先進(jìn)制造技術(shù)教學(xué)案

WORD格式可編輯專業(yè)知識(shí)整理分享先進(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（developedcountries）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2008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，煤炭開采和洗選業(yè)增加值比2007年增長(zhǎng)19.1%，石油和天然氣開采業(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，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)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，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進(jìn)的，雖然對(duì)買進(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，尚未形成自主開發(fā)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)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)(AdvancedManufacturingTechnology，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)、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)(AdvancedManufacturingTechnology),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)(AdvancedManufacturingTechnique，縮寫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)開發(fā)推廣項(xiàng)目，該技術(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，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（AutomaticallyProgrammedtools），此后CNC、DNC、FMC、FMS、CAX、MIS、MRP、MRPII、ERP、PDM、Web-M等數(shù)字化制造技術(shù)相繼問世和應(yīng)用。先進(jìn)制造技術(shù)是一門綜合性、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)。基本的生產(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)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。可以說(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（AdvancedManufacturingTechnology－AMT）計(jì)劃先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（AdvancedManufacturingTechnology－AMT)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),首先提出了先進(jìn)制造技術(shù)(AdvancedManufacturingTechnology)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)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)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、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)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)的串行開發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)中的問題或不足，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)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)品開發(fā)周期，減少了開發(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，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)見可能發(fā)生的問題和后果。虛擬制造系統(tǒng)的關(guān)鍵是建模，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)的研究開發(fā)對(duì)于提高生產(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)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（VirtualReality），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（VirtualWorld）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、聽覺及觸覺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、視覺生理學(xué)、視覺心理學(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)主要問題：①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)境一樣的視覺，觸覺，嗅覺等。②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信息。實(shí)際上也就是怎么可以看得更像，聽得更真等等。③自律性現(xiàn)實(shí)。感覺者如何在不意識(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，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。現(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。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，而為此特殊開發(fā)的專用模塊不但價(jià)格昂貴，且源代碼有限開放難以滿足用戶個(gè)性化開發(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)視景和聲音開發(fā)支撐平臺(tái)和多個(gè)開發(fā)支持工具（幾何對(duì)象干涉檢查工具包、通用虛擬手開發(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）。可以為用戶提供各類VR應(yīng)用系統(tǒng)的開發(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)樓盤虛擬可體現(xiàn)樓盤在未來(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；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、藝術(shù)與教育方面的應(yīng)用豐富的感覺能力與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）開放了世界上第一臺(tái)大型可供多人使用的VR娛樂系統(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“LegealQust”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)算問題綜合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、開發(fā)能力的應(yīng)用型高級(jí)專門人才。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30～60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，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)（VirtualReality）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（VirtualManufacturing）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\(zhòng)o"查看圖片"

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?！窨杉由钊藗儗?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?！裨谔摂M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。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)\o"查看圖片"

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)GloriaJ.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題進(jìn)行預(yù)測(cè)。(VMisaconceptofexecutingmanufacturingprocessesincomputersaswellasintherealworld,?where?virtualmodels?allowfor?predictionofpotentialproblemsforproductfunctionalityandmanufacturabilitybeforerealmanufacturingoccurs.)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。(VMistheintegratedapplicationofsimulation,modelingandanalysistechnologiesandtoolstoenhancemanufacturingdesignandproductiondecisionsandcontrolatallprocesslevels.)該定義著眼于手段。馬里蘭大學(xué)EdwardLin&etc定義是：另一個(gè)有代表性的定義是由馬里蘭大學(xué)EdwardLin&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。”(VMisanintegrated,syntheticmanufacturingenvironmentexercisedtoenhancealllevelsofdecisionandcontrol.),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?？梢钥吹?，“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)（VirtualReality）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（VirtualManufacturing）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。研究?jī)?nèi)容虛擬制造技術(shù)的研究?jī)?nèi)容是極為廣泛的，除了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及的共同性技術(shù)外，虛擬制造領(lǐng)域本身的主要研究?jī)?nèi)容有：●虛擬制造的理論體系；●設(shè)計(jì)信息和生產(chǎn)過(guò)程的三維可視化；●虛擬制造系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)；●虛擬產(chǎn)品的裝配仿真；●虛擬環(huán)境中及虛擬制造過(guò)程中的人機(jī)協(xié)同作業(yè)等。一般來(lái)說(shuō)，虛擬制造的研究都與特定的應(yīng)用環(huán)境和對(duì)象相聯(lián)系，由于應(yīng)用的不同要求而存在不同的側(cè)重點(diǎn)，因此出現(xiàn)了三個(gè)流派，即以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。應(yīng)用虛擬制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式，對(duì)相關(guān)行業(yè)也將產(chǎn)生巨大影響，可以說(shuō)虛擬制造技術(shù)決定著企業(yè)的未來(lái)，也決定著制造業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中能否立于不敗之地。虛擬制造(VM)是國(guó)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(chǎng)新的機(jī)遇出現(xiàn)時(shí)，組織幾個(gè)有關(guān)公司聯(lián)作，把不同的公司，不同地點(diǎn)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(xiǎn)進(jìn)行評(píng)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(guò)虛擬制造系統(tǒng)運(yùn)行，包括物理基礎(chǔ)、法律保障、社會(huì)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(guó)稱AM為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualRealityTechnology）主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。虛擬制造技術(shù)將從根本上改變了設(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，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型（SoftPrototype）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品（HardPrototype）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。虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場(chǎng)需求，通過(guò)信息高速公路，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)一指揮的合作經(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1.產(chǎn)品與制造環(huán)境是虛擬模型，在計(jì)算機(jī)上對(duì)虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試，甚至設(shè)計(jì)人員或用戶可“進(jìn)入”虛擬的制造環(huán)境檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、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(jì)算機(jī)里，不但大大節(jié)省倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用，更能根據(jù)用戶需求或市場(chǎng)變化快速改變?cè)O(shè)計(jì)，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(shí)間，提高質(zhì)量、降低成本。2.可使分布在不同地點(diǎn)、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個(gè)產(chǎn)品模型上同時(shí)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(shí)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(chǎng)變化。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：1、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(shí)也推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。2、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。3、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)問題并改進(jìn)現(xiàn)實(shí)制造過(guò)程。4、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。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(duì)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(shí)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(shí)環(huán)境中一樣對(duì)產(chǎn)品的零部件進(jìn)行各類裝配操作，在操作過(guò)程中系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的碰撞檢測(cè)、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(duì)產(chǎn)品零部件裝配序列進(jìn)行驗(yàn)證和規(guī)劃、對(duì)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(guò)程的所有信息，并生成評(píng)審報(bào)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(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對(duì)模型進(jìn)行修改，并通過(guò)可視化顯示裝配過(guò)程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)人員考慮可行的裝配序列，自動(dòng)生成裝配規(guī)劃，它包括數(shù)值計(jì)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(dòng)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(gè)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(gè)關(guān)鍵部分，但相對(duì)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(duì)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(duì)象，這一問題的解決將使虛擬制造技術(shù)形成一個(gè)完善的理論體系，使生產(chǎn)真正在高效、高質(zhì)量、短時(shí)間、低成本的環(huán)境下完成，同時(shí)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(lái)講，它是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過(guò)程，是有效的分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段;從產(chǎn)品裝配過(guò)程來(lái)講，它是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)的模擬產(chǎn)品三維裝配過(guò)程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過(guò)程，以檢驗(yàn)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(lái)受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并對(duì)敏捷制造、虛擬制造等先進(jìn)制造模式的實(shí)施具有深遠(yuǎn)影響。通過(guò)建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，虛擬裝配技術(shù)在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建近乎實(shí)際的虛擬環(huán)境，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的物理樣機(jī)，能夠方便的對(duì)產(chǎn)品的裝配過(guò)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(jì)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(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。二、虛擬裝配的分類按照實(shí)現(xiàn)功能和目的的不同，目前針對(duì)虛擬裝配的研究可以分為如下三類：以產(chǎn)品設(shè)計(jì)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．1.以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配虛擬裝配是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了更好地幫助進(jìn)行與裝配有關(guān)的設(shè)計(jì)決策，在虛擬環(huán)境下對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行裝配關(guān)系分析的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)．它結(jié)合面向裝配設(shè)計(jì)(DesignForAssembly，DFA)理論和方法，基本任務(wù)就是從設(shè)計(jì)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(guò)模擬試裝和定量分析，找出零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)修改．最終保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品從技術(shù)角度來(lái)講裝配是合理可行的，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講應(yīng)盡可能降低產(chǎn)品總成本，同時(shí)還必須兼顧人因工程和環(huán)保等社會(huì)因素．2.以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配針對(duì)產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)問題，基于產(chǎn)品信息模型和裝配資源模型，采用計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)，從而獲得可行且較優(yōu)的裝配工藝方案，指導(dǎo)實(shí)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(jí)裝配規(guī)劃和作業(yè)級(jí)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(chǎng)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(guò)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(yàn)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(shí)施對(duì)象、操作過(guò)程以及所用的工裝工具，均與生產(chǎn)實(shí)際情況高度吻合，因而可以生動(dòng)直觀地反映產(chǎn)品裝配的真實(shí)過(guò)程，使仿真結(jié)果具有高可信度．3.以虛擬原型為中心的虛擬裝配虛擬原型是利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)在一定程度上實(shí)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(lái)檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)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(guò)程中的受力變形對(duì)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(jì)提供可視化手段．以虛擬原型為中心的虛擬裝配主要研究?jī)?nèi)容包括考慮切削力、變形和殘余應(yīng)力的零件制造過(guò)程建模、有限元分析與仿真、配合公差與零件變形、以及計(jì)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(gè)部分組成，即由虛擬現(xiàn)實(shí)軟件內(nèi)容（即vr）內(nèi)容和虛擬現(xiàn)實(shí)（vr)外設(shè)設(shè)備,這兩個(gè)個(gè)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。\o"查看圖片"

虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(lái)就需要硬件設(shè)備來(lái)支撐這些軟件程序。虛擬現(xiàn)實(shí)（vr)外設(shè)設(shè)備：\o"查看圖片"

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征之一就是人機(jī)之間的交互性.為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的充分交換信息，必須設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)真正生動(dòng)的交互效果。不同的項(xiàng)目可以根據(jù)實(shí)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(shí)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(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(jiǎn)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(lái)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(lái)發(fā)展很快，部分已進(jìn)入實(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活和國(guó)防、軍事等帶來(lái)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(guó)政府的高度重視，例如美國(guó)每年投資800萬(wàn)～1500萬(wàn)美元、德國(guó)每年投資7000萬(wàn)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(guó)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(guó)被稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MicroElectroMachanicalSystem.，簡(jiǎn)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(gè)基本特點(diǎn):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(jí)，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(dòng)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(tái)微型發(fā)動(dòng)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(lái)完成同樣的工作，如5mm×5mm×0.7mm的微型泵的流速是比其體積大得多的小型泵的1000倍，而且機(jī)電一體化的微機(jī)械不存在信號(hào)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(hào)處理和電子控制電路為一體，易于實(shí)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(guó)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(guò)巧妙的光刻技術(shù)制造芯片，做一塊只需幾美分，而過(guò)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(lái)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(1.9×107N/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(6.9×105N/cm2)比不銹鋼至少大三倍．利用硅材料是實(shí)現(xiàn)微型化及集成化的必然趨勢(shì)。3.1體微機(jī)械加工技術(shù)體微機(jī)械加工技術(shù)是對(duì)硅的襯底進(jìn)行腐蝕加工的技術(shù)，即用腐蝕的方法將硅基片有選擇性地除去一部分，以形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)。腐蝕分濕法腐蝕和干法腐蝕，濕法腐蝕又有各向同性和各向異性之分。各向同性腐蝕液多用HF-HNO3系溶液，硅在所有的晶向以相等的速率進(jìn)行刻蝕．硅基體刻蝕形成的型腔棱是圓角，然而在微機(jī)械電子中．除了運(yùn)動(dòng)部件需要圓角獲得良好的疲勞強(qiáng)度外、一般不希望有圓角。因此，此法不適合制造復(fù)雜的立體微結(jié)構(gòu)，各向異性腐蝕液，主要有KOH和水的混合物；乙(撐)二胺、鄰苯二酚和水的混合液(簡(jiǎn)稱EPW)；HF、HNO3和醋酸的混合液(簡(jiǎn)稱HNA)。它們可以使硅在不同的晶面．以不同的速率進(jìn)行刻蝕．由于硅的(100)面和(111)面的腐蝕速率相差很大，其橫向尺寸非常容易控制。但腐蝕深度的控制難度大，靠通過(guò)腐蝕時(shí)間來(lái)控制深度的誤差很大。因此，刻蝕自停止技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)使用濃硼摻雜層或電化學(xué)刻蝕停止技術(shù)能使腐蝕自動(dòng)終止在特定層，可以精確控制腐蝕深度。各向同性和各向異性濕法腐蝕的特性及腐蝕速率對(duì)晶向的依賴關(guān)系。干法腐蝕利用等離子體取代化學(xué)腐蝕液，把基體暴露在電離的氣體中，氣體中的離子和基體原子間的物理和化學(xué)作用引起刻蝕，一些材料如鉑、二氧化錫等用濕法刻蝕很困難、而干法卻可以完成。該工藝可使微機(jī)械加工所得到的外形不受基片的晶向控制，而且不會(huì)給微結(jié)構(gòu)帶來(lái)大的應(yīng)力，但設(shè)備比較復(fù)雜，很多參數(shù)如氣體的性質(zhì)和流量、基片的性質(zhì)和面積、電極結(jié)構(gòu)、激勵(lì)的電磁參數(shù)和真空室的外形等必須控制，不同的組合會(huì)產(chǎn)生不同的腐蝕過(guò)程。CF4腐蝕硅的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)原理。等離子體由低壓氣體(1.33～133Pa)的輝光放電獲得．基片放置在射頻極上，以便在基片和等離子體之間產(chǎn)生大的自偏電位差(幾百伏)。電位差使正離子從等離子體加速到基片上，垂直于基片的離子碰撞能直接產(chǎn)生腐蝕。使用SF6和C2F5Cl的混合氣體、能獲得較好的各向異性和較快的腐蝕速率。就濕法和干法比較而言，濕法的腐蝕速率快、各向異性好、成本低，但控制腐蝕厚度困難。干法的腐蝕速度慢、成本較高，但能精確控制腐蝕深度。對(duì)要求精密，刻蝕深度淺的最好用干法刻蝕工藝，對(duì)要求各向異性大、腐蝕深度很深的則最好采用濕法腐蝕工藝。3.2表面微機(jī)械加工技術(shù)表面微機(jī)械加工技術(shù)是從集成電路平面工藝演變而成的，是在硅基上形成薄膜并按一定要求對(duì)薄膜進(jìn)行加工的技術(shù)薄膜形成一般采用常壓化學(xué)氣相淀積(CVD)，低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積。薄膜的加工一般采用光刻技術(shù)、通過(guò)光刻將設(shè)計(jì)好的微機(jī)械結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到硅片上，再用各種腐蝕工藝形成微結(jié)構(gòu)。在微機(jī)械加工中，有時(shí)要形成各種微腔結(jié)構(gòu)和微橋，通常采用犧牲層技術(shù)。表面微機(jī)械加工的關(guān)鍵步驟是有選擇性地將抗腐蝕薄膜下面的犧牲層腐蝕掉，從而得到一個(gè)空腔結(jié)構(gòu)．常用二氧化硅(SiO2)、磷硅玻璃(PSG)作為犧牲層材料。制作雙固定多晶硅橋的普通表面微機(jī)械加工工藝。首先是在硅基底上淀積犧牲層材料，如淀積磷硅玻璃，其作用是為形成結(jié)構(gòu)層的后續(xù)工藝提供臨時(shí)支撐。犧牲層的厚度一般1～2μm，但也可以更厚些。淀積后，犧牲層材料被腐蝕成所需形狀．為了向結(jié)構(gòu)層提供固定點(diǎn)，可腐蝕出完全穿透犧牲層的窗口，以防止結(jié)構(gòu)層在分離結(jié)束時(shí)移位然后淀積和腐蝕結(jié)構(gòu)材料薄膜層。多晶硅是常用的結(jié)構(gòu)層材料，結(jié)構(gòu)層腐蝕過(guò)后，除去犧牲層就可得到分離空腔結(jié)構(gòu)。表面微機(jī)械加工技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是具有與常規(guī)集成電路的兼容性，器件不但可以做得很小，而且不影響器件特性；其缺點(diǎn)是該工藝本身屬于二維平面工藝，限制了設(shè)計(jì)的靈活性，且由于采用犧牲層工藝，漂洗和干燥需要反復(fù)多次，易產(chǎn)生粘連現(xiàn)象，降低成品率。3.3LIGA技術(shù)LIGA是德文Lithographie,Galvanoforming,Abfovmung的縮寫，是深層同步輻射X射線光刻、微電鑄、微塑鑄三種工藝的有機(jī)結(jié)合。它突破了傳統(tǒng)平面工藝的限制，是制造三維微器件的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合犧牲層工藝，可以制造大高寬比的可活動(dòng)微結(jié)構(gòu)．與其他微加工技術(shù)相比，LIGA技術(shù)可以加工多種金屬材料，也可以加工陶瓷、玻璃、塑料等非金屬材料，加工深度可達(dá)數(shù)百微米，加工寬度可小至1μm，LIGA的制造過(guò)程主要分四步：第一步，在絕緣基片(陶瓷或帶二氧化硅薄膜的硅片、上濺射金屬層(鉻、銀)作為電鑄工藝的基礎(chǔ)；第二步，在基片上濺射另一層鈦?zhàn)鳛闋奚鼘?；第三步，采用?biāo)準(zhǔn)LIGA工藝，X射線同步輻射制模，電鍍金屬(Ni)成型；第四步，在氫氟酸(HF)溶液中進(jìn)行選擇性刻蝕，分離出金屬結(jié)構(gòu)。LIGA技術(shù)在制作很厚的微機(jī)械結(jié)構(gòu)方面有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是一般常規(guī)的微電子工藝無(wú)法替代的，它極大地?cái)U(kuò)大了微結(jié)構(gòu)的加工能力，使得原來(lái)難以實(shí)現(xiàn)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠制造出來(lái)。但缺點(diǎn)是它所要求的同步輻射源比較昂貴、稀少，致使應(yīng)用受到限制，難以普及。后來(lái)出現(xiàn)了所謂的準(zhǔn)LIGA技術(shù)，它是用紫外光源來(lái)代替同步輻射源，雖然不具備和LIGA技術(shù)相當(dāng)?shù)暮穸然驅(qū)捝畋?，但是，它涉及的是常?guī)的設(shè)備和加工技術(shù)，這些技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)。3.4封接技術(shù)封接技術(shù)在微機(jī)械加工中也占有重要位置，封接的目的是將分開制作的微機(jī)械部件在不使用粘結(jié)劑的情況下連接在一起，封在殼中使其滿足使用要求封接技術(shù)影響到整個(gè)微系統(tǒng)的功能和尺寸，可以說(shuō)是微機(jī)械系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。常用的封接技術(shù)有反映封接、淀積密封膜和鍵合技術(shù)。反應(yīng)封接是將多晶硅結(jié)構(gòu)與硅基通過(guò)氧化封接在一起；淀積密封膜是用化學(xué)氣相淀積法在構(gòu)件和襯底之間淀積密封材料；鍵合技術(shù)分為硅-硅直接鍵合和靜電鍵合：硅-硅鍵合是將兩個(gè)經(jīng)過(guò)磨拋的平坦硅面在高溫下依靠原子的力量直接鍵合在一起形成一個(gè)整體，靜電鍵合主要用于硅和玻璃之間的鍵合，在400℃溫度下，將硅和玻璃之間加上電壓產(chǎn)生靜電引力而使兩者結(jié)合成一體。為了提高微系統(tǒng)的集成度，一些新的方法如自動(dòng)焊接、倒裝焊接也得到了廣泛的應(yīng)用。3.5激光快速成型技術(shù)激光快速成型技術(shù)是利用光硬化性樹脂的光合成樹脂進(jìn)行加工的技術(shù)。初始這種材料是液態(tài)的，經(jīng)過(guò)激光照射即成為固體，這種技術(shù)完全用計(jì)算機(jī)控制，即使形狀很復(fù)雜，也不受影響，無(wú)須掩膜，直接成型。隨著激光束分辨率的提高，達(dá)到數(shù)個(gè)微米的精度也就有了可能。用這種技術(shù)可大大縮短生產(chǎn)研制周期，成本較低。3.6分子裝配技術(shù)80年代初發(fā)明的掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscope，簡(jiǎn)稱STM)以及后來(lái)在STM基礎(chǔ)上派生出的原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscope，簡(jiǎn)稱AFM)，使觀察分子、原子的結(jié)構(gòu)從宏觀進(jìn)入了微觀世界。STM和AFM具有0.01nm的分辨率，是目前世界上精度最高的表面形貌觀測(cè)儀，利用其探針的尖端可以俘獲和操縱分子、原子，并可以按照需要拼成一定的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分子、原子裝配制作微機(jī)械。這是一種納米級(jí)微加工技術(shù)，是一種從物質(zhì)的微觀角度來(lái)構(gòu)造微結(jié)構(gòu)，制作微機(jī)械的方法．美國(guó)的IBM公司用STM操縱35個(gè)氙原子，在鎳板上拼出了“IBM”三個(gè)字母；中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所用原子擺成我國(guó)的地圖；日本用原子拼成了“Peace”一詞，有理由相信，STM將會(huì)在微細(xì)加工方面有更大的突破。3.7集成制造技術(shù)最近，微機(jī)械出現(xiàn)了一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)，即用標(biāo)準(zhǔn)的IC工藝把各種微器件、微結(jié)構(gòu)與馭動(dòng)、控制和信號(hào)處理電路集成在一塊芯片上，制成完整的機(jī)電一體的微機(jī)械系統(tǒng)。目前實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的IC工藝與MEMS集成的方法有三種：第一種是先進(jìn)行IC工藝，再進(jìn)行MEMS微機(jī)械加工的單片集成工藝；第二種先進(jìn)行MEMS微機(jī)械加工再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)IC工藝的單片集成工藝；第三種是電路和MEMS分別制作在不同的襯底上然后再鍵合在一起的混合集成工藝，整個(gè)系統(tǒng)的尺寸可小至幾百微米。3.8其他加工技術(shù)微機(jī)械加工除了以上介紹的基本技術(shù)外，還廣泛使用傳統(tǒng)大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)中的氧化、擴(kuò)散、外延、注入、光刻等工藝，也使用許多其他的非半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用的技術(shù)，例如激光束、離子束和電子束加工、放電加工、微細(xì)雕刻、精密切削、超聲波加工等。這些技術(shù)具有自身的特點(diǎn)，在微機(jī)械中，仍然有若一定的潛力，是基本技術(shù)的補(bǔ)充。利用這些技術(shù)可以獲得一些微構(gòu)件，在一些情況下也是很有效的。4微機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)近十幾年來(lái)，微機(jī)械電子系統(tǒng)得以迅猛發(fā)展，一些令人注目的微系統(tǒng)引起人們的廣泛關(guān)注，各種微型元件被開發(fā)出來(lái)并顯示出現(xiàn)實(shí)和潛在的價(jià)值，微機(jī)械制造技術(shù)被認(rèn)為是微機(jī)械發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)之一從目前來(lái)看，總的發(fā)展趨勢(shì)是：加工方法從最初單一加工技術(shù)向組合加工技術(shù)發(fā)展。如近來(lái)出現(xiàn)的新的微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)——DEEMO就是干法腐蝕、電鍍和鑄模的組合。光刻技術(shù)也從平面發(fā)展到了三維。從開始簡(jiǎn)單的平面硅微加工向著三維體、具有自由曲面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)展。加工的材料，從單純的硅向著各種不同類型的材料發(fā)展，如玻璃、陶瓷、樹脂、金屬及一些有機(jī)物，大大擴(kuò)展了微機(jī)械的應(yīng)用范圍，滿足了更多的要求。加工規(guī)模從單件向批量生產(chǎn)發(fā)展，LIGA工藝的出現(xiàn)是微機(jī)械進(jìn)行批量生產(chǎn)的范例，因而引起人們的高度關(guān)注。加工方式從最初的手工操作向自動(dòng)化、智能化發(fā)展。例如，日本微機(jī)械研究中心(MMC)正在研制一種微機(jī)械制造設(shè)備，它可以完成從設(shè)計(jì)參數(shù)的輸入、加工到部件制造及組裝封裝。尋找成本、時(shí)間、批量生產(chǎn)的協(xié)調(diào)并得到最優(yōu)的制造工藝。加緊微機(jī)理的研究，建立微觀世界的數(shù)學(xué)模型、力學(xué)模型和分析方法，奠定微機(jī)械的基礎(chǔ)理論，這對(duì)微機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造加工工藝的制定有很大的實(shí)際應(yīng)用意義。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)生出勤微機(jī)械加工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占的地位和作用？任務(wù)七微機(jī)械加工技術(shù)概念

微型機(jī)械加工或稱微型機(jī)電系統(tǒng)或微型系統(tǒng)是只可以批量制作的、集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)有：體積小（特征尺寸范圍為：1μm-10mm）、重量輕、耗能低、性能穩(wěn)定；有利于大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本；慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短；集約高技術(shù)成果，附加值高。微型機(jī)械的目的不僅僅在于縮小尺寸和體積，其目標(biāo)更在于通過(guò)微型化、集成化、來(lái)搜索新原理、新功能的元件和系統(tǒng)，開辟一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域，形成批量化產(chǎn)業(yè)。

微型機(jī)械加工技術(shù)是指制作為機(jī)械裝置的微細(xì)加工技術(shù)。微細(xì)加工的出現(xiàn)和發(fā)展早是與大規(guī)模集成電路密切相關(guān)的，集成電路要求在微小面積的半導(dǎo)體上能容納更多的電子元件，以形成功能復(fù)雜而完善的電路。電路微細(xì)圖案中的最小線條寬度是提高集成電路集成度的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)志，微細(xì)加工對(duì)微電子工業(yè)而言就是一種加工尺度從微米到納米量級(jí)的制造微小尺寸元器件或薄模圖形的先進(jìn)制造技術(shù)。目前微型加工技術(shù)主要有基于從半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工工藝中發(fā)展起來(lái)的硅平面加工和體加工工藝，上世紀(jì)八十年代中期以后在LIGA加工（微型鑄模電鍍工藝）、準(zhǔn)LIGA加工，超微細(xì)加工、微細(xì)電火花加工（EDM）、等離子束加工、電子束加工、快速原型制造（RPM）以及鍵合技術(shù)等微細(xì)加工工藝方面取得相當(dāng)大的進(jìn)展。

微型機(jī)械系統(tǒng)可以完成大型機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。微型機(jī)械與電子技術(shù)緊密結(jié)合，將使種類繁多的微型器件問世，這些微器件采用大批量集成制造，價(jià)格低廉，將廣泛地應(yīng)用于人類生活眾多領(lǐng)域。可以預(yù)料，在本世紀(jì)內(nèi)，微型機(jī)械將逐步從實(shí)驗(yàn)室走向適用化，對(duì)工農(nóng)業(yè)、信息、環(huán)境、生物醫(yī)療、空間、國(guó)防等領(lǐng)域的發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。微細(xì)機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)非常重要而又非常