航空机电工程论文

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航空机电工程论文范文第1篇

[关键词]机电一体化 技能大赛 中职 机电专业 教学改革 技能实训

中等职业学校技能比赛并不是社会新鲜事物，很多年前它就是我国技术学校、中专和大学内部选拔人才的一种方式，很多劳动模范和技术能手从技能比赛中脱颖而出。随着职业教育不断发展以及企业职业岗位对人才规格、能力要求的提高，传统的中等职业学校对学生的培养方式已经无法满足企业对人才提出的技能要求。所以，在国家教育部的指导下，全国中等职业学校技能大赛作为一种新的制度出现，开拓出一条“以就业为导向，以大赛促专业建设改革”的职业学校，不断提升教学质量的革新之路。

大赛在推进职业教育教学改革方面进行了很多有效的探索和尝试，取得了丰富的经验，得到了学校和社会的认可，逐步形成了“普通教育有高考，职业教育有大赛”以及将技能大赛“覆盖所有中等职业学校、覆盖所有专业、覆盖所有教师、覆盖所有学生”的良好局面。大赛检阅了职业教育的教学成果，同时展示了职教学生的精湛技能、认真负责的职业态度，体现了学生既有专业知识，又有拓展能力和实际操作能力的综合素养。本人作为一名中职学校教师，从事机电专业教学已有6年，连续3年带领学生参加青海省中等职学校技能大赛，经本人指导过的学生在青海省中等职业学校技能大赛中取得了优异的成绩。现在此谈谈机电一体化技能大赛如何为我校机电专业教学指明了方向。

机电一体化技能大赛促进职业教育模式的转变。

技能大赛促进了职业教育人才培养模式的根本转变，体现了职业教育的根本特性，实现了引导职业教育科学发展。它不仅检验了学生的技能水平，检验了学校的师资力量，同时也检验了学校的课程建设和管理水平，是一场从学生到学校的全方位检验。

我校地处青海省互助县，学校坚持以服务为宗旨、以就业为导向的办学方针，在落实“培养我省产业群急需的一线技术工人”这个办学目标上，把“工学结合、校企合作”作为人才培养模式的切入点，尝试探索推进“1+1+1”的办学模式，工学交替，半工半读，把学生技能比赛、学科建设、实习实训基地建设与职业资格取证作为工作重点，提高学生的职业能力与综合素质，帮助学生顺利完成由学生身份到企业员工身份的转变与适应，把学校办成特色鲜明、效果明显、能适应经济发展的技术工人的培养基地。

打造职业教育特色专业，培养技能型人才。

依据机电一体化大赛指导思想，调整课程模块化设置在机电专业教学计划中提出培养目标是“应用型、技能型实用人才”，除此之外，还要增加竞争意识的培养和创造思维的培养，突出职业道德教育，加强综合职业能力和综合素质的培养。另外，要体现使一部分学生毕业后升入高等职业教育继续深造的目标要求。所以，课程设计要通过教育思想、体制、内容、方法、手段的创新，根据我省产业需求进行开发。结合我校情况，将课程设置分为几个模块：文化基础模块、专业理论模块、技能实训模块和岗位训练模块。学生在学完文化基础课和基本专业理论课后，设置钳工、车工、维修电工、电子电器四个技能实训模块。不但要训练学生的动手操作能力，而且要求学生取得相应模块的职业资格等级证书，这样有利于学校培养的学生更贴近于社会经济发展的需求。

根据机电一体化大赛考核内容，提出技能教学方法为使教学过程更加符合当代中专生的特点，突出中等职业学生的职业技能培养，针对机电专业职业技能教学要求，提出技能教学方法。把以学习课程为中心转变为以学会技术、完成任务为中心，以项目形式体现其教学内容。全国大赛机电一体化项目的主要形式就是用PLC编程实现任务控制，所以，我在《PLC技术及应用》课程教学中主要采用项目教学为手段，不断提高学生分析问题、解决问题的能力，结合实际生产控制，制定相应的实训项目，让学生分组完成实训项目，是学生不断提高解决实际问题的能力。以PLC（Fx2n系列）为例，首先让学生用学过的指令实现各种电气控制线路图，模拟实现工业生产控制中的小项目，如电机顺序控制、工业洗衣机、自动轧钢线、邮件分拣系统等；然后在机电气一体化实训台进行分块练习，熟练掌握每一个单元的自动控制功能；最终目标是将各单元组合为能够实现不同生产要求的控制系统。这些技能训练都来自我们身边的生活和生产，学生对教学课题感兴趣，认识到所学的东西非常有用，能解决现实问题，学习热情自然高涨起来，从而学习的自觉性和主动性也随着提高。教师积极利用这一点，引导学生主动思维，开始由教师提出问题，激发学生的兴趣，引导学生分析问题、解决问题，再逐渐转变为学生提出问题、自行分析问题和解决问题。这样，不但提高了学生学习PLC知识的兴趣，而且还提高了学生分析问题和解决问题的能力。

分析机电一体化大赛出题形式，开展实训项目教学。

纵观近几年全国技能大赛机电一体化项目的试题，都是模拟企业中自动化控制要求较高的流水线生产设备设定的控制要求。当然，对这些题目我们在平时教学中不可能遇到，但是对于这样的任务要求，可以拆分为几个子项目进行处理，这就是我们近年来研究的实训项目教学。笔者结合近几年的机电专业课教学实践，将实训内容划分成若干个可独立进行的基本训练单元，每个训练单元对应一个实训项目。以《维修电工》课程为例。这门课有一个明显的特点，就是计算少，理解内容较多，动手能力训练项目较多。那么，如何使学生更快、更容易、更轻松地学好这门课程呢？本人主要采用项目教学法进行学生的技能训练。首先要围绕专业人才培养目标和教学计划要求，根据实训室的具体条件设置维修电工实训项目；接着按照基本技能训练、专业技能训练、综合应用训练模块进行分类（其中综合应用训练项目可独立设置为实训课程，如电机与电器控制），以一个可独立进行的、有完整教学内容的训练单元作为实训项目，并要求有成果展示。学生要根据实训项目的任务要求，包括实训目的、方法、步骤、要求、达到的标准以及所需的仪器、设备、工具、材料等，进行独立的学习和训练。最后，学生完成实训项目并写出实训报告；教师要给出此次实训项目的评价。经过几年的教学摸索，结合平时的实际技能的教学经验，这种项目教学法使教学效果有了明显的提高。

从技能大赛中发现问题，加强教师的实践能力。

随着我省的开发开放，我校不断探索推进“1+1+1”的办学模式，即一年基础理论知识学习、一年动手实践能力培训、一年到企业顶岗实习。在顶岗实习中，学生带着任务按照岗位技能的要求参加锻炼，企业按照准职工进行管理，让学生参与具体的生产实际操作。同时，教师要与学生共同下企业，不仅把学生管理从学校延伸到企业，而且促进了“双师型”教师队伍建设，让学生和教师在企业技术人员的指导下熟悉掌握新知识、新技术和新工艺，在生产实践中得到锻炼，以提高学生的综合素质和职业能力。教师也可以接受新的专业知识和信息，掌握专业技术发展动态，了解企业和社会对本专业的需求。教师从技能大赛中发现问题并在企业实践中寻求学习路径和解决办法，这是提高教师参加企业实践的关键所在。产学研结合是促进教师学习专业知识、提高专业素质和专业能力的有效途径。学校通过校企合作，积极开展技术攻关或产品研发，也可以利用本专业的技术力量，开展科技服务活动，培养教师的科研素质、创新能力和技术应用能力，提高教师的实践能力。

随着科学技术的飞速发展，教育的方法和手段应适应这一发展的需要，传统的纯理论教学已不能适应新的教育目标，加强实践能力和创新能力的教育已势在必行。本论文所探讨的机电一体化课程教学方法及其教学改革策略的应用研究，是结合当前国内中等职业学校机电一体化类课程教学内容设置及其实验实践教学现状而提出来的，能够有效地提高机电一体化类课程的教学效果，对于这一类的理论知识多且深、动手实践能力要求高的课程而言，必须要不断加强实验实践教学的份量，而本论文也是重点探讨如何开展实践动手能力的训练，对于进一步提高机电一体化类课程的实验实践教学效果无论是在理论方面还是在实践方面都具有较好的借鉴和指导意义。

技能大赛是对我国职业教育成果的大检阅，它不仅引导人们重新认识职业教育，而且让社会重视和支持职业教育。中职学校以此促进教育模式改革、课程教学改革、人才培养、“双师型”教师队伍建设和实训基地建设，形成了“普教有高考，职教有大赛”的新局面。

参考文献

[1]赵松年，李恩光，裴仁清，机电一体化系统设计[M]，北京：机械工业出版社，2004.

[2]钟波，陈容，冯云，高职机电一体化专业实践教学模式的改革与探索[J]，职教论坛，2006（6）：79—80.

[3]韩培庆，高职教育实践教学模式改革的思考[J]，职教论坛，2006（6）：23—24.

[4]何龙，祁传琦，项目教学法在机电一体化专业综合实训中的应用[J]，成都航空职业技术学院学报，2005（4）：40—41.

航空机电工程论文范文第2篇

关键词：地方高校；地方政府；经济社会发展

中图分类号：G648. 4 文献标识码：A 文章编号：1674—0432（2012）—08—0239—2

高校是社会经济发展的产物，反过来又会对社会经济、政治、文化发展发挥积极作用，高校的发展历程是经济社会发展需求和高校内在规律的统一。

地方高校可以为地方经济建设发展提供人才支撑、智力支持。走新型工业化道路，加强产业结构调整和优化升级，着力构建以战略性新兴产业为引领、先进制造业为支撑、现代服务业为先导、现代农业为基础的现代产业体系，努力形成工业新型化与服务业现代化、农业产业化相互支撑、共同促进的融合发展新格局，是太仓经济发展的基本路径，这一愿望的实现，科研、教育、人才的支撑作用是关键。事实证明，健雄职业技术学院培养的高素质实用型、技术型、职业型学生，毕业后可直接进入企业和劳务市场，且广受欢迎，他们在太仓国民经济和社会发展中发挥着不可替代的重要作用。

地方高校是人们实现接受各种教育愿望的重要选择，为人们实现多样化教育提供可能。健雄职业技术学院始终坚持把办好一所让太仓人民满意的地方院校作为教职员工矢志不渝的精神追求和价值标准，作为自身发展的内在需求和不竭动力；把服务地方作为我们的神圣职责和光荣使命，努力把学院办成服务地方经济社会发展的人才库、智力库和精神文明建设的辐射源。

1 地方政府、企业的支持是地方高校改革发展的基本保障

地方高校在生存和发展过程中，为了更好地发挥功能、完成使命，改革创新是必经之路，这都需要地方政府为其发展给予强有力的支持，提供必要的条件，协调其与社会方方面面的关系。所以，随着地方高校的发展，其对地方政府的依赖程度也越来越高。

纵观我国高职教育在发展过程中出现的课程体系不合理、学生动手能力差、教材滞后于实际、双师型教师缺乏等方面存在的问题，再与发达国家高职教育的发展相比较，不难发现：高职教育要解决以上多方面的问题，一个重要的突破口就是要加强与企业之间的联系。因为高职教育的实践性和职业性要求我们的教育过程必须有企业的全程参与；而企业对高技能人才的需求又决定企业必须全程参与学院教学工作。

同时，我们需要政府主导实现校企互动。有政府主导，校企互动，增强情感交流，打牢真诚互信、同舟共济的感情基础，才能使校企合作具有持久性和长效性，高校的发展道路才会顺畅。

2 健雄职业技术学院以特色发展服务地方经济社会发展

健雄职业技术学院是2004年7月经江苏省人民政府批准建立的公办全日制普通高等学校，以太仓籍世界知名实验物理学大师吴健雄博士的名字命名。国家“十二五”时期沿海地区、长江三角洲地区区域发展规划的实施，以及沿海、沿江、沿沪产业经济带的开发和太仓市新一轮经济社会发展大潮的兴起，都赋予了学院特殊的使命和责任，也为学院带来了难得的发展机遇。学院成立以来，逐步构建了以全日制高等职业教育为主体，成人教育、开放教育、远程教育、联办专业硕士研究生教育、职业资格培训为补充的办学体系，设有电气工程学院、软件与服务外包学院、机电工程系、现代港口与物流管理系、应用外语系、生物与化学工程系、艺术设计系、职业素质教育中心、职业发展教育中心、继续教育学院、联合研究院等教学单位，设置机电一体化技术、电子信息工程技术、模具设计与制造、软件技术、精细化学品生产技术等工科为主的29个专业。

2.1 按照产业布局设置专业、输送高素质劳动技能型人才

学院升格以来，始终坚持“以服务地方为己任”，以培养学生职业核心技能、职业道德素养、创业发展能力为人才培养目标，尽最大努力满足地方经济发展对实用型、技术型和职业型专门人才的需求。太仓市近年来的经济发展促进了区域产业结构优化升级，已逐步形成“电子信息、精密机械、汽车配件、生物医药”四大高新技术产业，“石油化工、高档造纸、金属加工、电力能源”四大基础产业，“纺织服饰、轻工食品”两大传统产业以及“现代物流业、休闲旅游业”两大优先发展的服务业。我院立足区域经济、服务地方企业，设置机电工程、计算机技术、精细化工、物流管理和电气工程等五大专业群，做强、做特“机电一体化技术”、“软件技术”、“物流管理”等3大核心专业。学院借鉴、创新德国“双元制”，形成了特色鲜明的“定岗双元”人才培养模式，学院与周边多家企业开展了深入全面的合作，共同培养高素质人才，近年来向地方输送毕业生近万名，毕业生供不应求，社会影响不断扩大。

2.2 针对“德企之乡”建立“中德培训中心”

太仓优越的地理位置、高度密集的德国企业群和发达的精密机械、电子信息、汽车配件产业为中德培训中心的成立和发展提供了得天独厚的条件。2007年，我院以精密机械行业为主，由市委市政府、新区管委会、教育局、德国工商行会、德国企业代表以及机电协会合作成立“AHK—上海、健雄职业技术学院专业技术工人培训中心”（简称“中德培训中心”），并在此基础上联合共建“服务外包生产型人才培养基地”、“港区供应链生产性实训室”、“史泰博文具生产性实训室”，按照德国本土的职业教育培训体系，为太仓及其周边德资企业培养生产一线的技能型人才。德国“双元制”在我院的发展运作，先后为德企培养数百名学员，成为长三角知名的德国“双元制”职业教育模式在中国实践的典范、德国工商行会上海代表处在中国联合创办最成功的中德培训中心，成为在华德资企业钟情的“双元制”专业人才培养基地、我国最大的“德国职业资格”考试和培训基地，同时也已成为太仓市政府优化投资环境、吸引德资企业的“磁铁石”和外地人才的“聚集地”。2008年，太仓市被国家商务部和德国经济部授予全国唯一的“中德企业合作基地”。

2.3 围绕技术服务成立联合研究院

在太仓高层次人才和技术资源缺乏的情况下，为了加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的科技创新体系，2010年7月，由太仓市委市政府，东南大学、南京航空航天大学、电子科技大学等全国重点高校以及各行业协会与健雄学院联合成立了“政产学研” 综合性公共服务平台——健雄联合研究院。健雄联合研究院成立以来，充分发挥人才集聚的优势，发挥联合研究院校企合作平台的作用，实现高校科技资源与企业技术需求的对接，同时通过政产学合作共建公共技术服务平台，进一步发挥健雄学院为企业技术服务和公共服务的能力，从而建设校企合作对等机制，促进校企的平等和深度的合作。同时以服务太仓经济和社会全面发展为目标，以提升城市自主创新能力为方向，以推进产业升级转型为重点，积极吸引高校科技资源和智力资源为太仓市所用，为太仓率先基本实现现代化提供有力的技术支撑，推动了太仓科技创新发展，增强了我院服务企业服务地方的能力。

2.4 满足学习需求，延伸社会服务

学院采取多种形式，进一步扩大办学领域，拓展服务范围，创新管理机制，成为服务区域经济社会发展和推进全民终身学习、构建学习型社会的助推器，年培训各类人才规模保持6000人次。此外，继续教育学院充分利用学院世界领先企业认可的各行业培训资源，积极探索和实践职后教育双元制人才培养模式，采取集中面授、网络自主学习交流、现场研讨、学用跟踪等多样化形式，切实提高在职人员的专业理论水平和实际业务能力；在电大开放教育、奥鹏教育、成人大专教育、工程硕士、MBA和MPA教育的基础上，建立与国内外高校专接本的合作，为在职岗员工和高专毕业生接受高等学历教育创造条件。

由此可见，作为太仓唯一的一所地方高校，健雄学院与地方有着天然的联系、紧密的关系，地方是学院的“衣食父母”，学院是地方的“人才库”、“智力源”、“发动机”。学院的发展离不开地方的支持，发展的学院为地方经济社会发展作贡献。

参考文献

[1]?太仓市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要，2011，01.

[2]?健雄职业技术学院省级示范性高职院校建设方案，2011，04.

[3] 刘浩源.地方高校社会服务研究.学位论文，2009，12.

[4] 毛克平.我国地方政府与地方高校关系问题探析.教育与职业，2007，09.

[5] 胡小林.发挥地方高校在全面建设小康社会过程中的重要作用.辽宁教育研究，2003，04.

航空机电工程论文范文第3篇

【关键词】数字控制；数控加工；曲面定位；应用

数控加工技术与传统的加工技术不同，数控加工技术需要在数控机床上对机器的零件进行精细地加工技术，该技术需要运用到机械加工和数字信息控制零件方法，而且数控加工这种技术，能够广泛地运用在各种复杂的零件上，应用的领域非常广泛。数控加工技术还具有精密度高的优点，对零件的加工精细。在数控加工过程中运用到的数控机床，是一种应用计算机来进行控制的机床，数控系统又控制着数控机床，数控系统能够根据程序员对零件的材质、加工要求等规定的要求进行程序编辑。

一、复杂曲面数控加工中的技术

随着社会的高新科学技术的发展，在航空、造船、汽车等交通领域中，对零件的加工要求逐步的提高，人们要求的零件越来越精细与精确，因此，复杂曲面数控加工技术得到了快速的提升。由于数控加工技术应用广泛，该技术可以应用在已有零件的复制、受损零件的还原、新零件的设计等等方面，因此，数控加工技术包含了方方面面的技术，如：获取数据的技术、曲面匹配的技术等。

数控技术是一种运用数字来对某一工程的全过程进行有效地控制，并且能够达到机械自动化的目的的一种新型技术。该技术能够机械中的方位、角度、长度、速度等的物理量进行机械化控制，数控加工技术伴随着高级数学的研究而发展。在数控技术加工中，需要运用到数控机床进行对数控系统进行操控，然后数控机床又是根据操作者的编辑来进行操控的，在数控机床内部中，机器内部会自动地对操控着输入的数据以及规定进行系统的数据计算、数据转换等复杂的工程式的操作，最后再通过一系列的机器自动操作，对需要加工的零件进行制造，来完成这一零件加工的过程，即数控加工过程。数控技术一般分为数字控制、计算机控制、直接控制和微机控制。这几种数控技术都是通过不同的机器来实现对数字的控制欲数字的转换的过程。

二、数控加工技术的特点

数控加工技术的发达与否是一个国家的工业发展的情况的标志，因此，一个国家的工业是否发达，与该国家的数控技术的发展是密切相关的。那么数控加工这种技术为什么会占有如此重要的位置呢？以下让我们一起了解一下数控加工技术具备的各种优点。

（一）机械自动化

数控加工技术是一种全自动化的高科技的技术，运用对数字的控制进行机械自动运行的技术。在数控的加工过程中，操作者的工作量非常的简单与便捷，操作者只需要在数控系统中按下规定的数据，对零件进行装卸以及定时的给机械换道具，并且在过程中进行监督。机械的自动化，可以大大地减少工业员工的工作量，减轻了员工们的工作负担，给人们带来了许多的方便。在工业的生产过程中，运用数控加工技术，可以使复杂的手工操作过程变得简便许多。

（二）精确度高

运用数控加工技术对工业生产中的零件进行加工，能够在加工的过程中进行很精确地计算，由于数控技术的机械化，计算非常精确，从而能够确保产品的高度精确，在很大一定程度上，满足了人们对产品的高度精细的要求，该技术的精确度高，不仅保证了零件的精细程度，而且为大型机器的制造奠定了坚实的基础。

（三）工作效率高

由于数控加工技术在运用数控机床加工能够在一次的装卸中同时对多个零件的表面进行加工，就仅此这一个步骤，就比人工的操作快了许多，在数控加工过程中，还在许多过程上的效率高，如：数据的检测、划线等方面。这种数控加工技术大大地缩短了零件的加工时间，这也很大程度上方便了人们，为工业生产的员工减少了工作的压力。

（四）用于创新产品的研制

在数控加工技术中，操作人员不要太多的制造过程，只需要对机器中的数据进行高级编辑就能够快速地制造出一种新型的产品出来，因此，运用数控技术生产出创新的产品，就比以往降低了一个等次，变得容易了许多。

虽然，运用数控技术进行零件的加工具备了很多的优点，但是这种技术也具有一些不足之处，如：数控技术的投资大、工业生产风险高、数控系统的维修要求高、运行数控机床时遵守的规则繁琐等缺点。数控技术的这些缺点也成为了该技术在工业生产中得不到推广的主要原因，许多企业家不愿意投资大笔的钱财在工业生产中，从而放弃了数控技术的这种新型加工技术，从而，在一定程度上，限制了数控技术的发展。

三、复杂曲面数控加工技术的应用

数控加工技术在许多的领域里都可以应用得到，不单单对复杂的曲面上可以应用，在许多的零件中需要应用数控系统这样的大型机器才可以进行，面向各个领域的高科技术，数控技术的发展获得了很大的提升，如今，在工程上的数据的获取技术子航空、航天等方面也得到了很广泛的应用，曲面的匹配技术也应用在了许许多多的方面，如：建筑设计上的各种家具的相互匹配等。由于零件的配置应用在人们生活中的方方面面，在汽车里，会有零零碎碎的零件，在飞机中、航船中等等的大型机器当中，也是由零件构成的。总之，数控加工这种先进的技术，在以后具有很大的发展潜能，且应用十分的广泛。

（一）数控技术在交通行业中的应用

数控技术最早就是运用在机器中的零件的制造当中，随着数控技术对零件的加工过程应用得越来越多，在汽车、船舶、航空等交通运输行业中，交通工具的内部的构造的零件中，开始广泛地使用数控技术，对繁琐、众多的细小零件进行精确地加工，在数控加工中，大到可以加工交通工具的发动机，小到可以加工一个细小的螺丝。因此，在现今的数控加工技术，已经普遍地应用于交通工具的制造当中。

（二）数控技术在军事装备中的应用

数控技术的应用，不仅仅局限在交通生产方面上，海能够推广到军事装备的制造当中。许多国家的军事上的武器，已逐步地需要运用数控加工这种技术。这一技术之所以能够应用于军事武装上面，最主要的原因在于该技术制作的精确性高，许多国家考虑到武器对国家的国防的重要性，制造出一种高度精确精细的武器成为了首先需要解决的问题，运用数控技术又恰好的符合了制造精确的零件的要求，而且，制造出一种精确度高的武器，也能很好地保证了武器的安全性与使用性。

（三）数控技术在通信行业中的应用

如今的计算机产业、手机通信的产业以及电视机产业当中，大多需要运用到一种含有纳米技术、超精技术的高科技的精细制造配置。这些通信产品的内部的精细构造中，许多的零件需要有高度的精细与精确性，数控加工技术在很大地程度上满足了制造通信产品中的这一要求，运用数控技术加工通信产品的零件，将会成为通信生产行业的一大趋势。

（四）数控技术在医疗设备上的应用

医疗行业当中，数控技术将能够应用于现代的一些机械化的医疗器具当中，现在医院里的一些高科技的诊断设备实际上都应用了数控技术，这些设备的应用大多数是运用了数控技术当中的数据监测的技术，利用了数控技术的获得准确数据的特点。使得数控技术在医疗设备上得到了应用。

（五）数控技术在印刷行业上的应用

在印刷行业中，印刷机器的内部构造同样可以应用到数控加工这种技术。该行业运用数控技术，主要利用了数控技术的耗时少的特点，在相同的时间内，运用了数控技术的印刷机器比传统的印刷机器的工作效率要打很多，使印刷术在短暂的时间内得到最大量的工作量，满足了人们对时间观念上的要求，从而，使数控技术能够在印刷行业中的得到了广泛地应用。

数控技术的应用不仅仅局限在以上的行业当中，该技术甚至能够渗透到人类的生活的方方面面当中，由于数控技术的运行方便的特点，现代的纺织业、包装业等等的行业当中也看可以运用到数控这种技术，在简单的行业当中也能很好的运用数控技术。在以后的手工产业当中，主要由数控机床来进行操控，见见地取代人工的手工制造业，方便人们的生活，减轻人们的劳动力。

四、总结

本论文主要对数控加工技术进行简要的陈述，让读者能够对数控技术有了进一步的了解，并且通过介绍数控技术的优势所在，向人们推广这种数控加工技术，向各大企业家推荐现今的数控技术是值得大家投入发展的技术，最后，再深入地介绍数控技术在各个行业中的广泛应用，说明了数控技术的应用的领域是非常广阔的，是一种非常有用的技术，是产品生产中的很有必要的一门技术。

参考文献

[1]杨胜培.复杂曲面数控加工若干基础技术研究[J].湖南大学，2010（16）：56-66.

[2]樊文刚.复杂曲面宽行数控加工理论及其应用研究[J].北京交通大学，2010（03）：23-29.

[3]樊文刚，李建勇.复杂曲面宽行数控加工理论及其应用研究[J].机械工程学报，2013（13）：84.

[4]程雅琳.复杂曲面多轴数控加工精度预测与控制[D].山东大学，2010.

航空机电工程论文范文第4篇

关键词:点云数据;配准;ICP算法

中图分类号:TP391.7 文献标识码:A

The Research of Cloud Data Alignment

CHEN San-qing

(School of Computer, Panzhihua University, Sichuan Panzhihua 617000)

Key words: cloud data; alignment;ICP algorithm

为了得到物体真实的三维模型,人们需要获得三维物体表面的真实数据。但是,由于受到测量设备和环境的限制,物体表面完整测量数据的获得往往需要通过多次测量完成。点云(三维数据)就是使用各种三维数据采集仪采集得到的密集数据,它记录了有限体表面在离散点上的各种物理参量。三维曲面的重建就是依据这种密集的点云数据来恢复原始曲面,进而实现三维模型的真实重现的目的。

由于每次测量得到的点云数据往往只覆盖物体部分表面,并且可能出现平移错位和旋转错位,为了得到物体完整表面的点云数据,需要对这些局部点云数据进行整合和配准。因此,在得到点云数据之后,为了得到三维模型的原始曲面,必须要将不同角度,不同位置扫描得到的大容量三维空间数据点集转换到一个统一的坐标系中,该技术称之为数据缝合,即三维点云数据的配准。点云配准是点云数据获取后的第一步处理,也是所有后续处理的基础。因此,配准的精度将直接关系到建模精度。

1 点云数据配准算法的研究进展

一般情况下点云都是以高密度形态存在,为了有效处理各种形式的点云,根据点云的分布特征(如排列方式、密度等)可以把点云分为[1]:散乱点云,即测量点没有明显的几何分布特征,呈散乱无序状态;扫描线点云,即点云由一组扫描线组成,扫描线上的所有点位于扫描平面内;网格化点云,即点云中所有点都与参数域中一个均匀网格的顶点对应;多边形点云,即测量点分布在一系列平行平面内,用小线段将同一平面内距离最小的若干相邻点依次连接可形成一组有嵌套的平面多边形。

针对上述各种形式的点云数据,在20世纪80年代中期,很多学者对其配准进行了大量研究。1987年,Horn、Arun等人用四元数法提出点集对点集配准方法。这种点集与点集坐标系匹配算法通过实践证明是一个解决复杂配准问题的关键方法。1992年,计算计视觉研究者Besl和Mckay[2]介绍了一种高层次的基于自由形态曲面的配准方法,也称为迭代最近点法ICP(Iterative Closest Point),并在此基础上产生了许多的变种算法。ICP主要用于解决基于自由形态曲面的配准问题。但ICP算法对两个点云相对的初始位置要求比较高,点云之间初始位置不能相差太大,并且要求两个匹配点集中的一个点集是另外一个点集的子集。当条件不满足,或相差太大时,会影响ICP算法的收敛结果,使得配准变的不可靠。

Chen等运用两个曲面在法矢方向的距离来代替某一点到其最近点的距离,并将其作为匹配的目标评价函数。这一设想最初是由Potmesil于1983年提出的,它被推广为最优加权的最小二乘方法。Masuda等对点集进行随机采样,用最小中值平方误差作为度量准则,该方法在每次迭代后都需要进行重新采样。Johnson等使用特征提取策略去除没有启发信息的平面点来提高配准速度,在点云数据法矢连续、突变比较少的情况下,其速度没有明显的提高。也有一些学者通过引入参考点的方法来实现三维点云数据的配准,这些参考点实际也是一种标签,需要在测量前粘贴在被测物体上。此外,G.Barequet等人在几何哈希技术基础上采用投票机制实现了部分曲面匹配算法。还有使用卡尔曼估计子的三角片曲面匹配方法等。

2 ICP点云数据配准算法及其改进算法

ICP算法最初由Besl和McKay,提出来的时候,其原意是迭代最近点(IterativeClosestpoint)匹配算法,后来被广泛理解为迭代对应点(IterativeCorrespondingpoint)匹配算法。ICP法实质上是基于最小二乘法的最优匹配方法,它重复进行“确定对应关系点集并计算最优刚体变换”的过程,直到某个表示正确匹配的收敛准则得到了满足。目前,ICP算法在点云数据配准中应用相当广泛,并且得到了许多学者的进一步研究和扩充。基于ICP算法点云数据配准过程如图1所示:

2.1Beslhe和Mckay提出的原始ICP算法[2]

设扫描匹配过程中的参考扫描模型为Sr,待匹配的当前扫描模型为Sc,模型中的数据点个数为N。参考扫描模型和当前扫描模型间的变换矩阵为P=(p0,pl,p2,p3,p4,p5,p6)T 其中,PR=(p0,p1,p2,p3)T四元组表示旋转偏移量,可转化为3×3的旋转矩阵R(PR),PT =(p4,p5,p6)T表示平移偏移量。这样,模型间的变换矩阵可以表示为P=( PR | PT )T 。ICP算法在进行点对匹配时采用的是比较点间欧式距离的方法,而扫描模型间的变换矩阵是通过最小化欧式距离平方函数得到。

整个ICP算法描述如下:

第一步:初始化迭代,P0=( l,0,0,0,0,0,0 )T,迭代次数k,设置欧式距离均方差阀值r以及最大迭代次数Kmax 。

第二步:迭代步骤:

(1)对待匹配扫描模型中的每个点搜索其在参考扫描模型中欧式距离最近的点,生成整个扫描模型的邻近点对集合Yk。

(2)由参考模型中的扫描点和匹配点对集合计算扫描模型间的变换矩阵Pk=(PR k | PT k )T和匹配点对间的欧式距离误差dk。

(3)根据变换矩阵Pk=( PR k | PT k )T变换当前扫描模型Sr中的所有扫描点位置。

(4)计算变换后,参考扫描模型与当前扫描模型间的对应点对间的欧式距离误差dk+1,并计算第k和k+1次迭代中误差变化量。当该变化量小于欧式距离均方差阀值r或迭代次数k大于k max时,停止迭代。

ICP算法是一种迭代算法,具有很高的匹配精度。但由算法描述可知,它存在计算量较大且迭代过程可能无法收敛到全局最优解的缺陷。ICP算法最耗费时间的步骤是求解邻近点对的过程,因为它采用的是全局搜索。为适应不同的环境并克服ICP算法自身的部分缺陷,许多研究人员对其进行了改进。

2.2ICP的改进算法

为了提高基本ICP方法的可靠性和鲁棒性,从匹配点的选择到最小二乘度量目标函数的选取等ICP匹配算法中的各个阶段,许多研究者都提出了各种的优化方法,形成了相应的ICP变型算法。ICP算法的各个阶段划分如下[3]:

(1)匹配模型中进行匹配的数据点的选取采样;

(2)两模型中有对应关系的匹配点对的选择;

(3)匹配点对的适当权值赋予;

(4)过滤某些错误的匹配点对;

(5)度量准则的选取;

(6)最优化方法的确定。

对ICP算法的改进主要集中在如下四点[4]:

(1)点集的不同选取方法。一般情况下点集的选取方法包含如下五种情况,分别是选取所有可用点作为点集;随机选取抽样点作为点集;采用平均抽样方法进行点集选取;根据点的特征信息(如梯度信息等)进行点集选取;选取边缘点作为点集。

(2)点的对应方法。点的对应方法主要有二种,一种是搜索最近点作为对应点;另一种是采用投影求交的方法确定对应点。

(3)点对的拒绝。点对拒绝的实现主要有以下三种情况:对于边缘点的拒绝;对于对应点对中距离过大的点对的拒绝;考虑法向量的点对的拒绝。

(4)加速迭代。主要采用减少迭代次数或使用非迭代的方法来实现,作用是减少运算量,提高计算速度。

Chen和Medioni两位学者在Besl和Mckay的经典ICP算法的基础上进行了改进,该算法的不同之处在于改进后算法的目标函数中的距离是点到对应点出的切平面的距离。事实上,因为一开始的匹配点对通常都是不精确的,这种方法认为在这种不精确的意义下,严格地极小化匹配点对之间的距离平方和不能达到快速的收敛,因此它选取了到匹配点处的切平面的距离来代替点到点的距离。这种方法的好处是一开始就可以使迭代误差很快地减小,也就是快速的收敛,但是因为它用切平面来代替真正的曲面,也就是忽略了目标函数的Hessian中的二次项信息,所以这种方法有时候会不收敛,尤其当目标物体表面曲率变化明显时,这时,二次项信息在目标函数种占有更多的比重。事实上,这种方法是一种Gauss-Newton法,它不保证收敛,但是如果收敛,速度会比较快,是二次收敛。后来有研究者对这种方法提出了改进,加上了步长控制[5](Levenberg-Marquart方法),这样可以保证该方法收敛,而且如果步长选取地合适,并不影响收敛速度,仍然二次收敛。此外,Mitra等引入平方距离(Squared Distance)的概念。把Chen和Medioni的改进中所忽略的二阶信息做了一个理想的近似加入了迭代中,因此能保证更好的收敛性。这种方法在满足标准假设的情况下,是一种准牛顿方法。准牛顿方法是收敛的,而且是二次收敛的。

3 结束语

近年来随着三维扫描技术的发展,特别是三维激光扫描技术的出现,高效、快速、准确的获取真实场景的高精度三维点云数据变得较为容易。利用这些点云数据可以恢复重建具有准确几何信息和真实感的原始物体。本文对点云数据处理中的配准方法进行了论述。本文首先总结分析了点云数据配准算法的研究现状,然后对其中比较具有代表性的ICP算法及其改进算法进行了具体的探讨。目前,对ICP算法研究的主要集中在如何提高ICP算法的稳定性、收敛性和可靠性等方面上,通过改进搜索最近点以及计算的收敛性,来提高ICP算法的配准精度和配准速度。

参考文献:

[1]张舜德,朱东波,卢秉恒.反求工程中三维几何形状测量及数据预处理[J].机电工程技术,2001,30(l):7-10.

[2]Besl P J, MeKay N D. A method for registration of3-D shapes.IEEE Trans onPattern Analysis and Maehine Intelligenee ,1992 ,14(2): 239-256.

[3]潘小林.三维曲面匹配技术研究[D].南京航空航天大学硕士论文,2004.