【正文】 的廣泛應(yīng)用將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式，對相關(guān)行業(yè)也將產(chǎn)生巨大影響，可以說虛擬制造技術(shù)決定著企業(yè)的未來，也決定著制造業(yè)在競爭中能否立于不敗之地。 　　虛擬制造(VM)是國際上提出的新概念。VM與AM聯(lián)系密切。VM的特征是：當(dāng)市場新的機(jī)遇出現(xiàn)時，組織幾個有關(guān)公司聯(lián)作，把不同的公司，不同地點的工廠或車間重新組織協(xié)調(diào)工作。在運(yùn)行之前必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運(yùn)行，以及投產(chǎn)后的效益和風(fēng)險進(jìn)行評估，這種聯(lián)作公司稱虛擬公司。虛擬公司在一定的環(huán)境和條件下通過虛擬制造系統(tǒng)運(yùn)行，包括物理基礎(chǔ)、法律保障、社會環(huán)境和信息技術(shù)。因此研究開發(fā)虛擬制造技術(shù)(VMT)和虛擬制造系統(tǒng)(VMS)意義重大，美國稱AM為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。 　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality Technology）主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個部分。 　　虛擬制造技術(shù)將從根本上改變了設(shè)計、試制、修改設(shè)計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型（Soft Prototype）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品（Hard Prototype）進(jìn)行試驗，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場變化的能力。 　　虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間約束、靠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟(jì)實體。虛擬企業(yè)的特點是企業(yè)的功能上的不完整、地域上的分散性和組織結(jié)構(gòu)上的非永久性，即功能的虛擬化、組織的虛擬化、地域的虛擬化。 主要特征　　，在計算機(jī)上對虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、制造、測試，甚至設(shè)計人員或用戶可“進(jìn)入”虛擬的制造環(huán)境檢驗其設(shè)計、加工、裝配和操作，而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機(jī)的反復(fù)修改；還可將已開發(fā)的產(chǎn)品(部件)存放在計算機(jī)里，不但大大節(jié)省倉儲費(fèi)用，更能根據(jù)用戶需求或市場變化快速改變設(shè)計，快速投入批量生產(chǎn)，從而能大幅度壓縮新產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高質(zhì)量、降低成本。 　　、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個產(chǎn)品模型上同時工作，相互交流，信息共享，減少大量的文檔生成及其傳遞的時間和誤差，從而使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。 重大作用　　虛擬制造也可以對想象中的制造活動進(jìn)行仿真，它不消耗現(xiàn)實資源和能量，所進(jìn)行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用將會對未來制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，它的重大作用主要表現(xiàn)為： 　　運(yùn)用軟件對制造系統(tǒng)中的五大要素（人、組織管理、物流、信息流、能量流）進(jìn)行全面仿真，使之達(dá)到了前所未有的高度集成，為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時也推動了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。 　　可加深人們對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識和理解，有利于對其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實際生產(chǎn)，即對生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化配置，推動生產(chǎn)力的巨大躍升。 　　在虛擬制造與現(xiàn)實制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，而且對正確作出決策有不可估量的影響。例如：可以對生產(chǎn)計劃、交貨期、生產(chǎn)產(chǎn)量等作出預(yù)測，及時發(fā)現(xiàn)問題并改進(jìn)現(xiàn)實制造過程。 　　虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用將加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。我們都知道模擬駕駛室對駕駛員、飛行員的培養(yǎng)起到了良好作用，虛擬制造也會產(chǎn)生類似的作用。舉例導(dǎo)入舉例分析說明結(jié)合實例分析討論法分析結(jié)合實際舉例舉例分析提問學(xué)生總結(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)教 學(xué) 內(nèi) 容備 注組織教學(xué)提問導(dǎo)言檢查學(xué)生出勤裝配技術(shù)對整機(jī)系統(tǒng)的重要性？任務(wù)五 虛擬裝配技術(shù)一、虛擬裝配　　基于虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品虛擬拆裝技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品的維護(hù)以及操作培訓(xùn)方面具有獨(dú)特的作用。在交互式虛擬裝配環(huán)境中，用戶使用各類交互設(shè)備（數(shù)據(jù)手套/位置跟蹤器、鼠標(biāo)/鍵盤、力反饋操作設(shè)備等）象在真實環(huán)境中一樣對產(chǎn)品的零部件進(jìn)行各類裝配操作，在操作過程中系統(tǒng)提供實時的碰撞檢測、裝配約束處理、裝配路徑與序列處理等功能，從而使得用戶能夠?qū)Ξa(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行分析、對產(chǎn)品零部件裝配序列進(jìn)行驗證和規(guī)劃、對裝配操作人員進(jìn)行培訓(xùn)等。在裝配（或拆卸）結(jié)束以后，系統(tǒng)能夠記錄裝配過程的所有信息，并生成評審報告、視頻錄像等供隨后的分析使用。 　　虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設(shè)計和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計人員考慮可行的裝配序列，自動生成裝配規(guī)劃，它包括數(shù)值計算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作所模擬等?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在向著自動化、數(shù)字化的反向發(fā)展，虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)。 　　虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展是虛擬制造技術(shù)的一個關(guān)鍵部分，但相對于虛擬制造的其它部分而言，它又是最薄弱的環(huán)節(jié)。虛擬裝配技術(shù)發(fā)展滯后，使得虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用性大大減弱，因此對虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展也就成為目前虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)研究的主要對象，這一問題的解決將使虛擬制造技術(shù)形成一個完善的理論體系，使生產(chǎn)真正在高效、高質(zhì)量、短時間、低成本的環(huán)境下完成，同時又具備了良好的服務(wù)。虛擬裝配從模型重新定位、分析方面來講，它是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程，是有效的分析產(chǎn)品設(shè)計合理性的一種手段。從產(chǎn)品裝配過程來講，它是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的形狀特性、精度特性，真實的模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產(chǎn)品的可裝配性。 　　作為虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，虛擬裝配技術(shù)近年來受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并對敏捷制造、虛擬制造等先進(jìn)制造模式的實施具有深遠(yuǎn)影響。通過建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，虛擬裝配技術(shù)在計算機(jī)上創(chuàng)建近乎實際的虛擬環(huán)境，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計中的物理樣機(jī)，能夠方便的對產(chǎn)品的裝配過程進(jìn)行模擬與分析，預(yù)估產(chǎn)品的裝配性能，及早發(fā)現(xiàn)潛在的裝配沖與缺陷，并將這些裝配信息反饋給設(shè)計人員。運(yùn)用該技術(shù)不但有利于并行工程的開展，而且還可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。 二、虛擬裝配的分類　　按照實現(xiàn)功能和目的的不同，目前針對虛擬裝配的研究可以分為如下三類：以產(chǎn)品設(shè)計為中心的虛擬裝配、以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配和以虛擬原型為中心的虛擬裝配． 　　 　　虛擬裝配是在產(chǎn)品設(shè)計過程中，為了更好地幫助進(jìn)行與裝配有關(guān)的設(shè)計決策，在虛擬環(huán)境下對計算機(jī)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行裝配關(guān)系分析的一項計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)．它結(jié)合面向裝配設(shè)計(DesignForAssembly，DFA)理論和方法，基本任務(wù)就是從設(shè)計原理方案出發(fā)在各種因素制約下尋求裝配結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，由此擬定裝配草圖．它以產(chǎn)品可裝配性的全面改善為目的，通過模擬試裝和定量分析，找出零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計中不適合裝配或裝配性能不好的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行設(shè)計修改．最終保證所設(shè)計的產(chǎn)品從技術(shù)角度來講裝配是合理可行的，從經(jīng)濟(jì)角度來講應(yīng)盡可能降低產(chǎn)品總成本，同時還必須兼顧人因工程和環(huán)保等社會因素． 　　 　　針對產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計問題，基于產(chǎn)品信息模型和裝配資源模型，采用計算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計，從而獲得可行且較優(yōu)的裝配工藝方案，指導(dǎo)實際裝配生產(chǎn)．根據(jù)涉及范圍和層次的不同，又分為系統(tǒng)級裝配規(guī)劃和作業(yè)級裝配規(guī)劃．前者是裝配生產(chǎn)的總體規(guī)劃，主要包括市場需求、投資狀況、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)周期、資源分配、裝配車間布置、裝配生產(chǎn)線平衡等內(nèi)容，是裝配生產(chǎn)的綱領(lǐng)性文件．后者主要指裝配作業(yè)與過程規(guī)劃，主要包括裝配順序的規(guī)劃、裝配路徑的規(guī)劃、工藝路線的制定、操作空間的干涉驗證、工藝卡片和文檔的生成等內(nèi)容． 　　工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配，以操作仿真的高逼真度為特色，主要體現(xiàn)在虛擬裝配實施對象、操作過程以及所用的工裝工具，均與生產(chǎn)實際情況高度吻合，因而可以生動直觀地反映產(chǎn)品裝配的真實過程，使仿真結(jié)果具有高可信度． 　　 　　虛擬原型是利用計算機(jī)仿真系統(tǒng)在一定程度上實現(xiàn)產(chǎn)品的外形、功能和性能模擬，以產(chǎn)生與物理樣機(jī)具有可比性的效果來檢驗和評價產(chǎn)品特性．傳統(tǒng)的虛擬裝配系統(tǒng)都是以理想的剛性零件為基礎(chǔ)，虛擬裝配和虛擬原型技術(shù)的結(jié)合，可以有效分析零件制造和裝配過程中的受力變形對產(chǎn)品裝配性能的影響，為產(chǎn)品形狀精度分析、公差優(yōu)化設(shè)計提供可視化手段．以虛擬原型為中心的虛擬裝配主要研究內(nèi)容包括考慮切削力、變形和殘余應(yīng)力的零件制造過程建模、有限元分析與仿真、配合公差與零件變形、以及計算結(jié)果可視化等方面． 三、虛擬裝配的構(gòu)成　　虛擬裝配由兩個部分組成，即由虛擬現(xiàn)實軟件內(nèi)容（即vr）內(nèi)容和虛擬現(xiàn)實（vr)外設(shè)設(shè)備 ,這兩個個協(xié)同工作，缺一不可，這樣才能制造出交互性與沉浸性于一體的虛擬裝配環(huán)境。 　　虛擬現(xiàn)實軟件內(nèi)容： 　　一般由各種VR軟件組成，先在三維軟件中根據(jù)虛擬現(xiàn)實的內(nèi)容制作相應(yīng)的三維模型，然后再把這些三維模型導(dǎo)入到VR軟件中，接下來就需要硬件設(shè)備來支撐這些軟件程序。 　　虛擬現(xiàn)實（vr)外設(shè)設(shè)備： 　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征之一就是人機(jī)之間的交互性. 為了實現(xiàn)人機(jī)之間的充分交換信息，必須設(shè)計特殊輸入和演示設(shè)備，以影響各種操作和指令，且提供反饋信息，實現(xiàn)真正生動的交互效果。不同的項目可以根據(jù)實際的應(yīng)用可以有選擇的使用這些工具，主要包括：VR系列虛擬現(xiàn)實工作站、立體投影、立體眼鏡或頭盔顯示器、三維空間跟蹤定位器、數(shù)據(jù)手套、3D立體顯示器、三維空間交互球、多通道環(huán)幕系統(tǒng)、建模軟件等。舉例導(dǎo)入舉例分析說明結(jié)合實例分析討論法分析結(jié)合實際舉例舉例分析提問學(xué)生總結(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)教 學(xué) 內(nèi) 容備 注組織教學(xué)提問導(dǎo)言檢查學(xué)生出勤大家了解什么是微機(jī)械嗎？這節(jié)課我們就簡單介紹一下。任務(wù)六 微機(jī)械1 引言微機(jī)械是80年代后期發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，隨著大規(guī)模集成電路中微細(xì)加工技術(shù)和超精密加工技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)械近幾年來發(fā)展很快，部分已進(jìn)入實用和商品化階段．微機(jī)械體積小、耗能低，能方便地進(jìn)行精細(xì)操作，其主要應(yīng)用領(lǐng)域有醫(yī)療、生物工程、信息、航空航天、半導(dǎo)體工業(yè)、軍事、汽車領(lǐng)域等，它已給國民經(jīng)濟(jì)、人民生活和國防、軍事等帶來了深遠(yuǎn)的影響，被列為21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之首，因此受到世界各國政府的高度重視，例如美國每年投資800萬～1500萬美元、德國每年投資7000萬美元進(jìn)行微機(jī)械的研究，而日本則準(zhǔn)備在10 年內(nèi)投資2億美元于微機(jī)械領(lǐng)域，我國也有許多單位開展了該領(lǐng)域的研究工作。2 微機(jī)械及其特征微機(jī)械在美國被稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electro Machanical System.，簡稱MEMS) ；在日本被稱為微機(jī)器(MicroMachnie)；在歐洲則被稱為微系統(tǒng)(Microsystem)。 微機(jī)械具有以下幾個基本特點:體積小、精度高、重量輕。其體積可達(dá)亞微米以下，尺寸精度達(dá)納米級，重量可至納克。已經(jīng)制出了直徑細(xì)如發(fā)絲的齒輪、能開動的3mm大小的汽車和花生米大的飛機(jī)。最近有資料表明，科學(xué)家們已能在5平方毫米內(nèi)放置1000臺微型發(fā)動機(jī)。 性能穩(wěn)定、可靠性高。由于微機(jī)械的體積小，幾乎不受熱膨脹、噪聲、撓曲等因素影響，具有較高的抗干擾性，可在較差的環(huán)境下進(jìn)行穩(wěn)定的工作。 能耗低、靈敏度和工作效率高。微機(jī)械所消耗的能量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)機(jī)械的十分之一，但卻能以十倍以上的速度來完成同樣的工作，如5mm5mm，而且機(jī)電一體化的微機(jī)械不存在信號延遲問題，可進(jìn)行高速工作。 多功能和智能化。微機(jī)械集傳感器、執(zhí)行器、信號處理和電子控制電路為一體，易于實現(xiàn)多功能化和智能化 適用于大批量生產(chǎn)、制造成本低。微機(jī)械采用和半導(dǎo)體制造工藝類似的方法生產(chǎn)，可以象超大規(guī)模集成電路芯片一樣一次制成大量的完全相同的部件，制造成本大大降低，如美國的研究人員正在用該技術(shù)制造雙向光纖通信所必須的微型光學(xué)調(diào)制器．通過巧妙的光刻技術(shù)制造芯片，做一塊只需幾美分，而過去則要化5000美元。3 微機(jī)械加工技術(shù)微機(jī)械加工使用最多的材料是硅材料，其來源廣泛，加工技術(shù)成熟，基片成本低，硅既有良好的機(jī)械特性，又有良好的電子性能和材料性能，十分適合微機(jī)械構(gòu)件的制造。例如，硅的楊氏模量(107N/cm2)就和不銹鋼、鎳差不多；硅的洛氏硬度(850)約兩倍于鎳、鐵。硅單晶的抗拉強(qiáng)度(105N/cm2)比不銹鋼至少大三倍．利用硅材料是實現(xiàn)微型化及集成化的必