时间：2023-03-16 16:37:28
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关键词：计算机应用;装配规划;综述;虚拟现实;软计算;协同装配
装配是产品生命周期的重要环节，是实现产品功能的主要过程。写作毕业论文装配成本占产品制造成本40%～50%，装配自动化一直是制造自动化中的瓶颈问题。装配规划是在给定产品与相关制造资源的完整描述前提下，得到产品详细的装配方案的过程，对指导产品可装配性设计、提高产品装配质量和降低装配成本具有重要意义。产品的装配规划通常需要得到零部件的装配序列、装配路径、使用的工装夹具和装配时间等内容[1]~[3]。
较早的传统装配规划采用人工方式，工艺人员根据设计图纸和技术文档，通过分析产品装配图中零件的几何形状和位置关系，必要时再和设计人员进行讨论，进一步明确设计者的真正意图，利用自己的经验和知识规划出产品的装配方案。这种方法工作量大、效率低，且难于保证装配方案的经济性。
随着计算机集成制造CIMS和并行工程CE技术的发展和应用，一方面对装配相关的设计技术提出了计算机化的要求，以提高和产品开发过程中其他环节的集成化程度。另一方面要求装配方案的优化以降低成本和缩短规划时间以加快产品开发进程。受“需求牵引”和“技术推动”两方面的影响，80年代初，出现了对计算机辅助装配规划(ComputerAidedAssemblyPlanning，CAAP)技术的研究。到目前为止，CAAP经历了几个不同的发展阶段，出现了4种代表性的方法，按照出现的时间顺序及方法的特点，笔者将其归结为经典装配规划方法、虚拟装配规划方法、装配规划软计算方法和协同装配规划方法。
1经典装配规划方法
早期CAAP的研究侧重于装配序列的规划，以产品CAD装配模型为基础，写作硕士论文一般采用几何推理的方法，通过产品装配建模、装配序列推理和表达以及装配序列评价和选择为产品面向装配的设计和装配工艺规划提供指导和支持，其过程通常如图1所示。
1.1产品装配建模
产品装配模型是装配规划的基础，为装配规划提供装配体和零部件的相关信息。常用的装配信息表达模型可分为图模型和矩阵模型。法国学者Bourjauct提出了联系图模型[4]，将零件之间的物理接触关系定义为联系即装配关系，图中的节点对应零件，边表示所连接的零件间至少有一种装配关系。关系模型[5]进一步区分了零件之间的接触关系和联接关系，图中包含3种实体类型：零件、接触和联接，边表达了实体间的关系。产品等级装配模型[6]将装配体看成具有层次结构性，即装配体可以分解为子装配体，子装配体又可分解为下级子装配体和零件的集合，以此表达产品的装配组成。
矩阵比图易于计算机表达和实现。Dini和Santochi[7]利用干涉矩阵、接触矩阵和连接矩阵表达产品，干涉矩阵描述了零部件间沿坐标轴方向装配时相互间的干涉情况，接触矩阵描述了零部件间的物理接触状态，连接矩阵描述了零部件间的连接类型。为减少矩阵的数量，Huang[8]等把6个干涉矩阵合并为一个拆卸矩阵，集成的表达零部件间沿坐标轴方向的干涉情况。
1.2装配序列推理和表达
基于联系图模型，Bourjauct采用人机交互“问答式”方法获取装配优先约束关系[4]，写作医学论文随后DeFazio和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作进一步较少了需要由用户回答问题的数量，然后通过对装配优约束关系进行推理得到联络建立优先关系的层次模型表达产品的装配序列。
“割集”法是基于拆卸策略的装配规划中通常采用的图论算法。HomemdeMell和Sanderson[5]通过对产品联接图进行缩并，利用“割集”算法对联接图进行循环分解，生成所有可能的子装配体，直到不可再分。并提出了装配序列的AND/OR图表达方法，图中的节点对应装配过程中的子装配体或零件，超弧表达将子装配体或零件联接在一起形成更大子装配体的装配操作。因为“割集”算法的计算复杂性为O(3N)(N为零件个数)，因此，对于复杂产品的装配顺序规划存在指数爆炸问题，这是难以让人接受的。
1.3装配序列评价和选择
装配序列的选择对装配线设计、装配成本、装配设备选择有很大影响，写作职称论文而评价是选择的基础。装配序列的评价可分为定性和定量两方面因素[11]~[13]，定性因素主要考虑的有装配方向换向的频度、子装配体的稳定性和安全性、装配操作任务间的并行性、子装配体的结合性和模块性、紧固件的装配、零件的聚合等。定量因素主要考虑的有整个装配时间(包括子装配体的操作时间、运输时间等)、整个装配成本(包括劳动成本、夹紧和加工成本)、产品在装配中再定位的次数、夹具的数目、操作者的数目、机器人手爪的数目、工作台的数目等。
更多的经典装配规划方法研究文献可以参见TexasA&M大学Wolter教授的“AssemblyPlanningBibliography”[14]，其中收集了自1980年起近15年经典装配规划方法的相关研究。经典方法一般表达出全部的序列解空间，这使它可能从中找出最优的装配序列，但随着产品中零件数量的增加，解空间的组合爆炸给序列的存储、选优带来极大困难；且序列的几何推理方法不易融入人类的装配知识，难免产生众多几何可行但工艺不可行的序列结果。
2虚拟装配规划方法
虚拟现实技术为装配规划的“人－机”协同工作提供了契机。虚拟装配是指由操作者通过数据手套和三维立体显示设备直接三维操作虚拟零部件来模拟装配/拆卸过程，无需产品或支撑过程的物理实现，通过分析、先验模型、可视化和数据表达等手段，利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的工程决策[15]。虚拟装配过程中，人机可以充分发挥各自的优势，即人通过直觉/装配经验和知识决定产品的装配过程，但不能精确地判断当前所有可能装配的零件，也不太可能准确判定装配某一零件后装配体的稳定性等因素，而通过一定算法和规则实现的机器智能刚好弥补人的不足。虚拟装配方法得到的不仅仅是零件的顺序，还可以包括零件路径、装配工具、夹具和工作台等信息。图2为虚拟装配规划的工作步骤。
国外虚拟装配规划的研究以沉浸式虚拟装配环境VADE[16],[17](VirtualAssemblyDesignEnvironment)为代表，写作英语论文通过建立一个装配规划和评价的虚拟环境来探索运用虚拟现实技术进行设计、制造的潜在技术可能性，为机械系统装配体的规划、评价和验证提供支持。在虚拟环境中，利用提取并导入的CAD系统产生的装配约束信息引导装配过程；通过引入了质量、惯性和加速度等物理属性，基于物理特性进行装配建模，逼真地模拟真实装配环境；支持双手的灵活装配和操作；记录虚拟装配过程中产生的扫体积和路径信息并可进行编辑；建立了工具/零件/人相互作用模型，支持装配工具在虚拟装配环境中的运用。
国内管强等[18]将虚拟现实技术与面向装配设计的理论相结合，建立了一个虚拟环境下的面
向装配设计系统（VirDFA）。万华根等[19]建立了一个具有多通道界面的虚拟设计与虚拟装配系统（VDVAS），通过直接三维操作和语音命令方便地对零件进行交互拆装以建立零件的装配顺序和装配路径等装配信息。在面向过程与历史的虚拟设计与装配环境（VIRDAS）中，张树有等[20]通过识别装配关系进行装配运动的导航，实现虚拟拆卸/装配顺序规划、虚拟装配分析。从集成的观点出发，姚珺等[21]提出面向产品设计全过程的虚拟装配体系结构，从方案设计、结构设计和装配工艺设计3个层次上分阶段地对产品可装配性进行分析与评价。田丰等[22]提出一个面向虚拟装配的三维交互平台（VAT），简化了虚拟装配应用系统的构造，便于应用的快速生成。
应用虚拟现实环境开展装配规划，提供了一种新的思路和工具。但是，虚拟环境的构建需要较大资金的软硬件投入，另外，虚拟现实技术本身（如图形的高速刷新）及其相关硬件技术（如力触觉设备）的不成熟使得虚拟装配的研究仍处于探索阶段。
3装配规划软计算方法
1994年，Zadeh教授将模糊逻辑与智能技术结合起来，提出了软计算方法（softcomputing）[23]。软计算以模糊逻辑、神经网络和概率推理为基础，不追求问题的精确解，以近似性和不确定性为主要特征，所得到的是精确或不精确问题的近似解。为避免组合爆炸同时又能得到较优的装配规划方案，近来，基于建模、表达和寻优一体化的装配规划软计算方法得到广泛关注。
3.1装配规划神经网络方法
神经网络是模拟人类形象思维的一种人工智能方法，它是由大量神经元广泛互连而成的复杂网络系统，写作留学生论文单一神经元可以有许多输入、输出，神经元之间的相互作用通过连接的权值体现，神经元的输出是其输入的函数。若将优化计算问题的目标函数与网络某种状态函数(通常称网络能量函数)对应起来，网络动态向能量函数极小值方向移动的过程就可视作优化问题的求解过程，稳态点则是优化问题的局部或全局最优解。
Hong和Cho[24]用于机器人装配顺序优化的Hopfiled神经网络中，考虑装配约束、子装配体稳定性和装配方向改变等因素建立网络的能量方程，基于优先约束推理和专家系统提供的装配成本驱动网络的进化方程得到优化的序列。但由于神经网络缺乏全局搜索能力，计算结果显示，该方法容易产生不优化的装配顺序，且常常只能得到一个局部最优的装配序列。另外，参数选择和初始条件对网络的灵敏度影响大；神经网络在应用前须进行训练，而训练时要由专家提供较多可行的顺序作为样本。而样本可能是针对某种类型的产品，对其它类型的产品则不一定适用，该方法的应用范围窄。
3.2装配规划模拟退火算法
模拟退火算法源于固体退火思想，将一个优化问题比拟成一个热力学系统，将目标函数比拟为系统的能量，将优化求解过程比拟成系统逐步降温以达到最低能量状态的退火过程，通过模拟固体的退火过程获得优化问题的全局最优解。
Saeid等[25]利用模拟退火算法进行装配序列规划时，根据产品装配模型获得装配优先关系，将装配过程总装配时间和重定向次数运用多属性应用理论组合成单一目标函数，作为装配序列优化的评价函数。Hong和Cho[26]将装配约束和装配过程的成本映射为装配序列能量函数，利用模拟退火算法使装配序列能量函数扰动地逐步减小，经过多次迭代，直到能量函数不再变化为止，最后得到具有最小装配成本的装配序列。作者将该方法应用到一个电子继电器装配体上，并将其性能与利用神经网络[24]的装配规划方法进行了比较，结果显示基于模拟退火的装配序列优化方法可以产生较好的装配序列并且在运算时间上优于人工神经网络方法。
模拟退火算法具有较强的局部搜索能力，并能使搜索过程避免陷入局部最优，但模拟退火算法对整个搜索空间的状况了解不多，不能使搜索过程进入最有希望的搜索区域，从而使得算法的运算效率不高。
3.3装配规划遗传算法
在众多软计算方法中，遗传算法得到了众多研究者的重视。写作工作总结遗传算法是模仿生物自然选择和遗传机制的随机搜索算法，它将问题的可能解组成种群，将每一个可能的解看作种群的个体，从一组随机给定的初始种群开始，持续在整个种群空间内随机搜索，按照一定的评估策略即适应度函数对每一个体进行评价，不断通过复制、交叉、变异等遗传算子的作用，使种群在适应度函数的约束下不断进化，算法终止时得到最优/次最优的问题解。图3为装配规划遗传算法的一般流程。
装配规划遗传算法的研究重点集中于设计装配序列的基因编码方式以包含更多的装配过程信息、设计基因操作的形式和改进遗传算法的局部搜索能力上。Lazzerini等[27]的分段编码遗传算法中，将染色体分为3段编码，第1段表示参与装配的零件编号，第2段表示零件的可行装配方向，第3段表示装配工具，从而使染色体包含了部分工艺信息。为了提高算法的性能，文中将装配体分解为子装配体进行装配，减少了参加装配序列规划的零件数目；Guan等[28]采用基因团编码方式，一个基因团表达一个零件的装配操作，由被装配零件号装配元、装配工具装配元、装配方向装配元和装配类型装配元组成。在扩大采样空间选择下一代种群的基础上，通过交叉和多层次变异实现装配序列并行优化。廖小云和陈湘凤[29]在装配序列规划遗传算法中设计了复制、交叉、变异、剪贴和断连5种遗传算子寻找装配序列优化解。在Smith等[30]的增强型遗传算法中，选择下一代个体并不完全依靠适应度，而是先把一定数量较优的个体复制到下一代，将适应度低但几何可行的序列用于继续产生序列，直到满足下一代种群中序列个数的需求，从而使算法能跳出局部最优点，在全局范围内搜索最优解。
理论上，找到全局最优装配序列要求参加演化计算的种群规模要足够大，迭代次数要无限
多，但在计算资源和时间限制下是达不到要求的。因此，遗传算法求解装配规划问题的效率和结果依赖于初始种群规模及其质量、遗传算子及其操作概率等因素。
4协同装配规划方法
装配体作为实现产品功能的载体，零部件可能由不同的企业设计，零部件和产品可能在不同的装配工厂完成装配过程，因此需要设计团队的协同工作和决策以保证装配质量和降低装配成本。计算机和网络技术的快速发展缩短了异地人员在时间和空间上的距离，为实时的“人－机－人”协同装配工作提供了可能。
Wisconsin-Madison大学[31]提出网络环境下的电子化装配（e-Assembly），探讨在Internet/Intranet上利用3D模型进行协同虚拟装配和拆卸的方法论和工具，拟实现的关键技术包括3D交互可视化、协同装配/拆卸/维护/回收等。目前已开发了Motive3D系统，利用Synthesizer模块可以交互/自动进行产品的装配建模和规划，Visualizer模块为用户在Web平台上提供装配序列规划结果的可视化仿真，但缺少交互修改、调整功能。在ATS项目[32]实施中，为了向异地的开发人员展示装配设计和装配规划结果，尝试利用VRML作为可视化工具，一方面供设计团队浏览零部件设计，另外将装配模型用文本编辑软件进行编辑，生成装配序列的VRML仿真文件，供异地的设计团队实时进行评价和提出修改意见。但手工编辑文件不但花费的时间长达一周，而且每次设计修改后都必须重新编辑；同时，仿真文件仅具有浏览功能，不能进行交互修改。
Web环境下的协同装配规划方法[33]采用协同工作环境下的装配建模、装配规划任务分配和装配序列合成等技术，通过对复杂产品装配规划问题的分解，即降低了单机规划工作模式的复杂度，又便于集中不同地域多专家的装配知识和经验进行装配规划方案的协同决策。面向协同广义装配[34]通过确定装配子任务编码方法、装配人员评价指数和制定协同装配协议，以VRML为产品模型载体实现协同装配系统。在装配知识和规则的支撑下，支持局域网内多用户实施产品预装配、验证零部件可装配性，相关的装配人员能够协同讨论装配方案。Web环境下3D交互装配可视化仿真结构是一个符合开放技术标准的可视化装配系统[35]，它基于VRML-Java实现装配场景的动态生成、装配控制、碰撞检测以及装配过程的动画回放等功能，目前完成了基于“堆叠”思路的装配验证方式。但该系统属于单用户系统，不能支持多用户的实时协同装配工作。
5结论与展望
CAAP的研究在理论上取得了一定的成果，在工业界也得到了一定的应用，但相对而言还很少，这说明该技术距离工业实用还存在较大差距。装配规划是一个经验和知识密集型的工作，同时又与具体行业和产品有紧密的关系。经典装配规划方法的精确推理在保证序列的几何可行性方面具有优势，而软计算技术能够将人的模糊知识融入规划过程中，使得结果具有更好的工艺可行性，两者的适当结合将有利于模仿人类装配专家的实际装配规划过程，从而得到合理的装配方案。
跨地域、跨国家的网络化、协同化产品设计和制造新模式的形成使产品装配成为一个需要协同工作和决策的问题。随着虚拟现实技术和网络技术的进一步发展，建立基于网络的协同装配决策平台和虚拟环境，支持异地多人员协同装配方案决策将是新形势下装配规划研究的新趋势。
参考文献
[1]苏强,林志航.计算机辅助装配顺序规划研究综述[J].机械科学与技术,1999,18(6):1006~1012.
[2]石淼,唐朔飞,李明树.装配序列规划研究综述[J].计算机研究与发展,1994,31(6):30~34.
[3]牛新文,丁汉,熊有伦.计算机辅助装配顺序规划研究综述[J].中国机械工程,2001,12(12):1440~1443.
关键词：虚拟装配；虚拟装配环境；虚拟装配应用系统
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)18-4420-03
Survey and Analysis of Virtual Assembly
YU Hai-xia, WANG Jia-qi
(Department of Computer Scienct, Anhui Vocational and Technical College of Industry and Trade, Huainan 232007, China)
Abstract: The research progress of Virtual Assembly (VA) in recent years was summarized and analyzed in this paper. According to different functions and objectives, VA can be classified as four aspects. Virtual assembly technology was summarized and analyzed from three aspects: virtual assembly environment, virtual assembly key technologies, and virtual assembly application systems. Aiming at the shortcomings of traditional virtual assembly environment, the two new virtual environment systems were studied. The key technologies of virtual assembly systems, their researches and applications were summarized, and some important technologies including assembly modeling in virtual environment, constraint-based positioning and assembly process planning were studied comprehensively. Four typical virtual assembly application systems arising in recent years were introduced. At last, technological shortcomings and application obstacles for VA are pointed out.
Key words: virtual assembly; virtual assembly environment; virtual assembly application system
1 概述
虚拟装配是近些年来被广泛研究的新兴技术，是虚拟现实技术在制造业的典型应用，也是虚拟制造技术研究的重要方向之一。它从产品设计装配的角度出发，综合利用虚拟现实技术、计算机建模与仿真技术、计算机辅助设计技术等，建立一个具有听觉、视觉、触觉的多模式虚拟环境，设计者可在虚拟环境中交互式地进行产品设计、装配操作和规划、检验和评价产品的装配性能，并制定合理的装配方案。
虚拟装配技术可以降低复杂产品的开发难度，缩短开发周期，降低成本，对实现产品的并行开发，提高装配质量和效率具有重要的意义。虚拟装配可以应用于航空航天、汽车、船舶、工程机械、教育等领域。
2 虚拟装配的研究概况
1995年，美国华盛顿州立大学和美国国家标准与技术研究院联合，最早开始了对虚拟装配技术的研究，并开发了虚拟装配设计环境VADE（Virtual Assembly Design Environment）。VADE在装配领域的成功应用，引发了各个国家的高校和研究机构对虚拟装配的研究。20世纪90年代末，国内也开始对虚拟装配技术进行研究，已经取得许多研究成果。虚拟装配技术的研究大致可分为三个阶段：虚拟装配理论的提出和完善阶段，虚拟装配原型系统的研发阶段，虚拟装配技术在工业上的应用研究阶段。目前，国外已经开始了第三阶段的研究应用，国内也开始由第二阶段向第三阶段过渡。
根据实现功能和目的不同，可以将虚拟装配分为四种类型[1]。
1）以产品设计为中心的虚拟装配。
2）以装配工艺规划为中心的虚拟装配。
3）以制造系统规划为中心的虚拟装配。
4）以虚拟原型为中心的虚拟装配。
3 虚拟装配的研究内容
虚拟装配的研究内容主要有：虚拟环境的研究、虚拟装配关键技术研究和虚拟装配应用系统的研究[2]。
3.1 虚拟环境的研究
虚拟环境是虚拟装配的前提，良好的虚拟环境能使虚拟装配与实际装配过程更接近，为生产实践提供更可靠的指导。传统的虚拟环境可分为四种。
1）桌面式系统
桌面式系统使用普通计算机产生三维虚拟场景，用户通过显示器观看虚拟场景，需要佩戴立体眼镜才可以看到三维立体图像。这种场景系统造价低、简单方便，不足之处是沉浸感差。
2）头盔式系统
头盔式系统利用头盔显示器和数据手套等交互设备把用户与外界环境分隔开来，从而使用户真正成为系统的一个参与者，沉浸感比较强。但头盔式显示器存在约束感较强，分辨率偏低等问题，长时间易引起疲劳。
3）CAVE系统
CAVE系统的主体是一个房间，房间的周围均由大屏幕组成，高分辨率的投影仪将图像投影到这些屏幕上，用户通过立体眼镜便能看到立体图像。CAVE系统实现了大视角、全景、立体且支持多人共享的一个虚拟环境，但其造价太高，参与者被限制在一个有限的小空间内，不能大距离行走。
4）大屏幕投影系统
将多台投影仪拼接起来形成一个逻辑上统一的大屏幕，实现大面积、高分辨率的显示，优点是可以产生大视角、高亮度和高分辨率的立体图像，可使多人沉浸场景之中，具有很强的沉浸感。缺点是成本高，技术难度大，许多关键问题需要解决。
以上各种虚拟环境都存在一个共同的问题是，操作者被限制在一个有限的空间内，行动上受到很大的限制，而现实中，尤其是大型产品的装配中，操作产品并不能移动，往往要求操作人员要有足够的活动空间。为了解决这个问题，很多研究机构提出一些新型的虚拟装配环境，如英国Warwick大学研制的Cybersphere系统[3]。Cybersphere系统采用半透明的球体作为显示装置，放置在可以自由旋转的支架上，操作者处于球体内部，可以自由行走。计算机根据操作者的肢体动作产生不断变化的图像，并通过投影系统显示在球体表面，操作者通过立体眼镜看到立体图像。这种方式实现了操作者在虚拟环境中的自由行走。
哈尔滨工业大学也设计了一种可实现操作者自由行走的新型虚拟装配环境系统[3]，如图1所示，该系统也采用球形幕作为显示装置，操作者在一个专门设计的全方位反行走机构上做直线行走或者转向。操作者头部、手部与双脚分别装有3-D位置跟踪器，计算机系统根据接收到的3-D位置跟踪器信号，控制全方位反行走机构的运动，并生成不断变化的三维图像，通过投影系统显示到球形幕上。操作者通过佩戴立体眼镜、数据手套与虚拟环境交互从而生成沉浸感较强的虚拟环境，为大型复杂产品的装配设计、规划和训练提供高逼真度的仿真平台。
3.2 虚拟装配关键技术的研究
虚拟装配涉及到的关键技术很多，各种技术的研究情况及应用情况如表1所示。本文只对其中几个重要的关键技术进行论述。
1）装配建模技术
目前，虚拟装配中零部件模型的建立和虚拟装配应用系统的开发主要还是基于CAD系统实现。这种虚拟装配系统易于实现，零件和装配体的建模、装配仿真可在一个系统下进行，操作简单，但真实感和可靠性受到限制，主要用于产品的设计阶段。
基于虚拟现实软件开发的虚拟装配系统，需要将CAD零部件模型及其相关信息转换后导入到虚拟环境，实现交互操作。目前已经取得一定的研究成果，美国的VADE从Pro/Engineer系统中提取产品结构树信息、装配约束信息以及零部件几何信息，实现CAD系统和虚拟装配系统的自动转换；新加坡南洋理工大学开发了基于CAD紧密连接的虚拟装配环境；哈尔滨工业大学通过模型转换实现了从SolidWorks、Pro/Engineer系统到虚拟装配系统的输入。
2）约束定位技术
由于虚拟环境缺乏现实环境中存在的各种物理约束和感知能力，虚拟装配过程中零件之间主要依靠几何约束进行精确定位。华盛顿州立大学的S.Jayaram等[4]首先提出约束定位的思想，通过零部件受约束运动以及约束求解，来实现虚拟装配过程中待装配零件的精确定位。英国Heriot-Watt大学Richard等[5]提出近似捕捉(proximity snapping)和碰撞捕捉(collision snapping)的方法来解决虚拟环境中零部件的精确定位。英国Salford大学虚拟环境中心的Fernando等[6]研究了基于几何约束的零件精确定位和三维操作，开发了几何约束管理器，用来支持虚拟环境下装配和维修任务。浙江大学刘振宇、谭建荣等[7]在语义识别的基础上，提出了基于语义引导的几何约束识别方法，通过语义和约束识别来捕捉虚拟装配过程中用户的操作意图，从而提高了约束识别速度和准确性。
3）工艺规划技术
设计人员根据经验知识在虚拟环境中人机交互式对产品的三维模型进行试装，规划零部件装配顺序，记录并分析装配路径，选择工装夹具并确定装配操作方法，最终得到经济、合理、实用的装配方案。加拿大Yuan等[8]提出了虚拟环境中交互式装配序列规划的方法。浙江大学的万华根等人[9]在基于虚拟现实的CAD系统中提出用户引导的拆卸方法，基于“可拆即可装”的原理，将拆卸顺序和拆卸路径进行反演，即可得到产品的装配顺序和装配路径。
3.3 虚拟装配应用系统的研究
从1995年美国州立大学研制出第一个虚拟装配系统VADE起，世界各国陆续研制出了多种典型的虚拟装配应用系统，分别应用于不同的工业领域。本文只对几个典型的系统进行介绍。
1）CHDP(Cable Harness Design and Planning)系统
CHDP系统是英国Heriot-Watt大学在2002年开发出来的。它是在早期开发的虚拟装配规划系统UVAVU[10] (Unbelievable Vehicle for Assembly Virtual Units)的基础上提出的，主要针对现代产品设计过程中存在的管路和线缆装配的难题。该系统充分利用了虚拟现实人机交互的特点，设计者在虚拟环境中可以充分发挥已有的装配经验和知识，根据周围环境进行快速、直观地布线。
2）V-REALISM系统
V-REALISM[11]系统是新加坡南洋理工大学2003年开发的基于CAD的桌面式虚拟环境系统，可用于虚拟装配、拆卸与维修。该系统充分体现了可视化、交互性和自由导航三个特点；系统包括三个基本功能：提供优化的装配/拆卸序列；提供三维虚拟环境进行操作和导航；将智能装配/拆卸序列规划算法和虚拟现实技术集成到一起。
3）基于虚拟原型的装配验证环境VPAVE
2003年，美国纽约州立大学开发了基于虚拟原型的装配验证环境VPAVE[12] (Virtual Prototype Assembly Validation Environment)。实际生产过程中，零部件在加工过程会引起变形或受机床刀具与夹具的磨损，引起零件最后的尺寸和形状误差。而在传统的面向装配设计系统中，很少考虑到零件的尺寸误差，导致最后加工出来的零件装配不上或装配性能不能满足要求。VPAVE系统就是基于上述不足而提出的。VPAVE系统中采用虚拟原型，通过提取实际加工过程影响参数，建立对装配零件形状精度和尺寸精度的影响模型，利用有限元软件分析零件的受力、变形及残余应力情况，在虚拟环境下进行可装配性分析和评价。
4）PAA系统。
2005年，意大利Bologna大学利用增强现实技术开发了基于CAD的装配规划与验证系统PAA(Personal Active Assistant)[13]。PAA实现了CAD装配系统和增强现实系统之间集成，从而提高工程设计模型和真实物理模型之间的集成。PAA系统利用CAD工具来有效提高对象识别能力，生成优化装配序列和产生装配操作指令；另一方面，基于增强现实的装配评价工具允许装配设计人员和装配操作人员之间的直接交互，指导操作人员的装配。
4 存在问题
虚拟装配在设计与制造领域的应用，具有重要的理论意义和实用价值。国内外研究也取得了很大的进展。但总体上看，虚拟装配技术目前仍存在许多欠缺，一些关键技术还需要亟待解决。
1）缺乏规范化的共享开发平台和统一的标准和规范。虚拟装配系统还不能接受CAD系统的模型信息，实现与主流CAD系统的无缝集成。目前各的虚拟装配系统，都是根据本单位的情况来定制CAD接口，实现信息转换，在数据的提取和表达、信息的存储和管理等方面没有统一的标准和规范。
2）建模能力弱。目前的虚拟装配系统都以理想的零件模型为基础，没有考虑具体的加工和装配环境对零件形状精度和尺寸误差的影响，导致实际生产出来的零件装配不上或装配性能不满足要求。
3）交互操作可靠性和灵活性差。由于基于碰撞检测的交互操作是一个多输入、大计算量的过程，输入系统的灵敏性、碰撞检测的计算效率等因素都影响交互操作的可靠性。
4）功能过于单一。虚拟装配系统除了工艺规划和装配过程仿真外，许多辅助功能还没能实现，如装配力变形分析、工装夹具的设计、装配质量预测、装配人员工效分析等功能。
5）开放性和集成能力弱。由于虚拟装配系统开发的方法、环境差别较大，与其他系统集成和数据交换的能力弱，制约了虚拟装配系统的开发及与现有其他系统的集成。
参考文献：
[1] 李建广,夏平均.虚拟装配技术研究现状及其发展[J].航空制造技术,2010(3):35-36.
[2] 夏平均,陈朋,郎跃东,等.虚拟装配技术的研究综述[J].系统仿真学报,2009(4):2267-2269.
[3] Liu G H,Yao Y X.Development of a New Virtual Environment System for Assembly[J].Key Engineering Materials(S1013-9826),2006,316(5):556-560.
[4] Jayaram S,Connacher H I,Jayaram U.Virtual Assembly Using Virtual Reality Techniques[J].Computer Aided Design(S0010-4485),1997,29(8):575-584.
[5] Dewa R G.Assembly Planning in A Virtual Environment[C].Proceedings of Portland Internation Conference on Management and Technology.Portland,USA:1997:664-667.
[6] Marcelino L,Murray N.A Constraint Manager to Support Virtual Maintainability[J].Computers & Graphics(S0097-8493),2003,27(9):19-27.
[7] 刘振宇,谭建荣,等.基于语义识别的虚拟装配运动引导技术研究[J].软件学报,2000(5):84-88.
[8] Yuan X B,Yang S X.Virtual Assembly with Biologically Inspired Intelligence[J].IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybermetics Part C: Applications and Reviews,2003,33(2):159-167.
[9] 万华根.基于虚拟现实的CAD技术研究[D].杭州:浙江大学博士学位论文,1999.
[10] Ritchie J M,Dewar R G,Simmons J E L.The generation and practical use of plans for manual assembly using immersive virtual reality[J].Proc Inst Mech Engrs Part B(S0954-4054),1999,23(6):461-474.
[11] Li J R,Khoo L P,Tor S B.Desktop virtual reality for maintenance training: an object oriented prototype system(V-REALISM)[J].Computers in Industry(S0166-3615),2003,52(9):109-125.
[12] Deviprasad T,Kesavadas T.Virtual Prototyping of Assembly Components Using Process Modeling[J].Journal of Manufacturing Systems(S0278-6125),2003,22(1):16-27.
关键词：机床专用夹具；参数化；虚拟化装配
1 机床专用夹具设计内容
机床专用夹具一般是由夹紧装置、对刀装置、定位装置和夹具体等基本装置组成，其内容主要包括：⑴设计夹具的定位机构。此过程主要包括了对夹具定位元件与机构的选择、方案的确定和对定位误差的计算等。定位元件的选择则是包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等；定位方案是指工件以内孔、以平面定位、以外圆柱表面进行定位，之后在根据不同的定位方式来进行定位误差的计算。⑵设计夹具的夹紧装置。这部分主要是由力源装置、夹紧元件与夹紧机构、中间的传力机构组成，包括夹具夹紧元件与机构的选择、夹紧方案的确定以及计算夹紧力和切削力等。斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、联动夹紧机构等则是属于对夹紧机构的选择，根据切削力计算夹紧力的大小并且确定合理的夹紧方案。⑶设计夹具的对定机构。夹具对定机构的设计包括对刀装置与元件、引导装置与元件、分度装置以及其相关的计算，如定向键、对刀块、计算刀块到定位元件位置的尺寸、分度装置、计算分度误差等。
⑷夹具总体装配布置和其工艺的设计。
2 机床专用夹具设计时的常用步骤
（1）明确设计的要求和生产所需条件、认真调查并收集设计资料；（2）确定夹具所用的结构方案、并且绘制夹具所需要的总图；（3）对夹具精度的校核和绘制夹具零件的工作图；（4）夹具设计时其质量的评估。
3 机床专用夹具的对象装配
机床专用夹具装配时的的对象模型是由机床专用夹具的装配对象和另一个对象之间的组合，因为根据大量的实例研究来看，无论是机床专用夹具的零件的装配还是部件的装配，都是以一种装配模型为基础的。机床专用夹具的对象装配之间的原则是指装配对象之间互相存在的约束关系。这种关系都是由装配对象以及几何特征和装配几何特征之间的装配来进行约束的。根据人们研究的模型来看，组成装配几何特征的装配元素根据几何特点可以分为平面、曲面、直线、曲线、点等；通过对它的特点分析，几何特征的元素主要为面元素，其中包括有平面、锥面、柱面、球面等。不仅这样，对装配几何特征来说，它的排列方式不是没有规则可言的，它的排列还存在着尺寸的约束。
4 机床专用夹具的装配过程
自上而下的装配过程是非常符合复杂装配的一种方法，它的设计步骤为：⑴确定设计目标。⑵提供设计时所需要的模型。⑶开始对部件进行设计。从设计好的实体模型中可以看出，这种自上而下的设计方法就是在建立各个零件间的关系，并且在每个零件设计好之后自动的进行装配。这种自上而下的设计技术是在参数化特征造型后，CAD技术再次重要突破。
5 机床专用夹具设计实例
本节以压泵上体的零件图为例子，加工液压泵上体部分的三个阶梯孔，根据其工艺规程在2nT_阶梯孔之前，部件的顶面与底面、两个8H7的孔和两个奎8mm TL都已加工好。而本工序加工时所需的要求有：三孔轴线与底面垂直度，四小孔和中间阶梯孔的位置要求以及三个阶梯孔的距离是254-O.1mm。后两项要注公差，加工的要求较低，试设计车床专用夹具。
首先要确定定位方案和设计定位装置。工阶梯孔的加工工序的基准和限位基准为都分度滑盘的上表面。根据基准垂合的原理，分度滑盘的上表面应该为定位基准。分度滑盘的上表面用来限制XY方向转动和Z方向移动这三个自由度的。第二确定夹紧的方案和设计其夹紧装置。车床夹具的夹紧装置必须安全又可靠。夹紧时力作用点和方向应按|以下要求进行选择：主要的夹紧力的方向应朝向主要定位基准，作用点靠近支承面的几何中心；夹紧力方向应利于减少夹紧力，尽量和工件的主要定位基面垂直，和切削力、重力的方向是一致的；夹紧力的方向和作用点应作用于工件刚性较好的方向和部位。第三就要确定夹具与机床的连接方式。对于径向尺寸大的夹具，一般是通过车床主轴轴颈和过渡盘进行连接的。之后装配在过渡盘的凸缘上，然后再用螺钉进行紧固。最后进行分度装置设计。
6 结语
机床夹具在机械加工中直接影响着其质量，生产的效率和生产成本。这对一个企业来说也是一种影响。企业在长期机床夹具的生产中会积累一定的生产经验领用这些来提高家具生产的效率。本文就简单的对机床专用夹具参数化虚拟装配进行了讨论，讨论了零件与部件之间的连接关系、零件的设计信息和在Pro/E系统中机床专用夹具怎样进行虚拟装配等。
通过对机床夹具的了解，我们知道了利用CAD平台上机床虚拟装配技术可以快捷的实现夹具的装配过程，这样的方法不仅节省了很多时间和装配人员的体力，还不易出错，这样大大的提高了机床专用家具的生产效率。这对一个企业来说是不仅提高了生产能力、降低了成本，还提高了产品的质量。机床夹具参数化虚拟装配的研究对我国也起着很大的作用。
[参考文献]
[1]吴禄慎，蔡厚道.基于UG平台的专用机床夹具设计[J].南昌大学学报（工科版），2010，32（1）.
[2]蒋小莹.机床专用夹具参数化虚拟装配技术研究（学位论文）[J].
关 键 词：榫卯结构 数字化仿真 有束腰凳
一、前言
传统榫卯工艺是传统文化中的瑰宝[1]，在现代家具设计中迫切需要对其进行深入学习与研究。但是由于榫卯工艺结构复杂，在教学中此类物理教具制作困难，不能进行批量的机械化生产。并且内部榫卯结构不能通过物理教具直接观察到，学习者不能直观的理解其结构，这造成学习榫卯结构的过程非常困难[2]。针对榫卯工艺在研究过程中存在的此类问题，本文提出引入数字化设计中的新方法、新技术，将数字化仿真设计与榫卯工艺相结合，以“有束腰方凳”为例，进行虚拟仿真设计。利用仿真技术对榫卯结构进行数字化模型的构建，并利用虚拟装配技术对其进行装配和构建。这样避免了物理教具的批量制造，降低教学成本，提升了教学效率，为榫卯结构的教学研究提供了一条新的思路，本文主要研究的是通过仿真模拟技术对传统榫卯工艺进行研究及其数据库的建立。
二、数字化仿真构建方法
1、数字化仿真技术含义
数字化仿真技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、整个生命周期的模拟和仿真。这样可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程。与传统的工业设计相比，数字化设计技术在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化，数字化工业设计将主要包括数字化建模，数字化装配，数字化评价，数字化制造，以及数字化信息交换等几方面。
2、数字化仿真设计流程
在现实家具榫卯工艺研究的方法是：把已有的家具进行拆解，对拆解后的榫卯结构进行测量、记录与学习。而在Pro/E系统中，学习研究榫卯结构的方法是：首先通过对榫卯家具进行拆解，并对其结构进行精细测量；然后通过数字化设计技术，并采用数字化样机来代替原来的物理原型，在数字状态下进行仿真分析，对原设计进行装配重组。这样不需要实物原型，就可以让更多的设计人员在不同时间不同的地点在计算机上进行榫卯结构的学习和研究。
三、数字化仿真实例
首先是建模平台的选取，考虑到数据格式的通用性、三维模型建设的便捷性，以及数据管理方式的先进性，最终选用了软件Pro/E作为三维建模平台。对结构件和零件用软件Pro/E进行建模来更直观的展示传统结构，以此来系统阐述榫卯结构制图和模型制作的现代工艺流程。由于凳子是明清家具中最基本的单品，其结构也是桌、案、几等家具的本源。本文将具有榫卯结构的束腰凳进行拆解，并对拆解后的结构进行仿真模拟。
1、定义初步产品结构
在进行详细设计之前要对产品进行初步结构分析：首先采用自顶向下设计方法规划出束腰凳的整体造型结构关系，即产品结构包含了一系列的子装配件，以及它们所继承的设计意图。产品结构由各层次装配和元件清单组成，在定义设计意图时，有许多子装配是预先确定下来的：比如对本例束腰凳进行结构分析，可以看到本例凳子一共使用了攒边打槽装板、抱肩榫、格肩榫这三种榫卯装配结构。
2、数字化样机详细设计
在明确了设计意图并定义了“有束腰凳”产品基本结构和框架前提下，将围绕设计意图和基本框架展开零件和子装配的详细设计。首先是子装配件的确定，通过对基本框架的研究分析得出产品共分为三个子装配体：攒边打槽装板结构子装配体、抱肩榫结构子装配体、格肩榫子装配体。当子装配体确定下来，设计基准传递下去之后，可以进行单个的零件设计。
2.1凳面榫卯结构仿真
从拆解图二可以看出，凳面采用的是攒边打槽装板连接方式。我们将攒边打槽装板连接方式定义为子装配件，在子装配件下进行板心及边框的详细设计。趱边打槽装板的装配结构是首先将板心装纳在四根边框之中，然后将装板的边框装配起来[3]。这种装配结构的优点在于边框伸缩性不大，使得整个家具的结构不至由于面板的胀缩而受影响，起到了稳定坚实的作用。
趱边打槽装板装配结构定义完之后开始进行零部件的详细设计，由图四可以看出此装配零部件由凳面的带榫头的两根大边和两条带榫眼的抹头组成。这四根木框两根长而出榫的叫“大边”，两根短而凿眼的叫“抹头”。经过以上分析，在Pro/E环境中建立这四根带有榫卯结构的木框零部件。
2.2腿足的抱肩榫结构仿真
从图三可以看出，凳面与腿足及其束腰采用的是抱肩榫连接方式，将抱肩榫连接方式定义为子装配件，抱肩榫是束腰家具的腿足与束腰、牙条相结合时使用的榫卯结构。首先通过测绘获得各种数据为基础，在获得详细的数据基础上，通过三维仿真建模技术，对抱肩榫结构进行子装配件的建立。之后在子装配件下进行牙条与腿足的详细设计。通过对三维仿真模型的拆解可以看出来，抱肩榫子装配件的详细结构是在腿足上挖出肩，将牙条插挂在上面来固定四方的框架。同时挂销进一步定位横材和竖材，将面受到的压力均匀传递到四足上，腿足上端的长短榫通过抹头的插接固定了承重面。
2.3.脚档的格肩榫模型仿真
通过下图对束腰凳的拆解可以看出，数字化模型中脚档与腿足的连接方式为格肩榫，将格肩榫装配方式定义为子装配体，然后分析其详细零部件。本实例束腰凳的腿足是方形竖材，此家具用的是大格肩榫结构，肩部为尖角，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。详细零部件构成为：格肩榫榫头在中间，两边为榫肩，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。 齐头碰在形式上有透榫。
3、数字化样机虚拟装配
假如在榫卯结构的物理教具装配演示过程中，需要将装配的各个零部件拿到装配现场进行装配[4]。而在Pro/E虚拟系统中，只需要在计算机屏幕上装配零部件，查看和分析零件的配合情况，这样可减少对物理样机的依赖。
具体的虚拟装配的方法是：首先是装配建模体系结构的建立，根据有束腰凳装配给定的功能要求和设计约束，先确定产品的大致组成和形状，确定各组成零部件之间的装配关系和约束关系。然后再把束腰凳分解成若干个零部件，在总体装配关系的约束下，同步根据装配关系对这些零部件进行设计。
其次是装配体层次关系的定义，束腰凳的装配体分解成不同层次的子装配体，子装配体又可分解成若干子装配体和各个零件。通常将零件、子装配体、装配体之间的这种层次关系直观地表示成装配树，树的根节点是装配体，子节点是组成装配体的各个零件，中间节点则是子装配体。装配树的的关系体现了实际形成装配体的装配顺序，同时也表达了装配体、子装配体及零件之间的父、子从属关系。图6是有束腰凳的仿真装配结果。
四、 结语
传统榫卯结构是我国宝贵的传统工艺非物质文化遗产，同时明式家具榫卯结构工艺也是当今学习榫卯结构的难点，所以有必要对传统榫卯结构进行三维数字模型的仿真研究，使学习和掌握榫卯结构的过程更快捷。通过三维模型的仿真研究和实践，探索出一套学习榫卯工艺的学习方法，为当今家具设计提供有益的参考，同时也促进了明式家具的深入研究，有助于传统文化的广泛传播和发展。
本文为天津市高等学校人文社会科学研究一般项目资助 课题号：20112303
参考文献
[1] 胡中艳，曹阳.中国古代家具设计的继承与发展[J].包装工程，2009，30（1）158-160
[2] 杨静，余隋怀，杨刚俊.明式家具榫卯结构的参数化设计系统构建与应用[J].西北林业学院学报，2009，24（3）：163-166
关键词：工业设计，虚拟现实技术，计算机
0.前 言
新世纪以来，随着计算机图像学，人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展，虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多，已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化，是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易，不记打打缩短了企业产品开发的时间，而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机，为企业在竞争中取胜添加了筹码，加快了企业发展的步伐。
1.虚拟现实的定义
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具，最大限度地方便用户操作，提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同，VR的作用可以表现为不同的形式，如将设计概念或方案可视化和可操作化，以方便设计评价和优化；实现逼真的遥现场效果等。
2. 虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用
（1）虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用
通过结合虚拟现实技术的Web页面进行市场调查，可以激发被访问者的兴趣，所得到的信息更丰富，更准确，并且有针对性，这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予Web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户，并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息，这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。
（2）虚拟现实技术在概念设计中的应用
在概念设计中运用虚拟现实技术，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多关注产品使用者感受，而非产品本身。在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受；利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件，在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议，邀请专家和部分用户一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
（3）虚拟现实技术在详细设计中的应用
详细设计是概念设计之后的一个重要阶段，包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等，其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时，通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析，避免可能出现的干涉和其他不合理问题，及虚拟装配。
（4）虚拟制造
虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境，通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题，进而在产品实际生产前就采取预防措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发奏起，增强产品的竞争力。
虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源，也不生产实际的产品，而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程，它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。
（5）虚拟评价和测试
在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价，从中获得修改的依据，降低修改和生产的成本。
3.结束语
正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。
参考文献：
[1]张立群. 计算机辅助工业设计[M]. 上海：上海人民出版社，2003
[2]鲁晓波，覃京燕等. 计算机辅助工业设计[M].北京：高等教育出版社，2007
关键词：设计；网络通信；虚拟校园
中图分类号：TP391.9
1 虚拟校园总体设计
虚拟校园系统包括三维虚拟校园场景建模、虚拟漫游、虚拟教室和虚拟教学、虚拟数字图书馆、虚拟实验室、行政管理系统等功能模块。三维虚拟场景建模主要是利用三维建模软件3DS Max对学校主要建筑、地形、景观等进行建模，包括教学楼、实验楼、图书馆、体育场馆、行政楼、宿舍楼等主要标志建筑；虚拟漫游是利用三维游戏引擎Unity3D提供的角色控制组件、相机控制组件等结合C#代码控制虚拟角色在虚拟校园场景模型里的行动来实现虚拟场景漫游。虚拟数字图书馆提供三维图书馆的虚拟现实环境，并实现了漫游图书馆的虚拟角色预定图书馆自习室座位的特色功能。行政管理信息系统为校园管理者提供可视化的管理解决方案，并对校园远景规划提供决策支持。本文的研究内容的特点主要有如下几个方面：首先是在虚拟教学方面，详细阐述如何利用强大的三维游戏引擎Unity，结合socket网络通信，建立实时多人在线虚拟教室，使得用户能远程接受如同身临其境般的虚拟教学，相比于传统的远程教育模式，本文设计的虚拟教学系统具有虚拟角色对应、多人实时在线音视频交流互动、远程提交批阅作业等沉浸式虚拟环境；其次，在虚拟实验室设计上，特别是在基础物理、化学、生物实验方面，提供完全仿真过程的实验系统，避免真实实验过程中可能发生的有毒性、爆炸性等潜在安全风险，同时能省去实验器材、实验药品等的花费；在机械的虚拟装配方面，参照装配流程，通过三维模型在虚拟空间的三维坐标的控制实现装配过程，节约了机械零部件成本，同时能给予用户装配流程指导；再次，在虚拟校园系统的实现上，充分考虑到现在校园用户对移动终端的使用频繁度，利用Unity引擎强大的跨平台特性，多平台的虚拟校园系统，特别是支持移动终端的虚拟校园系统，使得用户能通过访问移动互联网方便的使用本系统提供的丰富的功能，既方便用户随时学习和使用，也增强了学习和使用的趣味性和吸引力，对提高学生用户的学习兴趣有促进作用。本系统设计思路框图如图1。
图1 虚拟校园系统功能图
2 部分系统功能详解
2.1 3D校园模型。为了逼真的表现虚拟校园系统所描绘的环境，可以给虚拟环境设置背景，加上地表与天空，建立的三维世界处于大地的中心，就如同自然界的大地和天空一样，由于学校是小区域，而且实地地势比较平坦，因而，本论文的地表模型建立为一个平面。在模型的构建中需要注意的是多边形模型的优化，一个虚拟的校园系统还是比较大的，对模型充分的优化可以最大化减小最后网络文件的大小，利于用户浏览。空间背景和空间本身都是无限大的，但是空间背景可以理解为包围在空间周围的一个球状壳体，称为空间背景球体。整个空间背景可以分为两个部分：天空和地面，两者之间以地平线分隔。设置背景是通过设定Background节点的各域的参数来实现的，可分为两种设定方式，一种是通过颜色插值模拟大地和天空；一种是构造背景的全景图。在虚拟校园系统中采用了设置背景全景图的方法，在天空模型的内表面，用纹理映射产生全天候天空背景。
2.2 虚拟教学。虚拟教学是利用虚拟现实技术来模拟教学过程，将教学过程真实的展现出来，它不仅能够弥补院校硬件设施的不足，打破传统的说教的教学模式，而且虚拟现实的强大的画面感会很大程度的提高学生上课的积极性，尤其是在一些实际操作性非常强的专业上，如导游、旅游、自动化、机械、动漫等专业，可以通过动画模拟的形式将理论知识呈现出来。不仅如此，本系统同时还可以对学校的宣传起到积极的推动作用，方便想了解学校的用户在电脑上就能身临其境的获得更多的校园信息，使任何用户只需一步就能“踏进”校园参观了解。
2.3 交互功能模块。漫游是该虚拟校园系统的关键，人机交互部分的主要是利用鼠标或者键盘等计算机输入、输出设备控制有关设备的运行和理解，并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。虚拟校园的最终用户主要是学生、老师或者家长，所以其人机交互界面，必须以一般大众（而非专家）为其用户对象，以简单直观、方便快捷为目的。在本系统中主要的人机交互包括GUI界面设计和漫游设计。用户通过浏览器可以直接打开软件，进入使用界面，界面中可以呈现多种的漫游界面以供选择，例如自动导航、手动导航灯。
基于虚拟校园的人机交互，它能使得用户就像亲身行走在校园之中。随着天气和时间的不同，校园中的光线等也随之发生变化，对校园景貌进行环视、俯视、仰视，使人感觉更真实。同时，用户能够由远及近的观看校园中建筑物，熟悉校园环境。由于现在的虚拟校园都是从外观进行游览，下一阶段的目标就是能够让用户进入教室里体验。在人机交互时，视点会随着输入设备的运动而发生变化，这个过程会导致视点进入地面下、飞出天空外和穿过建筑物或树木、路灯等特征物，这样就不够完美，因此必须进行实时漫游的碰撞测试。通过Vega中的相交矢量控制视点与碰撞检测目标的距离，减少了不必要的碰撞，提高系统性能和真实程度。
3 结束语
随着计算机水平技术的不断发展，虚拟现实技术已经被广泛的应用到了各个领域中，与人们的生活、工作密不可分，其中虚拟校园是一个很重要的应用。它采用虚拟物体和实景拍摄影音结合的手法，借助一种新的三维引擎Unity3D生成三维虚拟校园漫游系统，使用用户能远程的通过单机或者网络访问该系统，以虚拟漫游的形式感受正好校园风貌。虽然现在虚拟校园技术在国内的应用还处于起步阶段，但其发展前景不可估量。它现在正在不断发展和完善，并且它对硬件设备的要求不高而且设备价格不断降低，使得它逐渐受到越来越多教育工作者的重视和青睐，因此它会在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。
参考文献：
[1]沈国钧.三维虚拟校园交互系统的设计[J].计算机光盘软件与应用，2012（03）：200+196.
[2]李芙蓉，靳盼盼.基于ArcScene和3Dsmax虚拟校园的初步实现[J].计算机光盘软件与应用，2013（04）：250-251.
关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计
文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02
作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计
中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
参考文献
[1]李锐．虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J]．河南科技，2013，（13）．
[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技术在农机设计制造中的应用[J]．河北农机，2013，（2）．
[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟现实技术的应用与发展[J]．机械设计与制造，2010，（5）．
[4]郝虎．虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2011，（25）．
[5]陶表达，姚桂玲．虚拟技术在现代机械产品研发中的应用[J]．湖北第二师范学院学报，2010，（2）．
关键词：机械类专业；毕业设计；民族班；改革
毕业设计是学生在校学习期间最后一个实践性教学环节，是学生学习、研究与实践成果的全面总结，是学生综合素质与工程能力培养的全面检验。其主要目的是培养学生综合应用所学知识和技能解决工程实际问题的能力，进行创造性工作的基本训练，培养学生独立工作和团队协作能力，是对学生学习成果的一次全面考验。新疆是个多民族地区，少数民族的基础教育比较薄弱，考入新疆大学的多数少数民族学生均来自边缘地区。虽然在四年的学习过程中，严格地按照教学大纲和教学计划完成教学内容，但是由于学生本身基础较差、汉语接受能力有限，大部分学生对于系统性、实践性较强的专业课程很难全部理解透彻，使学生在学习中总处于被动状态。为加大民族班教学改革的力度，提高教学质量，在以往实践性教学环节中所积累的经验的基础上，通过采取有效的改革措施，取得了较好的成果。
一、设计手段
机械制图是机械工程专业最基本的工具，是表达设计思路和设计方案的语言。以往我们都是采用手工绘图，其缺点是：绘图速度慢、出错率高、不易修改、图面质量差。国家早就规定要甩掉图板，利用计算机二维绘图解决以上问题，但其设计思路仍然建立在手工绘图的基础上。机电产品的配合性和可装配性是设计人员容易出现错误的地方，以往要到产品最后装配时才能发现，导致零件的报废和工期的延误，造成巨大的经济损失和信誉损失。采用3D平台下的计算机辅助装配技术可以在设计阶段就进行验证，确保设计的正确性，避免损失。三维设计方法与人的思维方式比较接近，较为直观，可以大大地提高设计速度，并且可以进行装配干涉检验、机构运动仿真及有限元计算、优化设计等。尤其对于空间想象力不高的学生来说，更是一种比较理想的设计方法。此外，三维设计后可以立即转化为二维（平面）图形，因此从三维到二维的整个过程不一定比直接画二维图要慢。我们从2000年（95级民族班）起，要求学生在毕业设计过程中尽量采用计算机绘图，并在答辩中采用多媒体答辩，这在当时全校民、汉班级中是比较少见的。直到2004年，采用三维设计已经较普遍，这方面已经达到了内地同类大学的水平。
二、设计题目
选题是否合适，其难易程度直接决定学生毕业设计的质量。我们在近几年的毕业设计选题上，淘汰了以前过时的老题目，而尽量选择指导教师的科研课题和当前的生产实际相结合的题目，充分体现教学与科研、生产实际相结合的原则，培养学生综合应用所学知识和技能解决工程实际问题的能力。如2001年机械制图96-2班两名学生参加了由指导教师主持的横向课题“数控塑料切粘机的研制”，并以之作为毕业设计题目，完成了产品的设计、零件的加工到整机的调试全过程，获得了难得的实践经验，并完成了整机的CAD绘图工作。长期以来，机械强度分析与计算一直沿用材料力学、理论力学和弹性力学所提供的公式来进行。由于在计算过程中有许多的简化条件，因而计算精度较低；在设计中，为了保证设备或构件的安全可靠性，常采用加大安全系数的方法，结果使结构尺寸加大，浪费材料，有时还会造成结构性能的降低。有限元分析技术是最重要的工程分析技术之一，它广泛应用于弹塑性力学、断裂力学、流体力学、热传导等领域。有限元法在产品结构设计中的应用，使机电产品设计产生革命性的变化，理论设计代替了经验类比设计。以前由于其理论性较强，有限元法仅仅用在硕士论文中，但从2002年起，在本科班中尝试应用有限元强度分析作为毕业论文题目。同时，由于我们所用的有限元分析软件在Linux平台上运行，所以学生必须掌握Linux操作系统，使学生在计算机方面也有了全方面的提高。
三、创新实践
近几年，我们在学生当中广泛进行了课外学术活动和机械创新设计实践，并把这些内容与学生的毕业设计相结合，获得了可喜的成绩。依布拉音、西克热木等学生完成的“油罐车注油自动控制系统”项目在西北地区比赛中获得一等奖，全国大赛中获得三等奖。努尔比亚等学生完成的“上下楼梯搬运机器人”项目在西北地区比赛中获得一等奖，全国大赛中获得三等奖。通过这些设计大赛及几年的教学改革实践，学生不仅从设计中得到了锻炼，学到了设计技能，而且在做设计时的动手机会多了，培养了他们科学的思维方法与创新能力，加深了学生对机械制造专业的认识，促进了课程设计、毕业设计质量的提高。要实现教育改革和建设的目标，关键是教师，教师不但要有高度的敬业精神和教学责任心，还要有较高的教学业务素质。为使青年教师提高工程素质，增加实践经验，鼓励青年教师积极参与实际科研工作和实验室建设，并对青年教师制定了严格的培养计划。教师梯队建设及青年教师培养有了明确的规划，结合课程建设，个人业务素质提高较快。
四、结论
论文摘要：在《机械设计基础》课程设计中采用UG（Unigraphics）软件指导学生进行减速器的结构设计，可以增加学生的学习兴趣，提高学生的空间想象能力。
《机械设计基础》课程是机械类专业一门重要的技术基础课程。课程设计是培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识的重要环节，是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段，将为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础，在教学计划中具有承上启下的重要作用。我院《机械设计基础》课程设计选用的题目是传动装置中的减速器设计，在以前的课程设计中发现，由于学生空间想象能力不足，往往照葫芦画瓢，导致学生对自己设计的减速器结构似懂非懂，影响了设计质量。笔者结合自己对UG（Unigraphics）软件技术的掌握，对教学中如何提高学生空间思维能力的问题进行了探索。
人们的认识过程建立在实践活动中，从具体到抽象，从感性认识上升到理性认识，在此过程中，如果缺乏与之有关的感性认识作为基础，理解起来很难。《机械设计基础》课程是理论性和实践性都很强的课程，内容比较抽象，减速器结构设计离不开空间想象，离不开对空间形体的分析和表达。根据心理学的观点，空间想象能力是形象思维与抽象思维两种思维活动的分析、综合、加工处理，从而产生新形象的一种综合性能力，主要来源于对空间形体的感性认识。课程设计能培养学生对空间形体的想象能力、分析能力和表达能力。这三种能力彼此关联，相互促进。在教学中从学生的身心发展规律和学生实际出发培养学生空间想象能力的途径有很多，利用UG软件进行多媒体教学是非常有效的方法之一。
UG系统起源于美国麦道飞机公司。多年来，UG系统汇集了美国航空航天与汽车工业的专业经验，发展成为世界一流的综合性的设计、分析和制造一体化的集成系统。可以实现从产品的概念设计、结构设计、虚拟现实到静力学及动力学强度分析，最后由CAM模块实现计算机辅助加工制造，贯穿了产品的开发和制造全过程。UG技术提供的草图功能、曲线曲面建模、基于特征的实体建模、虚拟装配建模、机构运动仿真、分析等技术手段，给机构设计提供了极大的方便。相关技术手段的结合应用不仅能快速构建出相关的机构的抽象模型，也能把这种模型快速地映射于机构的装配模型，还能对机构进行快速的运动分析仿真、运动干涉检查及动力学分析等。
在课程设计之前，为了增强学生的感性认识，最好进行轴系结构测绘和减速器结构装拆实验，因为这两个实验有利于学生进一步掌握机械结构设计知识、了解结构设计的原则，建立轴系组成的基本概念。在课程设计开始时，学生往往不知从何下手，教师首先应该介绍一下设计总体过程。采用课件比较方便，然而也有很大的局限性，因为制作好的软件不宜改动，教学内容的个性与教学过程的适宜性受到了限制，在课堂上不利于发挥教师的主观能动性，不利于最大限度地融入和体现教师的设计思想、教学特色和个人风格。笔者采用UG软件对零件直接进行三维建模和用UG建造好的虚拟模型进行教学，在课堂的动态教学中能够随机应变、按需造型以及修改模型，提高课堂教学质量。采用UG软件建造的虚拟模型比以前采用实物模型来增强学生感性认识要好，因为实物模型由于体积和重量原因会造成携带、拆卸和解剖不便，且操作较为费时。而UG软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富，利用UG的局部放大、平移和翻转等工具，能够在屏幕上观察零件复杂形体的外形与内腔、相贯体中相贯线的变化等各个侧面和局部细节特征；可以直观地显现整个零件的结构，装配体中零件之间的连接关系，使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象；也可以根据不断变化的教学内容和不同的教学对象的需求，利用UG软件方便地进行教学模型的修改与新建，满足教学中对模型种类及数量的需要，并能显著降低教学成本。
在介绍设计过程时，如果采用机械制图方法将零件的三维实体利用投影法原理将其转化到二维平面图上，再通过二维视图想象出三维形状讲解减速器结构设计，则学生理解这些传统的二维平面图知识需要有丰富的空间想象力。即使用一些轴测图，也只能看到实体的部分表面，不能解决教学中向学生讲解清楚空间几何体的形体问题。
并且学生的认识始终停留在二维图纸上，不能很好地了解结构设计对整机性能的影响以及单个零件与整机之间的关联关系，不清楚自己设计的结构是否合理。笔者在教学中采用UG软件教学，使学生看到零件的设计过程，让学生看到教师在绘图过程中的细节，并且使用UG对减速器各个零件进行装配，使学生比较容易理解。如图（轴上零件周向、径向定位）所示，在讲解对减速器轴上各个零件进行装配时，介绍装配基准，演示如何进行传动件的周向和轴向固定；轴的支承、固定；轴承类型如何选择，应考虑哪些因素，轴承如何装配，间隙如何调整等问题；各零件之间的相互位置关系、零件的布置方案、装拆顺序；图样上的尺寸和公差标注及零件的结构工艺性应注意的问题等等。这样，不仅能在较短时间内给学生提供正确的示范，培养学生的几何构思能力，同时介绍了有关结构工艺知识，培养学生合理的设计思维，有利于学生理解减速器的工作原理、装配关系、各零件的相对位置关系以及各零件的结构特点。这种视觉效果的刺激能增强学生的分析、认识和记忆能力，开拓学生的知识面，活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣，也能充分发挥计算机与教师的双重作用。
轴上零件周向、径向定位图
三维设计是工业发展的趋势，我院机械类专业学生获得UG或PRO/E三维设计技能证书是学生的毕业条件之一，这样的要求有利于提高学生实际工程设计能力，创新意识和就业的竞争能力。因为在课程设计之前，一些学生已经学习了UG或PRO/E软件，在课程设计中应鼓励学生采用三维设计。将三维设计融入课程设计，学生可以利用UG强大的参数化功能和装配功能，完成各零件的设计和装配。由于学生缺乏实际经验，往往要对某些结构不够合理的地方进行多次修改，采用UG软件只需修改零件的某个参数的数值即可完成整体修改。而采用二维设计，结构变动较大时则不得不重新设计并花费很多时间进行绘图。而采用三维设计，整个设计过程符合学生的认知规律，能使学生更加深入地理解设计的内涵，增强学生的设计想象力，启迪学生的思维，引导学生实现探究性学习。三维设计能够使学生直观地看到自己的设计成果，增强学生的成就感。而且学生在完成三维设计后，利用UG的制图转换功能，可将使用实体建模功能创建的零件或装配模型引用到工程图模块中，快速转换为二维的工程图，再进行尺寸标注、注释等等，最终完成课程设计所要求的图纸，从而提高学生的专业制图识图能力，加深学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解。
实践表明，用UG软件讲授减速器的结构设计，可以激发学生的观察力、想象力及逻辑联想能力，能够达到“教人以渔，则终身受用无穷”的效果。不过，虽然现代教学技术开阔了学生的视野，提高了学习的趣味性与教学效率，然而教学却具有生成性，对课堂上出现的新问题，教师的板书和分析必不可少。因此，在教学实践中应当将传统教学和现代教学技术有机结合，不断地研究新的教学方法，与时俱进，注意使各种教学手段相互穿插、补充，这样才能提高学生的学习兴趣，增强他们学习的主动性，实现教学效果的最优化。
参考文献：
