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篇（1）

為把我國(guó)建成不僅是新的世界制造中心，而且是廣泛應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的制造強(qiáng)國(guó)，國(guó)家對(duì)制造企業(yè)提出了宏偉目標(biāo)，即要求國(guó)內(nèi)骨干企業(yè)盡快著手信息化工作，2010年到2015年大中型企業(yè)要達(dá)到國(guó)際先進(jìn)的信息化制造水平。實(shí)際上，信息化不僅是政策的約束，更是市場(chǎng)的驅(qū)使，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程，信息化制造將成為現(xiàn)代制造企業(yè)追求的重要目標(biāo)之一。

一、信息化制造與虛擬技術(shù)

什么才是信息化制造？信息化制造是以虛擬制造和大規(guī)模定制生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的，只有基本上實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)制造和流通以至產(chǎn)品全生命周期的信息化，才算真正完成信息化工作，在此基礎(chǔ)上的先進(jìn)制造模式和信息化內(nèi)容才能叫做信息化制造。

隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用，信息技術(shù)對(duì)制造技術(shù)發(fā)展的作用目前已占到第一位。產(chǎn)品制造過程中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。信息技術(shù)使現(xiàn)代制造的技術(shù)含量提高，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。信息技術(shù)也促進(jìn)著設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)代化，加工制造的精密化、快速化，自動(dòng)化技術(shù)的柔性化、智能化，整個(gè)制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。

制造業(yè)要在競(jìng)爭(zhēng)激烈的全球市場(chǎng)求得生存與發(fā)展，必須能夠更好地滿足市場(chǎng)所提出的TQCS要求，即要以最短的產(chǎn)品開發(fā)周期(Time)、最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量（Quality）、最低廉的制造成本（Cost）和最好的技術(shù)支持與售后服務(wù)（Service）來贏得市場(chǎng)與用戶。為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力，企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)κ袌?chǎng)需求的變化做出快速敏捷的反應(yīng)，并及時(shí)地對(duì)自身的生產(chǎn)做出合理的調(diào)整與重新規(guī)劃。面對(duì)不可預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場(chǎng)需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支持。

基于這些因素，概念設(shè)計(jì)、并行工程、智能制造、敏捷制造等多種有關(guān)先進(jìn)制造技術(shù)的新思想、新概念相繼誕生。虛擬制造（VirtualManufacture）就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式。在虛擬制造中，產(chǎn)品開發(fā)是基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)VPD方式（VirtualProductDevelopment），以用戶的需求為第一驅(qū)動(dòng)，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征。VPD保證了產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，提高了企業(yè)的快速響應(yīng)和市場(chǎng)開拓能力。

虛擬技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的應(yīng)用主要包括虛擬制造和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。

1．虛擬制造(VM)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)地、并行地模擬產(chǎn)品未來制造全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的成本等，從而更有效地、柔性靈活地組織生產(chǎn)，并使新產(chǎn)品開發(fā)一次獲得成功，目的是盡量降低產(chǎn)品的成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，快速有效地響應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)。

虛擬制造實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支柱，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能使人體會(huì)到或感覺到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以做出前瞻性的決策與優(yōu)化實(shí)施方案。從本質(zhì)上講虛擬制造技術(shù)是對(duì)真實(shí)制造過程的動(dòng)態(tài)模擬、仿真，是在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品，經(jīng)過模擬仿真對(duì)產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)、加工及裝配過程達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及工藝過程、優(yōu)化制造環(huán)境配置和生產(chǎn)供給計(jì)劃、優(yōu)化制造過程并改進(jìn)制造系統(tǒng)的目的，用來改善各個(gè)層次的決策和控制。虛擬制造從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。

2．虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場(chǎng)需求，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時(shí)組建成為一個(gè)沒有圍墻、超越空間約束、靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。虛擬企業(yè)的特點(diǎn)是企業(yè)的功能上不完整、地域上分散和組織結(jié)構(gòu)上非永久性，它是實(shí)現(xiàn)敏捷制造的有效手段。由于市場(chǎng)的全球化，企業(yè)必須不斷創(chuàng)新產(chǎn)品及優(yōu)化制造過程，快速響應(yīng)客戶要求，才能取得競(jìng)爭(zhēng)上的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，企業(yè)不可能也不必做每一件事、每一個(gè)部件和每一個(gè)制造過程，而必須尋找合適的合作伙伴。其最終目標(biāo)是利用不同地區(qū)的現(xiàn)有生產(chǎn)資源，把它們迅速組合成一種沒有界限的、靠電子手段聯(lián)系的經(jīng)營(yíng)實(shí)體，以便快速推出高質(zhì)量、低成本的新產(chǎn)品。

由于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快及人們對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求增加，使得機(jī)械制造業(yè)向多品種小批量生產(chǎn)方式發(fā)展。因此，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期成為決定制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的首要因素。而虛擬制造技術(shù)被認(rèn)為是加速新產(chǎn)品開發(fā)的有效手段，它能很好地解決制造業(yè)的TQCS難題，虛擬制造技術(shù)對(duì)制造業(yè)將是一次新的革命，它的廣泛應(yīng)用意義是深遠(yuǎn)的。

二、市場(chǎng)化與虛擬制造技術(shù)應(yīng)用

制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它一方面創(chuàng)造價(jià)值，生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富和新的知識(shí)，另一方面為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門包括國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展提供先進(jìn)的手段和裝備。在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)騰飛中，制造業(yè)功不可沒。但是，隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)變，我國(guó)制造企業(yè)的弊端日益顯露出來。

我國(guó)制造業(yè)目前存在的五大難題：

1．產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，水平低下，主要機(jī)械產(chǎn)品中達(dá)到當(dāng)代世界先進(jìn)水平的不到10%；

2．生產(chǎn)集中度低，分散、重復(fù)嚴(yán)重，缺乏協(xié)作；

3．科技基礎(chǔ)薄弱，自主研發(fā)創(chuàng)新能力差；

4．企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，精密、高效、數(shù)控設(shè)備不足10%；

5．人才培養(yǎng)后繼乏力；加之企業(yè)基礎(chǔ)管理薄弱，缺乏現(xiàn)代生產(chǎn)管理意識(shí)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)新形勢(shì)下顯得十分被動(dòng)。

虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國(guó)處于國(guó)際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)大量應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的時(shí)間；波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無(wú)紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的設(shè)計(jì)成功已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑。

虛擬制造(VM)作為一種哲理、一種制造策略為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向。它可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，提高企業(yè)整體運(yùn)作及全面最優(yōu)決策的效能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。實(shí)施虛擬制造可以打破傳統(tǒng)的地域、時(shí)域的限制，通過Internet實(shí)現(xiàn)資源共享，變分散為集中，可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)能以快速、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場(chǎng)變化。通過分析設(shè)計(jì)的可制造性，利用有效的工具和加工方法來支持生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。企業(yè)不再需要投入大量的設(shè)備和儀器，從而避免了不必要的設(shè)備閑置，可充分利用其他企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備和儀器進(jìn)行生產(chǎn)，能很好地解決一些中小企業(yè)資金短缺的難題。

但在實(shí)施虛擬制造技術(shù)過程中，雖然國(guó)家對(duì)制造業(yè)十分重視，但由于我國(guó)當(dāng)前正處于體制改革過程中，多種機(jī)制并行，在資金使用時(shí)較難協(xié)調(diào)，國(guó)家也難以投入重金支持虛擬制造技術(shù)研究。應(yīng)用人才短缺，企業(yè)的整體認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一，就是現(xiàn)有的科研成果都難以推廣應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化制造任重而道遠(yuǎn)，但這些并不能阻擋它的向前發(fā)展。

三、實(shí)施虛擬制造應(yīng)采取的措施

1．高度重視和全面規(guī)劃。虛擬制造技術(shù)與其它的先進(jìn)制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，其涉及面廣、技術(shù)難度大，研究及推廣應(yīng)用需要投入大量人力、物力及資金，政府部門應(yīng)從宏觀上加強(qiáng)對(duì)虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)，同時(shí)要使虛擬制造技術(shù)與各種先進(jìn)制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展。超級(jí)秘書網(wǎng)

2．加強(qiáng)人才培養(yǎng)和培訓(xùn)工作。人是先進(jìn)制造的主體，沒有高素質(zhì)的人的參與，再好的技術(shù)也發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。因此，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)有人本思維，采用人機(jī)一體的技術(shù)路線。企業(yè)在培養(yǎng)和引進(jìn)高層次、高質(zhì)量研究型、管理型和開發(fā)應(yīng)用型人才的同時(shí)，大力普及CAD/CAM技術(shù)，及時(shí)推行精益生產(chǎn)、并行工程等思想和技術(shù)，全面提高企業(yè)員工的技術(shù)素質(zhì)。企業(yè)與高校應(yīng)探索人才的聯(lián)合培養(yǎng)新模式，不斷增強(qiáng)科技創(chuàng)新能力。

3．加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)包括軟件技術(shù)和硬件技術(shù)，其中建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等是實(shí)施虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)科研力量分散，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，重點(diǎn)投資與自身發(fā)展有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的研究，進(jìn)行研發(fā)和推廣是一條值得深入探索的道路。

篇（2）

關(guān)鍵詞：集成；系統(tǒng)；技術(shù)構(gòu)成

一、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的含義與定位

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(ContemporaryIntegratedManufacutringSystem)是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，在繼承計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，它不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中相關(guān)思想的精華，從信息集成、過程集成向企業(yè)集成方向迅速發(fā)展，在先進(jìn)制造技術(shù)中處于核心地位。具體地說，它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)使企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關(guān)的組織、經(jīng)營(yíng)、管理和技術(shù)有機(jī)集成和優(yōu)化運(yùn)行。在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品上市快、服務(wù)好、質(zhì)量?jī)?yōu)、成本低的目的，進(jìn)而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

二、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成

先進(jìn)制造技術(shù)(AMTAdvancedManufacturingTechnology)作為一個(gè)專有名詞目前還沒有準(zhǔn)確的定義。通過對(duì)其內(nèi)涵和特征的研究，目前共同的認(rèn)識(shí)是：先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。其具有如下一些特點(diǎn)：

1、從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變，使技術(shù)的發(fā)展更加符合人類社會(huì)的需要；

2、從強(qiáng)調(diào)專業(yè)化分工向模糊分工、一專多能轉(zhuǎn)變，使勞動(dòng)者的聰明才智能夠得到充分發(fā)揮；

3、從金字塔的多層管理結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，減少層次和中間環(huán)節(jié)；

4、從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變，縮短工作周期，提高工作質(zhì)量；

5、從按照功能劃分部門的固定組織形式向動(dòng)態(tài)的自主管理的小組工作方式轉(zhuǎn)變。

通過對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的定義和特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)擁有先進(jìn)制造技術(shù)的絕大部分特點(diǎn)，只不過先進(jìn)制造技術(shù)所涉及的范圍要比現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)大，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)在吸收計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推動(dòng)并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的研究工作，并不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中的成功經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)思想，將它們進(jìn)行推廣應(yīng)用，由此使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心。

（1）并行工程(CEConcurrentEngineering)并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求。為了達(dá)到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實(shí)現(xiàn)不同部門人員的協(xié)同工作；為了達(dá)到產(chǎn)品的一次設(shè)計(jì)成功，減少反復(fù)，它在許多部分應(yīng)用了仿真技術(shù)；主模型的建立、局部仿真的應(yīng)用等都包含在虛擬制造技術(shù)中，可以說并行工程的發(fā)展為虛擬制造技術(shù)的誕生創(chuàng)造了條件，虛擬制造技術(shù)將是以并行工程為基礎(chǔ)的，并行工程的進(jìn)一步發(fā)展就是虛擬制造技術(shù)。同時(shí)，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術(shù)支持下，將原來分別進(jìn)行的工作在時(shí)間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術(shù)，并吸收了當(dāng)前迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)秀成果，使其成為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

（2）虛擬制造(VMVirtualManufacturing)虛擬制造利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中的人、物、信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而使產(chǎn)品一次性制造成功，達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

篇（3）

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1673-8454(2012)09-0046-03

近幾年，由于高職院校招生人數(shù)大幅度增加、實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)缺乏、實(shí)訓(xùn)設(shè)備陳舊落后，以及真正建立企業(yè)實(shí)習(xí)基地難度大等原因，學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)難已經(jīng)成為長(zhǎng)期困擾高職院校實(shí)踐教學(xué)的普遍性問題。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，給每個(gè)學(xué)生提供在虛擬崗位中的動(dòng)手操作機(jī)會(huì)，從而達(dá)到預(yù)期教學(xué)目的。因此，構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械制造專業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)型崗位和相應(yīng)的崗位場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)與職業(yè)崗位的無(wú)界化是非常有意義的。

一、機(jī)械制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前大部分高職院校都建立了校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地，但從實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面來看，還存在以下幾個(gè)問題：

（1）建一個(gè)機(jī)械制造實(shí)訓(xùn)基地需要造廠房、買設(shè)備、配置人員等，開支巨大，并且學(xué)生的實(shí)訓(xùn)成本極高，如刀具、材料的大量損耗及設(shè)備損壞折舊等。[1]

（2）校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基本上是某一工種的操作訓(xùn)練，企業(yè)生產(chǎn)中的“質(zhì)量、成本、交期”要求無(wú)法體現(xiàn)，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所體驗(yàn)不到真實(shí)的企業(yè)工作氛圍。[2]

（3）部分學(xué)校使用仿真軟件代替真實(shí)設(shè)備，但當(dāng)前流行的數(shù)控仿真軟件如宇龍、宇航、菲克等能模擬機(jī)床操作面板，能驗(yàn)證數(shù)控程序，能加工出零件大致輪廓，同時(shí)也存在幾大缺陷：加工工藝性差，如工藝方案的優(yōu)劣對(duì)加工結(jié)果的影響看不出，零件的尺寸精度和形位公差無(wú)法測(cè)量；無(wú)法切身感知車間現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如刀具磨損時(shí)的聲音異常，操作不規(guī)范導(dǎo)致的各種安全問題等。學(xué)生在使用模擬軟件后對(duì)技術(shù)、工藝的掌握還很膚淺。

（4）校外實(shí)訓(xùn)學(xué)生僅參與某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并未完整經(jīng)歷職業(yè)崗位的各個(gè)工作步驟；企業(yè)首先要完成的是生產(chǎn)任務(wù)，而不重視培養(yǎng)學(xué)生，學(xué)生實(shí)習(xí)效果受到很大的影響。[3]

（5）教師的企業(yè)經(jīng)歷較少，基本上只能指導(dǎo)學(xué)生操作練習(xí)，培養(yǎng)不了企業(yè)真正需要的高技能人才，其“雙師”素質(zhì)有待提高。

二、虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)構(gòu)建的基礎(chǔ)探索

1.根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查確定機(jī)械制造職業(yè)崗位群

本項(xiàng)目組首先組織開展了機(jī)械制造職業(yè)崗位群的市場(chǎng)調(diào)研，而機(jī)械制造職業(yè)崗位往往從屬于汽摩配、家用電器、服裝機(jī)械、機(jī)床設(shè)備、模具制造等行業(yè)，通過對(duì)上述行業(yè)上百家各類規(guī)模企業(yè)的實(shí)地調(diào)研，并在多位企業(yè)實(shí)踐專家的協(xié)助下對(duì)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行了歸納分析，最后確定了以下幾個(gè)職業(yè)崗位：普機(jī)操作工、數(shù)控操作工、檢驗(yàn)員、工藝員。

2.根據(jù)崗位要求布置虛擬實(shí)訓(xùn)情境

虛擬實(shí)訓(xùn)的目的是讓學(xué)生在模擬真實(shí)的職業(yè)環(huán)境下鍛煉成一名準(zhǔn)職業(yè)人，所以我們?cè)诓贾脤?shí)訓(xùn)場(chǎng)景時(shí)首先要滿足工作環(huán)境的真實(shí)性和工作過程的完整性。這里的環(huán)境布置指的是軟件環(huán)境，虛擬環(huán)境的空間布置和設(shè)施配置企業(yè)化，將學(xué)生的角色設(shè)為某個(gè)企業(yè)某個(gè)崗位的職員，以該職業(yè)崗位的工作步驟為依據(jù)編排虛擬實(shí)訓(xùn)步驟。如操作工的工作步驟包括生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)結(jié)束三個(gè)階段的工作內(nèi)容，具體內(nèi)容如圖1所示。

數(shù)字化工廠的技術(shù)目的是利用IT技術(shù)統(tǒng)一管理原材料、設(shè)備、工廠（面積）和生產(chǎn)流程。[4]而我們的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的技術(shù)目的是模擬各工作崗位的工作步驟，并在工作過程中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

3.各工作步驟中穿插了大量輔助學(xué)習(xí)內(nèi)容

我們的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)并不是一個(gè)單一的數(shù)字化工廠，它既是一個(gè)虛擬工作平臺(tái)，又是一個(gè)學(xué)習(xí)平臺(tái)。企業(yè)里的工人或技術(shù)人員需要系統(tǒng)培訓(xùn)后才能完成一項(xiàng)較復(fù)雜的工作。同樣，要完成虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的各項(xiàng)工作任務(wù)，也需要系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括各具體工作步驟的示范指導(dǎo)和相關(guān)知識(shí)相關(guān)技能的拓展學(xué)習(xí)兩類。工作步驟的示范指導(dǎo)采用圖文視頻結(jié)合的方式展示，部分采用了交互軟件。相關(guān)知識(shí)的拓展采取引導(dǎo)文的形式，告訴學(xué)生查找相關(guān)資料的路徑，而不是直接把答案告訴學(xué)生。這樣學(xué)生在虛擬實(shí)訓(xùn)中并不是簡(jiǎn)單地模仿操作，更多的是培養(yǎng)了自學(xué)能力和解決問題的能力，學(xué)習(xí)到了工作過程系統(tǒng)化的知識(shí)。

三、虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)與相關(guān)職業(yè)崗位的工作情境相符，逼真地反應(yīng)工作內(nèi)容。同時(shí)又要有輔助學(xué)習(xí)的功能，是一個(gè)助學(xué)的平臺(tái)?；谝陨险J(rèn)識(shí)提出了支持虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的系統(tǒng)框架，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、Web層、用戶層4部分組成，如圖2所示。

虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)分為四層。（1）數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)支撐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)，如零件庫(kù)、刀具庫(kù)、設(shè)備庫(kù)和用戶信息等。數(shù)據(jù)層為實(shí)訓(xùn)管理和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)系統(tǒng)中，提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪問功能。通過這些應(yīng)用程序接口，上層系統(tǒng)可以訪問到實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的各種數(shù)據(jù)。[5]（2）業(yè)務(wù)邏輯層是實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的核心，所有與Web信息相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯都在這一層實(shí)現(xiàn)。業(yè)務(wù)邏輯層是由一系列功能執(zhí)行部件組成的，涵蓋了實(shí)訓(xùn)平臺(tái)所設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、加工仿真、產(chǎn)品裝配拆卸、用戶管理、系統(tǒng)管理等主要業(yè)務(wù)功能。（3）Web層由Web服務(wù)器和Web容器組成，Web容器包含JSP、HTML、Applet等功能組件。[6]這些功能組件主要用于描述客戶端瀏覽器的內(nèi)容顯示方式。Web層負(fù)責(zé)接受用戶的信息服務(wù)請(qǐng)求，轉(zhuǎn)遞給業(yè)務(wù)邏輯層，并將響應(yīng)的結(jié)果返回給用戶，即通過Web瀏覽器向用戶顯示結(jié)果。（4）用戶層負(fù)責(zé)與用戶的交互。它的功能是提交用戶請(qǐng)求，并顯示服務(wù)器的處理結(jié)果。在具體應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境提供相應(yīng)的交互方式：一種是通過瀏覽器；另一種是通過應(yīng)用程序，跨越Web層，與業(yè)務(wù)邏輯層直接交互。

四、虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)施案例

學(xué)生在虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)內(nèi)，先選擇相應(yīng)的職業(yè)崗位，閱讀崗位職責(zé)，初步了解工作步驟。進(jìn)入虛擬空間后，根據(jù)職責(zé)完成目標(biāo)崗位的全部工作步驟。如無(wú)法完成某工作步驟，可以打開視頻窗口學(xué)習(xí)，如需進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)可以打開知識(shí)導(dǎo)航，引導(dǎo)你學(xué)習(xí)相關(guān)的技術(shù)資料。在虛擬制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)內(nèi)學(xué)生邊工作邊學(xué)習(xí)，無(wú)需教師在場(chǎng)，就可以通過自己的努力完成各項(xiàng)工作任務(wù)， 并充分利用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的導(dǎo)航、自測(cè)與自評(píng)的助學(xué)功能，達(dá)到崗位職責(zé)的要求，實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育與工作崗位的無(wú)界化。

下面以數(shù)控操作工的虛擬實(shí)訓(xùn)為例，第一步是熟悉工作環(huán)境和工作內(nèi)容。學(xué)生可以在機(jī)械加工車間參觀漫游，具體能夠?qū)崿F(xiàn)：指定路徑的漫游動(dòng)畫顯示、不同視點(diǎn)的3D模型觀察、機(jī)床設(shè)備、刀具、工裝、零件等模型的整體和局部觀察等。如圖3所示。

第二步是生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，包括：①領(lǐng)用圖紙、工藝卡；②根據(jù)工單任務(wù)領(lǐng)料；③工裝庫(kù)借本道工序夾具、刀具；④上夾具調(diào)試。以上幾步都是嚴(yán)格按照機(jī)械制造企業(yè)數(shù)控機(jī)床操作工的真實(shí)工作準(zhǔn)備步驟來編排，學(xué)生能學(xué)習(xí)到去什么部門領(lǐng)取相關(guān)工作資料、工具，需辦理什么手續(xù)，也能學(xué)到零件加工前怎么調(diào)試工裝夾具等。如圖4所示。

第三步是生產(chǎn)階段，包括：①互檢，檢測(cè)上一道工序半成品的精度是否符合要求；②首件加工；③首件加工后的首檢，包括自檢、班組長(zhǎng)、檢驗(yàn)員檢，檢驗(yàn)合格后可以正式開始生產(chǎn)；④“三按”生產(chǎn)，即嚴(yán)格按圖紙、按標(biāo)準(zhǔn)、按工藝的要求正式生產(chǎn)；⑤自檢、互檢，發(fā)現(xiàn)問題向班組長(zhǎng)及時(shí)報(bào)告并注意工件防護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)6S、設(shè)備維護(hù)、安全操作規(guī)定等，批量生產(chǎn)完成后需辦理轉(zhuǎn)序手續(xù)，在工序流程卡上登記記錄。

零件加工仿真模塊界面如圖5所示，動(dòng)畫區(qū)主要分為工件區(qū)和機(jī)床設(shè)備區(qū)，分別仿真刀路和機(jī)床動(dòng)作。系統(tǒng)菜單主要有文件、視圖、分析等，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目旖莅粹o。制作典型零件加工仿真，包括毛坯定義、材料定義、工裝定義、刀具定義和機(jī)床選擇。

第四步是生產(chǎn)結(jié)束階段，包括零件入庫(kù)、交回工藝和圖紙、清掃場(chǎng)地、機(jī)床并完成“三?！敝械摹耙槐！?。

五、結(jié)束語(yǔ)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)訓(xùn)與傳統(tǒng)的校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)模式相比有著自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。它能全真模擬職業(yè)工種的工作環(huán)境、工作步驟和工作內(nèi)容，學(xué)生通過完全沉浸式的職業(yè)角色扮演，真實(shí)地體驗(yàn)各個(gè)職業(yè)崗位，熟悉了工作步驟、工作內(nèi)容，并能學(xué)習(xí)訓(xùn)練相關(guān)工作技能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用, 不但提升了本專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)代化水平, 大大改善了教學(xué)條件，也為實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育與工作崗位“零對(duì)接”提供了有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

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篇（4）

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 信息化 制造業(yè)

1 對(duì)系統(tǒng)仿真類型進(jìn)行概述

顧名思義，“仿真”就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的物體進(jìn)行模擬的一種狀態(tài)，使其達(dá)到逼真的情形。在工程技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常采用系統(tǒng)仿真技術(shù)來研究相關(guān)事物，如通過系統(tǒng)模型的相關(guān)實(shí)驗(yàn)來研究設(shè)計(jì)或者存在的某個(gè)系統(tǒng)。表1為系統(tǒng)仿真分類表。

2 對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行概述

由于我國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，并且制造業(yè)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入中也占很大的比例，因此，國(guó)家及企業(yè)都非常重視我國(guó)制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)及制造業(yè)的進(jìn)步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速發(fā)展。而系統(tǒng)仿真技術(shù)作為工程領(lǐng)域里面的一個(gè)重要手段，其被大量應(yīng)用到我國(guó)制造業(yè)進(jìn)行研究及實(shí)踐，從而產(chǎn)生出一些先進(jìn)制造技術(shù)。

對(duì)于系統(tǒng)仿真技術(shù)而言，如果從本質(zhì)上面來講，其就是通過建立仿真模型，然后再對(duì)仿真模型不斷進(jìn)行實(shí)踐模擬的一種先進(jìn)技術(shù)。它的實(shí)現(xiàn)過程主要是由仿真語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言、以及計(jì)算機(jī)仿真軟件來實(shí)現(xiàn)，具體情況如上圖2-1所示?？梢院苊鰼的看出，對(duì)于一個(gè)典型的仿真軟件來講，它主要包括程序包、仿真語(yǔ)言、仿真環(huán)境三種不同的形式，它的覆蓋功能也不是完全相同的，并且，從下到上是大致的反映了計(jì)算機(jī)仿真軟件的一個(gè)發(fā)展情況。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，直到上個(gè)世紀(jì)80年代后期，出現(xiàn)了一體化的仿真環(huán)境。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，開始出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮牟l(fā)執(zhí)行機(jī)制，這樣，就非常容易的實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理的基礎(chǔ)之上來對(duì)實(shí)驗(yàn)及模型數(shù)據(jù)、以及實(shí)驗(yàn)仿真的結(jié)果等進(jìn)行統(tǒng)一的管理，與此同時(shí)，人工智能等相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)也開始應(yīng)用到仿真建模、運(yùn)行以及對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行分析之中。另外，廣義的制造系統(tǒng)的相關(guān)仿真器也開始大量出現(xiàn)，在某種程度上面很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行的非語(yǔ)言建模、以及模型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等相關(guān)的重要功能。比較典型的一體化仿真軟件有TESS等，廣義的仿真器有FATOR等。

3 計(jì)算機(jī)仿真研究的熱點(diǎn)以及對(duì)我國(guó)制造業(yè)的相關(guān)影響

自從上世紀(jì)末以來，隨著我國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，產(chǎn)品生產(chǎn)周期不斷縮短，這樣就導(dǎo)致系統(tǒng)仿真技術(shù)不斷向橫向的方向發(fā)展，在制造業(yè)里面比較典型的就是“虛擬制造技術(shù)”的發(fā)展。根據(jù)虛擬制造的概念可以得知，需要先采取計(jì)算機(jī)來模擬整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造過程，這樣便于發(fā)現(xiàn)各種問題，并且在產(chǎn)品制造之前就把問題解決掉，從而提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著制造業(yè)的發(fā)展，仿真技術(shù)在我國(guó)制造行業(yè)里面的又一個(gè)重要研究熱點(diǎn)誕生，即虛擬產(chǎn)品的開發(fā)（VPD），它最早是來源于并行工程的思想。并行工程技術(shù)（CE）在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)之前就對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生命周期進(jìn)行全面的考慮，這樣，對(duì)解決相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及開發(fā)之間的矛盾是非常有益的。而虛擬產(chǎn)品開發(fā)是在并行工程的指導(dǎo)下，把大規(guī)模的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及CAD等產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)等進(jìn)行綜合起來，從而進(jìn)一步的形成虛擬產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境，這樣就可以在該環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品的策劃、設(shè)計(jì)等，以及預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境下的相關(guān)特征、功能及性能等，這樣在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的過程中，可以減少反復(fù)或者變更等的次數(shù)。VPD技術(shù)能夠深入到各種復(fù)雜產(chǎn)品的制造之中，從而為企業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度快速發(fā)展，對(duì)仿真技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用已由單一的形式向復(fù)雜性的方向進(jìn)行發(fā)展。由于現(xiàn)代制造企業(yè)面向全國(guó)甚至全世界，因此，它的仿真對(duì)象也是分布在不同的時(shí)空，在這樣的背景下就產(chǎn)生了分布交互化仿真技術(shù)（DIS）。對(duì)于這種仿真系統(tǒng)來講，它所包括的內(nèi)容有：構(gòu)造實(shí)體、實(shí)體-虛體、真實(shí)方面的實(shí)體等，并且，這些實(shí)體是可以基于不同時(shí)期的相關(guān)技術(shù)、不同產(chǎn)品的相互組成、不同的系統(tǒng)方面的目的、以及不同生產(chǎn)廠家的相關(guān)技術(shù)等，對(duì)于這樣的復(fù)雜情況是允許他們進(jìn)行交換操作的。分布交互化仿真技術(shù)（DIS）通過采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分布在不同地點(diǎn)的仿真設(shè)備進(jìn)行連接起來，這樣便可以通過實(shí)體之間的數(shù)據(jù)方面的交換構(gòu)成時(shí)空到合成仿真環(huán)境的一種比較先進(jìn)的仿真技術(shù)。

如今，在我國(guó)制造業(yè)中已經(jīng)產(chǎn)生了虛擬企業(yè)或者類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心等。就目前來講，比較出名的就是香港城市大學(xué)與香港生產(chǎn)力方面的促進(jìn)局共同構(gòu)建的快速科技中心，它就是虛擬研究開發(fā)中心。由于當(dāng)今社會(huì)是動(dòng)態(tài)快速發(fā)展變化的，人們的需求更多轉(zhuǎn)向個(gè)性化、多樣化等方向，因此，對(duì)于制造企業(yè)來講，它們就要抓住市場(chǎng)的需求，然后采取方式（如柔性生產(chǎn)制造）來快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，這樣才能夠?yàn)槠髽I(yè)獲取更多的市場(chǎng)利潤(rùn)，但是，通常情況之下，由于企業(yè)在短期內(nèi)存在相關(guān)資源欠缺等方面的局限性，在這樣的背景下，企業(yè)要想獲得市場(chǎng)機(jī)會(huì)，它們就有可能通過互聯(lián)網(wǎng)來臨時(shí)連接成一種動(dòng)態(tài)方面的聯(lián)盟-也就是所謂的虛擬企業(yè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展也日新月異。在制造業(yè)中，對(duì)于整個(gè)產(chǎn)品的生命周期來講，仿真技術(shù)都表現(xiàn)出其強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。在?dāng)今制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展在不斷的擴(kuò)展，其功能也更多的面向可視化、智能化生產(chǎn)、綠色制造等方面不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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篇（5）

【中圖分類號(hào)】TH16 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007―4309（2010）10―0086―2

先進(jìn)制造技術(shù)AMT（Advanced Manufacturing Technology）是傳統(tǒng)制造技術(shù)在不斷吸收機(jī)械、材料、電子、信息、能源和現(xiàn)代化管理等領(lǐng)域的成果上產(chǎn)生的，它被綜合應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理和售后服務(wù)的全過程。它是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展而來的，保留了過去制造技術(shù)中的有效要素，是制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的完整的技術(shù)群，先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，大體經(jīng)歷了四個(gè)階段：

第一階段（20世紀(jì)60―70年代）：柔性制造單元（CAD/CAM），它是以數(shù)控機(jī)床、加工中心和工業(yè)機(jī)器人為代表的。

第二階段（20世紀(jì)70―80年代）：柔性制造系統(tǒng)（FMS），它是以柔性制造單元加上自動(dòng)或半自動(dòng)物流輸送組合而成的，但特點(diǎn)仍然是分布式生產(chǎn)過程。

第三階段（20世紀(jì)80―90年代）：集成階段（CIMS），是以信息、工藝、物流、計(jì)算機(jī)集成控制為特點(diǎn)的。

第四階段（20世紀(jì)90年代至今）：智能集成制造系統(tǒng)階段，是以設(shè)計(jì)智能化、單元加工過程智能化和系統(tǒng)整體管理智能化為特征的。

一、先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)

目前，每一個(gè)國(guó)家都處于全球化市場(chǎng)中，先進(jìn)制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)是面向全球的。一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)該國(guó)制造業(yè)在全球范圍市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮著非常重要和不可替代的作用。先進(jìn)制造技術(shù)的目標(biāo)是要提高產(chǎn)品對(duì)動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)的適應(yīng)能力以及競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)。它不局限于制造工藝，而是覆蓋了市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù)，以及回收再生的全過程，概括起來有以下特點(diǎn)：

（1）成形和加工技術(shù)日趨精密化。

（2）企業(yè)裝備將以制造工藝、設(shè)備和工廠的柔性與可重構(gòu)性作為顯著特點(diǎn)。

（3）虛擬制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)將被廣泛應(yīng)用。

（4）機(jī)電產(chǎn)品和先進(jìn)制造技術(shù)將把智能化、數(shù)字化作為發(fā)展方向。

（5）以提高對(duì)市場(chǎng)快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)將超速發(fā)展。

（6）先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展越來越離不開信息技術(shù)，信息技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。

（7）21世紀(jì)的企業(yè)面臨著要在管理方面進(jìn)行創(chuàng)新的新課題。

（8）現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征。（現(xiàn)代技術(shù)的內(nèi)涵即為：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、優(yōu)良性能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建技術(shù)、全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)。）

二、當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

市場(chǎng)需求的個(gè)性化與多樣化趨勢(shì)越來越明顯，精密化、綠色化、智能化、信息化、虛擬化將成為未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）信息化

近幾年，信息技術(shù)和制造技術(shù)的不斷融合，使得數(shù)字化成為制造業(yè)日益發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字化制造技術(shù)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，如使市場(chǎng)多樣化和個(gè)性化的需求得到滿足；能夠?qū)κ袌?chǎng)作出快速的響應(yīng)，使生產(chǎn)成本得以降低；能夠提高產(chǎn)品精度和可靠性；等等。數(shù)字化產(chǎn)品既方便、直觀，又便于通過計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)品，對(duì)信息進(jìn)行處理和傳遞。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，制造業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)越來越離不開Internet技術(shù)，Internet技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是其重要的支撐平臺(tái)?；赪eb技術(shù)的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等成為產(chǎn)品的主流。據(jù)專家預(yù)測(cè)，在未來生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的將是基于網(wǎng)絡(luò)制造的分布式網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，先進(jìn)制造技術(shù)將把以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)為核心，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息化制造技術(shù)作為重要的發(fā)展方向。

（二）智能化

智能化就是應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、發(fā)貨、支持等）各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，如生產(chǎn)設(shè)備的智能化，人與制造系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮等。智能化能夠使制造系統(tǒng)的自動(dòng)化和柔性化水平得到進(jìn)一步的提高，使生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)與判斷能力更加完善。

（三）精密化

超高速切削、超精密加工技術(shù)以及發(fā)展新一代制造裝備成為了加工制造技術(shù)的發(fā)展方向。

1.超精密加工技術(shù)

目前已進(jìn)入納米級(jí)加工時(shí)代，加工精度和表面粗糙度分別達(dá)到了0.025μm和0．0045μm。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見光波段甚至更短波段近；超精加工機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展；超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。

2.超高速切削

目前，鋁合金超高速切削的切削速度已超過1 600m/min，鑄鐵、超耐熱鎳合金、鈦合金的速度分別為1 500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的發(fā)展已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工上。

3.新一代制造裝備的發(fā)展

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和新的產(chǎn)品、技術(shù)和材料的發(fā)展對(duì)新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)起著推動(dòng)作用，如“并聯(lián)桁架式結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床”的發(fā)展就是一個(gè)典型的例子。它采用六個(gè)軸長(zhǎng)短的變化，以實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件的加工位姿的變化，是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的突破。

（四）綠色化

由于資源與環(huán)境的約束日益嚴(yán)格，21世紀(jì)的制造業(yè)要以綠色制造為重要特征。與此相適應(yīng)的，綠色制造技術(shù)的發(fā)展也將是快速的。主要表現(xiàn)為：

1.綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，既能夠保證產(chǎn)品在生命周期內(nèi)環(huán)保和對(duì)人類健康無(wú)危害，又能保證低能耗和高資源利用率。

2.綠色制造技術(shù)，使整個(gè)制造的過程對(duì)環(huán)境所造成的不利影響最小，廢棄物和有害物質(zhì)的排放量最少，資源利用效率最高。

3.產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造，它主要包括以設(shè)計(jì)產(chǎn)品和處理材料為主的生產(chǎn)系統(tǒng)工廠和以處理循環(huán)產(chǎn)品生命周期結(jié)束時(shí)的材料為主的恢復(fù)系統(tǒng)工廠。如汽車等產(chǎn)品的拆卸、回收技術(shù)和生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)。

（五）虛擬化

在制造業(yè)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality Technology）越來越被廣泛地應(yīng)用，它主要包括兩部分，即虛擬企業(yè)和虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)是在產(chǎn)品真正制出之前，先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型進(jìn)行試驗(yàn)，并且預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)其性能和可制造性。

三、未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)

（一）虛擬制造VM（virtual manufacturing）

VM技術(shù)的發(fā)展是以仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)VR（virtual reality）技術(shù)為基礎(chǔ)的。VM技術(shù)是在虛擬條件下模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、營(yíng)銷的全過程，并預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)，從而使產(chǎn)品開發(fā)周期得以縮短，使制造過程得以優(yōu)化。VM技術(shù)是工程設(shè)計(jì)的一次革命性的進(jìn)步，它的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，如快速設(shè)計(jì)與快速原型、面向裝配或制造的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品維護(hù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)的并行處理和人員培訓(xùn)等領(lǐng)域。

（二）智能制造IM（intelligent manufacturing）

智能制造技術(shù)是一門綜合技術(shù)。之所以這么說，是因?yàn)樗峭ㄟ^自動(dòng)化技術(shù)、制造技術(shù)、系統(tǒng)工程和人工智能等學(xué)科互相交織和滲透形成的一門技術(shù)。智能設(shè)計(jì)、智能裝配、智能加工、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能測(cè)量與診斷等都屬于智能制造技術(shù)的范疇。對(duì)于制造系統(tǒng)集成自動(dòng)化和柔性自動(dòng)化來說智能制造是其新發(fā)展，也是其重要組成部分，智能傳感與檢測(cè)是智能制造的重點(diǎn)。

（三）納米制造

20世紀(jì)出現(xiàn)了一種高新技術(shù)，即納米技術(shù)。它的加工精度或尺寸為0.1nm―100nm。而納米制造是納米技術(shù)與制造技術(shù)相融合而產(chǎn)生的，精密加工、超精加工、微細(xì)加工和超微細(xì)加工都屬于納米制造。常用的制造技術(shù)有聚焦離子束工藝等。

（四）綠色制造GM（green manufacturing）

綠色制造是一種現(xiàn)代制造模式，它綜合考慮資源消耗和環(huán)境影響，其目的是使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中（包括從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理）做到對(duì)資源利用率最高，對(duì)環(huán)境的不利影響最小，并優(yōu)化協(xié)調(diào)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前綠色制造受到了全球制造業(yè)的關(guān)注，因?yàn)槲磥碇圃鞓I(yè)的可持續(xù)發(fā)展離不開綠色制造，綠色制造已成為先進(jìn)制造技術(shù)的主要內(nèi)容，也是各國(guó)支持和優(yōu)先發(fā)展的研究項(xiàng)目。

四、結(jié)論

我國(guó)將先進(jìn)制造技術(shù)列入“九五”科技規(guī)劃和15年科技發(fā)展規(guī)劃中。21世紀(jì)的今天，經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程日益加快，隨之而來的日益加劇的制造業(yè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上是以先進(jìn)制造技術(shù)為競(jìng)爭(zhēng)核心的。在這樣的大環(huán)境、大背景下，我國(guó)不僅要迎接挑戰(zhàn)，而且要抓住機(jī)遇，要不斷地對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，要在技術(shù)、機(jī)制、管理以及人才等方面進(jìn)行創(chuàng)新，只有這樣我國(guó)才能實(shí)現(xiàn)躋身世界制造強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王隆太等.先進(jìn)制造技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]張平亮等.先進(jìn)制造技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

篇（6）

0 引言

虛擬現(xiàn)實(shí) vr (virtual reality)是一種高度逼真的模擬人在 自然 環(huán)境 中的視 、聽、動(dòng)等行為 的人機(jī)界面。 簡(jiǎn)單地說，是一種可 以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的 計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是 20世紀(jì)末興起的一 門新的綜合性信息技術(shù) ，它融合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù) 、人工智能、人機(jī)接口技術(shù) 、數(shù)字圖像處理 、 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù) 、傳感器技術(shù)及高度并行的實(shí)時(shí)計(jì)算等技術(shù)，它不僅指那些戴著頭盔和手套的技術(shù)，而且還包括一切與之有關(guān)的具有 自然模擬、逼真體驗(yàn)的技術(shù)和方法 ，它的根本目標(biāo)就是達(dá)到真實(shí)體驗(yàn)和基于 自然技能的人機(jī)交互。

工業(yè)設(shè)計(jì)是建立在 科學(xué) 技術(shù)基礎(chǔ)之上 ，以賦予工業(yè)產(chǎn)品 藝術(shù) 性為目的的一項(xiàng)感性思維和理性思維相互融合的工作。工業(yè)設(shè)計(jì)的程序有具體的方法和整體的戰(zhàn)略進(jìn)行指導(dǎo)和支持，不同國(guó)家、不同時(shí)期面對(duì)不同的設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí)，工業(yè)設(shè)計(jì)的程序與方法也是各不相同，大體上有以下幾種：創(chuàng)新設(shè)計(jì)法 、人機(jī)工程學(xué)法 、形態(tài)組構(gòu)法 、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 、caid方法 、價(jià)值工程與價(jià)值創(chuàng)新法、設(shè)計(jì)管理法等  。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入工業(yè)設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段利用虛擬數(shù)字模型方便快速地進(jìn)行各種調(diào)查和試驗(yàn)，可以取得適用面更廣、更接近真實(shí)狀態(tài)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)，建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作將更具科學(xué)性和客觀性，給工業(yè)設(shè)計(jì)的方法論 以新的理念。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀

1．1 國(guó)外的研究情況

隨著虛擬技術(shù)的不斷成熟與 發(fā)展 ，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在很多領(lǐng)域 中應(yīng)用了虛擬設(shè)計(jì) ，也成立了許多與虛擬技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室、課題組，其中著名的有美 國(guó)貝卡羅來那大學(xué)(unc)的計(jì)算機(jī)系 ，其主要的研究課題是物理建模與仿真項(xiàng)目和建筑漫游項(xiàng) 目，此外還有美 國(guó)的密歇根大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，主要研究 vr在轎車車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用。瑞士蘇黎士理工大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室主要的研究課題包括動(dòng)畫與虛擬平臺(tái)、協(xié)同虛擬環(huán)境 (collaborative virturalenvironment)等。美國(guó)宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶現(xiàn)實(shí)技術(shù)和其它零部件研制出了虛擬飛行器，彌補(bǔ)了飛行模擬器成本過高的不足。美國(guó)麥道飛機(jī)公司采用沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行新型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助設(shè)計(jì)。

1．2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

相對(duì)于國(guó)外虛擬設(shè)計(jì)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)虛擬技術(shù)的研究和應(yīng)用還比較落后。自20世紀(jì) 80年代 vr技術(shù)開始起步以來，至今我國(guó)在 vr的基礎(chǔ)圖形技術(shù)領(lǐng)域 已經(jīng)具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)已有 34家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和 企業(yè) 正在開展虛擬制造技術(shù)的研究、開發(fā)及初步的示范應(yīng)用工作 ，有 4家企業(yè)參與了這種新的探索，其主要的研究?jī)?nèi)容包括：① 產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)；② 熱加工工藝模擬；③加工過程、裝配過程的仿真；④ 虛擬軸機(jī)床和虛擬量?jī)x的研制和開發(fā)；⑤虛擬企業(yè)?？傮w來看，我國(guó)虛擬制造技術(shù)的研究多數(shù) 是在原先的cad／cam 及仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，而系統(tǒng) 、全面的虛擬制造技術(shù)的研究尚未開展，還很少能將成熟的虛擬技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際開發(fā)中，尤其在產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，虛擬技術(shù)還未發(fā)揮出它應(yīng)有的作用，應(yīng)用水平遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。由此來看，我國(guó)重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平的提升，將虛擬技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)領(lǐng)域已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。

2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)方法

2．1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)法

創(chuàng)新是工業(yè)設(shè)計(jì) 的靈魂所在。當(dāng)代社會(huì) 經(jīng)濟(jì) 條件下 ，市場(chǎng)產(chǎn)品沒有創(chuàng)新就猶如失去了靈魂，很難在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手如林的市場(chǎng)上取得優(yōu)勝。在當(dāng)今全新 的經(jīng)濟(jì)背景下，設(shè)計(jì)創(chuàng)新將引導(dǎo)消費(fèi)、把握機(jī)遇，成為決定產(chǎn)品生命力的重要條件之一，以思維創(chuàng)新、行為創(chuàng)新、方式創(chuàng)新為核心的工業(yè)設(shè)計(jì)將在企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程中扮演著舉足輕重的角色。如圖 1、2所示 ，在傳統(tǒng) 的工業(yè)設(shè)計(jì)中，人們一直沿用著平面 圖來表達(dá)設(shè)計(jì)思想。即使應(yīng)用計(jì)算 機(jī)三維 軟件，最終也只能得到某個(gè)視角的立體效果圖，難以真實(shí)完整地表達(dá) 出設(shè)計(jì)者的意圖。而基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)方法將 以數(shù)字化的三維模型作為設(shè)計(jì)思想的載體，全面表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖。人們可以根據(jù)自己的需要任意放大、旋轉(zhuǎn)模型 ，主動(dòng)索取信息，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè) 計(jì)由 面表達(dá) 向體表達(dá) 的突破 ，使設(shè)計(jì)師有更充裕 的時(shí)間來考慮設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié) 問題這無(wú)疑對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的方法創(chuàng)新帶來了革命性的沖擊如圖 3所示。

此外 ，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，將可以構(gòu)建一個(gè)全新的開放式設(shè)計(jì)平臺(tái)，以三維數(shù)字化模型作為設(shè)計(jì)思想的載體 ，全面表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖。打破地域限制，實(shí)現(xiàn)用戶與設(shè)計(jì) 、開發(fā)人員的良好溝通和互動(dòng)。

2．2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)品人機(jī)工程分析

(1)人機(jī)工程學(xué)參數(shù)的采集與分析。傳統(tǒng)的人機(jī)工程學(xué)在參數(shù)的采集和分析中存在諸多問題：①采樣數(shù)量 、測(cè)量和數(shù)據(jù)分析的工作量均很大，且成本高 、周期長(zhǎng)；②無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)修訂；③缺乏對(duì)于企業(yè)具體產(chǎn)品的針對(duì)性；④參數(shù)多為二維模型。若在具體的采集和分析中使用三維掃描技術(shù) (獲取靜態(tài)三維數(shù)據(jù) )、 動(dòng)作捕捉技術(shù) (獲取動(dòng)作特征數(shù)據(jù))，即可生成虛擬被試三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型 。這些數(shù)字模型在被更新前一直可以 “活在”虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺(tái)上，通過對(duì)虛擬被試三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型的關(guān)鍵點(diǎn)控制 ，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的不斷更新。 (2)虛擬人機(jī)工程設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) 。虛擬人機(jī)工程設(shè)計(jì)借助于虛擬樣機(jī) (virtual prototype)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) ，故也稱其為虛擬人機(jī)工程學(xué)環(huán)境。設(shè)計(jì)人員和不同技術(shù)背景的人可以直觀地觀察到各種虛擬人體三維數(shù)字模型的實(shí)時(shí)情況，精確研究產(chǎn)品的人機(jī)工程學(xué)參數(shù) ，直接與設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行交互，并評(píng)價(jià)產(chǎn)品的性能。

在傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人機(jī)系統(tǒng)中，人是操作者 ，機(jī)器只是被動(dòng)的反應(yīng) ，而在虛擬產(chǎn) 品設(shè)計(jì)的人機(jī)系統(tǒng)中，人成為主動(dòng)參與者 ，復(fù)雜系統(tǒng)中可能有許多參與者共同在以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的虛擬環(huán)境中協(xié)同工作。在基于人機(jī)工程的傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人機(jī)分析和評(píng)價(jià)必須是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后的樣機(jī)模型中或者在試制的產(chǎn)品中進(jìn)行．而在基于人機(jī)工程的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人機(jī)設(shè)計(jì)分析評(píng)價(jià)又是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中可以同時(shí)進(jìn)行，也可與產(chǎn)品使用者進(jìn)行各種實(shí)時(shí)的交互。

如圖 4所示．基于人機(jī)工程的傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人機(jī)評(píng)價(jià)是在樣品試制后才進(jìn)行，若人機(jī)評(píng)價(jià)結(jié)果達(dá)不到要求 ，就需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì) 和樣 品試 制 ，再進(jìn)行人機(jī)評(píng)價(jià)，這樣反復(fù)循環(huán)指導(dǎo)方能達(dá)到要求，這種評(píng)價(jià)方式既浪費(fèi)時(shí)間又耗費(fèi)資源。而圖 5基于人機(jī)工程的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程采用協(xié) 同并行式，人機(jī)設(shè)計(jì) 、人機(jī)仿真和人機(jī)評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)交互式。不需要樣品試制的過程 ，而且和虛擬加工 、虛擬制造形成并行 ，大大 的節(jié)省 了時(shí) 間和資原，也加快 企業(yè) 新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。

2.3形態(tài)組構(gòu)法

有研究表明，“看”是人類五種感覺中最為重要的感覺，因此，形態(tài)與色彩在設(shè)計(jì)中占據(jù)著尤為關(guān)鍵的地位。嶄新符號(hào)的合理創(chuàng)造，依賴于深入觀察理解生活與 自然 形態(tài)，及隨后進(jìn)行的創(chuàng)造性抽象思維活動(dòng)。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，通過對(duì)自然的學(xué)習(xí)、研究、分析，進(jìn)一步升華創(chuàng)造出富有生命力的形態(tài)這一過程，必須遵循 科學(xué) 的研究方法與程序[5]。圖2所示的電錘，其頭部造型形成了電錘強(qiáng)勁的沖擊力，而整體的外形設(shè)計(jì)不僅有傳統(tǒng)電錘的風(fēng)格，更有本款造型個(gè)性設(shè)計(jì)的明顯特征；錘前端典型的電錘圓鼓造型構(gòu)成了錘的共有特征，但也被賦予了更明確的時(shí)尚個(gè)性，線條形式隨錘體輕微向外彎曲，以至前端產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)感，海魚般的外形與原有造型相比更是有著大膽的突破，但那正體現(xiàn)了電錘靈活的運(yùn)動(dòng)特征。在采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行本產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師借助于freeform系統(tǒng)，依照科學(xué)的方法從虛擬立體的觀察和人機(jī)交互中不斷進(jìn)行深入分析研究，見圖6，找出形態(tài)變化的一般 規(guī)律 ，使其在固有的限定條件下自如地進(jìn)行聯(lián)想、抽象與創(chuàng)造，把思維與創(chuàng)造力帶入一個(gè)“美的自由王國(guó)”。

2.4設(shè)計(jì)管理法

篇（7）

一、引言

虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，在計(jì)算機(jī)上建立產(chǎn)品的模型，進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的新的設(shè)計(jì)方法[1]。

在虛擬制造的全過程中虛擬加工環(huán)境是比較重要的環(huán)節(jié)。虛擬加工環(huán)境是將切削刀具、數(shù)控機(jī)床等機(jī)械制造資源和工件以數(shù)字化的模式建立在計(jì)算機(jī)內(nèi)，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工件的加工過程虛擬仿真。因此，虛擬加工環(huán)境能夠有效地提高產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度，降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和成本。

在此我們對(duì)自行研制的數(shù)控沙發(fā)扶手三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，用Visual C++ 6.0和OpenGL進(jìn)行程序編制，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。

二、仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

對(duì)一個(gè)虛擬加工環(huán)境而言，其必須與實(shí)際加工系統(tǒng)具有功能和行為的一致性。虛擬加工環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)床模型、工件模型、刀具模型、夾具模型、NC代碼解析模塊、加工過程仿真以及三維建模和數(shù)據(jù)庫(kù)等模塊組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

其中三維建模模塊包括幾何建模、行為建模和其他建模。加工過程仿真模塊包括加工過程幾何仿真和圖形顯示。NC代碼解析模塊用于對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)數(shù)控加工過程仿真的動(dòng)作和狀態(tài)起控制作用。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）虛擬加工環(huán)境的幾何建模

幾何模型的表示是虛擬加工環(huán)境幾何建模的關(guān)鍵，也就是說，要采用什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法來構(gòu)成虛擬加工環(huán)境的結(jié)構(gòu)。由于沙發(fā)扶手加工機(jī)床的幾何模型是一個(gè)比較復(fù)雜的裝配體，裝配模型是幾何模型的基礎(chǔ)，同時(shí)，裝配模型定義了各個(gè)部件之間的裝配層次關(guān)系和相對(duì)位置，它反映了各個(gè)零部件間相互約束的關(guān)系。因此，模型的相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述包括兩方面的內(nèi)容，一是用來存儲(chǔ)機(jī)床零部件間的裝配關(guān)系，二是描述各零部件幾何模型的幾何信息和拓?fù)湫畔2]。

加工設(shè)備的幾何模型是真實(shí)設(shè)備在虛擬環(huán)境中的映射，必須保證模型具有結(jié)構(gòu)和功能的相似性[3]。機(jī)床由床身和各運(yùn)動(dòng)部件裝配而成，是一個(gè)層次式的裝配體，其組成部件的對(duì)象可分為兩類：一類是具有運(yùn)動(dòng)特性的對(duì)象；另一類是靜止對(duì)象?；诖丝砂褭C(jī)床分解為床身、工作臺(tái)、夾具、毛坯、刀具、刀庫(kù)等幾個(gè)基本類。限于篇幅，以下僅給出床身類的類定義。

Class ChuSheng

{

public：

ChuSheng （）； //構(gòu)造函數(shù)

ChuSheng （GLfloat x， GLfloat y， GLfloat z）； //重載構(gòu)造函數(shù)

Protected：

Void ChseMaterial （）； //床身材質(zhì)

Void ChseColor （）； //床身顏色

Void ChseList （）； //床身顯示列表

}；

（二）虛擬加工環(huán)境圖形顯示技術(shù)

動(dòng)態(tài)圖形虛擬仿真需要很快的顯示處理速度。但進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制、消隱和光照等操作的數(shù)據(jù)運(yùn)算量非常大，它們的計(jì)算速度是影響虛擬仿真圖形顯示速度最關(guān)鍵的因素。虛擬仿真數(shù)控加工沙發(fā)扶手過程的圖形顯示表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)顯示木料的去除，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)和刀具運(yùn)動(dòng)。由于每次切削過程，顯示圖形僅僅是工作臺(tái)、刀具切削的局部和木料的位置產(chǎn)生了變化，因此在沙發(fā)扶手虛擬加工系統(tǒng)的軟件編制過程中，應(yīng)用了局部刷新技術(shù)。所謂局部刷新技術(shù)，主要思路就是確定模型幾何信息發(fā)生變化的空間范圍，僅對(duì)該范圍內(nèi)的模型的幾何信息進(jìn)行顯示運(yùn)算，在變化范圍之外的模型信息并不參與運(yùn)算。僅有在該范圍內(nèi)的顯示圖形發(fā)生改變，在該范圍之外圖形維持原來的狀態(tài)。虛擬仿真沙發(fā)扶手的加工過程中，重新計(jì)算場(chǎng)景信息非常耗時(shí)，可將場(chǎng)景信息復(fù)制到OpenGL的緩存中，每次刷新顯示畫面前將場(chǎng)景信息復(fù)制回顯示緩存，這樣就顯著提高了圖形的顯示效率。

（三） NC代碼解析模塊技術(shù)

由于在沙發(fā)扶手加工過程仿真中的虛擬機(jī)床不能執(zhí)行數(shù)控代碼，因此，需要經(jīng)過解析模塊來將數(shù)控程序轉(zhuǎn)換成虛擬數(shù)控機(jī)床可識(shí)別和執(zhí)行的程序，即實(shí)現(xiàn)NC程序檢驗(yàn)和產(chǎn)生虛擬仿真驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的功能。預(yù)處理負(fù)責(zé)對(duì)工件數(shù)控程序的語(yǔ)法與詞法的識(shí)別。經(jīng)過語(yǔ)法檢驗(yàn)，如果存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則進(jìn)行相應(yīng)的修改，然后按照修改后的數(shù)控程序更改數(shù)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)項(xiàng)。提取控制虛擬刀具、虛擬機(jī)床和木料相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)信息和相關(guān)動(dòng)作，從而形成虛擬仿真加工沙發(fā)扶手的驅(qū)動(dòng)文件，實(shí)現(xiàn)NC程序驅(qū)動(dòng)的加工過程虛擬仿真。

在NC代碼解析過程中，用來存儲(chǔ)從NC代碼中提取的影響工件和機(jī)床運(yùn)動(dòng)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常重要，本文采用了如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

Typedef struct ShuKong

{

Int iGdai ； //G代碼

Int iMdai； //M代碼

Int iCXnum； //程序段

float fJinGei； //進(jìn)給速度

float fDaoJuPo； //刀具位置

bool iZhuZhou； //主軸轉(zhuǎn)向

int iZhuZhouSpeed； //主軸轉(zhuǎn)速

Int iTdaoj； //刀具號(hào)

} ShuKong；

四、結(jié)論

本系統(tǒng)通過對(duì)輸入的數(shù)控加工代碼的圖形驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工過程的仿真且具有如下特點(diǎn)：

（1） 采用局部刷新技術(shù)，提高了圖形的顯示速度，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)仿真的要求。

（2） 仿真時(shí)模擬加工環(huán)境、材料去除過程、木料幾何體、刀具幾何體及刀具路徑，避免了因NC代碼誤差而導(dǎo)致的工件的報(bào)廢、機(jī)床夾具、刀具損壞等問題。

（3） 在編譯和檢驗(yàn)NC代碼的基礎(chǔ)上，通過對(duì)夾具、刀具、工件和機(jī)床的圖形顯示，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際切削加工沙發(fā)扶手過程的仿真。

此外，該系統(tǒng)可作為虛擬制造中的一個(gè)制造單元工具，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化生產(chǎn)，亦可用來培訓(xùn)數(shù)控編程人員。有關(guān)物理仿真中的工件材料缺陷、運(yùn)動(dòng)控制誤差、工藝系統(tǒng)、相對(duì)振動(dòng)等，還有待進(jìn)一步研究，使本系統(tǒng)更加完善。

參考文獻(xiàn)

篇（8）

1 CAD技術(shù)的發(fā)展

CAD(Computer Aided Design)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的英文縮寫，是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和數(shù)值計(jì)算能力，輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析，達(dá)到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自1950年計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率飛速地提高。現(xiàn)已將計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（Product Data Management，PDM）及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一體。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是決定產(chǎn)品命運(yùn)的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作決定著產(chǎn)品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計(jì)算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結(jié)合人工智能技術(shù)的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀(jì)，ICAD技術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時(shí)代制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。

以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、智能活動(dòng)是由設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計(jì)的過程，采用單一知識(shí)領(lǐng)域的符號(hào)推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計(jì)算機(jī)繪圖等技術(shù)結(jié)合起來，盡可能多地使計(jì)算機(jī)參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計(jì)過程，借助計(jì)算機(jī)的支持，設(shè)計(jì)效率有了大大地提高。

2 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

通過實(shí)際應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)軟件，筆者體會(huì)到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中具有更大的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

2.1 零件設(shè)計(jì)更加方便

使用三維CAD系統(tǒng)，可以裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計(jì)新零件，既方便又快捷，避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件導(dǎo)致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動(dòng)畫演示出來，使人一目了然。

2.2 裝配零件更加直觀

在裝配過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確即予以顯示，另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件的時(shí)候，可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個(gè)機(jī)器裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對(duì)于有一定運(yùn)動(dòng)行程要求的，可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求，及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報(bào)廢。

2.3 縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期

采用三維CAD技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間縮短了近1/3，大幅度地提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只需對(duì)其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造，而大部分零部件的設(shè)計(jì)都將繼承以往的信息，使機(jī)械設(shè)計(jì)的效率提高了3~5倍。同時(shí)，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計(jì)能力，能夠通過快速重構(gòu)，得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。

2.4 提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量

由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合，同時(shí)采用CAD CIMS組織生產(chǎn)，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)方針和優(yōu)化設(shè)計(jì)等，保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工，一致性很好，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 零件與裝配圖的實(shí)體生成

3.1.1 零件的實(shí)體建模。CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實(shí)體模型。在許多具有實(shí)體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實(shí)體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對(duì)簡(jiǎn)單的零件，可通過對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將其分解成若干基本體，對(duì)基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，之后再對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算，便可得出零件的三維實(shí)體模型。

對(duì)于有些復(fù)雜的零件，往往難以分解成若干個(gè)基本體，使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多，導(dǎo)致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機(jī)器零件三維實(shí)體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實(shí)體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”，進(jìn)而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實(shí)體造型。

3.1.2 實(shí)體裝配圖的生成。在零件實(shí)體構(gòu)造完成后，利用機(jī)器運(yùn)動(dòng)分析過程中的資料，在運(yùn)動(dòng)的某一位置，按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實(shí)現(xiàn)。

3.2 模具CAD/CAM的集成制造

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，從普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床和加工中心，從人工設(shè)計(jì)和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業(yè)正向數(shù)字化和計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展。同時(shí)，模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)(RPM)等，幾乎覆蓋了整個(gè)現(xiàn)代制造技術(shù)。

一個(gè)完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個(gè)功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動(dòng)態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，而實(shí)體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源之一。

3.3 機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用

機(jī)械CAE系統(tǒng)的主要功能是:工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與壽命預(yù)估、動(dòng)力學(xué)/運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后，才能由CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運(yùn)動(dòng)特性、干涉、碰撞問題和動(dòng)態(tài)特性等。

4 CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)

4.1 圖形交互技術(shù)

CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具，務(wù)求易學(xué)好用，得心應(yīng)手。一個(gè)友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設(shè)計(jì)師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此，智能化圖標(biāo)菜單、“拖放式”造型、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航器等一系列人性化的功能，為設(shè)計(jì)師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識(shí)別、語(yǔ)言識(shí)別和特征手勢(shì)建模等新技術(shù)也正在研究之中。

4.2 智能CAD技術(shù)

CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用逐步深入，逐漸提出智能化需求.設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動(dòng)。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計(jì)在運(yùn)用知識(shí)化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識(shí)的設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)，及時(shí)準(zhǔn)確地向設(shè)計(jì)師提品開發(fā)所需的知識(shí)和幫助，智能地支持設(shè)計(jì)人員，同時(shí)捕獲和理解設(shè)計(jì)人員意圖、自動(dòng)檢測(cè)失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能，使設(shè)計(jì)新手也能做出好的設(shè)計(jì)來，現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新設(shè)計(jì)，人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到CAD技術(shù)中，用智能設(shè)計(jì)、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導(dǎo)解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造，這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。

4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD中已開始應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計(jì)效果，可直接操作模擬對(duì)象，檢驗(yàn)操作是否舒適、方便，及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞等問題，及早看到新產(chǎn)品的外形，從多方面評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品.虛擬產(chǎn)品建模就是指建立產(chǎn)品虛擬原理或虛擬樣機(jī)的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進(jìn)行加工、測(cè)試、仿真和分析，以評(píng)價(jià)其性能，可制造性、可裝配性、可維護(hù)性和成本、外觀等，基于虛擬樣機(jī)的試驗(yàn)仿真分析，可以在真實(shí)產(chǎn)品制造之前發(fā)現(xiàn)并解決問題，從而降低產(chǎn)品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務(wù)時(shí)代繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方向.另外，隨著協(xié)同技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品的整個(gè)生命周期設(shè)計(jì)理論和技術(shù)的成熟和發(fā)展，利用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的全數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造，已成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃森彬主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).高等教育出版社.

[2]榮涵銳.新編機(jī)械設(shè)計(jì)CAD技術(shù)基礎(chǔ)〔M〕.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

篇（9）

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）12-0137-04

工程作為實(shí)際的改造世界的物質(zhì)實(shí)踐活動(dòng)，具有建造性、人文性、生態(tài)性、整體性和協(xié)調(diào)性等本質(zhì)特征。因此，高等工程教育必須克服目前存在的學(xué)術(shù)化、學(xué)科化傾向，擔(dān)負(fù)起工程自己的教育使命，回歸工程本身?；蛘哒f，高等工程教育要超越“科學(xué)范式”（強(qiáng)調(diào)工程科學(xué)與理論分析），確立“工程范式”（強(qiáng)調(diào)工程教育的實(shí)學(xué)性、集成性和創(chuàng)新性）。

為此，我國(guó)參照《華盛頓協(xié)議》，按“國(guó)際實(shí)質(zhì)等效”的要求，從2006年開始試點(diǎn)工科專業(yè)的國(guó)際認(rèn)證，并于2013年成為《華盛頓協(xié)議》的預(yù)備會(huì)員。《華盛頓協(xié)議》是國(guó)際工程師互認(rèn)體系6個(gè)協(xié)議中最權(quán)威、國(guó)際化程度較高、體系較為完整的協(xié)議，該協(xié)議提出的工程教育國(guó)際認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工科專業(yè)學(xué)生畢業(yè)時(shí)的能力要求，正是對(duì)工程本質(zhì)特征的反映。

工程教育專業(yè)認(rèn)證的實(shí)踐表明，“以學(xué)生為中心”的教育理念對(duì)于工科高校工程訓(xùn)練中心的建設(shè)和發(fā)展具有很好的推動(dòng)作用。

一、工程訓(xùn)練面臨的問題

工程教育的核心特征在于其實(shí)踐性。我國(guó)工程教育實(shí)踐教學(xué)主要包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)（理論課程的實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程）和集中實(shí)踐教學(xué)（工程訓(xùn)練、認(rèn)知實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)）兩大部分。然而，在我國(guó)本科工程教學(xué)體系中，存在重知識(shí)學(xué)習(xí)、輕能力培養(yǎng)的現(xiàn)象。2009年，中國(guó)工程院了一個(gè)調(diào)研報(bào)告，對(duì)國(guó)內(nèi)高等工程教育的現(xiàn)狀提出了批評(píng)：一是一些本科院校不能根據(jù)自己的實(shí)際，盲目爭(zhēng)辦“綜合性、研究型”大學(xué)，導(dǎo)致學(xué)校建設(shè)目標(biāo)趨同，人才培養(yǎng)目標(biāo)單一；二是工科院校的實(shí)踐教學(xué)被不同程度地削弱，使工程訓(xùn)練達(dá)不到最基本的要求；三是教師學(xué)術(shù)化傾向十分明顯，學(xué)生創(chuàng)新能力不強(qiáng)，重論文、輕設(shè)計(jì)、缺實(shí)踐。

由于高校與企業(yè)聯(lián)系不密切，企業(yè)難以容納大批學(xué)生實(shí)習(xí)等問題，生產(chǎn)實(shí)多是走馬觀花，學(xué)生很少有動(dòng)手和提高實(shí)踐能力的機(jī)會(huì)。因此，工科高校工程訓(xùn)練中心的建設(shè)就顯得尤其重要。雖然我們?cè)诓粩噙M(jìn)步，改革的步伐從未停滯，但與國(guó)外相比，我國(guó)高校工程訓(xùn)練中心的建設(shè)還存在諸多不足，如：

（一）功能定位單一

以教為中心的教學(xué)功能幾乎是所有高校工程訓(xùn)練中心存在的核心要素，忽視了學(xué)生的主體性和能動(dòng)性。這種教學(xué)理念及相應(yīng)的教學(xué)方法，不利于發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，不利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐的能力。

（二）訓(xùn)練目標(biāo)不明確

訓(xùn)練目標(biāo)與工科專業(yè)培養(yǎng)未來合格工程師的要求有差距，目標(biāo)仍然以驗(yàn)證理論知識(shí)和掌握加工工藝為主，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程觀、組織管理、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面的要求比較模糊。

（三）專業(yè)課程體系設(shè)計(jì)不合理

專業(yè)課程體系設(shè)計(jì)盲目，訓(xùn)練目標(biāo)模糊，導(dǎo)致訓(xùn)練體系層次偏低，訓(xùn)練內(nèi)容與理論教學(xué)和其他實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)。對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)工程對(duì)于客觀世界和社會(huì)的影響，考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素，綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案與思路創(chuàng)新等方面的訓(xùn)練不足。

（四）師資及硬件資源投入不足

師資隊(duì)伍無(wú)法滿足工程訓(xùn)練要求，軟硬件資源投入不足。真正的工程師只有由工程經(jīng)驗(yàn)豐富的教師，在一個(gè)充滿活力的工程環(huán)境中才能培養(yǎng)出來。而我國(guó)工科教師學(xué)術(shù)化傾向十分明顯，大部分教師熱衷于申請(qǐng)課題、，對(duì)教學(xué)工作，特別是實(shí)踐教學(xué)投入不足。

造成上述不足的原因是多方面的，“以學(xué)生為中心”的工程教育核心理念未能深入教育管理者和教師心中則是最主要的。由此，需要回答的問題有（但不限于）：

1.什么是以學(xué)生為中心的目標(biāo)導(dǎo)向？

2.如何設(shè)計(jì)訓(xùn)練體系？

3.訓(xùn)練體系如何與專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的理論教學(xué)和其他實(shí)踐環(huán)節(jié)貫通？

4.如何建設(shè)工程訓(xùn)練所需的師資隊(duì)伍？

二、以目標(biāo)為導(dǎo)向，進(jìn)行訓(xùn)練體系的反向設(shè)計(jì)

以學(xué)生為中心的目標(biāo)導(dǎo)向就是用期望全體學(xué)生獲得的學(xué)習(xí)成果，反推出所需的培養(yǎng)過程、培養(yǎng)要素和培養(yǎng)環(huán)節(jié)，以及對(duì)應(yīng)的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。

（一）培養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)目標(biāo)是指教育目的在各級(jí)各類教育機(jī)構(gòu)中的具體化，它是由特定社會(huì)領(lǐng)域和特定社會(huì)層次的需要所決定的。在工程教育國(guó)際認(rèn)證語(yǔ)境下，培養(yǎng)目標(biāo)可表達(dá)為學(xué)生畢業(yè)5年左右，成為所工作領(lǐng)域的合格工程師，即解決“能做什么”的問題。而在“科學(xué)范式”教育模式下，通常是教師（強(qiáng)調(diào)工程科學(xué)與理論分析）根據(jù)自身的認(rèn)識(shí)，主觀設(shè)定學(xué)生需掌握的知識(shí)，制訂課程體系，課程體系實(shí)際上決定了學(xué)生畢業(yè)時(shí)掌握的知識(shí)，這會(huì)造成畢業(yè)生能力與培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)，更與社會(huì)需求脫節(jié)。

（二）畢業(yè)生的能力要求

畢業(yè)生的能力要求是指學(xué)生完成學(xué)業(yè)時(shí)應(yīng)該取得的學(xué)習(xí)成果，即學(xué)生產(chǎn)出，實(shí)質(zhì)上是學(xué)生畢業(yè)時(shí)“能有什么”的問題。本文對(duì)畢業(yè)生能力要求的參考體系是《華盛頓協(xié)議》的通用標(biāo)準(zhǔn)，具體為：

1.具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感和工程職業(yè)道德；

2.具有運(yùn)用工程工作所需的相關(guān)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)以及經(jīng)濟(jì)和管理知識(shí)的能力；

3.具有運(yùn)用工程基礎(chǔ)知識(shí)和本專業(yè)基本理論知識(shí)解決問題的能力，具有系統(tǒng)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷；了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)；

4.具備設(shè)計(jì)和實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的能力，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析；

5.掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)；具有綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)和過程的能力，設(shè)計(jì)過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素；

6.掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；

7.了解與本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策和法律、法規(guī)，能正確認(rèn)識(shí)工程對(duì)于客觀世界和社會(huì)的影響；

8.具有一定的組織管理能力、表達(dá)能力和人際交往能力以及在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮作用的能力；

9.對(duì)終身學(xué)習(xí)有正確認(rèn)識(shí)，具有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力；

10.具有國(guó)際視野和跨文化的交流、競(jìng)爭(zhēng)與合作能力。

（三）訓(xùn)練體系的反向設(shè)計(jì)

訓(xùn)練體系的反向設(shè)計(jì)是指：調(diào)研內(nèi)外需求，由需求確定培養(yǎng)目標(biāo)；然后，由培養(yǎng)目標(biāo)決定對(duì)畢業(yè)生的能力要求，把畢業(yè)生能力要求分解、落實(shí)到培養(yǎng)計(jì)劃的各個(gè)環(huán)節(jié)（包含工程訓(xùn)練），形成課程體系。這里的課程體系是廣義的，即為各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。尤其要注意的是，課程體系的改革，要改變講課、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)相分離的傳統(tǒng)做法，充分利用工程訓(xùn)練中心的條件，實(shí)現(xiàn)講課、實(shí)習(xí)、訓(xùn)練一體化。這樣，在新生入校后，執(zhí)行該培養(yǎng)計(jì)劃，在質(zhì)量保障體系（工程教育專業(yè)認(rèn)證是質(zhì)量保障體系的重要組成部分）的作用下，就能保證學(xué)生在畢業(yè)被授予學(xué)位時(shí)實(shí)現(xiàn)各能力培養(yǎng)要求，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的成果導(dǎo)向，解決“能有什么”的問題；進(jìn)而有效達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)，解決“能做什么”的問題。培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、能力達(dá)成、訓(xùn)練體系之間的關(guān)系如表1所示。

三、訓(xùn)練模式的重構(gòu)

重構(gòu)訓(xùn)練模式與其他實(shí)踐環(huán)節(jié)的貫通，是學(xué)生能力培養(yǎng)的實(shí)現(xiàn)手段。在學(xué)生產(chǎn)出導(dǎo)向視角下，機(jī)械工程訓(xùn)練教學(xué)體系必須摒棄“金工實(shí)習(xí)”的傳統(tǒng)觀念，樹立“大工程觀”。按國(guó)際工程認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)劃分訓(xùn)練層次，即認(rèn)知、基本制造技術(shù)訓(xùn)練、先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練、機(jī)電綜合訓(xùn)練。隨著科學(xué)的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品已不是傳統(tǒng)意義上的純機(jī)械產(chǎn)品，而是機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，要開發(fā)以機(jī)械、電子、控制一體為核心，以工程性、綜合性為特點(diǎn)的訓(xùn)練項(xiàng)目。

為滿足專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)的要求，還要對(duì)機(jī)械類專業(yè)的訓(xùn)練進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)和創(chuàng)新訓(xùn)練，設(shè)置課外創(chuàng)新訓(xùn)練課程。創(chuàng)新訓(xùn)練分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)三個(gè)層次。對(duì)初級(jí)訓(xùn)練階段的學(xué)生開展機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)、電路板設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)性的專題培訓(xùn)，夯實(shí)其基本理論與基本技能。對(duì)中級(jí)訓(xùn)練階段的學(xué)生開展原理方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新案例、DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳感器應(yīng)用技術(shù)等提高型專題培訓(xùn)，增強(qiáng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。對(duì)高級(jí)訓(xùn)練階段的學(xué)生開展大團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生自主研究，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能。

這樣，就縱向形成了“認(rèn)知、基本制造技術(shù)訓(xùn)練、先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練、機(jī)電綜合訓(xùn)練和創(chuàng)新訓(xùn)練”為主線的遞進(jìn)式、五層次訓(xùn)練體系。

機(jī)械工程訓(xùn)練中心的訓(xùn)練還覆蓋能源動(dòng)力工程、電氣工程及其自動(dòng)化、土木工程、水利水電工程、環(huán)境工程、輕化工程等工科專業(yè)，訓(xùn)練中心還要按專業(yè)模塊劃分訓(xùn)練環(huán)節(jié)，以滿足不同專業(yè)的需要，橫向形成多模塊訓(xùn)練體系。

訓(xùn)練時(shí)間的安排要靈活，可實(shí)施分段訓(xùn)練。如，對(duì)安排4周工程訓(xùn)練（金工實(shí)習(xí)）的機(jī)類專業(yè)學(xué)生，可令其先進(jìn)行一周的認(rèn)知實(shí)習(xí)，再用2周時(shí)間與工程材料及熱成型工藝、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)等課程結(jié)合，在完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、教師審核后，分組、分批在一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成，最后一周則可與現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)習(xí)結(jié)合，完成工程實(shí)戰(zhàn)。

根據(jù)以上思路，訓(xùn)練資源必須重新配置。要淘汰老舊落后設(shè)備，大量增加先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練、機(jī)電綜合訓(xùn)練、創(chuàng)新訓(xùn)練所需設(shè)備。

四、師資隊(duì)伍的建設(shè)

“以學(xué)生為中心”的工程教育理念對(duì)工程訓(xùn)練中心的師資隊(duì)伍建設(shè)提出了更高的要求。由于我國(guó)博士研究生的培養(yǎng)機(jī)制基本上屬于研究導(dǎo)向型，缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面的培養(yǎng)，很難勝任“工程范式”下的教學(xué)模式。因此，為了培養(yǎng)具有工程創(chuàng)新能力的工程人才，必須完善工科教師的培養(yǎng)機(jī)制。一要大力推動(dòng)對(duì)工程博士的培養(yǎng)；二是利用省部共建引入的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)支持，組織教師參加新技術(shù)培訓(xùn)；三是大力推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作模式，引導(dǎo)教師校企聯(lián)合開展工程應(yīng)用研究，提高他們的工程能力。唯有如此，才能將高質(zhì)量的研究成果和研究方法傳授給學(xué)生。

當(dāng)前，重科研、輕教學(xué)的傾向在高校中是十分嚴(yán)重的?？诶镏匾暯虒W(xué)，實(shí)則以論文、科研項(xiàng)目為教師評(píng)價(jià)體系權(quán)重的最大指標(biāo)，廣大教師怎么會(huì)安心教學(xué)？所謂“教學(xué)出題目，科研做文章，成果進(jìn)課堂”，講的是教學(xué)以科研為基礎(chǔ)，科研為教學(xué)服務(wù)?？蒲胁粸榻虒W(xué)服務(wù)，以“學(xué)生為中心”就是一句空話。要以教師愛崗敬業(yè)、安心教學(xué)為前提，改革對(duì)教師的評(píng)價(jià)體系與職稱晉升機(jī)制，能很好地調(diào)節(jié)教師在教學(xué)、科研和其他方面的投入。

工程訓(xùn)練中心需要教授、博士，更需要工程師和高級(jí)工程師，現(xiàn)場(chǎng)操作技師也是必不可少的。目前高校工程訓(xùn)練中心指導(dǎo)教師普遍存在職稱、學(xué)歷低，年齡老化，人員嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。必須解放思想，打破事業(yè)編制的限制，大力實(shí)行人事制，從企業(yè)招聘全職工程師、技師；也需要從學(xué)校相關(guān)院系聘請(qǐng)機(jī)械、電子、材料、管理、自動(dòng)化等專業(yè)的教授、博士，兼職幫助工程訓(xùn)練中心開展教學(xué)設(shè)計(jì)與建設(shè)工作。

五、典型訓(xùn)練環(huán)節(jié)的實(shí)例與推廣

為探討校外實(shí)習(xí)的部分環(huán)節(jié)在校內(nèi)訓(xùn)練中心完成的可行性以及工程訓(xùn)練與理論教學(xué)貫通的可行性，2013年，我們對(duì)長(zhǎng)沙理工大學(xué)機(jī)制專業(yè)2010級(jí)學(xué)生現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)習(xí)進(jìn)行了改革試點(diǎn)。該級(jí)學(xué)生第四學(xué)年秋季學(xué)期開設(shè)數(shù)控技術(shù)、現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)習(xí)（時(shí)間為2周）。數(shù)控技術(shù)任課教師在課程教學(xué)過程中指導(dǎo)學(xué)生完成零件的編程，并通過數(shù)控仿真系統(tǒng)的虛擬制造考核（到工程訓(xùn)練中心）。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)在訓(xùn)練中心進(jìn)行了1周，每個(gè)學(xué)生完成了3個(gè)零件的加工（線切割1件，數(shù)控機(jī)加工1件，快速成型1件），取得了非常好的效果。剩下一周時(shí)間再到大型先進(jìn)制造企業(yè)參觀，整體實(shí)習(xí)效果好，解決了到企業(yè)不能動(dòng)手的問題。

在試點(diǎn)成功的基礎(chǔ)上，我們對(duì)機(jī)制專業(yè)安排在機(jī)械工程訓(xùn)練中心的為期4周的實(shí)習(xí)進(jìn)行了調(diào)整，實(shí)施過程及主要時(shí)間節(jié)點(diǎn)如下：

1.第一學(xué)年夏季學(xué)期機(jī)械工程導(dǎo)論與認(rèn)知實(shí)習(xí)同時(shí)進(jìn)行，時(shí)間1周。也為第二學(xué)年春季學(xué)期工程材料及熱成型工藝課程教學(xué)做準(zhǔn)備。

2.第二學(xué)年夏季學(xué)期進(jìn)行2周的基本制造技術(shù)訓(xùn)練和先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練。

3.第三學(xué)年秋季學(xué)期開設(shè)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)A、機(jī)械設(shè)計(jì)課程；隨后進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，由課程任課教師與專業(yè)教師聯(lián)合指導(dǎo)，完成正確的CAD圖紙。在此過程中，數(shù)控技術(shù)任課教師介入，選擇適合線切割、數(shù)控車、數(shù)控銑和加工中心加工的零部件重點(diǎn)指導(dǎo)。

4.第四學(xué)年秋季學(xué)期開設(shè)數(shù)控技術(shù)，在課程教學(xué)過程中完成零部件的編程，并通過數(shù)控仿真系統(tǒng)的虛擬制造考核（到訓(xùn)練中心），要求理論教師先期熟悉訓(xùn)練中心的虛擬制造系統(tǒng)；在現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)（2周）時(shí)到訓(xùn)練中心完成零件的加工，時(shí)間1周。以上分段完成了4周的訓(xùn)練?，F(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)習(xí)的另一周時(shí)間要到大型先進(jìn)制造企業(yè)進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)。

該實(shí)例的流程及與學(xué)生能力培養(yǎng)的關(guān)系如圖1所示。

對(duì)2015級(jí)學(xué)生，可全面實(shí)施圖1所示的計(jì)劃，學(xué)生將得到系統(tǒng)的工程實(shí)踐經(jīng)歷。這使學(xué)生從2013年試點(diǎn)時(shí)只能完成3個(gè)零件的加工，發(fā)展到現(xiàn)在能完成機(jī)械部件乃至系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造，并得到綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段實(shí)施工程的能力訓(xùn)練，上升到一個(gè)新的高度――認(rèn)識(shí)專業(yè)責(zé)任和專業(yè)倫理。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 袁廣林.高等工程教育的理性回歸――基于工程本質(zhì)屬性的思考[J].遼寧教育研究，2008（9）：18-21.

篇（10）

【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）02-0234-02

目前在我院傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生通過操作實(shí)物模塊來實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)試，但因受實(shí)驗(yàn)硬件條件的限制，檢測(cè)中測(cè)量參數(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自由改變，這對(duì)它的特性分析帶來了一定的局限性。同時(shí)學(xué)生在反復(fù)練習(xí)過程中，設(shè)備容易損壞，其性能也會(huì)受到影響，這對(duì)課程的實(shí)踐教學(xué)帶來了一定的局限性。因此在實(shí)踐教學(xué)中引入了虛擬技術(shù)教學(xué)，通過虛擬的操作面板，用LabvIEw仿真軟件來實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的測(cè)試。

一、虛擬儀器簡(jiǎn)介及虛擬技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的意義

（一）虛擬儀器的含義

所謂虛擬儀器，就是用戶在通用計(jì)算機(jī)或者工作站平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)試任務(wù)的需求來定義和設(shè)計(jì)儀器功能，通過數(shù)據(jù)采集卡，利用軟件來處理采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)用戶自擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的所有功能。

（二）虛擬技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的意義

在傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中引用虛擬技術(shù)，學(xué)生通過虛擬平臺(tái)的學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生的初步分析及感性認(rèn)識(shí)，鞏固學(xué)生的理論知識(shí)。學(xué)生可以不受實(shí)踐硬件條件的限制，通過虛擬操作面板設(shè)計(jì)、選擇，及大地彌補(bǔ)了設(shè)備的不足。學(xué)生可以不用擔(dān)心損壞設(shè)備問題而大膽地進(jìn)行實(shí)踐，并根據(jù)實(shí)踐情況及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，省去了大量繁瑣的工作，節(jié)省了大量時(shí)間。

利用虛擬技術(shù)，可以徹底打破檢測(cè)技術(shù)受空間及時(shí)間的限制，如一些需要長(zhǎng)時(shí)間才能觀察的變化過程，通過虛擬技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生。虛擬制造技術(shù)還可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)、交互外設(shè)及軟件來構(gòu)建一個(gè)虛擬的生產(chǎn)環(huán)境，使學(xué)生能如同在制造現(xiàn)場(chǎng)一樣，與熒屏上出現(xiàn)的制造過程進(jìn)行自由交流。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進(jìn)行虛擬和虛物實(shí)化，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。

利用虛擬技術(shù)，可豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，展示全方位、多角度的教學(xué)內(nèi)容。將實(shí)訓(xùn)等技能訓(xùn)練搬到課堂中進(jìn)行，由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無(wú)任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。在課程教學(xué)中可以在虛擬實(shí)訓(xùn)室中進(jìn)行訓(xùn)練，可以節(jié)約大量昂貴的儀器設(shè)備費(fèi)用。解決在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損壞、訓(xùn)練材料的消耗等問題，從而有效節(jié)約教育成本。

二、基于虛擬技術(shù)在傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的基本思路

傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模塊中是由多光電檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、環(huán)境檢測(cè)模塊、力檢測(cè)模塊等組成。就其中的溫度檢測(cè)模塊來說明虛擬技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的基本思路。基于虛擬技術(shù)的溫度檢驗(yàn)技術(shù)，主要是通過LabvIEw平臺(tái)構(gòu)建虛擬畫面，模擬仿真實(shí)際的溫度檢驗(yàn)儀器，檢驗(yàn)儀器通過軟件實(shí)現(xiàn)部分功能。主要思路是：通過溫度傳感器獲取現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理，通過數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，再由信號(hào)選擇、調(diào)理之后送入計(jì)算機(jī)，由測(cè)控軟件進(jìn)行分析、顯示、存儲(chǔ)等，利用虛擬仿真技術(shù)，能完成實(shí)體設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的大部分功能，最終通過數(shù)據(jù)參數(shù)的變化，來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。

在原有溫度檢測(cè)模塊操作中，學(xué)生只能在現(xiàn)有硬件條件下實(shí)現(xiàn)電路的構(gòu)建，完成溫度到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)變，但現(xiàn)有的硬件無(wú)法實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的變化到實(shí)際監(jiān)測(cè)環(huán)境中溫度的變化。而虛擬儀器中可視化圖形編程語(yǔ)言平臺(tái)，提供豐富、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理軟件包，通過虛擬溫度程序框圖構(gòu)建及虛擬的溫度運(yùn)行結(jié)果畫面監(jiān)測(cè)，能直觀的反映溫度的變化情況，與企業(yè)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境一致，非常方便學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的激情。

三、基于虛擬技術(shù)的K型熱電偶溫度檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)

基于虛擬技術(shù)K型熱電偶溫度檢測(cè)的硬件實(shí)現(xiàn)是由計(jì)算機(jī)、加上數(shù)據(jù)采集及電路組成；軟件實(shí)現(xiàn)運(yùn)用編程方法，通過建立動(dòng)態(tài)模型庫(kù)來實(shí)現(xiàn)溫度仿真檢測(cè)。采用虛擬技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)突出，即可以縮短檢測(cè)時(shí)間、可減少工作量、提高效率；數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)可及時(shí)保存、顯示，方便讀數(shù)。

（一）硬件實(shí)現(xiàn)

K型熱電偶溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要由虛擬儀器和信號(hào)接口采集組成。溫度檢測(cè)過程中首先由熱電偶傳感器檢測(cè)溫度變化，采用運(yùn)算放大器對(duì)取樣電阻兩端的信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算放大并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出的信號(hào)以過通道選擇送到數(shù)據(jù)采集卡，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

K型熱電偶電路如圖：

（二）軟件實(shí)現(xiàn)

基于虛擬技術(shù)K型熱電偶溫度檢測(cè)系統(tǒng)，軟件部分采用參數(shù)庫(kù)及函數(shù)庫(kù)調(diào)用模式。模型庫(kù)的開發(fā)主要建立在LabVIEW仿真模塊上。這些工具為建立K型熱電偶溫度檢測(cè)系統(tǒng)的模型庫(kù)提供了一個(gè)完整的平臺(tái)。基于虛擬技術(shù)K型熱電偶程序連接圖如下：

K型熱電偶溫度檢測(cè)結(jié)果可以在面畫中進(jìn)行顯示，如下：

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，在實(shí)踐教學(xué)中廣泛采用。虛擬技術(shù)應(yīng)用在傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，能夠在各個(gè)檢測(cè)模塊中直觀地反映測(cè)量的現(xiàn)象，這樣有利于拓展學(xué)生的思路、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

參考文獻(xiàn)：