先進(jìn)制造技術(shù)教案

1、 先進(jìn)制造技術(shù)教案 課程名稱 先進(jìn)制造技術(shù) 授課班級(jí) 班 任課教師 ： 教學(xué)環(huán)節(jié)教 學(xué) 內(nèi) 容備 注組織教學(xué)提問(wèn)導(dǎo)言小結(jié)作業(yè)檢查學(xué)生出勤中國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀？任務(wù)一 制造業(yè)的發(fā)展歷史制造業(yè)直接體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)力水平，是區(qū)別發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家的重要因素，制造業(yè)在世界發(fā)達(dá)國(guó)家（developed countries）的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要份額。 根據(jù)在生產(chǎn)中使用的物質(zhì)形態(tài)，制造業(yè)可劃分為離散制造業(yè)和流程制造業(yè)。制造業(yè)包括：產(chǎn)品制造、設(shè)計(jì)、原料采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸、訂單處理、批發(fā)經(jīng)營(yíng)、零售。在主要從事產(chǎn)品制造的企業(yè)（單位）中，為產(chǎn)品銷售而進(jìn)行的機(jī)械與設(shè)備的組裝與安裝活動(dòng)，按其主要活動(dòng)歸類包括： 一、現(xiàn)狀2

2、008年，我國(guó)工業(yè)增加值129112億元，比2007年增長(zhǎng)9.5%。規(guī)模以上工業(yè)增加值增長(zhǎng)12.9%，其中國(guó)有及國(guó)有控股企業(yè)增長(zhǎng)9.1%；集體企業(yè)增長(zhǎng)8.1%，股份制企業(yè)增長(zhǎng)15.0%，外商及港澳臺(tái)商投資企業(yè)增長(zhǎng)9.9%；私營(yíng)企業(yè)增長(zhǎng)20.4%。分輕重工業(yè)看，輕工業(yè)增長(zhǎng)12.3%，重工業(yè)增長(zhǎng)13.2%。 2008年規(guī)模以上工業(yè)中，煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)增加值比2007年增長(zhǎng)19.1%，石油和天然氣開(kāi)采業(yè)增長(zhǎng)6.1%，文教體育用品制造業(yè)增長(zhǎng)18.2%，燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)增長(zhǎng)26.8%，農(nóng)副食品加工業(yè)增長(zhǎng)15.0%，通用設(shè)備制造業(yè)增長(zhǎng)16.9%，交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)增長(zhǎng)15.2%，通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其它電子

3、設(shè)備制造業(yè)增長(zhǎng)12.0%，電氣機(jī)械及器材制造業(yè)增長(zhǎng)18.1%，化學(xué)纖維制造業(yè)增長(zhǎng)2.2%。6大高耗能行業(yè)比2007年增長(zhǎng)10.0%，其中，非金屬礦物制品業(yè)增長(zhǎng)16.9%，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)增長(zhǎng)8.2%，化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)增長(zhǎng)10.0%，有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)增長(zhǎng)12.3%，電力熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)增長(zhǎng)8.6%，石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)增長(zhǎng)4.3%。高技術(shù)制造業(yè)增加值比2007年增長(zhǎng)14.0%。 2008年，我國(guó)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值17071億元，比2007年增長(zhǎng)7.1%。全國(guó)具有資質(zhì)等級(jí)的總承包和專業(yè)承包建筑業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)1756億元，增長(zhǎng)12.5%，其中國(guó)有及國(guó)有控股企業(yè)509億元

4、，增長(zhǎng)21.8%；上繳稅金2058億元，增長(zhǎng)20.0%，其中國(guó)有及國(guó)有控股企業(yè)771億元，增長(zhǎng)24.7%。 利用外資方面，一直以來(lái)制造業(yè)均居于主導(dǎo)地位。2008年，制造業(yè)利用外資項(xiàng)目個(gè)數(shù)達(dá)到11568個(gè)，占全部利用外資項(xiàng)目個(gè)數(shù)的42.04%，比2007年減少39.73%；實(shí)際使用外資金額498.9億美元，占全部實(shí)際利用外資額的54%，比2007年減少22.10%。 二、優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)優(yōu)勢(shì)（1）我國(guó)勞動(dòng)力成本低，在勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品領(lǐng)域占優(yōu)勢(shì)，競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。而且中國(guó)的勞動(dòng)力素質(zhì)也比較高，比如，在廣東、浙江一帶的勞動(dòng)力都是農(nóng)村出來(lái)的高中生，這些人的素質(zhì)相當(dāng)不錯(cuò)； （2）我國(guó)潛在消費(fèi)市場(chǎng)大，能夠容納這些產(chǎn)

5、品，促進(jìn)這些產(chǎn)品很快地形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。通常，一個(gè)國(guó)家的產(chǎn)品首先要在國(guó)內(nèi)銷售，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到一定的產(chǎn)量規(guī)模以后，再走向國(guó)際市場(chǎng)。中國(guó)這么大的國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、發(fā)展創(chuàng)造了基本條件； （3）制造業(yè)基礎(chǔ)比較完善。改革開(kāi)放20多年來(lái)，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體和支柱性產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)為今后我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展面臨的國(guó)際和國(guó)內(nèi)環(huán)境發(fā)生了深刻變化，加入世貿(mào)組織，使我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體制改革和對(duì)外開(kāi)放進(jìn)入到一個(gè)更加廣闊和深層次的階段； （4）制造業(yè)生產(chǎn)比較集中，大部分分布在相關(guān)資源較為豐富的地區(qū)。國(guó)家十分重視制造業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，

6、因此我國(guó)好多大型制造業(yè)的生產(chǎn)資源基礎(chǔ)比較好，并且在經(jīng)濟(jì)調(diào)控中的市場(chǎng)導(dǎo)向作用也很有利于制造業(yè)的發(fā)展。 劣勢(shì)（1）技術(shù)開(kāi)發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱； （2）企業(yè)缺乏活力； （3）管理機(jī)制、管理思想落后，阻礙了生產(chǎn)力的發(fā)展； （4）市場(chǎng)機(jī)制不完善，競(jìng)爭(zhēng)不完全；我們不具備市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)所需的基本的法律； （5）重制造，輕研發(fā)；我們?cè)S多產(chǎn)品產(chǎn)量都居世界第一位，做得雖然很大，但是研發(fā)很多都是從國(guó)外引進(jìn)來(lái)的。比如彩色電視機(jī)，我們的顯像管都是買(mǎi)進(jìn)的，雖然對(duì)買(mǎi)進(jìn)的技術(shù)作了改進(jìn)，不會(huì)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面產(chǎn)生糾紛，但是我們沒(méi)有原創(chuàng)技術(shù)； （6）產(chǎn)品缺乏世界品牌； （7）機(jī)械化程度不高，效率低下。 三、國(guó)內(nèi)外的差距1、結(jié)構(gòu)不合理我國(guó)裝

7、備制造業(yè)普通產(chǎn)品總量過(guò)剩，而體現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)力的重大技術(shù)裝備卻不能滿足要求。機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)出口逆差逐年加大,長(zhǎng)期以來(lái)缺乏具有工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)成套和工程總承包能力的工程公司，致使大量附加值較高的成套裝備市場(chǎng)不得不讓給外商。 我們現(xiàn)在很多單體設(shè)備做得不錯(cuò)，但缺乏成套設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不行。比如在寶鋼，設(shè)備都是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的，但整個(gè)系統(tǒng)卻標(biāo)著SMS（德國(guó)西馬克）。這種整個(gè)系統(tǒng)的成套所攝取的附加值一般是20%以上，也就是說(shuō)，我們有20%以上的這種高附加值都被國(guó)外的公司白白拿走了。這就是結(jié)構(gòu)問(wèn)題，單體設(shè)備做得很好，但成套能力差，這就是真實(shí)的差距。 2、生產(chǎn)效率低我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)品技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)和管理技術(shù)的研究、應(yīng)用與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家

8、相比有較大差距，特別是在勞動(dòng)生產(chǎn)率、工業(yè)增加值率、能源消耗等方面的差距更大。2000年，我國(guó)制造業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率為3.82萬(wàn)元/人年，約為美國(guó)的4.38% 、日本的4.07% 、德國(guó)的5.56%；我國(guó)制造業(yè)的增加值率為26.23%。自動(dòng)化和生產(chǎn)率的提高和就業(yè)率沒(méi)有關(guān)系。技術(shù)創(chuàng)新薄弱已成為制約我國(guó)由世界加工基地轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜缰圃旎氐年P(guān)鍵因素。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 第一，大部分技術(shù)依賴從國(guó)外引進(jìn)。 主要機(jī)械產(chǎn)品的大部分技術(shù)依靠從國(guó)外引進(jìn)，原創(chuàng)性產(chǎn)品和技術(shù)極少；而企業(yè)又不能處理好引進(jìn)、消化、吸收和自主創(chuàng)新的關(guān)系，缺乏消化吸收及創(chuàng)新的資金和優(yōu)秀人才，基本停留在仿制、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的低層次階段，尚未形成自主開(kāi)發(fā)

9、的良性循環(huán)，有些技術(shù)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后還要重復(fù)引進(jìn)。 第二，裝備制造業(yè)發(fā)展嚴(yán)重滯后。 裝備制造業(yè)是制造業(yè)的核心，制造業(yè)技術(shù)水平的提高很大程度上取決于裝備的現(xiàn)代化。我國(guó)裝備制造業(yè)占制造業(yè)的比重明顯偏低，發(fā)展嚴(yán)重滯后，已帶來(lái)嚴(yán)重后果。其嚴(yán)重滯后有兩個(gè)突出的表現(xiàn)： （1）國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需要的裝備已形成依賴進(jìn)口的局面。2001年，全國(guó)進(jìn)口裝備制造業(yè)產(chǎn)品額1100億美元左右，占全國(guó)外貿(mào)進(jìn)口總額的48%左右，出口為1000億美元左右，占全國(guó)外貿(mào)出口總額的38%左右，進(jìn)出口逆差為100億美元左右。2001年當(dāng)年進(jìn)口用匯折合人民幣9130億元左右，加上各種費(fèi)用可達(dá)10000億元左右，而當(dāng)年全國(guó)固定資產(chǎn)

10、投資中設(shè)備、工具、器具購(gòu)置費(fèi)只有8834億元。雖然進(jìn)口設(shè)備不完全用于固定資產(chǎn)投資，但進(jìn)口設(shè)備仍占國(guó)家建設(shè)投資中的很大部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，光纖制造裝備的100%、集成電路芯片制造裝備的85%、大型成套石油化工裝備的80%、轎車工業(yè)裝備、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械和膠印設(shè)備的70%由進(jìn)口產(chǎn)品占領(lǐng)。 （2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成套能力薄弱。成套能力和成套水平是裝備制造技術(shù)水平最直觀、最集中的表現(xiàn)。改革開(kāi)放20年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、合作設(shè)計(jì)、合作生產(chǎn)、自主開(kāi)發(fā)等多條途徑，已能生產(chǎn)大批高水平、高質(zhì)量的單機(jī)產(chǎn)品，但由于對(duì)工藝流程研究不夠，沒(méi)有掌握系統(tǒng)成套技術(shù)，缺乏一批具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)成套和工程總承包能力的供應(yīng)商，大量的成套設(shè)備市

11、場(chǎng)不得不拱手讓給外商。常常是大部分，甚至90%的單機(jī)由國(guó)內(nèi)企業(yè)制造，但大部分利潤(rùn)卻被外商拿走。就中國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀，你有什么想法？舉例導(dǎo)入舉例分析說(shuō)明結(jié)合實(shí)例分析討論法分析結(jié)合實(shí)際舉例舉例分析提問(wèn)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(wèn)導(dǎo)言檢查學(xué)生出勤同學(xué)們，你們了解的先進(jìn)制造技術(shù)有哪些？任務(wù)二 先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵與特征先進(jìn)制造技術(shù)(Advanced Manufacturing Technology，簡(jiǎn)稱為AMT）是指微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來(lái)的種種變化與新型系統(tǒng)。具體地說(shuō)，就是指集機(jī)械工程技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體所產(chǎn)生的技術(shù)

12、、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。主要包括：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、集成制造系統(tǒng)等。AMT是制造業(yè)企業(yè)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必要條件之一，但并非充分條件，其優(yōu)勢(shì)還有賴于能充分發(fā)揮技術(shù)威力的組織管理，有賴于技術(shù)、管理和人力資源的有機(jī)協(xié)調(diào)和融合。一、什么是先進(jìn)制造技術(shù)(AMT)先進(jìn)制造技術(shù)(Advanced Manufacturing Technology),人們往往用AMT來(lái)概括由于微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來(lái)的種種變化與新型系統(tǒng)。具體地說(shuō)，就是指集機(jī)械工程技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體所產(chǎn)生的技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。主要包括：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、集成

13、制造系統(tǒng)等。AMT是制造業(yè)企業(yè)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必要條件之一，但并非充分條件，其優(yōu)勢(shì)還有賴于能充分發(fā)揮技術(shù)威力的組管理，有賴于技術(shù)、管理和人力資源的有機(jī)協(xié)調(diào)和融合。 二、主體技術(shù)群它包括兩個(gè)基本部分:有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝技術(shù)。 (1)面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)群面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)群系指用于生產(chǎn)準(zhǔn)備(制造準(zhǔn)備)的工具群和技術(shù)群。設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)費(fèi)用、產(chǎn)品質(zhì)量以及新產(chǎn)品上市時(shí)間都有很大影響。產(chǎn)品和制造工藝的設(shè)計(jì)可以采用一系列工具,例如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)以及工藝過(guò)程建模和仿真等,生產(chǎn)設(shè)施、裝備和工具,甚至整個(gè)制造企業(yè)都可以采用先進(jìn)技術(shù)更有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)。近幾年發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品和工藝的并行設(shè)計(jì)具有雙重

14、目的,一是縮短新產(chǎn)品上市的周期,二是可以將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢物減少到最低程度,使最終產(chǎn)品成為可回收、可再利用的,因此對(duì)實(shí)現(xiàn)面向保護(hù)環(huán)境的制造而言是必不可少的。 (2)制造工藝技術(shù)群(加工和裝配技術(shù)群)制造工藝技術(shù)群是指用于物質(zhì)產(chǎn)品(物理實(shí)體產(chǎn)品)生產(chǎn)的過(guò)程及設(shè)備。例如,模塑成形、鑄造、沖壓、磨削等。隨著高新技術(shù)的不斷滲入,傳統(tǒng)的制造工藝和裝備正在產(chǎn)生質(zhì)的變化。制造工藝技術(shù)群是有關(guān)加工和裝配的技術(shù),也是制造技術(shù)或稱生產(chǎn)技術(shù)的傳統(tǒng)領(lǐng)域。 先進(jìn)制造技術(shù)(Advanced Manufacturing Technique，縮寫(xiě)AMT)，AMT是中國(guó)1995年列入為提高工業(yè)質(zhì)量及效益的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)推廣項(xiàng)目，該

15、技術(shù)廣涉信息、機(jī)械、電子、材料、能源、管理等方面的知識(shí)。因此，該技術(shù)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用。就目前世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)看，以美國(guó)、日本、西歐為代表的工業(yè)化國(guó)家在AMT上都有雄厚的實(shí)力。 AMT發(fā)展歷程: 人類漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展中，使用工具、制造工具進(jìn)行產(chǎn)品制造是基本生產(chǎn)活動(dòng)之一。直到18世紀(jì)中葉產(chǎn)業(yè)革命以前，制造都是手工作業(yè)和作坊式生產(chǎn)。 產(chǎn)業(yè)革命中誕生的能源機(jī)器（蒸汽機(jī)）、作業(yè)機(jī)器（織機(jī)）和工具機(jī)器（機(jī)床），為制造活動(dòng)提供了能源和技術(shù)，并開(kāi)拓了新的產(chǎn)品市場(chǎng)。 經(jīng)過(guò)100多年的技術(shù)積累和市場(chǎng)開(kāi)拓，到19世紀(jì)末制造業(yè)已初步形成。其主要生產(chǎn)方式是機(jī)械化加電氣化的批量生產(chǎn)。 20世紀(jì)上半葉

16、，以機(jī)械技術(shù)和機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的制造業(yè)的生產(chǎn)空前發(fā)展。以大批量生產(chǎn)為主的機(jī)械制造業(yè)成為制造活動(dòng)的主體。 20世紀(jì)中葉（1946年）電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世。 在計(jì)算機(jī)誕生2年后，由于飛機(jī)制造（飛機(jī)蒙皮壁板、梁架）的需要，在美國(guó)發(fā)明了數(shù)字控制（NC）機(jī)床。不久計(jì)算機(jī)又開(kāi)始用于輔助編制NC機(jī)床的加工程序，推出了自動(dòng)編程工具APT語(yǔ)言（Automatically Programmed tools），此后CNC、DNC、FMC、FMS、CAX、MIS、MRP、MRPII、ERP、PDM、Web-M等數(shù)字化制造技術(shù)相繼問(wèn)世和應(yīng)用。 先進(jìn)制造技術(shù)是一門(mén)綜合性、交叉性前沿學(xué)科和技術(shù)，學(xué)科跨度大，內(nèi)容廣泛，涉及制造

17、業(yè)生產(chǎn)與技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理、設(shè)計(jì)、制造、市場(chǎng)各個(gè)方面。先進(jìn)制造技術(shù)就是在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)與機(jī)、光、電一體化技術(shù)等方面的最新進(jìn)展，不斷發(fā)展完善。 三、支撐技術(shù)群支撐技術(shù)群是指支持設(shè)計(jì)和制造工藝兩方面取得進(jìn)步的基礎(chǔ)性的核心技術(shù)?；镜纳a(chǎn)過(guò)程需要一系列的支撐技術(shù),諸如:測(cè)試和檢驗(yàn)、物料搬運(yùn)、生產(chǎn)(作業(yè))計(jì)劃的控制以及包裝等。它們也是用于保證和改善主體技術(shù)的協(xié)調(diào)運(yùn)行所需的技術(shù),是工具、手段和系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)技術(shù)。支撐技術(shù)群包括: (1)信息技術(shù):接口和通信、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、集成框架、軟件工程人工智能、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策支持系統(tǒng)。 (2)標(biāo)準(zhǔn)和框架：數(shù)據(jù)標(biāo)

18、準(zhǔn)、產(chǎn)品定義標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、接口框架。 (3)機(jī)床和工具技術(shù)。 (4)傳感器和控制技術(shù)：?jiǎn)螜C(jī)加工單元和過(guò)程的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器和傳感器組合、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。 (5)其它 四、制造技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施制造技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施是指為了管理好各種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)群的開(kāi)發(fā)并鼓勵(lì)這些技術(shù)在整個(gè)國(guó)家工業(yè)(基地)內(nèi)推廣應(yīng)用而采取的各種方案和機(jī)制。由于技術(shù)只有應(yīng)用適當(dāng)?shù)貢?huì)產(chǎn)生效用,所以其技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的各要素和基本技術(shù)本身同樣重要。這些要素包括了車間工人、工程技術(shù)人員和管理人員在各種先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和方案方面的培訓(xùn)和教育,這些技術(shù)和方案將提高企業(yè)的生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力?？梢哉f(shuō),制造技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施是使制造技術(shù)適應(yīng)具體企業(yè)應(yīng)用環(huán)境充分發(fā)揮

19、其功能、取得最佳效益的一系列措施,是使先進(jìn)的制造技術(shù)與企業(yè)組織管理體制和使用技術(shù)的人員協(xié)調(diào)工作的系統(tǒng)工程,是先進(jìn)制造技術(shù)生長(zhǎng)和壯大的土壤,因而是其不可分割的一個(gè)組成部分。先進(jìn)制造技術(shù)是促進(jìn)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。 五、先進(jìn)制造技術(shù)的提出及背景1993年，美國(guó)政府批準(zhǔn)了由聯(lián)邦科學(xué)、工程與技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)（FCCSET）主持實(shí)施的先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（Advanced Manufacturing TechnologyAMT）計(jì)劃 先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（Advanced Manufacturing TechnologyAMT)是美國(guó)根據(jù)本國(guó)制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,為增強(qiáng)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),首先提出

20、了先進(jìn)制造技術(shù)(Advanced Manufacturing Technology)的概念。此后,歐洲各國(guó)、日本以及亞洲新興工業(yè)化國(guó)家如韓國(guó)等也相繼作出響應(yīng)。 六、先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)(1)先進(jìn)制造技術(shù)是制造技術(shù)的最新發(fā)展階段,是面向21世紀(jì)的技術(shù),制造業(yè)是社會(huì)物質(zhì)文明的保證,是與人類社會(huì)一起動(dòng)態(tài)發(fā)展的,因此,制造技術(shù)必然也將隨著科技進(jìn)步而不斷更新。先進(jìn)制造技術(shù)是制造技術(shù)的最新發(fā)展階段,是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展而來(lái),保持了過(guò)去制造技術(shù)中的有效要素;但隨著高新技術(shù)的滲入和制造環(huán)境的變化,已經(jīng)產(chǎn)生了質(zhì)的變化,先進(jìn)制造技術(shù)是制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的一個(gè)完整的技術(shù)群,是一類具有明確范疇的新的技術(shù)

21、領(lǐng)域,是面向21世紀(jì)的技術(shù)。 (2)先進(jìn)制造技術(shù)是面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù),先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)能適合于在工業(yè)企業(yè)推廣并可取得很好的經(jīng)濟(jì)效益,先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展往往是針對(duì)某一具體的制造業(yè)(如汽車工業(yè)、電子工業(yè))的需求而發(fā)展起來(lái)的適用的先進(jìn)制造技術(shù),有明顯的需求導(dǎo)向的特征。先進(jìn)制造技術(shù)不是以追求技術(shù)的高新度為目的,而是注重產(chǎn)生最好的實(shí)踐效果,以提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和綜合實(shí)力為目標(biāo)。 (3)先進(jìn)制造技術(shù)是面向全球競(jìng)爭(zhēng)的目前每一國(guó)家都處于全球化市場(chǎng)中。一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)制造技術(shù)是支持該國(guó)制造業(yè)在全球范圍市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此,先進(jìn)制造技術(shù)的主體應(yīng)具有世界水平。但是,每個(gè)國(guó)家的國(guó)情也將影響到從現(xiàn)有的制造技術(shù)

22、水平向先進(jìn)制造技術(shù)的過(guò)渡戰(zhàn)略和措施。我國(guó)正在以前所未有的速度進(jìn)入全球化的國(guó)際市場(chǎng),開(kāi)發(fā)和應(yīng)用適合國(guó)情的先進(jìn)制造技術(shù)勢(shì)在必行。 七、其先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)1 成組技術(shù)(GT) 成組技術(shù)(GT)揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準(zhǔn)則分類成組，同組事物采用同一方法進(jìn)行處理，以便提高效益的技術(shù)，稱為成組技術(shù)。在機(jī)械制造工程中，成組技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ)，將成組哲理用于設(shè)計(jì)、制造和管理等整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，改變多品種小批量生產(chǎn)方式，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。 成組技術(shù)的核心是成組工藝，它是將結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近似的零件組成一個(gè)零件族(組)，按零件族制定工藝進(jìn)行加工，擴(kuò)大批量、減少品種、便于采用高效方法

23、、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎(chǔ)，在制造、裝配等生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等方面所導(dǎo)出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。 2 敏捷制造(AM) 敏捷制造(AM)是指企業(yè)實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的一種制造哲理和生產(chǎn)模式。敏捷制造包括產(chǎn)品制造機(jī)械系統(tǒng)的柔性、員工授權(quán)、制造商和供應(yīng)商關(guān)系、總體品質(zhì)管理及企業(yè)重構(gòu)。敏捷制造是借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造有多個(gè)企業(yè)參加的“VM”環(huán)境，以競(jìng)爭(zhēng)合作的原則，在虛擬制造環(huán)境下動(dòng)態(tài)選擇合作伙伴，組成面向任務(wù)的虛擬公司，進(jìn)行快速和最佳生產(chǎn)。 3 并行工程(CE) 并行工程(CE

24、)是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化的工作模式。在傳統(tǒng)的串行開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)中的問(wèn)題或不足，要分別在加工、裝配或售后服務(wù)中才能被發(fā)現(xiàn)，然后再修改設(shè)計(jì)，改進(jìn)加工、裝配或售后服務(wù)(包括維修服務(wù))。而并行工程就是將設(shè)計(jì)、工藝和制造結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)并行作業(yè)，大大縮短生產(chǎn)周期。 4 快速成型技術(shù)(RPM) 快速成型技術(shù)(RPM)是集CAD/CAM技術(shù)、激光加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和新材料等技術(shù)領(lǐng)域的最新成果于一體的零件原型制造技術(shù)。它不同于傳統(tǒng)的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一層一層積累的方式構(gòu)造零件模型。它利用所要制造零件的三維CAD模型數(shù)據(jù)

25、直接生成產(chǎn)品原型，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造產(chǎn)品原型。由于該技術(shù)不像傳統(tǒng)的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的制造時(shí)間減少為幾天、幾小時(shí)，大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，減少了開(kāi)發(fā)成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的決速發(fā)展和三維CAD軟件應(yīng)用的不斷推廣，越來(lái)越多的產(chǎn)品基于三維CAD設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，使得快速成型技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能?？焖俪尚渭夹g(shù)已廣泛應(yīng)用于宇航、航空、汽車、通訊、醫(yī)療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業(yè)造型(雕刻)、建筑模型、機(jī)械行業(yè)等領(lǐng)域。 5 虛擬制造技術(shù)(VMT) 虛擬制造技術(shù)(VMT)以計(jì)算機(jī)支持的建模、仿真技術(shù)為前提，對(duì)設(shè)計(jì)、加工制造、裝配等全過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一建模

26、，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)并行模擬出產(chǎn)品未來(lái)制造全過(guò)程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)出產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造技術(shù)、產(chǎn)品的可制造性與可裝配性，從而更有效地、更經(jīng)濟(jì)地靈活組織生產(chǎn)，使工廠和車間的設(shè)計(jì)布局更合理、有效，以達(dá)到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化。虛擬制造技術(shù)填補(bǔ)了CAD/ CAM技術(shù)與生產(chǎn)全過(guò)程、企業(yè)管理之間的技術(shù)缺口，把產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)、作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、制造過(guò)程、庫(kù)存管理、成本1核算、零部件采購(gòu)等企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)在產(chǎn)品投入之前就在計(jì)算機(jī)上加以顯示和評(píng)價(jià)，使設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員在產(chǎn)品真實(shí)制造之前，通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬產(chǎn)品來(lái)預(yù)見(jiàn)可能發(fā)生的問(wèn)題和后果。虛擬制造系統(tǒng)的關(guān)鍵

27、是建模，即將現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的物理系統(tǒng)映射為計(jì)算機(jī)環(huán)境下的虛擬系統(tǒng)。虛擬制造系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品是虛擬產(chǎn)品，但具有真實(shí)產(chǎn)品所具有的一切特征。 6 智能制造(IM) 智能制造(IM)是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門(mén)綜合技術(shù)。其具體表現(xiàn)為：智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能測(cè)量與診斷等。它強(qiáng)調(diào)通過(guò)“智能設(shè)備”和“自治控制”來(lái)構(gòu)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。 智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學(xué)習(xí)與自我優(yōu)化能力、自修復(fù)能力，因而適應(yīng)性極強(qiáng)，而且由于采用VR技術(shù)，人機(jī)界面更加友好。因此，智能制造技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)對(duì)于

28、提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本，提高制造業(yè)市場(chǎng)應(yīng)變能力、國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)民生活水準(zhǔn)，具有重要意義。 八、制造技術(shù)的進(jìn)步制造技術(shù)是制造業(yè)所使用的一切生產(chǎn)技術(shù)的總稱，是將原材料和其他生產(chǎn)要素經(jīng)濟(jì)合理地轉(zhuǎn)化為可直接使用的具有較高附加值的成品/半成品和技術(shù)服務(wù)的技術(shù)群。近兩百年來(lái).在市場(chǎng)需求不斷變化的驅(qū)動(dòng)下，制造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模沿著“小批量少品種、大批量多品種、變批量”的方向發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的推動(dòng)下，制造業(yè)的資源配置沿著“勞動(dòng)密集設(shè)備密集信息密集知識(shí)密集”的方向發(fā)展。與之相適應(yīng)，制造技術(shù)的生產(chǎn)方式沿著“手工機(jī)械化單機(jī)自動(dòng)化。剛性流水自動(dòng)化柔性自動(dòng)化智能自動(dòng)化”的方向發(fā)展。從而推動(dòng)了制造業(yè)的不斷發(fā)

29、展，促進(jìn)了制造業(yè)的不斷進(jìn)步。 舉例導(dǎo)入舉例分析說(shuō)明結(jié)合實(shí)例分析討論法分析結(jié)合實(shí)際舉例舉例分析提問(wèn)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(wèn)導(dǎo)言檢查學(xué)生出勤中國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀？任務(wù)三 虛擬建模技術(shù)虛擬仿真（Virtual Reality），仿真（simulation）技術(shù)，或稱為模擬技術(shù)，就是用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。 工程力學(xué)（虛擬仿真方向），隸屬于遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)院現(xiàn)有3個(gè)本科專業(yè)之一，本專業(yè)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)專業(yè)，注重力學(xué)與計(jì)算機(jī)兩大領(lǐng)域的交叉與結(jié)合，重點(diǎn)培養(yǎng)方向是工程中力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算與仿真。 一、原理虛擬仿真實(shí)際上是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（Virtual Wor

30、ld）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。此種虛擬世界由計(jì)算機(jī)生成，可以是現(xiàn)實(shí)世界的再現(xiàn)，亦可以是構(gòu)想中的世界，用戶可借助視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及觸覺(jué)等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界,并通過(guò)頭盔顯示器（HMD）、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，提供用戶一個(gè)觀測(cè)與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與并探索仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。VR技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、視覺(jué)生理學(xué)、視覺(jué)心理學(xué)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、軟件工程、語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工

31、智能技術(shù)等多種高新技術(shù)集成之結(jié)晶。其逼真性和實(shí)時(shí)交互性為系統(tǒng)仿真技術(shù)提供有力的支撐。 二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義虛擬與現(xiàn)實(shí)兩詞具有相互矛盾的含義，把這兩個(gè)詞放在一起，似乎沒(méi)有意義，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻賦予了它新的含義。虛擬現(xiàn)實(shí)的明確定義不太好說(shuō)，按最早提出虛擬現(xiàn)實(shí)概念的學(xué)者J.Laniar的說(shuō)法，虛擬現(xiàn)實(shí)，又稱假想現(xiàn)實(shí)，意味著“用電子計(jì)算機(jī)合成的人工世界”。從此可以清楚地看到，這個(gè)領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)有著不可分離的密切關(guān)系，信息科學(xué)是合成虛擬現(xiàn)實(shí)的基本前提。生成虛擬現(xiàn)實(shí)需要解決以下三個(gè)主要問(wèn)題： 以假亂真的存在技術(shù)。即，怎樣合成對(duì)觀察者的感官器官來(lái)說(shuō)與實(shí)際存在相一致的輸入信息，也就是如何可以產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)環(huán)境

32、一樣的視覺(jué)，觸覺(jué)，嗅覺(jué)等。 相互作用。觀察者怎樣積極和能動(dòng)地操作虛擬現(xiàn)實(shí)，以實(shí)現(xiàn)不同的視點(diǎn)景象和更高層次的感覺(jué)信息。實(shí)際上也就是怎么可以看得更像，聽(tīng)得更真等等。 自律性現(xiàn)實(shí)。感覺(jué)者如何在不意識(shí)到自己動(dòng)作、行為的條件下得到栩栩如生的現(xiàn)實(shí)感。在這里，觀察者、傳感器、計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)相互作用的閉環(huán)流程。 今天，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)發(fā)展成一門(mén)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、精密傳感機(jī)構(gòu)、人機(jī)接口及實(shí)時(shí)圖像處理等領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分虛擬實(shí)景（境）技術(shù)（如虛擬游覽故宮博物館）與虛擬虛景（境）技術(shù)（如虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境生成、虛擬設(shè)計(jì)的波音777飛機(jī)等）兩大類。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和交叉領(lǐng)域非常廣泛，幾乎

33、到了無(wú)所不包、無(wú)孔不入的地步，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)作戰(zhàn)指揮模擬，飛機(jī)、船舶、車輛虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛訓(xùn)練，飛機(jī)、導(dǎo)彈、輪船與轎車的虛擬制造（含系統(tǒng)的虛擬設(shè)計(jì)），虛擬現(xiàn)實(shí)建筑物的展示與參觀，虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)培訓(xùn)，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，虛擬現(xiàn)實(shí)影視藝術(shù)等等方面的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的形成都有強(qiáng)烈的市場(chǎng)需求和技術(shù)驅(qū)動(dòng)。權(quán)威人士斷言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是21世紀(jì)信息技術(shù)的代表。它的發(fā)展，不僅從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞剑瑒诤鸵輰⒄嬲Y(jié)合起來(lái)，人們?cè)谙硎墉h(huán)境中工作，在工作過(guò)程中得到享受；而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與美術(shù)、音樂(lè)等文化藝術(shù)的結(jié)合，將誕生人類的第九藝術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成為可能。所以

34、，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢(shì)為單機(jī)桌面和互聯(lián)網(wǎng)兩種主要方式，因此，它對(duì)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也有很大的刺激作用。 在喧鬧都市的辦公室中忙碌了一天的人們，多么希望自己能一步跨入一個(gè)熱帶天堂?；孟胍黄煌麩o(wú)邊的海灘，挽起褲腿站在水邊，任憑海浪輕撫腳面，椰林隨風(fēng)清唱，海鷗自由翱翔，太陽(yáng)在天際徐徐落下，余暉把海面染紅。這種想象能使許多人忘卻疲勞，他們?cè)谛闹袆?chuàng)造了一個(gè)使自己心曠神怡的幻境。但是如果那景象三維立體、細(xì)致入微，如果你能看到自己用手拾起一片貝殼，這個(gè)幻境就會(huì)變得活靈活現(xiàn)，你就會(huì)認(rèn)為自己實(shí)際已去過(guò)了那個(gè)海島?，F(xiàn)在，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“休息機(jī)”可以為人們提供這種跨越空間的手段。

35、三、虛擬仿真的特點(diǎn)具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）和構(gòu)想性（imagination），使人們能沉浸其中，超越其上，出入自然，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境。 目前業(yè)界很多虛擬現(xiàn)實(shí)公司只能提供三維漫游等簡(jiǎn)單的視景開(kāi)發(fā)支持，其擁有的幾何模型干涉檢查、交互操作支持等也非常簡(jiǎn)單，而為此特殊開(kāi)發(fā)的專用模塊不但價(jià)格昂貴，且源代碼有限開(kāi)放難以滿足用戶個(gè)性化開(kāi)發(fā)應(yīng)用需求。真正的虛擬仿真應(yīng)提供復(fù)雜場(chǎng)景圖形、聲音、交互操作、干涉檢查等多方面的支持，從而可以簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，提供應(yīng)用系統(tǒng)的功能和性能。平臺(tái)系統(tǒng)表現(xiàn)為一個(gè)視景和聲音開(kāi)發(fā)支撐平臺(tái)和多個(gè)開(kāi)發(fā)支持工具（幾何對(duì)象干涉檢查工

36、具包、通用虛擬手開(kāi)發(fā)工具包、粒子生成與控制工具、不規(guī)則幾何體構(gòu)造工具、流場(chǎng)可視化工具包）?？梢詾橛脩籼峁└黝怴R應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。概括地說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。 虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即

37、人是這種環(huán)境的主宰。 四、虛擬仿真的應(yīng)用虛擬仿真在城市規(guī)劃中的應(yīng)用 城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個(gè)方面，并帶來(lái)切實(shí)且可觀的利益： 展現(xiàn)規(guī)劃方案虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來(lái)強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過(guò)其數(shù)據(jù)接口在實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理，有利于設(shè)計(jì)與管理人員對(duì)各種規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)與方案評(píng)審。 規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn) 虛擬現(xiàn)實(shí)所建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求建立逼真的三維

38、場(chǎng)景，對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。用戶在三維場(chǎng)景中任意漫游，人機(jī)交互，這樣很多不易察覺(jué)的設(shè)計(jì)缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無(wú)可挽回的損失與遺憾，大大提高了項(xiàng)目的評(píng)估質(zhì)量。 加快設(shè)計(jì)速度運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可。從而大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金，提供合作平臺(tái) 。 虛擬仿真在地產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用 通過(guò)樓盤(pán)虛擬可體現(xiàn)樓盤(pán)在未來(lái)的真實(shí)景觀、周邊的環(huán)境及配套設(shè)施，可以驗(yàn)證客戶所購(gòu)買(mǎi)的單位與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系、通過(guò)該戶型的窗戶可真切的看

39、到未來(lái)屬于自己的景觀。給客戶提供一種嶄新的方式展示、宣傳樓盤(pán)；完美體現(xiàn)了客戶的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)第一人稱角色切換，給予購(gòu)房者以真實(shí)在場(chǎng)，親臨其景的感受；在同一角度，對(duì)同一戶型嘗試不同的裝潢設(shè)計(jì)；實(shí)時(shí)變換房間的裝修材料，使購(gòu)房者體驗(yàn)不同的裝修風(fēng)格設(shè)計(jì)。 虛擬仿真在數(shù)字校園方面的應(yīng)用 通過(guò)三維仿真技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要在校園生活各個(gè)方面的滲透和融合，建立了基于GIS平臺(tái)的三維數(shù)字校園管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)在圖形化、可視化和形象化狀態(tài)下的校園信息查詢定位、教學(xué)教育設(shè)施管理、學(xué)區(qū)規(guī)劃管理和部件管理等。學(xué)校管理部門(mén)能夠通過(guò)系統(tǒng)對(duì)校園的任意角落進(jìn)行全方位的管理和掌控，為可持續(xù)發(fā)展提供解決方法、手段和決策

40、支持；學(xué)生和社會(huì)大眾可以通過(guò)該系統(tǒng)了解學(xué)校的詳細(xì)情況，是學(xué)校面向社會(huì)宣傳的快速通道。 虛擬仿真在旅游業(yè)的應(yīng)用 隨著科技的高速發(fā)展虛擬旅游逐漸走入人們的生活，凡拓公司利用虛擬現(xiàn)技術(shù)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和制作的仿真場(chǎng)景到達(dá)自己想去的地方。這就是虛擬旅游，凡拓公司是通過(guò)實(shí)地拍照，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為基礎(chǔ)，真實(shí)的再現(xiàn)旅游景點(diǎn)。讓人們通過(guò)VR場(chǎng)景的漫游了解和體驗(yàn)旅游景點(diǎn)。 五、虛擬仿真在娛樂(lè)、藝術(shù)與教育方面的應(yīng)用豐富的感覺(jué)能力與3D顯示環(huán)境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂(lè)方面對(duì)VR的真實(shí)感要求不是太高，故近些年來(lái)VR在該方面發(fā)展最為迅猛。如Chicago（芝加哥）開(kāi)放了世界上第一臺(tái)大型可供多人使用的VR娛樂(lè)系

41、統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場(chǎng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)；英國(guó)開(kāi)發(fā)的稱為“Virtuality”的VR游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強(qiáng)了真實(shí)感；1992年的一臺(tái)稱為“Legeal Qust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能，使計(jì)算機(jī)具備了自學(xué)習(xí)功能，大大增強(qiáng)了趣味性及難度，使該系統(tǒng)獲該年度VR產(chǎn)品獎(jiǎng)。另外在家庭娛樂(lè)方面VR也顯示出了很好的前景。 工程力學(xué)(虛擬仿真工程) 本專業(yè)設(shè)有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，建立了北京昊華認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)基地、阜礦恒大實(shí)習(xí)基地、阜礦五龍認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)基地。 本專業(yè)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)專業(yè)，注重力學(xué)與計(jì)算機(jī)兩大領(lǐng)域的交叉與結(jié)合，重點(diǎn)培養(yǎng)方向是工程中力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算與仿真。培養(yǎng)適應(yīng)祖國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)需要的德智體全面發(fā)展，專

42、業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)，知識(shí)結(jié)構(gòu)合理，掌握高科技知識(shí)，勇于創(chuàng)新，從事虛擬仿真工程設(shè)計(jì)、研究、開(kāi)發(fā)的應(yīng)用型技術(shù)人才。學(xué)生畢業(yè)后，主要從事計(jì)算力學(xué)、虛擬設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)等方面的理論研究與實(shí)際應(yīng)用。并結(jié)合力學(xué)學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，對(duì)虛擬仿真工程中的力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行理論分析和實(shí)際計(jì)算，提出相應(yīng)的理論依據(jù)，進(jìn)行科學(xué)論證。 培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)適應(yīng)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德、智、體全面發(fā)展，獲得工程師或科學(xué)研究基本訓(xùn)練，基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高，具有較強(qiáng)的英語(yǔ)語(yǔ)言能力、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，較全面地具備工程力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握計(jì)算力學(xué)與虛擬設(shè)計(jì)方法，具有對(duì)工程中相關(guān)力學(xué)計(jì)算問(wèn)題綜合

43、分析和研究的初步能力，并具有虛擬仿真工程設(shè)計(jì)、研究、開(kāi)發(fā)能力的應(yīng)用型高級(jí)專門(mén)人才。 主要課程：理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、有限單元法、大型工程分析軟件及應(yīng)用、虛擬設(shè)計(jì)Pro/E、虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)。 六、虛擬仿真在工業(yè)方面的應(yīng)用當(dāng)今世界工業(yè)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，大規(guī)模人海戰(zhàn)術(shù)早已不再適應(yīng)工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用顯現(xiàn)出巨大的威力，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用正對(duì)工業(yè)進(jìn)行著一場(chǎng)前所未有的革命。虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)企業(yè)提高開(kāi)發(fā)效率，加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少?zèng)Q策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)起到了重要的作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入,將

44、使工業(yè)設(shè)計(jì)的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍,更加符合社會(huì)發(fā)展的需要,可以說(shuō)在工業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可行且必要的。 工業(yè)仿真系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的場(chǎng)景漫游，是真正意義上用于指導(dǎo)生產(chǎn)的仿真系統(tǒng)，它結(jié)合用戶業(yè)務(wù)層功能和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)組建一套完全的仿真系統(tǒng)，可組建B/S、C/S兩種架構(gòu)的應(yīng)用，可與企業(yè)ERP、MIS系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，支持SqlServer、Oracle、MySql等主流數(shù)據(jù)庫(kù)。從而實(shí)現(xiàn)石油工業(yè)仿真、電力考核仿真企業(yè)利用虛擬平臺(tái)，實(shí)時(shí)管理工廠的目的。工業(yè)仿真所涵蓋的范圍很廣，從簡(jiǎn)單的單臺(tái)工作站上的機(jī)械裝配模擬與多人在線協(xié)同演練系統(tǒng)，到利用虛擬環(huán)境管理與控制工廠生產(chǎn)與設(shè)備運(yùn)行。下面僅僅列舉一些工業(yè)仿真的教培

45、與模擬方面的應(yīng)用： 舉例導(dǎo)入舉例分析說(shuō)明結(jié)合實(shí)例分析討論法分析結(jié)合實(shí)際舉例舉例分析提問(wèn)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(wèn)導(dǎo)言小結(jié)作業(yè)檢查學(xué)生出勤中國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀？任務(wù)四 虛擬加工技術(shù) 在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化、貿(mào)易自由化和社會(huì)信息化的形勢(shì)下，制造業(yè)的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略發(fā)生了很大變化，在3060年代企業(yè)追求的是規(guī)模效益，如：美國(guó)福特汽車公司、通用汽車公司相繼采用剛性流水線進(jìn)行大批量生產(chǎn)；70年代更加重視降低生產(chǎn)成本，如：日本豐田公司采用準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)；80年代提高產(chǎn)品質(zhì)量成為主要目標(biāo)；進(jìn)入90年代新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及交貨期成為競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。由此產(chǎn)生了多種多樣的制造哲理，如：精益生產(chǎn)、并行工程、敏捷制造和虛擬制造等

46、，它們各有側(cè)重，從不同角度研究如何增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。而虛擬制造技術(shù)是制造技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)是使用感官組織仿真設(shè)備和真實(shí)或虛幻環(huán)境的動(dòng)態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實(shí)，使人能夠憑借直覺(jué)作用于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬制造（Virtual Manufacturing）技術(shù)是在一個(gè)統(tǒng)一模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程進(jìn)行集成，它將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過(guò)程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過(guò)程的實(shí)體數(shù)字模型之上。其目的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，借助建模與仿真技術(shù)及時(shí)地、并行地、模擬出產(chǎn)品未來(lái)制造過(guò)程乃至產(chǎn)品全生命周期的各

47、種活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等等。從而更加有效地、經(jīng)濟(jì)地、柔性地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，有力地降低由于前期設(shè)計(jì)給后期制造帶來(lái)的回溯更改，達(dá)到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。 重大作用虛擬制造也可以對(duì)想象中的制造活動(dòng)進(jìn)行仿真，它不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，所進(jìn)行的過(guò)程是虛擬過(guò)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(huì)對(duì)未來(lái)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(duì)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 模擬駕駛室全面仿真，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

48、發(fā)展提供了更廣大的空間，同時(shí)也推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。 可加深人們對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，有利于對(duì)其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，即對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、制造系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化配置，推動(dòng)生產(chǎn)力的巨大躍升。 在虛擬制造與現(xiàn)實(shí)制造的相互影響和作用過(guò)程中，可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，而且對(duì)正確作出決策有不可估量的影響。例如：可以對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、交貨期、生產(chǎn)產(chǎn)量等作出預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并改進(jìn)現(xiàn)實(shí)制造過(guò)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(duì)駕駛員、飛行員的培養(yǎng)起到了良好作用，虛擬制造也會(huì)產(chǎn)生類似的作用。例如：可以對(duì)生產(chǎn)人員進(jìn)行操作訓(xùn)練、異常工藝的應(yīng)急處理等。

49、代表性的全新概念虛擬制造”是近幾年由美國(guó)首先提出的一種全新概念。什么是虛擬制造?它包括哪些內(nèi) 虛擬制造在復(fù)雜曲面五軸聯(lián)動(dòng)加工中的應(yīng)用容？這些至今仍然是人們討論的問(wèn)題。很多人曾為虛擬制造進(jìn)行定義，比較有代表性有： 佛羅里達(dá)大學(xué)Gloria J.Wiens的定義是： 虛擬制造是這樣一個(gè)概念，即與實(shí)際一樣在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行制造過(guò)程。其中虛擬模型是在實(shí)際制造之前用于對(duì)產(chǎn)品的功能及可制造性的潛在問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)。 (VM is a concept of executing manufacturing processes in computers as well as in the real world,?whe

50、re ?virtual models?allow for ?prediction of potential problems for product functionality and manufacturability before real manufacturing occurs.)該定義強(qiáng)調(diào)VM“與實(shí)際一樣”“虛擬模型”和“預(yù)測(cè)”，即著眼于結(jié)果。 美國(guó)空軍Wright實(shí)驗(yàn)室的定義是： “虛擬制造是仿真、建模和分析技術(shù)及工具的綜合應(yīng)用，以增強(qiáng)各層制造設(shè)計(jì)和生產(chǎn)決策與控制。(VM is the integrated application of simulation,modeling an

51、d analysis technologies and tools to enhance manufacturing design and production decisions and control at all process levels.)該定義著眼于手段。 馬里蘭大學(xué)Edward Lin&etc定義是： 另一個(gè)有代表性的定義是由馬里蘭大學(xué)Edward Lin&etc給出的，“虛擬制造是一個(gè)用于增強(qiáng)各級(jí)決策與控制的一體化的、綜合性的制造環(huán)境?！?VM is an integrated,synthetic manufacturing environment exercised to

52、enhance all levels of decision and control.),則著眼于環(huán)境。 顯然，上述定義強(qiáng)調(diào)的方面是不同的，甚至也有人認(rèn)為沒(méi)有必要只有一種定義。但是為了討論和交流，普遍認(rèn)為，對(duì)VM進(jìn)行定義是有必要的。 總結(jié)分析綜合目前國(guó)際上有代表性的文獻(xiàn)，對(duì)虛擬制造給出如下定義：虛擬制造是實(shí)際制造過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)，以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過(guò)程，以增強(qiáng)制造過(guò)程各級(jí)的決策與控制能力。 可以看到，“虛擬制造”雖然不是實(shí)際的制造，但卻實(shí)現(xiàn)實(shí)際制造的本質(zhì)過(guò)程，是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬模型來(lái)模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問(wèn)題，提高人們的預(yù)測(cè)和決策水平，使得制造技術(shù)走出主要依賴于經(jīng)驗(yàn)的狹小天地，發(fā)展到了全方位預(yù)報(bào)的新階段。 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)是使用感官組織仿真設(shè)備和真實(shí)或虛幻環(huán)境的動(dòng)態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實(shí)，使人能夠憑借直覺(jué)作用于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬制造（Virtual Manufacturing）技術(shù)是在一個(gè)統(tǒng)一模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程進(jìn)行集成，它將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過(guò)程與