计算机辅助

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计算机辅助范文第1篇

关键词:CADCAMCAX应用

一．前言

随着计算机技术的迅速普及，计算机的应用已渗透到人们生产、生活的各个领域，CAD--计算机辅助设计、CAPP--计算机辅助工艺过程管理、CAM--计算机辅助制造、CAQ--计算机辅助质量管理统称为CAX即计算机辅助技术，已为广大工程技术人员所熟悉，CAX的应用水平不仅是衡量企业产品开发、设计、制造能力和技术先进性的重要标志，更进一步影响着企业在激烈的市场竞争中的生存空间和发展潜力。

对于许多企业和工程技术人员而言，CAX早已不是"旧时玉谢堂前燕",CG---计算机辅助绘图的应用已深入人心，CG所实现的"甩图板"固然是推动计算机辅助技术在工程技术开发领域应用所迈出的一步，但同时应当看到相对于真正意义上的产品CAD--CAD/CAE/CAM全面集成，AM--敏捷制造和CE---并行工程而言，无论在技术含量上，还是在预期经济效益上这都只是第一步。因而，三维建模，智能化CAD以及PDMS---产品数据管理系统，乃至全系统集成等CAD的推进深入工作又站在一个全新的起跑线上，重新面临着整体规划、软件选型、人员培训、应用推广等问题．

二、企业级"CAX"应用整体规划

凡事预则立，不预则废。CAX应用亦然。首要重点就是企业级的整体规划，具体而言，包括时间、空间两个方面。

在时间范畴上，企业CAX的应用、深化作为一项系统工程，决不能一哄而上、一蹴而就的，所以从实施之初就应当立足生产实际，结合企业发展大计，制定长期战略，长计划短安排，从CAD。CAM、PDM等系统的初步建立，逐步完善，到全面集成系统管理，步步为营，并依据各阶段计划落实情况和企业发展变化对计划进行适当的修正。

在空间范畴上，由于产品设计开发部门、工艺设计部门乃至车间级工艺人员都是CAX企业应用的主体，故整体规划工作必须立足现实情况，针对不同层次的应用部门，人员定位作出不同规划。例如：设计开发部门考虑配备高、中端CAD/CAM集成系统（三维造型、有限元分析）；工艺部门、车间级CAD/CAM则可配备完整2D功能，简单3D功能（装配、自动编程）；若只允许检索、查阅，甚至可以只配备模型图档浏览工具，但应当特别指出两点：

1.各部门系统间数据、档案应确定交换通畅，各系统无虚连接；

2.不论高、中、低端系统，也不论开发级规划、车间级安排都应预先考虑对将来的入企业产品数据管理系统PDM的轨道是否会产生副面效应。

这里可举软件系统组合范例如下：

1、某模具厂，开发部门采用UG为CAD、CAM高端、SolidEdge为CAD中端；工艺部门以SolidEdgeOrigin3D为CAX平台，MasterCAM为CAM中端；车间级人员仅允许查阅，故采用SolidEdgeOrigin+Viewer；

2、企业长期使用AutoCAD，规划设计部门以MDT为开发平台，工艺部门则采用AutoCAD/AutoCADLT，车间工艺员采用AutoCADLT/Viewer。

三、软件选型

随着计算机软硬件技术的突飞猛进和CAX市场日益扩大，基于各种运行平台、技术核心，定位于不同性能价位的CAD、CAM软件百花齐放，性能及易用性更是长江后浪推前浪，令人眼花缭乱。对于以经济效益为核心的企业而言，只有最适合于自身产品开发的软件才是最有价值的，因此，选型必须立足于自身产品，离开这一基本点，任软件技术先进，功能强大，终将沦为"鸡肋"。

通常，CAD、CAM软件的选型分以下几个步骤：

3.1.立足产品，需求定位

对软件的选型应切合实际，根据自身产品的特点、复杂程度、企业内部设备来明确需求定位，才不至于迷失于众多CAD/CAM厂商的宣扬中。例如对于一家电产品厂而言，其CAX系统只要定位于产品设计，则它需要的是一个较强造型能力、装配功能完善，工程出图快捷的CAD系统，通常还应具备从顶向下的设计功能；对于产品呈系列化、改型频繁的企业而言，对CAD系统的迫切要求则首先是具备强大参数化功能，甚至要求装配的参数化，此外，造型（Modeling）--装配（Assembly）--绘图（Drafting）的全相关也是一个重点；对于注塑模生产厂家而言，模具型腔常有复杂曲面，且企业自行拥有数控铣床或加工中心，则在配备具有优良曲面操作能力和模具增强功能的三维CAD的同时，还须引入较强NC（数控）编程能力的CAD软件，对于复杂注塑件，模具设计中流动分析常不可避免，这就要考虑Moldflow或C-Mold等CAE系统，当然，一个CAD/CAM/CAE一体的高端系统也可能是理想之选；又如某些企业产品在钣金，管路上有所侧重，他们对CAX的要求又迥然不同。

因而，任何一个CAD系统都不是全能的，针对不同产品和不同企业，不同单位要求不同，软件选型考察侧重点必然不同，因此，具体选型开始务必立足产品，明确：什么样的系统才是本单位所期待的--即需求定位。

3..2广泛考察，多方研究

确定需求后，应对整个CAX市场做一全面调查，对软件功能、技术优势、厂商资历等进行广泛了解，在今天这样一个信息时代，Internet盛极一时，这项工作不过是举手之劳，可以查询CAX软件供应商、商站点来了解软件资料、厂商概况、下载Demo演示信息，也可以上中立专业测试公司站点，查询软件评价报告，比较测评表，还可以登录专业院校、研究机构、行业协会CAD方面BBS、聊天室,看看天南海北的用户对各种CAX软件的正面推崇、反面批驳，乃至唇枪舌战的辩论，虽有可能失之偏颇，却往往一针见血，切中要害，让你了解到厂商提供资料以外的另外一面。当然，正面接触软件商以获取书面资料、软件演示版或技术人员现场介绍，都有助于对有关软件的认识。除此外，咨询专业人士、考察软件用户、参观兄弟企业均对选型大有裨益。

由于选型之初已明确要求，经广泛考察、多方研究后，即可初步拟订几种基本方案，通常这些方案在价位、技术优势或运行环境上有所区别，但对企业需求均有可能较好满足。

通常，许多企业倾向的主流软件有：

流动分析CAE：Moldflow、C-mold等；

低端CAD：AutoCADKMCADCAXA电子图板等；

中端CAD：MasterCAM、Cimatron、Powermill

、SurfCAM等；

中端三维CAD：SolidEdge、Solidworks、AutodeskMechanicalDesktop等；

CAX集成化系统：ProEngineer、Unigraphics、I_DEAS等模块化集成。

3.3.现场测试最终定型

针对基本方案的进一步筛选，不仅应大处着眼，更应细处着手。典型的做法是邀请软件商到企业做现场测评，对各种方案的软件功能进行详细比较，以企业典型产品和复杂产品为案例，重点考虑以下因素：

a、技术功能指标：造型核心，组件技术，二维功能，三维功能，装配功能等；

b、用户界面指标：任何软件的考评中，用户界面都是一个重要指标，因为所有软件的使用主体均为人，所以易用性不言而喻不可或缺；

c、开放扩展功能：文件转换接口、二次开发能力、本地化国标化程度，此外丰富的三方支援常对软件后继扩展有重要影响；

d、价格定位--性能价格比；

e、服务水平：培训、技术支持、版本更新、疑难解答，包含软件商的发展能力。

通过综合评价，软件最终定型。

四、人员培训

人才是企业的秘密武器，企业间的竞争，实质上人才的竞争。同样CAD/CAM系统的运用，人才是关键，只有具有高度事业心和相当技术素质的人才，才能把CAX系统的性能充分发挥出来，为企业创造效益。

CAX技术是集计算机科学和工程学科相结合的综合性学科，因此，该系统应用人员也应是具有计算机应用和工程专业知识相结合的综合性人才，只有重视人才的培训和知识更新，才能更好地适应日益发展的CAX技术的需要。人员培训应由企业、软件商、高等院校及科研院所等单位来承担。

计算机辅助范文第2篇

医学影像这种“证”，其原始状态可看作是扫建出的二维切层影像，机器辅助的基本二维“示”工具有窗宽窗位、放大缩小、面积周长等。当一次扫查的切层影像数量达到几十幅时，二维阅片不堪重负，这使“示”能力如MIP/MPR乃至VRT等三维阅片在多年前已经成为常规。随着一次采集的影像数量达到几百上千幅，并开始容纳时间轴等新的采集参数，从影像中能够而且需要获取的“证”越来越多，即，从机器的原始采集数据和简单形态学信息开发出经医学界公认各种算法和知识库运算处理过的更高层面的“证（或称处理结果[Results]、阳性发现[Findings]、病征所见[Findings]、病证[Evidences]）”。

以CT心脏左室成像为例（图1），目前，除了二维切层影像的基本观察、常规的三维MPR/MIP和VRT等处理显示之外，还要求从影像中获得更多的循证处理结果。例如，在MPR显示上勾勒出心外膜和心内膜轮廓，绘出时间-容积曲线、列出左室测量结果（射血分数、舒张末心肌质量、每搏输出量、舒张末容量、收缩末容量和心输出量等）并做动态播放，为多种左室功能绘出AHA标准17区极谱图（又称牛眼图，可分析的参数如室壁厚度、室壁加厚、室壁运动等）、做出极谱图与VRT的复合显示，计算心肌造影的首过增强、并进一步在MPR显示上标出首过增强数据中的低密度区，计算延迟增强、并在MPR厚层显示上标出心肌高密度区和充盈缺损等等。

随着影像采集数量和循证处理分析内容的加速增长，医生读片中的高级循证可视化（Advanced Visualization，AV）应用会越来越广，可施加的算法会越来越复杂、产生的病证结果会越来越多……医学影像循证处理，不再是三维工具如MIP/MPR以及CPR和VRT/SSD等的手工调用与操作，而是让计算机尽可能地自动给出某个病种所要求的各种处理结果，包括完整的结果截图、测量数值、甚至基于知识库的临床评分。

影像循证中的计算机辅助技术

1. 机辅影像循证的历史发展

以CT的阅片辅助为例，机辅影像循证阶段分为：

原始阶段是硬键窗宽窗位――通过操作台上的硬按键，实现一键式的骨窗、脑窗、肺窗显示；

第1阶段是手动二维处理――通过工作站的计算与显示能力，对医学影像施加基本的二维阅片工具，如窗宽窗位、放大缩小、翻转旋转、距离角度、面积周长、标记注释等；

第2阶段是手动三维处理――随着计算技术的发展和扫查采集影像的增多，在工作站上对影像施加通用三维工具，如MIP/MPR（最大强度投影/多平面重建）、 VRT（容积渲染）、SSD （表面遮掩）、CPR（曲面重建）等；

第3阶段是自动三维处理――随着影像循证知识库的发展和人工智能技术的引用，实现“一键化的（单步化的）”冠脉分析、心功能评测、肿瘤复查、脑灌注评测、神经谱分析、肺结节分析等。

对应阅片辅助的三个主要发展阶段，计算机智能对医生阅片的辅助，可以分为三个层次：“基本循证辅助”，如窗宽窗位、放大缩小、翻转旋转、角度距离等；“常规循证辅助”，如MIP/MPR和SSD/VRT等；“高级循证辅助”，如自动化的冠脉分析、心功能评测、肿瘤随访、神经谱分析等。

2. 机辅影像循证的智能化

――自动阅片流（Workflow）

以往所谓的高级处理应用（工具），如MIP/MPR、SSD/VRT等之所以被划为常规处理，是因为其不可能实现自动化――都是通用的、不分病种病情的、偏于纯算法的应用，当施加于不同病种病情时，调用这些工具时的医生操作是不同的。

工作流除了有企业级和部门级的，还有个人级的“医生工作流”。医生调用基本和常规的算法工具施加于不同病种的影像数据时，点击勾画步骤是不同的，调用的知识是不同的，因此，医生阅片工作流是病种病情特定的（Disease/Context-Specific）。

若能用计算机模拟医生阅片操作工作流，实现其尽量多的步骤，就能把医生工作流（包括病种知识和一些操作技能）的步骤尽可能多地客观化到计算机中去。在病种知识库和流技术引擎的支持下，有些医生工作流，在计算机辅助下甚至能通过单次点击（单步化）就可以完成。例如心脏科医生的“冠脉分析”，一次点击可以实现打开病人影像、移除肋骨和血池、做心肌分割、在血管内穿透巡航、测量各种狭窄值、把影像和处理结果与测量数值用合适的方式显示出来、给出报告等。

当病种特定的知识库得以建立，并在计算机模拟医生阅片时调用各种算法的工作流各步骤中得以采用，以这类病种知识库和病种操作流技术为核心所实现的病种特定的“机辅阅片流”（Workflow），形成了阅片循证自动化的基础――这样产生的病种特定“机辅阅片流”，才有可能使医生之前几百上千次点击勾画完成的手工处理，可以通过三五次点击自动完成。

3. 机辅影像循证的智能化

――预处理（Preprocessing）

在当前计算机技术水平下，医学影像中一个“证”的获取往往需要分钟级时间的运算，当有许多“证”要获取时，时间上的等待仍会让影像的直接使用者失去耐心。

若能在各个病例影像到达处理机器、而医生还没打开该病例时，机器就按照扫查时设定的处理要求和影像病种启动病种知识导向的后台处理，自动将影像归类并调配算法工具（AutoSorting），自动运行“机辅阅片流”中的各种算法和知识库展开处理（AutoProcessing）。然后，在医生打开某个病例时将该病例的处理结果按照医生阅片要求的布局自动地展示出来（AutoLayout）――这种智能化的“预处理”加上复查需要的预提取（Prefetch），所实现的病例自动准备，让医生能集中精力于利用病征结果展开诊断。

若没有自动阅片流技术为基础，这种影像循证预处理是实现不了的。因此，以往支持手动三维处理操作的软件，就必须要重新设计――纳入病种知识库和病种操作流，实现自动调取与运行――方能在医生没有点开病例时在后台实施循证预处理。

进而，当面对多个病种类型的处理阅片时，将多个“机辅阅片流”合成为一个“机辅阅片引擎”（Engine），可以开展自动的合成机辅阅片，例如心功能分析，除了包含左室分析，还有右室分析、瓣膜引导等自动阅片流――所有这些阅片流是在该病例影像到来时一起施加上的，其各个自动流的病征结果与调用工具则是在医生点击该病例时同时打开的。这里的病征结果清单是基于数据库的（可称作“病征索引器”），每个自动阅片流条目下的处理工具集则是基于病种知识库和病种操作流的（可称作“病例导航器”）。

医学影像处理技术问世至今已经发展了四代。前三代的共同点是均为“后”处理，即必须在医生打开软件、装载图像后，才能进行处理和分析。当前第四代的最主要特征就是这种智能化的“预”处理，即，在医生打开某个病例之前，就自动调用相关的软件算法对图像进行后台处理，当医生点开该病例时，处理的结果即刻展现在医生面前。

4. 机辅影像循证的智能化――大型数据库

当一个病例中的影像数量达到几百上千幅时，当后台同时在做预处理的病例达到数个乃至十数个时，当对一个病例同时施加的自动阅片流有两三个甚至五六个时，当每个阅片流自动（以及随后阅片过程中的手动）给出的“证”达到几十个乃至上百个的时候……如果没有大型数据库如Oracle或SQL，想要管理数量与种类众多的病例、影像和处理结果是不可能的。

例如，对于某一病例施加的各个自动阅片流（及其后续手工操作）所产生的几十上百条病征所见（Findings），可以建立病征索引器（Findings Navigator）――所有病证所见都自动存储在病征索引器上并建立索引，从而帮助医生列示所有的病征发现与处理结果，能高效评估和管理所有的诊断发现――只要在某个病征结果上点一下，如同书签一样，立刻自动同步跳转到给出该结果的原阅片与测量界面上，并将链接同步的其它序列影像也同步跳转至病征所在的解剖位层（可以是多个序列、多次扫查甚至多种设备类）。

更进一步，可以病种知识库为基础，建立病种类型特定的病证清单（Findings List，欧美多称其为“结构化报告”[Structure Report]）模板，在每个阅片流自动运行和手工修正之后，列出医生最后修正确认的所见结果（Findings），给出“按病种结构化的”完整的病征清单，用以支撑放射科报告的结论。所有结果（包括病征截图、测量数值、临床评分）、所引用的知识库（如肿瘤随访是用RECIST评分还是WHO评分），都能总结到该病种特定的结构化病征清单（DICOM-SR）中――结构化报告应该包含该病种临床科室实践中会用到的示意方式（如绘出冠脉树用以指示狭窄位置）（图1）。

5. 机辅影像循证的网络化――服务器运算

若把上述机器智能中的所有计算能力、知识库、算法工具调用等，都放到服务器上运行，将会使网络上该服务器的任何瘦客户端（即普通PC），都能以“并发授权”方式调用这些机辅阅片流及其后面隐藏的病种知识库和病种操作流。

由于各种成像设备产生的影像都可以送到服务器上，各种成像类的算法、知识库和自动阅片流都可以装在服务器上，这种服务器运算使机辅阅片能力可以不局限于扫查设备旁，而是通过网络四处可调，能在更多的场所（如阅片室、手术室等）让更多的医生拥有更多成像类的机辅影像循证阅片能力，即可让医生在任何联网的终端上（如HIS的医生工作站）随意调用多种成像类（Multi-Modality）的影像，并实施多种成像类的机辅阅片。这就实现了同时接入和处理的成像设备类多、调用高级处理智能的用户多、可开展影像循证高级可视化处理的场所多。

而这种网络化具有现实意义的前提，首先是要有智能化的自动阅片流和循证预处理，各种临床位置的医生，在自动阅片流和自动预处理技术的支持下，可以不必耗费时间去自行做巨量的点击勾画处理操作；其次在于全服务器运算支持下的瘦客户端，即算法智能与病例影像全部都置于服务器中，客户端与服务器之间的通讯无需占用影像数据所要求的巨大带宽。

关于机辅影像循证的讨论

1. 影像循证计算机辅助的平台化

就运算核心而言，由于事务管理和影像处理是两种不同的计算处理模型与方式，也由于有多个医生对来自多种成像设备的多个病例执行智能化自动化程度更高的计算处理，还有大量医生尚未点开的病例预处理在后台持续运行，单纯四核或八核CPU计算是无法承担的，所以目前业内的解决方案以CPU+GPU运算架构为主导潮流，即CPU做基本平台的管理（包括影像的传输与存储）和数据库（包括影像病例数据库和结果数据库）的管理，引入GPU（即处理图形专用的高性能运算芯片）专注于高性能影像运算――GPU采用成百上千颗并行运算核并行执行图形语言与算法的基本指标为3D性能（如每秒数十亿次三角形运算）的含上10GB级的图像高速缓存，图像计算语言方面最好能支持OpenGL版本4以上、OpenCL、DirectX版本10以上以及CUDA等。

由于需要配置大型数据库来做数据管理，并需要高性能CPU如四核甚至八核Xeon来运行数据库，因此，需要运行GPU与数据库的服务器，来接入多台扫查设备的数据源并支持多台阅片站对“机辅阅片流”算法智能的调用――影像处理运算平台走入C/S架构时代，即由服务器来承担影像的高性能运算和结果管理，医生调用影像和智能的阅片台成为这种服务器的客户端。服务器的网络管理方面，须能支持Active Directory、SSO和VNC，而医学信息化标准方面，须能支持DICOM、IHE和HL7。

在上述软硬件平台的基础上，服务于影像循证的基本平台功能应该有：基于知识库的病例导航（Case-Navigator），即影像到来后自动实施分类调取、计算处理、阅片布局、阅片流列示和处理工具摆示等；基于数据库的病征索引（Finding-Navigator），即对病征发现做测量创建、收集管理和列表显示，通过病征做索引来同步多个影像序列中同一病征的即时找寻；基于规则库的病人筛选（Patient-Worklist），即基于角色的作业表可按阅片流或影像来驱动，供用户按成像设备、临床领域或身体部位等条件筛选其所需的病例；结构化病征列表（Structure-Report），即把病征发现自动写入某临床应用对应的报告模板中，完整记录病征发现（测量数值、表格、曲线、示意图和影像截图等）；角色设置与协同阅片（Role-based AV-Sharing），支持不同用户角色间对于影像与病征发现的分享观察、同步操作等。

使用前述的影像循证高级可视化所用技术的集合以及这所列种种软硬件的重新设计与组合，构成的影像循证计算机辅助新平台，才能真正实现尽量减少阅片循证中的操作处理步骤，并对影像中的各种“证”尽量完整地获取和记录，帮助医生从繁琐复杂的点击勾画和病征结果的管理索引中解脱出来，从而有更多时间专注于病情本身。

2. 机辅影像循证高级可视化软件的再定义

首先，机器辅助的目标已经发生了变化――医生阅片面对的影像越来越多，使影像科之内、影像科室与其它科室（如手术室）之间共享高级处理智能的需求越来越高，需要跨出扫描室来让更多临床场所（如阅片室、手术室、办公室）调用病例影像和算法智能。高级处理的不断普及与复杂程度的不断提高，开始要求阅片医生之间能交流其处理的中间结果，甚至开展阅片协同。

其次，自动阅片流的实现，使上述平台基础构成已经与传统处理软硬件有了极大不同。从影像中所循病征种类的增加，需要增加计算机自动运行的操作步骤，也决定了重新设计机辅阅片流的必要性。

第三，自动阅片流并不能完全替代人工操作，仍需要提供不同于手工处理的处理工具让医生对自动结果做手动细调、增删、修改。正因如此，人机界面与手工处理时所要求的是完全不同的，需要全部重新设计。处理结果的增加和结构化病征列表的给出，需要设计更为有效的病征管理与索引工具。

因此，简单地把影像处理的算法工具和软件从工作站移到服务器上，并不能真正实现影像处理的网络化、智能化。智能化“预处理”自动流软件，需要按病种重新设计。相应地，支撑其运行的平台也需要重新设计。

3. 机辅影像循证的其它讨论

机辅阅片流的改善和创建。机辅阅片流一方面在总结了医学界关于某病种的阅片处理知识后，将这些知识固化到阅片流所调用算法的各种参数设置中，使其得以由计算机自动运行，达成让医生减少繁杂的点击勾画的目的；另一方面，其客户化可设置性，比如算法参数的细调，让医生得以在利用机辅阅片流的高效时，能深入改善自动判读某病种病灶的质量，从而进一步提高机辅效率。这需要更多的临床科研合作，不断改善已有的机辅阅片流，不断创建新病种的机辅阅片流，甚至通过对已有阅片流的组合创建一些新病种的自动阅片流、引擎。

协同机辅阅片。影像医学与临床医学开始出现越来越多的协同需求。例如影像科室高级处理的目的是突出和描述病灶，而手术科室的阅片处理，在此之外还要加上展示手术路径等。这就要求高级处理展示平台应能支持影像科室阅片与临床科室阅片的协同，支持处理中间结果的交流，支持结构化报告的共享，甚至支持对同一阅片流在不同科室使用时的一些算法与处理参数的细调。

广域机辅阅片。以往的广域阅片是由PACS支持，实现的是基本二维阅片，因为三维手动阅片对远程客户端与服务器之间的操作互动要求太高。当新的自动三维阅片平台以自动阅片流和预处理智能化为基础时，绝大部分的操作都能在服务器端基本完成，远程客户端与服务器之间的操作互动要求不高，也不需要把影像数据推送到客户端，以免产生的巨大带宽占用，从而实现在远程客户端上调用中心服务器的影像循证高级可视化智能，实现了广域的三维机辅阅片。

DICOM的高级服务类（SOP）。以上对影像循证高级可视化处理平台的要求，也对与PACS的集成提出了有关DICOM服务类的更多需求，如增强的或综合性结构化报告（Enhanced / Comprehensive SR SOPs）、空间对准（Spatial Registration SOP）、分割存储（Segmentation Storage SOP）等。

多服务器与云服务。当单台服务器发展为多台服务器同时工作、甚至多台服务器在不同地点协同工作时，才能谈得上影像高级处理阅片的“云服务”。目前医学界的实践是，先从含有智能化自动阅片流的单台服务器起步，随着放射医生和临床医生对后处理需求的增加，逐步增加服务器数量，逐步实现各个服务器之间处理能力的“算法授权中央化”，最后构成“影像云处理”。这提供了可扩容、可组合和可不断按需添置的影像循证智能化处理平台解决方案。

计算机辅助范文第3篇

关键词：规划保障；计算机辅助；综合保障；装备系统

1引言

在装备研制过程中，过去大多采用序贯模式，这种模式容易造成诸如装备形成战斗力慢、战备完好性差、寿命周期费用大等许多弊端，对于大型复杂装备尤其严重。目前，在许多大型复杂装备的研制过程中，都开始实施综合保障工作，强调主装备的设计要与保障系统的设计并行开展，通过保障性分析协调二者之间出现的冲突。规划保障是实施综合保障工作非常重要的一个环节，对于装备使用与维修保障方案及计划的确定、保障资源需求的确定以及保障系统的建立等都具有举足轻重的地位。规划保障工作的主要特点有：（1）在规划过程中涉及的参数多，影响因素多，需要考虑的保障资源繁琐。（2）各项工作之间的耦合比较严重，相互之间联系紧密，要求每项工作都必须准确，不能出差错。（3）规划过程是一个反复迭代，逐渐深入的过程，并且要与主装备设计详细程度保持一致。（4）需要和产生的数据多，涉及到多个方案、多个版本。

针对主装备设计的计算机辅助手段研究已经进行了很长时间，目前已有非常成熟的CAD软件。但是对于保障系统的设计而言，可用的、好用的工具却很少，这直接影响了综合保障工作的实施和装备系统性能的有效发挥。因此迫切需要开发符合相关标准、使用方便、能支持规划保障工作的计算机辅助工具软件。本文结合当前的工程实际和用户的实际需求，研究CAMSPWP的软件模型和关键技术，对各种数据和分析流程进行统一管理，并与装备设计系统、可靠性信息系统等协同，形成一个集成的设计分析环境，能够完成规划保障所涉及的各项设计分析工作，从而提高规划保障工作效率，提高装备系统的研制水平。

2系统模型

2.1总体需求

规划保障工作是以现役同类装备的使用与维修保障统计信息、新研装备设计信息和使用方案为基础，在有关标准、准则的约束下，并与其他系统配合，为新研装备制定保障方案、保障计划、保障资源需求，并影响新研装备设计的过程，如图1所示。用户主要有两方面的业务需求：1、进行各种规划保障所涉及的分析工作。2、制定各种方案并对方案进行管理。

在用户需求的基础上，根据装备综合保障领域的顶层标准GJB3872-99《装备综合保障通用要求》和其他相关的一些可靠性维修性标准确定CAMSPWP的主要功能。CAMSPWP能够完成GJB3872-99《装备综合保障通用要求》规定的三个部分（规划使用保障、规划维修和规划保障资源）中所有的设计分析工作。CAMSPWP支持规划保障所涉及的各种分析工作，如功能分析、故障模式影响及危害性分析（FMECA）、以可靠性为中心的维修分析（RCMA）、修理级别分析（LORA）以及使用与维修工作分析（OMTA）等，同时CAMSPWP可以完成拟订初始保障方案、制定备选保障方案、评价优化备选保障方案、制定保障计划以及确定保障资源需求等工作。根据需求分析，CAMSPWP的功能划分如图4所示。

图4系统功能划分

2.2系统体系结构

CAMSPWP将运行在人们熟悉的Windows操作系统下，根据用户的不同需要，CAMSPWP可以开发成单机版，也可以开发成基于C/S模式的网络版，供不同用户在局域网内使用。系统的软件结构如图5所示，由五部分组成：

1)基础业务模块

负责使规划保障工作的设计分析过程能够协调有序地进行。主要功能包括工作空间的配置、工程管理、项目管理、用户及权限管理、系统管理、版本管理、工具状态监控等，不涉及到具体的规划保障工作。

2)分析模块

CAMSPWP主要的分析模块包括功能分析模块、FMECA、RCMA、OMTA、LORA，每个模块负责一项分析工作，各个模块都留有接口，能够相互联系，保证数据的流动。同时也要求各个模块之间的耦合程度要尽可能弱，便于以后系统的扩展。

3)方案模块

在规划保障工作中，初始保障方案、备选保障方案及计划、保障方案、保障计划、保障资源需求是贯穿整个规划保障工作过程的主线、核心。后续的各种手册、规程、细则等都是由这些核心方案产生的。方案模块负责组织管理规划保障过程中的各种方案，对从分析模块输出的各类数据进行整合，生成各类方案，并对方案进行修改、删除等编辑工作。用户可以根据自己的需要，自定义生成各种方案。

4)数据库

数据库负责存储规划保障工作过程中的各种输入数据、中间过程数据以及输出数据。输入数据主要包括现役装备的统计数据，各种设计标准和准则，从其他工具软件获取的数据等；中间过程数据主要包括各个分析工作的结果、备选保障方案、备选保障计划，评价备选保障方案所用的模型及准则；输出数据主要包括保障方案、保障计划，保障资源需求，对装备设计的影响等。

5)接口

为实现装备系统的并行设计，CAMSPWP必须与装备设计系统、可靠性信息系统等协同工作，这时就需要良好的接口与装备设计系统、可靠性信息系统以及其他工具软件进行数据交换。鉴于XML的诸多优点，CAMSPWP将使用基于XML的接口，通过建立XML格式数据的收/发器，可以输入/输出XML格式的数据文件，保证CAMSPWP能与其他系统协同工作。

图5CAMSPWP的软件结构

3关键技术研究

3.1产品层次约定和编号规则

产品层次约定对许多设计分析工作是至关重要的。例如对于普通零件一般设计成不可修复的，也不需要进行精确的修理级别分析。为了便于换件修理，子系统和组件通常设计成外场可更换单元（LRU）、车间可更换单元（SRU）和车间可更换分单元（SSRU），并分别在基层级、中继级和基地级更换。产品层次一般是根据产品的复杂程度和功能关系来划分的，通常把装备划分为系统、分系统、组件、部件、零件这五个层次。为了更好的与装备设计系统进行协同，在CAMSPWP中产品层次划分与装备设计系统保持一致。同样，在CAMSPWP中，产品编号也与装备设计系统中的产品编号保持一致。对于产品的使用与维修功能

编号，将在产品编号后面加上一部分，从而可以用编号来标识每一个产品的每一项使用与维修功能。同样，在使用与维修功能编号后面加上一部分就构成保障工作的编号，标识每项保障工作。这样就可以保证在CAMSPWP中，从每个产品到每项具体的保障作业，都可以用唯一的编号来标识。

3.2数据模型

规划保障工作涉及的数据种类多，数量大，耦合严重，尤其是各种保障资源。这就要求必须对数据进行规范化的管理，确定数据的内容、形式、层次结构，理清数据间的逻辑关系，建立完善的数据模型。本文采用面向对象的思想建立模型，将相关数据对象化。这里以分析工作模块的数据模型为例，如图6所示，该模型的主线为：产品—功能—保障工作—保障作业—保障资源，图中所示对象的关系从上向下，都是1对n的关系。产品（含重要功能产品）包括装备各个层次的产品，功能包括使用功能和维修功能，保障工作包括使用保障工作、修复性维修工作以及预防性维修工作，保障作业包括使用保障作业和维修保障作业，保障资源包括八个综合保障要素。整个模型为树形结构，展现了规划保障的工作层次。

在数据模型的基础上，使用Visio或PowerDesigner等CASE工具建立数据库模型，然后通过前向工程，使用相应的驱动程序，将数据库模型转化为物理模型，生成完整的数据库。

图6分析工作模块数据模型

3.3版本管理

规划保障工作是一个反复迭代，不断更新的过程，贯穿装备研制全过程，并且与装备设计工作紧密联系，在不同的设计分析阶段会产生大量的中间分析结果和多种方案，而且许多中间分析结果不是简单的保存，会被其他模块使用。因此，在CAMSPWP中需要特别注重版本管理。版本管理问题解决不好，数据就会出现冗余和不一致现象，影响分析工作的效率。版本管理的主要对象及其关系如图7所示。

版本管理的实现过程如图8所示，对于一个对象，可以选择新建一个版本，也可以打开已有的版本，进行编辑。对于编辑完成的版本，可以选择保存到现有版本，或者另存为一个新版本，或者不满意这个版本将其放弃，从而删除这个版本。

图7需要进行版本管理的对象及关系

图8版本管理的实现过程

4系统实现

根据实际情况，CAMSPWP选择作为系统平台,VisualBasic2005作为编程语言，SQLServer200作为数据库管理系统。CAMSPWP将部署在三个层面上：客户端、组件层、数据库服务器。客户端为用户提供诸如输入验证等基本功能和简洁的操作界面；系统的业务规则全部放在组件层，以后如果需要修改程序代码，则只需要对组件层的功能模块进行修改，简化了系统开发和版本升级工作，提高了系统的可扩展性。图9为CAMSPWP的部署图，图10和图11为系统实现后的部分界面。

图9CAMSPWP的部署图

图10判断产品是否为重要功能产品的界面

图11确定重要功能产品故障影响类型的界面

5结束语

通过使用证明，CAMSPWP具有操作方便、扩展性好等优点，实现了装备保障系统设计的数字化，提高了规划保障工作的效率，降低了成本，保证了装备设计和保障系统设计的同步进行。随着在大型复杂装备系统研制中综合保障工作的深入开展，CAMSPWP必将发挥重大作用。CAMSPWP的开发为建立集成化、网络化、智能化的计算机辅助装备系统设计环境奠定了良好的基础。

参考文献：

［1］徐宗昌.保障性工程［M］.北京;兵器工业出版社.2002.158-215.

［2］赵廷弟,曾声奎,康锐.计算机辅助可靠性设计分析系统研究［J］.航空学报,2000年5月第21卷第3期;206-209.

［3］赵廷弟,孙琳玲,屠庆慈.计算机辅助FMECA软件模型［J］.北京航空航天大学学报,2000年2月第26卷第1期;118-121.

［4］DavidM.Kroenke.数据库处理-基础、设计与实现（第八版）［M］.北京;电子工业出版社,2003.38-74.

［5］H.Barbaraorensen,JacobD.Hornsby,DawnRiddle，etal.ADataManagementandVisualizationToolThatBenefitsMissionReadiness[R],AIAA2004-6356.2004.

ResearchonComputer-AidedMaterielSupportPlanningWorkPlatform

WangShi,WangRong-qiao,FanJiang,ZhangZe-bang

(1.SchoolofJetPropulsion,BeihangUniversity,Beijing100083,Chhina;2.SERIRSC,ChinaShipbuildingIndustryCorp,Beijing100083,Chhina)

计算机辅助范文第4篇

机械设计是进行机械研究与生产的前提，在机械工程中占有首要地位。自从计算机技术应用到机械设计中后，几乎机械研究的每一个环节都要用到计算机。在机械设计中，计算机的功能不仅仅是画图，在对精密的零件进行校验与测试时也离不开计算机的参与。在没有计算机之前，对机械的校验与测试往往都是制造出成品，然后对成品进行压力、磨损测试等以观察机械的使用情况与使用寿命，对其进行改进以到达更佳的使用要求。现在人们只需要在计算机中输入机械的图纸，就可以在计算机中建立机械的模型。在计算机的虚拟环境下对模型施加各种外力，观察模型的受力情况，找出机械设计中还存在的可以克服的问题，进行调整与改进，提高机械的质量。计算机的应用不仅节省了图纸的重新绘制与修改的时间，提高了工作效率，对于机械工厂来说，减少了加工机械成品与进行反复测试实验的费用，节省了经济支出。因此计算机辅助设计在机械行业有着无可替代的地位。

二、计算机辅助机械设计的优势

众所周知，很多机械产品对尺寸精密程度要求是特别高的，而传统的手工画法，不可避免地就会产生误差。人眼的误差与画图工具的误差叠加起来产生的误差就不可能是一点点了，虽然在可控的范围之内，但还是会对机械产品的性能产生影响，计算机画图就可以避免这些类误差的产生，有效地保证机械产品的质量。而且图纸修改起来也十分的方便，在计算机上也方便设计师之间的交流。同时，用绘图软件可以很轻松地构建任意外形机械零件的三维模型，这样就大大降低设计难度，缩短了设计周期。而且计算机辅助设备进行设计时，还能进行零件的组装或重组，从中找出灵感设计出更符合要求的产品来。从三维模型中还可以看到机械在使用时的运动状态，对不足之处进行调整减少实验次数。

三、计算机辅助机械设计的应用

第一，平面绘图中的应用。平面图在机械产品的整个生产过程中有着非常重要的作用。无论设计还是施工，抑或是最后的安装和使用，都离不开平面图。传统的手工绘制要花费大量的时间，而通过绘图软件，不仅能做到高效，还能做到优质。在绘制平面图时既不用购买画图的工具，也不要占据很大的地方，一块办公桌大小的地方就可以用来办公，也为企业省出了很多工作空间。第二，三维设计及产品报价中的应用。目前市面上很多绘图软件都能构建三维实体机械模型，建模方便而且精准，还可以实现在空间上的运动，进行动态分析。把机械零件绘制完成后，进行组装，组装完成后，给定特定条件进行精确测试，验证使用性能，根据验证结论，进行改进。除此之外，有了三维实体模型，再输入材料和工艺数据进行报价，生存报表，快捷方便，所有数据的处理全部由计算机软件完成，优质高效。第三，在机械产品研发中的应用。计算机辅助机械设计构建出来的机械模型，可以帮助设计师更加直观的分析机械产品的特点，根据这些特点对机械模型进行改进，增强模型设计的快捷性与准确性。设计人员通过观看模型能够发现存在的不足之处加以修改，为以后产品的测试提供更加精准的依据。就以汽车的覆盖件模型为例进行分析。汽车的覆盖件对汽车来说十分重要，质量高的汽车覆盖不仅给人以曲线美，还要符合空气阻力最小及安全等特点。这就要求在设计汽车覆盖件时要做综合考虑，如果用传统的方法，从设计到成品实验，不仅设计周期长，而且还要浪费很多物力财力，这样势必会增加企业的运营成本，降低产品的价格优势，如果要改款式，还得重新设计和实验，这就无形中增加了企业的研发成本。而采用计算机辅助机械设计，所有的设计和实验都可以在计算机上完成，不仅可以缩短设计周期，而且还可以降低生产成本，加厚企业的利润。采用计算机辅助机械设计对企业来说意义重大。第四，在设计二次开发的应用。科技的突飞猛进，产品不断的更新换代引领技术必须创新。单一功能的产品将逐渐被淘汰，机械设计软件为了适应技术的进步必须进行二次开发。比如，AutuoCAD软件最初只是用来代替繁杂的手工绘图，而其中的VBA、Autolisp各自具备自身的优势，但是它们之间的兼容性不强，设计人员在使用时要根据自己的需求选择一个能在更大程度上满足自己设计要求的工具。所以在进行软件开发时应当尽量地把各软件的优势结合在一起，方便操作，能够实现更多的功能。只有这样才能满足不断发展的时代的需要，增强产品的市场竞争力。

四、结束语

信息化高速发展的二十一世纪，计算机和信息技术广泛应用于生活的各个层面。世界各国，都在不断地增加研发投入，来迎合科技爆发式发展的时代，当然只有将传统的方法与计算机技术和信息技术有机结合，才能跟得上时代的步伐。而对于机械设计来说，计算机及信息技术的参与，大大地增强了企业的效能，提高企业的市场竞争力。当前在机械生产与设计方面中国与世界发达国家相比较，还存在一定的差距，人们的机械设计辅助软件的研发及二次开发能力还有待提高。所以如何加强中国自主研发辅助软件的能力，提高中国制造业的整体水平，赶上发达国家，是目前急需解决的问题。

作者:雷长勇 单位:江苏联合职业技术学院常熟分院

参考文献：

[1]王吉明.计算机辅助设计的技术应用探究[J].科技与创新，2014（21）.

计算机辅助范文第5篇

关键词:计算机;辅助教学

Computer Aided Istruction Initial Exploration

Zhang Jian

(Shijiazhuang Science&Information College,Shijiazhuang050000,China)

Abstract:Computer aided instruction,CAI in short,which is the key point and the breach for conducting system reformation of education and teaching.Meanwhile,it is also the necessary way to achieve the modernization of education.It is an important task in the research of edicational pattern to command the CAI mode well.

Keywords:Computer;Adied instruction

随着科学的进步与时代的发展,计算机辅助教学已被大部分教师认可。计算机辅助教学手段的应用,以其软件多方位、立体化的开发和利用,以及储存信息量大、画面丰富、多种媒体综合运用等特点,在教学过程中能为学生建立一个动态教学环境,开阔学生的视野,丰富学生的想象力,调动学生的学习兴趣,从而大大提高课堂教学效率。

计算机辅助教学是一种新型的现代化教学方式,它有许多传统教学方法不具备的优势,但在运用计算机进行辅助教学时,应认识到它只是一种教学手段,必须服从和服务于教学目的、教学内容等的需要。

然而,在计算机辅助教学的推广实践过程中却出现了一些误区。计算机在课堂教学中是一种教学工具,其应用于辅助教学的形式是灵活多样的,而CAI课件的演示仅仅是一个方面;由于教学课件固有的某些缺陷,使很多课件不能满足计算机辅助教学的需要。

虽然CAI有着许多突出的特点,并在教育实践中证明是有效的。但是作为新生事物必然存在不足和缺陷,不难发现:如果老师把大量的时间和精力都投入到软件开发上,就不能将主要精力放在如何利用计算机技术组织教学上来,甚至不能将主要精力放在教学研究上来。从而出现了计算机辅助教学只在这种公开课、观摩课来进行教学,装点一下门面的这类情况。其实,我们认为教师最主要的任务不在于开发软件,而是如何应用现有的软件把计算机的优势发挥出来。需要指出的是这里所说的“软件”并不是指一个具体的课件,而应是面向学科的工具型软件,包括带有学科特色的平台和多媒体资料库。

计算机和教师究竟谁处于核心位置?答案谁都应该清楚。我们首先要明确计算机辅助教学强调的是计算机在教学中的辅助功能,处于主导地位的仍是教师,因此充分发挥教师在整个教学中的能动作用才是计算机辅助教学的核心思想。作为一种教学媒体,计算机与其它教学媒体(如黑板、投影仪、电视机)没有什么不同,只是一个辅助工具。作为一种工具,首先应具有易用性和可选性。计算机作为一种工具能够帮助教师更好地完成教学过程,任何教育工具都只能作为知识的载体,而知识的传承只能由人来完成。如果不认识到这一点,CAI就无从发展,甚至可能被扼杀,CAI的生命力在于能延伸教师表达能力,充分发挥教师的作用,也只有把注意力放在如何更好地发挥教师在教学中的主导作用,这才是CAI的发展方向。

由于,计算机辅助教学在我国刚起步,问题在所难免。但是我们不能只看他的缺点,在看到它的弱势的同时,还要发现其积极的方面,这样,我们才能有效地去运用计算机来帮助我们真正的实现现代化课堂教学。那么,计算机辅助教学到底有什么优点呢?我们怎样才能开展好计算机辅助教学工作呢?

1.计算机辅助教学的运用,补充了传统教学中受时间、空间的限制和语言表达能力的不足。

2.计算机辅助教学能化静为动,增强动感,诱发学生的学习兴趣。

3.计算机辅助教学却能做到实用化、系统化,灵活而多变。

4.能实现教与学的有机结合

计算机辅助教学可以利用电脑的交互性特点,实行双向教学和个别辅导,通过人机交互,及时发现教学过程当中出现的问题,及时采取补救措施,使教与学这两个环节有机地结合起来,从而有效地解决传统模式下教与学脱节的问题。

计算机辅助教学已经成为教育改革的重要切入点,也是当今教育技术的热点问题,这项工作的开展将丰富教育的技术手段,给现代教育思想的实现提供更加有力地支持。所以我们应该积极主动的从正面去发展和推进计算机辅助教学的发展。

首要任务就是提高教师自身的业务学习水平。教师只有在不断提高自身业务素质的基础上,才能更好地去教书育人,才能更好地做一名合格的人民教师,才能在知识经济时代立于不败之地。

其次教师需要通过种种途径广泛搜集各类新式教学软件。社会在不断地变化,技术在不断地更新,计算机硬件与软件都在不断地升级换代,陈旧的教学软件已经无法满足不断变化的教学工作的需要。当然更提倡有条件和有能力的教师根据自己的实际,制作适合自己品味的教学软件,以满足教学的需要。

总之,CAI教学,可把枯燥乏味的教学内容,借助于多媒体的优化组合,使课堂教学形象化、趣味化、交际化和生活化,提高了教学质量。计算机辅助教学方兴未艾,充分利用现有条件下网络所提供的信息资源从而彻底改变教学软件在设计、开发和使用上的相互割裂的局面,使CAI在课堂上的运用走出低谷,朝着更为广阔的方向发展是我们当代教育使者的主要任务。

参考文献:

[1]郑夫扬.《恰当应用多媒体,提高课堂教学效率》江苏

[2]陈志银.《计算机辅助教学的误区》江苏