架构如图1 所示。系统基础构件库负责提供针对行业应用的体系结构和服务模块,提供业务构件的运行、开发和管理环境,并提供大量预制构件,实现最终用户能够根据自己的需求来选择相应的软件构件模块,以及软件构件的管理模式和运行环境;运营支撑服务系统负责提供动漫系统运营基础服务,包括流程引擎、规则引擎、ETL引擎以及统一接口网关;快速开发引擎为用户开发手机动漫系统提供所需的基础构件,包括基础模块、管理模块构件、基础软件构件等。

2 系统基础构件库

系统基础构件库为开发者提供各种基础构件,让手机动漫开发中软件复用成为可能,当系统不再满足开发者用户需求时,开发者用户可以增加或升级相应的基础服务模块、高级服务模块,通过调整构件的管理模式以及运行环境,重新搭建符合用户需求的基础平台。提供的主要构件包括数据处理构件、文件处理构件、缓存处理构件、安全与用户处理构件、动态表单生成构件、短信推送构件、黑白名单构件等。其中数据处理构件封装了一套持久层组件,它提供数据存储,访问更新数据库等功能,结构灵活、简便易用,无需任何配置文件,特别适合系统数据库、后台、界面层之间交互的数据存储和传递;文件处理构件主要包含文档操作管理、文件格式转换、文件浏览相关的一些构件;缓存处理构件从性能、稳定性和可用性三方面出发为开发者用户提供高效的缓存能力;安全与用户处理构件实现了平台对于用户登录鉴权的管理,用户的权限管理通过对不同的登录身份的判别,由系统提供相应的角色权限,角色权限的划分可灵活设置;动态表单生成构件能够根据一定的数据定义方式,动态生成Web表单,并将Web和后台其他业务处理相关联;短彩信推送构件为开发者用户封装短彩信发送功能,通过该构件,开发者用户可以灵活方便的实现短彩信发送功能;黑白名单构件则实现了自动将支撑平台内的黑白名单和外部业务系统黑白名单进行数据同步处理。

3 运营支撑服务系统

运营支撑服务系统负责提供动漫系统运营基础服务,包括流程引擎、规则引擎、ETL引擎以及统一接口网关;流程引擎是平台业务运作的核心,负责运行业务流程定义,协调处理活动间的路由,处理客户端的请求(如启动流程、提交工作项、查询工作项、流程监控等),流程引擎在遵循WFMC标准的同时,支持大量具有中国特色的流程模式,通过SCA Tuscany框架支持Web Service、RMI等多种集成方式,其流程模型支持自由流、回退及业务补偿、业务规则的引入、流程的运行时动态调整以及工作项拒绝、取回、代理、委托、改派、暂停、取消等具有符合中国特色流程模式,以满足业务平台的灵活性需求,具体的流程引擎架构如图2 所示;规则引擎使用特定的语法编写业务规则,规则引擎可以接受数据输入、解释业务规则、并根据业务规则做出相应的决策。规则引擎在本系统中是一组服务组件,通过SCA服务,实现将业务规则从平台业务组件程序代码中分离出来。 流程引擎、 业务应用模块可通过SOA/SCA框架调用规则引擎提供的服务;ETL引擎将业务系统的数据经过抽取、清洗转换之后加载到数据库,将来自各业务平台、BOSS、VGOP的格式分散、零乱、标准不统一的数据整合到一起,为系统提供分析数据依据,同时也能够为其他业务模块提供数据整合转换加载功能。接口网关主要用来解决由于不同的业务系统与不同的支撑系统之间存在各种各样的接口,而且其接口协议也各不相同而引起的业务系统与支撑系统之间的实时接口底层通讯问题,通过接口网关系统可以实现对内采用统一的接口协议,以支持其它业务部门快速开发业务系统接口部分的需求;而对外(支撑系统) 可通过封装各种不同的适配器用以适配不同的接口协议。

4 快速开发引擎

快速开发引擎为用户开发手机动漫系统提供所需的基础构件,包括基础模块、管理模块构件、基础软件构件等。快速开发引擎主要由工作流建模器、规则建模器和UI建模器构成,快速开发引擎通过这三个建模器,提供一个统一的基于ECLIPSE插件方式的图形设计业务设计方式。工作流建模侧重把定义好的业务流程规划定义清晰,规则建模负责规划流程在合适的时机执行恰当动作的业务规则,工作流引擎是整个快速开发平台的核心,起到对象总线的作用,通过定义标准的数据和应用调用规范,并通过工作流建模器来实现用户的业务流程逻辑,实现外部接口职能,完成外部应用的集成。工作流引擎为业务流程自动化和构建流程应用提供了基础平台,通过与规则建模的分工,实现了流程逻辑与业务逻辑的分离,同时也支持业务流程的分析和规范化定义以及业务单元的自动组装,降低了复杂流程应用的开发难度,提高了应用系统的管理效率。UI建模则对多个web界面元素进行拖拽、组合生成所见即所得的界面设计方法。Web界面采用Flex技术,利用插件技术生成xml文件,并在xml文件中的数据元素绑定相关的数据(绑定服务层提供的API),由Flash Player在浏览器中解析并渲染用户界面,以活动作为业务逻辑边界并根据内聚合外松耦合的原则,设计人工活动的交互界面,该活动将由工作流引擎来驱动。

5 结束语

在智能手机和无线通讯技术发展的带动下,手机动漫近年来发展迅速,成为了动漫产业发展的新趋势。本文针对目前动漫制作周期长、成本高和效率低的问题,提出了一种手机动漫快速开发系统的设计和建设方法,并详细该系统的体系架构、设计和实现方法。系统投入运行后,为广大手机动漫的作品创作者提供了手机动漫作品的开发利器,缩短了手机动漫产品开发周期,提高了作品开发效率,进而推进了数字动漫特别是手机动漫在我国的发展。

参考文献

[1]沈晔湖,貊睿,高巍,等.用于个性化人脸动漫生成的自动头发提取方法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2010,22(11):67-71.

[2]王凌轩,石民勇.动漫符号的二重性及其在新媒体环境下的传播研究[J].现代传播,2013,35(12):28-32.

[3]柳海兰.谈3G对中国手机动漫的影响[J].知识经济,2010,14(24):29-33.

[4]彭革刚,李新宇,宋鹰,等.基于非线形图像缩放技术创作手机动漫人物[J].电脑与信息技术,2011,19(2):13-15.

[5]单文盛,黎蕾.移动互联网时代手机动漫游戏传播模式研究[J].东南传播,2015,2(1):34-37.

非圆齿轮的快速设计系统研究 篇8

关键词：非圆齿轮,事物特性表,实例推理,快速设计

1非圆齿轮节曲线和齿廓设计原理

1.1非圆齿轮节曲线设计原理

图1是两个外啮合非圆齿轮的传动简图。O1x1y1是跟随齿轮1转动的动坐标系,O2x2y2 是跟随齿轮2转动的动坐标系,由外啮合传动可知,两坐标系转向相反(规定逆时针转向为正,顺时针转向为负)。

φ1为齿轮1的转角,而φ2为齿轮2的转角,在初始时刻,两个坐标系的y轴重合并都在O1O2连心线上,此时φ1=φ2=0,角速度。在外啮合变传 动比齿轮 传动中,有传动比 函数,称为齿轮2的转角函数。

图1中,齿轮副中心距为a,P点是两个非圆齿轮传动的节点,是两齿轮运动的速度瞬心,由于两个齿轮的相对运动速 度为0,有,则齿轮1的节曲线在动坐标系O1x1y1 中的极坐标方程[1]和齿轮2的节曲线在动坐标系O2x2y2 中的极坐标方程为:

极角φ1的初始时刻是从纵轴O1y1算起的,同样地,极角φ2的初始时刻也是从纵轴O2y2算起,齿轮2节曲线的极径r2对极角φ1的一阶导数为二阶导数为。同理,齿轮2节曲线的极角φ2对极角φ1的一阶导 数为,二阶导数 为;极径r2对极角φ2的一阶导数为,它们都是关于φ1的函数。

1.2非圆齿轮齿廓设计原理

本文只对非圆渐开线直齿轮进行探讨。假定产形齿轮与一个设计齿轮进行啮合传动,根据齿轮啮合原理,能够由产形齿轮的齿廓求得设计齿 轮的齿廓[2]。图2为非圆直齿轮齿廓的生成示意图,O1是非圆直齿轮1的回转中心,O1x1y1 是随同齿轮1转动的坐 标系,转动角度为;两个非圆直齿轮做定轴传动,中心距为a。

已知非圆直齿轮1的节曲线极坐标方程为r1=r1(φ1),非圆直齿 轮1的节曲线 直角坐标 方程为

动坐标系Pxdyd和一个产形齿条固连,坐标原点P在非圆直齿轮的节曲线上,是产形齿条和非圆直齿轮的节点。Pxd轴通过齿条的中心并和非圆直齿轮的节曲线相切,初始位置时,P点在Pxd轴的A点处,并和O1x1 轴上的A1重合。A点在齿条一个齿槽的对称线上,这一齿槽称为第1号齿槽,相应地非圆直齿轮的齿廓称为第1号齿廓[3],齿号数左向递增。当Pxd在非圆直齿轮的节曲线上滚动时,由初始点A算起的长度AP等于非圆 直齿轮节 曲线的弧 长。O1x1轴的正方向和Pxd轴的正方向之间的夹角是λ,λ=π-μ-φ1。在坐标系Pxdyd 中,O1点的坐标为:

O1x1y1 坐标系和坐标系Pxdyd之间的坐标变换为:

对于单独一个轮齿来说,将轮齿的齿顶向上,规定轮齿左侧的齿廓叫做左齿廓,轮齿右侧的齿廓叫做右齿廓。

2基于SML与 CBR的非圆齿轮设计流程

2.1事物特性表技术

事物特性表(SML)是为建立零部件的数据库而采用表格的形式,以固定的格式记录事物特性,对零部件进行特性 描述的ASCII文件。根据GB10091和GB15049标准,它是一种把事物的特性描述出来并统一规定存录和显现模式的信息标准[4]。

之所以要建立非圆齿轮的SML,是为了创建非圆齿轮参数和尺寸关系的数据结构标准,将非圆齿轮的设计知识、设计经验转化为计算机可以识别的数据,进而有效地保证非圆齿轮实例检索和非圆齿轮的变型设计。构建一个合理的非圆齿轮SML标准,是产品主模型可以便捷地快速变型设计的重要前提,进而才能显著地实现产品工艺设计、生产制造等过程。

2.2基于实例的推理原理

基于实例的推 理 (Case-BasedReasoning,CBR)是运用过去在实践中积累的解决问题的知识和经验来解决新的问题,能够避开一般的智能系统知识解读瓶颈问题[5]。

在建立非圆齿轮事物特性表的基础上,将非圆齿轮设计实例进行实例表示,为整个非圆齿轮系统提供数据检索和查找模型的保证[6]。实例推理原理的步骤包括非圆齿轮实例表示、实例检索、实例修改。非圆齿轮的实例表示就是将非圆齿轮设计知识、设计经验转化成可以计算机识别的数据结构,即参数数据和结构数据。参数数据包括模数、齿数、齿顶高系数等,结构数据包括内啮合与外啮合、节曲线的凸凹等。

2.3非圆齿轮快速设计流程

非圆齿轮快速设计系统的设计流程 包括五大步骤,即非圆齿轮模型的检索、知识重用、实例的修改、实例输出、判断是否保存设计实例并输出,如图3所示。设计开始时,用户设定非圆齿轮基本参数、基本实例检索信息及其他必要信息,保证设计必要的数据信息。

通过建立的SML标准,基于实例推理的检索机制,参照实例库进行模型匹配和检索。如果能够检索到相应的非 圆齿轮模 型,系统会将 检索结果 直接输出[7];否则,就要基于实例在原来相似的实例基础上进行变型设计或者直接进行新的设计,图4为在相似实例基础上修改完成的新的椭圆直齿轮。在实例库中没有相似实例的情况下,系统将依据非圆齿轮节曲线计算规则构建以传动比函数为基础的非圆齿轮节曲线计算模块,节曲线设计完成后,进而计算出齿廓方程;根据齿廓方程,利用MATLAB软件对方程进行数值求解计算,获得相应齿廓的点坐标数据,由设计系统自动根据点坐标数据完成非圆齿轮的变型设计;最后,系统将设计获得的新的非圆齿轮模型以数据的形式保存到库中以便实例的积累,并丰富非圆齿轮设计库,为今后设计提供实例参考,计算程序流程如图5所示。

3结语

快速设计系统论文 篇9

随着科技、互联网的发展, 人们的生活方式逐渐数字化、网络化, 由此带来的信息量呈现出爆炸式增长, 传统的身份识别系统已经不能保护信息拥有者的权益, 如何有效地利用生物特征, 快速、高效、精准的提取出用户特征, 快速的核实用户身份信息, 已经成为信息安全领域的重要问题之一。在目前的生物特征识别技术研究和应用领域中, 人脸识别技术已经成为身份识别技术中的重要研究方向之一[1]。

人脸识别的目的是通过计算机技术分析处理图像信息, 从中提取生物特征点, 通过与数据库中用户的信息对比, 从而核实用户身份。人脸识别系统一般包括人脸图像采集、人脸检测及定位、图片预处理、特征点提取、分类器等部分。首先是通过硬件设备获取到人脸图像, 然后对图像进行人脸检测定位, 接下来对图像进行预处理及进一步优化, 然后进行特征点提取, 把生物特征存入数据库中之后, 分类器可以将数据库中的生物特征数据对应给某一个已知的特征, 从而实现对已知特征的用户进行预测。在进行人脸特征点提取时, 经常容易出现小样本高维数的状况[2], 就是说实际人脸样本中数据个数很小, 但是对其特征提取时, 人脸数据会有很高的维度, 这些维度给后续的处理带来了很大的挑战, 存入数据库中之后, 当再次查询核实用户信息时, 耗费时间较长, 降低了效率, 不能达到信息同步的实时性。

本文主要结合人脸检测定位和特征点提取两部分, 在保证准确率的基础下, 结合Adaboost分类器、Haar-like特征的人脸检测和显示形状回归算法的特征提取方法, 减少人脸部边缘特征点的提取, 仅仅只对人脸面部嘴、鼻子、眼睛、眉毛处提取特征点, 从而实现降维策略, 减少信息验证发送量, 提高速度, 增加用户体验, 达到信息核实的可靠性、实时性。

1 算法描述

1.1 人脸检测与定位

人脸检测与定位是人脸识别系统的第一步, 主要目的是对采集的图片进行处理, 如果采集的图片中含有人脸则可以用于后续特征点的采集, 并给出人脸区域, 如果没有检测到人脸则舍弃掉采集的图片, 重新采集。考虑到算法的识别效率及准确度, 本文将采用Adaboost分类器、Haar-like特征的人脸检测方法[3], 此种方法主要是将Adaboost弱分类器和弱特征Haar-like级联, 能够实现检测的实时性。将中心特征、边缘特征、线特征在Haar-like特征的基础上进行扩展, 以便解决人脸仿射变换的检测问题。Haar-like拥有14种基本的特征, 这14种Haar-like特征在不同窗口大小内利用旋转、平移、缩放产生许多变化, 利用这些变化可以产生许多特征来描述采集的图像。14种基本的Haar-like特征如图一所示[4]。

Haar-like的14种基本特性对采集图片的描述属于弱特征, 需要通过Adaboost方法学习才能实现采集图像中人脸的检测。通过Adaboost分类器, 可以将Haar-like弱分类器以迭代的方式组合成强分类器。利用Adaboost组合而成的强分类器分类效果明显好于单个弱分类器, Adaboost算法通过迭代得到拥有多个权值的弱分类器, 将所拥有权值的弱分类器与分类结果结合, 获得最后的分类结果。基于Adaboost分类器、Haar-like特征的人脸检测效果如图二所示。

1.2 显示形状回归算法

与传统的人脸对齐方式不同, 显示形状回归算法并不是通过不断调整参数模型里的参数实现人脸对齐, 是直接学习一个回归函数, 利用这个函数去推断整个人脸形状 (也就是采集图片上面部特征点的一组坐标) 。传统的人脸对齐方法如AAM和ASM等, 参数调整消耗的时间大, 效率不高, 对齐精度低, 不易得到最优结果。显式形状回归的人脸对齐方法是由Xu Cao等人提出的[5], 这种方法采用级联学习中的回归参数替换传统方式的形状约束参数, 利用了Adaboosting算法思想, 将T个Haar-like弱回归器以迭代的方式组合成一个强回归器, 给定一幅人脸图像I和一个初始化的人脸形状S0, 通过不断调整人脸形状, 当前后两个回归器的形状值误差小于设定的阈值的时候, 得到人脸形状, 然后进行更新人脸形状, 这样通过级联就形成了人脸形状迭代过程[6], 即:

式 (1) 中, Rt代表第t个迭代回归器的回归量, 这个回归量与采集图片I和当前人脸形状St-1有关, 通过该回归量可以将当前人脸状态更新到St, 如图三所示。

给定一个有N个训练样本的样本集, 根据这个样本集学习得到一组回归器回归量 (R1, R2, R3, …, RT) , 每个回归量计算公式如下:

基于一级迭代显式形状回归算法的人脸对齐方式, 收敛速度太慢, 测试效果不佳, 问题的根源是只用一个回归器回归包含几十个人脸面部特征点的坐标描述整个人脸特征太困难, 处理时间冗长, 效率不高。一般利用显式形状回归算法进行特征点提取的过程中, 往往都会采用二级回归迭代的方式[7], 优化一级回归算法中回归量弱、收敛速度慢、描述人脸特征不精准的问题, 减少与真实形状的误差。

在一级迭代算法的基础之上, 将每个回归器的回归量Rt分解成K个弱回归量 (r1, …rk, …rK) , 这些回归量训练过程和一级回归训练过程一样, 由于二级回归量r较弱, 在训练过程中, 基于人脸形状的特征集P是固定不变的, 固定特征集让二级回归迭代训练速度更快, 迭代过程如图四所示。

利用一级迭代回归算法获得回归量 (R1, R2, R3, …RT) 之后, 对每个回归量进行二次迭代, 然后利用它来实现人脸对齐, 利用式 (1) 和式 (2) 输入采集图像I, 已知的初始形状S0和回归量Rt, 得到一个新的人脸形状, 反复迭代下去, 得到最终的人脸形状。

2 实验与分析

本文采用Adaboost分类器、Haar-like特征的人脸检测方法和显式形状回归算法对人脸进行特征提取, 实现人脸检测技术在手机端的应用, 能够减少对于人脸边缘轮廓的特征点提取, 只对人脸面部嘴、鼻子、眼睛、眉毛处提取特征点, 在保证精准率的情况下, 实现软件的轻捷性, 保证用户身份甄别的实时性。通过与远程数据库的信息交互, 保证软件可以在任意场合、任意地点对身份进行识别。实验平台为Android4.0, 软件环境为eclipse开发工具。

2.1 实验流程

利用人脸识别技术在手机端进行开发时, 考虑到手机硬件的可承受性、软件的轻捷性, 必须保证软件拥有精确度高、身份甄别速度快的特点。传统意义上利用显式形状回归算法的特征提取点过多, 与远程数据库交互时, 发送的信息量大, 传输时间长, 不能达到用户身份识别的实时性。本次实验利用人脸识别技术与人脸特征点提取技术相结合, 去除人脸边缘部分特征点的提取, 只在检测到人脸区域部分进行特征点采集, 减少信息量的交互, 提高身份识别的速度, 软件最终实现的界面如图五所示。

首先, 手机端利用本身硬件设备 (摄像头) 采集图片, 对图片进行预处理, 处理点背景环境, 光线对图片的影响, 然后利用Adaboost分类器、Haar-like特征的人脸检测方法检测人脸, 如果检测不到, 则舍弃采集图像重新采集, 当检测到人脸之后, 在识别到的人脸区域利用显式形状回归算法对人脸进行特征点采集, 主要是对嘴巴、鼻子、眼睛、眉毛几处进行特征点采集。当打开软件后, 我们需要连接服务器, 在数据库中存入采集到的特征信息与用户信息, 两者绑定在一起之后, 下次该用户再次验证身份时, 服务器会查询数据库, 比对当前采集的生物特征与之前用户存储的信息是否一致, 返回实验结果到手机端, 核实两次是否为同一用户, 结果会以toast的形式弹出来告诉用户, 从而保证用户身份的唯一性。数据传输过程中, 为保护信息的安全性, 采用AES算法对信息加密。具体实验流程如图六所示。

2.2 实验结果

通过对人脸区域内特征点提取, 特征点数目变为21个, 实验结果如图七所示。

对比利用显式形状回归算法对人脸进行特征点采集 (左) 可以发现, 特征点数目变得极少, 减轻了服务器与手机端的数据交互压力, 保证了身份甄别的实时性。通过大量人群测量, 实验结果显示, 这种身份甄别的准确率达到90%以上。光线太差、采集图像时人脸过小、采集图像中人脸过多、采集图像不包含整张人脸 (只有侧脸或者半张脸) 等因素造成的人脸区域无法识别, 都是影响甄别成功率的因素, 用户使用时, 应尽量避免这些外部因素, 提高识别的准确率。

3 结束语

本文利用Adaboost分类器、Haar-like特征的人脸检测和显示形状回归算法的特征提取方法, 在Android平台上开发出可快速进行人脸识别的软件, 可广泛应用于公司上下班员工考勤、宾馆人员管理、小区门禁等各个场景, 应用市场十分广泛。存在的不足是光线过暗及图像中人脸部分不完整时都会影响对用户信息的校验, 影响软件体验效果, 具体场景中可以结合指纹识别技术使用, 互相弥补两者之间的不足。实验结果证明, 在保证能检测到人脸的情况下, 该项目可以保证用户身份识别的实时性、可靠性。

参考文献

[1]张海博.单视角多姿态的人脸识别研究[D].成都:电子科技大学, 2015.

[2]Yanqing Guo, Ran He, Wei-Shi Zheng.Robust spectral regression for face recognition[J].Neurocomputing, 2013, 118 (22) :33-40.

[3]P.Viola, M.Jones.Rapid Object Detection using a Boosted Cascade of Simple Features[C].Proc.of IEEE Conference on CVPR, 2001, (01) :511-518.

[4]R.Lienhart, J.Maydt.An Extended Set of Haar-like Features for Rapid Object Detection[C].IEEE ICIP, 2002, 1 (01) :900-903.

[5]Cao X, Wei Y, Wen F, et a1.Face alignment by explicit shape regression[J].International Journal of Computer Vision, 2014, 107 (02) :177-190.

[6]冯翔.基于人脸对齐和多特征融合的人脸识别方法研究[D].南京:南京理工大学, 2015.

快速设计系统论文 篇10

三环线胜利立交,全长约13.5km,是武汉主城区“三环十三射”快速路的重要组成部分,是武昌南部地区东

武汉雄楚大街西接鹦鹉洲长江大桥武昌岸接线工程梅家山立交,东至西向重要的公交客运走廊,也是联系东湖高新与主城区的联系通道。

雄楚大街BRT走廊起点为静安路,终点为佳园路,走廊内近期设置1条BRT主线和31条BRT辅线。主线近期西起武昌火车站东广场,东至流芳火车站,线路走向为:武昌火车站东广场-福安街-静安路-雄楚大街-佳园路-凌家山北路-流芳火车站,线路全长13.6km。主线远期规划向西通过鹦鹉洲长江大桥延伸至汉口火车站,远期线路全长28.5km。雄楚大街BRT走廊线位布局图如图1所示。

2 公共广播需求分析

2.1 BRT站台说明

结合本次雄楚大街快速化改造工程的BRT走廊(静安路-佳园路)长度11.2km,走廊内设置14对BRT站点,走廊内首站为静安路站,走廊内末站为光谷大道站,平均站距790m,采用中央侧式站台,按客流预测和线路方案,每个站台设置4～8个泊位,分2～4个子站。雄楚大街BRT走廊标准断面图如图2所示。

BRT车道设置在高架桥墩之间,与社会车道采用绿化带隔离,BRT走廊宽度11～14m,路段为双向2车道,站台及道口处为3～4车道,便于站台处公交车超车及道口处公交车转向。

2.2 需求分析

由于整个BRT项目的站台和BRT调度中心之间配置了BRT项目专用的传输网络,所以本项目要求借助专用网络平台配置具有布设灵活等特点的数字广播系统。根据BRT智能系统实际业务需求,BRT智能广播系统应具备以下功能:

(1)站台广播向本站乘客提供车辆停靠、进出站信息、安全提示、导向及音乐等信息服务,广播内容采用定型语音合成和人工直播方式播出。

(2)车辆停靠、进出站信息由调度指挥中心统一收集后实时发送到各站台播放,安全提示、导向及背景音乐可由调度指挥中心统一管理,方便维护。

(3)监控调度中心可以对站台进行业务上的信息广播,发生紧急情况时能进行应急广播通知等。

(4)站台广播设有自动、手动和应急广播模式,在站台设置广播插播盒,供站台工作人员在必要时对本区域进行定向广播。

(5)站台里应分成多个功能区域:进出口区用于播放安全提示、向导及BRT介绍等,各子站区域用于播放本子站的车辆停靠信息。站台插播时能分区广播及全区广播。

(6)调度指挥中心同时能监控各站广播设备,监听播放内容。

(7)整个BRT广播系统具有故障自检功能,可自动检测分控主机、功率放大器、电源及通讯的状态,并可检测扬声器线路的断路、短路、接地等故障,能对故障进行报警和日志记录。发生接地或短路故障时,系统功放或分控主机能自动将故障回路隔离,保证主设备及其他回路的正常运行。

(8)能与其他系统时钟同步,系统内部的控制设备可以任意指定主设备作为主时钟源,或者以第三方系统作为时钟源或主时钟,其他的设备可以参照主时钟进行同步,以保证系统时钟的同步。

(9)广播系统的优先级可被设置,通常的优先级为:紧急广播>业务广播>背景音乐,同时,应急话筒>业务广播话筒。

(10)各站台控制主机可存储足够多的语言信息(不低于1GB),语音信息内容根据用户需求而定。语音信息包括消防紧急广播,如各种疏散引导或警报解除的语音。无论是自动(与火灾报警主机联动)还是手动方式,消防广播都由数字语音合成装置发出。应急语音信息提供汉语、英语、法语、日语四种基本语言版本,可根据客户实际需求录制相应的语音。

(11)本地麦克风之间可以进行内部通信,并可以实现简单的内通功能。各站台网络寻呼麦克风具备彩色触摸显示屏,可在屏幕上进行操作,相关功能还可根据需要进行自定义。可通过权限设定限制单个寻呼麦克风的呼叫范围,各寻呼麦克风能呼叫各本地权限区域,多个寻呼麦克风能交叉呼叫不同的区域及同一个区域。

(12)调度指挥中心系统操作界面具有多种视图方式,能通过电子地图直观显示各广播分区的状态,并可在电子地图上对分区进行广播操作,可以显示三级地图。

3 系统规划设计

3.1 系统架构

本系统在调度指挥中心设计一台网络广播服务器,一套网络广播软件和一套客户端软件及一台网络寻呼话筒,每个站台及场站设计一台网络寻呼话筒、一台智能广播控制主机、一台双通道功放及8个20W室外音箱,其系统架构如图3所示。

(1)网络广播软件安装在广播服务器上,设置在流芳火车站调度指挥中心机房。

(2)车辆信息由调度指挥系统提供给网络广播服务器,网络广播服务器通过网络实时发送到相应站台的智能广播控制主机并在车辆停靠的子站进行播报。

(3)调度人员可通过客户端软件在任意电脑上对广播系统进行操作。

(4)流芳火车站调度指挥中心监控室放置一台网络寻呼话筒,调度人员可通过网络话筒对下面各站进行寻呼广播及对讲。

(5)各站台设置一台智能广播主机,智能广播主机对站台各项功能进行管理及与调度指挥中心进行通信,对调度指挥中心发送来的信息进行处理并在相应的区域播放。自带紧急广播话筒,紧急情况时可通过话筒对本站全区功分区进行广播。

(6)各站台网络寻呼话筒的主要功能是与高度指挥中心及其他站点寻呼对讲及对本站广播用。

(7)各站台配置一台全数字双通道功放,用来对音频信号的功率放大。

(8)每个站台分成多个功能区域:进出口区、(A、B、C、D)各子站区,每个区域安装两个20W室外防水和防尘音柱,音柱安装站台的LED显示屏两边。

3.2 网络广播管理软件

网络广播软件是公共广播的核心,它可运行于Windows各个版本的操作系统上,提供通过以太网与公共广播系统设备通讯,操作方式简单方便,其功能如下:

(1)系统配置功能

1)通过系统配置功能设定公共广播系统管理软件的构成及相关功能。

2)配置服务器所要管理的设备。

3)根据实际需要,配置电子地图或操作界面。

4)配置音源和预定义的广播操作。

5)服务器操作界面可以根据需要,手动拖拉地图、图标和按钮的布局。

6)配置不同客户端软件的管理范围和权限。

(2)用户管理功能

通过用户管理功能可以添加、修改和删除用户,并对相应的用户进行权限管理和控制。

(3)广播控制功能

通过广播控制功能对所有的广播业务进行统一管理,对所有的广播控制客户端的操作进行管理。

(4)系统状态管理

通过系统状态管理功能获取系统中各设备分区广播状态,便于查看和操作。使用该功能模块可查询各个设备的状态,将所获得的状态在系统软件界面显示。系统正常运行时,设备单元按钮或图标(如分区)显示绿色,发生火警时显示红色。

(5)系统告警功能

系统告警功能用于集中管理系统中各设备故障状态,并通过日志管理模块自动记录故障日志。当系统发生故障时,可发出声光报警,发生故障的设备单元显示黄色。用户通过系统管理软件界面能够准确定位到故障单元。

(6)日志管理功能

通过日志管理功能对系统所有操作和故障事件进行记录,并自动存储起来,以便于对事故原因进行分析。工作日志和故障日志分开存储在设备中,人工无法删除,保留最近一年的日志,超过时间的日志将自动被系统删除。通过日志管理功能可查询所有日志,按照时间、工作组、设备等条件进行查询,并能导出相应的日志文件。

(7)语音合成功能

系统管理软件提供第三方语音合成软件接口,通过语音合成功能可将文字转化为语音进行播放。

(8)音频管理功能

通过音频管理功能可以对存储在服务器上的音频文件进行统一管理和网络播放,音频管理功能可将不同格式的音源文件转化为系统指定的格式。通过预定义广播操作,可以将服务器中的音频文件播放到指定的广播分区。

4 结论

本文以武汉雄楚大街BRT走廊为例,详细说明快速公交站台公共广播系统的需求及系统规划设计,并重点说明了网络广播软件的功能。公共广播系统能向乘客播放各种公告信息,包括车辆进站信息、安全提示信息及各种通告;向运营管理、维护人员播发相关公务信息;并兼做发生紧急事故时的应急广播。

参考文献

[1]雄楚大街BRT系统专项方案.武汉市政工程设计院、武汉交通科学研究所、武汉市规划院、武汉市交通发展战略研究院,2012.12

“快速全球打击”系统的关键技术 篇11

上述“快速全球打击”的各个方案都面临着一些共性的关键技术问题，如热防护问题，制导、导航和控制精度问题，弹药和传感器配置问题，推进系统的开发问题等。

气动外形设计

助推滑翔式武器和X－51A飞行器均采用具有较高升阻比的“乘波体”结构。所谓“乘波体”，是指一种外形呈流线形、所有的前缘都具有附体激波的超声速或高超声速的飞行器。这种乘波体外形具有较高的升阻比。

HTV－1的升阻比为2.5，HTV－2将达到3.5－4。X-51A也采用乘波体构型，前段为近似楔形头部，可以形成按一定角度分布的激波系，不仅能为飞行器提供升力，且有助于发动机工作。中段为近似方柱形机身，无机翼，机身中部下面有下凸铲形进气口，其整流罩向后—直延伸到机身尾部。由于采用乘波体构型，其升阻比比传统外形高很多。

热防护系统技术

“快速全球打击”武器以极高速度运行，因此对热防护技术提出了更高的要求。

与传统弹道导弹相比，助推－滑翔式武器在大气层内飞行时间更长。CSM－1在大气层内滑翔时间为800秒，CSM-2在大气层内滑翔时间为3000秒，而传统弹道导弹在大气层氧化环境内飞行时间约60秒。助推－滑翔飞行器所配备的热防护系统必须能够保证其在大气层内以高超声速长时间运行。当前所采用的热防护系统重量较重且体积庞大，不适宜在大气层内较长时间滑翔飞行。

助推－滑翔式武器的热防护系统将采用碳－碳和碳化硅材料，通过采用这种更先进的材料，新型热防护系统将拥有外形更稳定的鼻锥，适当的飞行烧蚀率以及尽可能小的热传输率。HTV-1对现有的耐高温材料进行了改进，大部分是硅化碳和碳－碳材料，并使用了新的氧化涂层，能够在超过1650摄氏度的环境中保持10分钟至1小时，并能使用10次。HTV-2将试验能在1090摄氏度持续1小时热绝缘结构。

X-51A飞行器根据预测的热负荷，选择不同材料和厚度来实现被动式热管理。一般说来，高超声速飞行器所使用的热防护系统可分为被动式、半被动式和主动式三大类。其中，主动热防护系统的结构和技术较为复杂，检查、维护、维修不便，同时发展不成熟；半主动热防护系统方案介于被动防热和主动冷却方案之间，发展也不成熟；被动热防护方案中，热防护材料在加热环境中会产生一系列物理和化学反应；在这些反应过程中一方面消耗了热防护材料，一方面以不同方式分散和消耗环境给予这些材料的热量，以保证飞行器内部结构在允许温度下工作。不过，被动热防护系统只能一次性使用，并会发生烧蚀变形。但X-51A计划的最终目标是研制一种高超声速打击武器，因此X-51A飞行器使用被动热防护是合适的。X-51A热防护材料主要采用瓷瓦和泡沫材料。机身表面覆盖有轻型热防护系统泡沫和瓷瓦，前缘则为碳－碳复合材料。钨鼻帽表面覆盖二氧化硅防护层，用于承受前部的高热负载，并作为压载用于保持纵向的稳定。

X-37B的热防护系统由各种热防护瓦和热防护毯组成，翼前缘由热防护瓦构成，襟副翼和方向升降舵材料使用了“碳－碳”结构和“碳化硅”结构。前缘可承受1621℃以上的温度，表面的热防护系统可耐受1316℃高温，在迎风高温环境下，热防护系统组件的耐久性是现有材料的10倍。

滑翔控制技术

助推－滑翔式飞行器一般具有较远的航程，借助滑翔控制技术可以对远程目标进行精确打击。其原理是利用飞行器在飞行中产生的升力与重力平衡，升力主要由飞行器自身的升力体结构和动力舵控制来实现，同时可通过调整滑翔规律参数进行制导控制，以满足滑翔控制和导引精度要求。

导航、制导和控制技术

由于核武器的杀伤半径大，因此弹道导弹达到所需精度相对较容易，而常规快速全球打击武器飞行速度高，机动范围大，飞行器状态参数变化大，要达到数米的精度误差，对控制系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。一般采用两种或多种导航方式相结合的组合导航技术，并采用具有自适应能力的制导与控制系统。

GPS和惯性制导各有优缺点。GPS的主要优点在于，它能以较高的精度和有限的误差提供位置数据，但GPS信号容易丢失，也容易受到干扰，而等离子体产生、机动时无法锁定载波、干扰等因素都能造成GPS信号中断。而惯性导航通常基于陀螺“惯性测量装置”(IMU)，可实时提供精确的导航数据(加速度、速度、位置和姿态)，具有比GPS强得多的抗干扰能力。因此，当GPS受到干扰或因等离子层衰减而导致GPS信号中断时，IMU可在地面目标附近区域提供精确导航。但惯性制导可能在一段时间内会累积误差，而GPS提供的精确位置反馈可给予纠正。这样一来，GPS和惯性制导两种导航系统可以进行互补。

助推－滑翔式武器可能会采用GPS／惯性制导复合制导方式。在大气层外采用GPS辅助制导；在高速再入大气层进入“黑障”区飞行产生等离子鞘层对GPS信号造成干扰时，将采用惯性制导；穿过“黑障”区后采用GPS制导。

弹药和传感器配置技术

如果再入飞行器布撒了另一个可操纵的武器投射体，那么对再入体末段高精度的制导、导航和控制的技术要求就会大大减少。上述的多个“快速全球打击”系统概念都依赖于布撒子弹药、武器或无人机；在再入飞行、高超声速滑翔或巡航之后，布撒可能在高速或低速情况下进行。

对子弹药的高速布撒所面临的重大难题是，如何在对弹药进行气动捕获的同时控制所布撒的弹药，以免它们与再入体再次接触。作为对高速布撒的替代方案，再入体可以较低的速度飞行，这将大幅降低布撒弹药所面临的挑战。

飞行中通信技术

对于助推－滑翔式导弹和高超声速巡航导弹，飞行中通信将实现飞行中瞄准更新以及目标重新捕获和验证。

飞行中瞄准更新。飞行中瞄准更新对于任何打击移动地面目标的远程系统来说都是至关重要的组成部分。助推－滑翔式导弹必须要有稳定的、持续不断的报告以摧毁正确的移动目标。通过飞行中瞄准更新到达正确目标附近，助推－滑翔式导弹或高超声速导弹可以布撒导引头制导的武器杀伤目标。

重新瞄准和待机能力。在常规快速全球打击武器发射后，可能会出现更有价值的目标，也可能会丢失主要目标(例

如，主要目标可能进入地下)，因此需要寻找第二目标。飞行中通信可以在这些情况下为指挥官作出必要的变化提供灵活性。

通信手段。用于“常规快速全球打击”武器飞行中通信的最有前途的通信手段是利用现有的特高频(UHF)卫星。这一频段可以让武器装一个简单的全向火线。特高频数据传输率虽然有限，但足以满足目前的所有应用，包括战斗损伤评估。在有足够优先权的情况下(总统下令使用的武器应该具有足够的优先权)，卫星信道可以可靠地提供使用。但使PGS具备这类能力的可能性会受到再入期间形成的等离子体鞘层的影响，对射频通信信道造成干扰。飞行器速度在10马赫以上时可能会产生等离子体鞘层，而速度达到约20马赫时则肯定会出现。高度也是一个因素，等离子体效应出现在约9.15公里到91.5公里之间的高度。再入体的形状很重要，钝头体会形成较高密度的等离子体。最后，烧蚀材料和诱发等离子体污染物含量较高的材料很可能会增加等离子体密度。因此，进行认真的设计和试验以评估再入飞行器周围等离子体形成的影响，对于飞行中通信以及GPS信号接收是非常重要的。

推进系统技术

火箭推进系统。执行常规快速全球打击任务的新型弹道导弹或助推－滑翔式飞行器将需要新型固体推进剂助推发动机。根据推进剂的敏感度，这些发动机通常分为1.1级或1.3级。1.1级推进剂是高能推进剂，可在高压条件下起爆。1.3级推进剂由于不是高能的，故在相同条件下不会起爆。美国国防部倾向于所有新型武器系统都使用非敏感(不爆震)弹药，因此常规快速全球打击系统可能使用1.3级助推器推进剂。

吸气式推进系统。实现高超声速飞行，最具挑战性的就是推进技术。高超声速推进系统包括火箭式和吸气式两类。利用两种以上不同类型吸气式发动机的组合，是实现高超声速推进的有效途径。高超声速组合推进的概念通常是采用涡轮发动机和双模态亚燃／超燃冲压发动机，先由涡轮发动机加速并达到一个接力马赫数，然后由双模态的亚燃／超燃冲压发动机把飞行器推进到更高的马赫数。

目前，各国发展高超卢速技术主要选用超燃冲压发动机作为推进系统。高超声速空气在燃烧室中的滞留时间通常只有1.5毫秒，要想在这样短的时间内将其压缩、增压，并与燃料往超声速流动状态下迅速、均匀、稳定、高效率地混合和燃烧是十分困难的。因此需要对发动机尺寸、形状以及燃料种类、喷注器设计、燃烧机理进行综合性理论和试验研究。超燃冲压发动机的另一个技术困难是飞行器必须达到一定的速度才能启动(双模态超燃冲压发动机也是如此)，因此需要有助推器提供初速。目前高超声速推进技术的研究重点是：动力装置总体方案，冲压发动机进气道设计理论与试验；燃烧组织、燃烧室设计和燃烧室试验；冲压发动机喷管与利用飞行器后体补充膨胀；先进控制和燃料供给系统；冲压发动机燃料及热沉利用；双模念超燃冲压发动机技术验证试验等。

牛乳体细胞快速检测系统的设计 篇12

关键词：ATP生物发光,牛乳体细胞,白细胞,PMT

牛乳中的体细胞数 (Somatic Cell Count, SCC) 是指每毫升牛乳中的细胞总数。牛乳中的体细胞主要是白细胞和部分脱落的上皮体细胞。当奶牛受乳腺炎炎性刺激的时候, 过量的白细胞就会进入牛乳中, 从而牛乳中体细胞数量明显上升, 这样就影响了牛乳的品质[1]。传统的体细胞含量检测方法操作繁琐[2]、消耗大量人力物力, 普通人员很难操作。本文根据ATP生物发光技术[3], 研制了一台专门用于快速测量牛乳中体细胞含量仪器。

1 检测器设计

1.1 检测原理

各种活的体细胞中ATP的含量大致相当, 体细胞在体细胞裂解剂的作用下裂解, 体细胞内的ATP释放, 与荧光素酶发生反应能够产生荧光, 通过测量荧光的强度, 就可以推算出牛乳中体细胞的含量。

1.2 检测仪器系统结构

本仪器主要包括荧光检测模块和电路系统, 系统框架图见图1。荧光检测模块主要采用了光电倍增管和生物传感器[4,5];电路系统包括CPU, 信号采集和处理, 存储, 显示屏和键盘等辅佐进行操作的器件。ATP[6,7,8,9,10]与荧光素酶反应产生荧光, 所有的荧光被荧光检测模块采集, 经过电路系统的处理加工转换成数字信号进行处理, 根据预设的算法, 显示屏就可以显示最终的检测结果。

1.3 电路模块

微控制单元选择AD公司的ADUC824, 其优点是该芯片内部集成了高分辨率的A/D转换模块, 自带能够减少外围器件, 降低成本。芯片自带24位高精度A/D转换模块和12位D/A转换模块, 能够满座实验中的A/D和D/A转换需求, 芯片自带的存储也能满足实验数据的存储和处理。分别用TPS61045和MAX179333为光电倍增管和CPU及外围设备供电, 电路模块结构图见图2。

2 试剂改进

实验过程中参加反应的试剂和荧光素酶活性受温度和被测溶液酸碱度影响比较大, 这样也就影响发光的强度, 本文测量了不同p H值下白细胞浓度为12.1×104m L-1时发光值与p H值的关系见图3。当p H<4和p H>10的时候, 发光值为0, 这是因为强酸和强碱导致荧光素酶变性失活, 4<p H<10的区间内, 发光值见图3。

由图3可以看出, 在p H=7.6左右时发光值达到最大值, 这个p H值也是最佳测量值。经过测量, 牛奶的p H值约为6.5, 为了达到最佳测量效果, 在实验前将牛奶与p H=8.3的Na OH溶液按照1∶2的比例混合, 这样就使得酶活性最大, 可以达到最佳测量效果, 提高测量准确性。

3 实验过程

选用纯净的牛乳, 并且依次加入不同浓度的白细胞, 加入白细胞的浓度依次成系列浓度。将待测牛奶与p H=8.3的Na OH溶液按照1∶2的比例混合均匀待测。使用本论文设计的设备对各种不同白细胞浓度的牛乳进行检测。将仪器测得的荧光强度和牛乳中白细胞加注浓度比较, 得到荧光强度和白细胞浓度的关系曲线, 根据本曲线, 推导出仪器测量基准方程, 经过大量实验, 多次测量, 修正基准方程, 提高设备的精度。表1是实验中测量的数据, 对应的图4是发光值与白细胞数关系曲线。

仪器测量的荧光强度与白细胞浓度具有很好的线性关系, 相关系数R为0.981 1, 发光值Y和白细胞数X的关系可以用如下式所示:

4 结论

从实验结果可以看出本文设计的仪器可以在短时间内快速测量出牛乳中体细胞的数量, 比一般的培养皿计数法大大提高了效率。该设备不需要专业技术人员操作, 实验过程简便快捷, 测量结果与实际白细胞数目相关系数R达到0.981 1, 精度高, 能很好的满足各种牧场和卫生部门的需求。该产品以低廉的价格, 食品安全市场迫切的需求, 简单的操作过程, 轻巧便捷, 检测快速等优势, 具有很好的市场前景。

参考文献

[1]雷晓薇, 王根林, 韩赵玉.应用体细胞计数监测奶牛隐性乳房炎[J].畜牧与兽医.2003, 35 (12) :53-55.

[2]刘海霞.牛乳体细胞数的检测方法[J].中国乳品工业, 2004, 32 (6) :31-34.

[3]王慧锋, 秦添.微弱荧光信号检测电路抗噪声能力对时间分辨荧光免疫分析仪测量精度的影响[J].中国组织工程研究与临床, 2009 (4) :705-707.

[4]余帆, 李德华, 薛雷.光学和图像处理设备中的电磁兼容性设计[J].光学精密工程, 2004, 12 (1) :100-106.

[5]罗金平, 田青, 岳伟伟, 等.快速检测细菌总数的便携式生物荧光传感器[J].分析化学, 2009, 37 (2) :306-310.

[6]CHAPPELLE E W, LEVIN G V.Use of the firefny bioluminescent reaction for rapid detection and counting of bacteria[J].Biochemical Medicine, 1968, 41 (2) :41-52.

[7]YUE Wei-wei, ZHOU Ai-yu, HE Bao-shan, et al.A portable biochemical detection device based on fibre optic sensor[J].Sensors and Actuators B, 2008, 130:21-24.

[8]何艳.ATP生物发光法中ATP提取剂的研究[D].上海:华东师范大学, 2007.

[9]YU A H C, KUNIAKI H.ATP regeneration by cyclic photophosphorylation using spinach thylakoid[J].Biotechnol Letters, 1991, 13 (6) :411-416.