时间：2022-08-08 02:19:10
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为了便于学生更好地认识和理解虚拟制造技术，课程教学中必须结合实践教学。因此结合学校的成形磨齿机床进行教学，向学生讲解磨齿机的工作性能和用途，齿轮的磨削加工方法，以及成形磨齿法和展成磨齿法的区别，大大加深了学生对该门课程内容的理解。在实践教学中，让学生根据设计任务书自己操作成形磨齿实验台，对齿轮进行磨削加工，学生能直观地观察到整个过程，加工过程中出现的任何问题，都能便利地随时进行观察检测，从现场的上课情况看出，这个过程加深了学生对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好地指导实际生产。使学生对磨齿机的相关知识有一定的了解，对学生以后的专业课学习以及金工实习打下坚实的基础。
在课程中，应用虚拟制造技术用软件进行高阶复杂修形齿面计算、砂轮截形优化、三维磨削过程可视化、基于KBE技术的齿轮工艺参数智能化管理等技术难题，并在齿轮动态性能预测及噪声控制软件部分实现技术突破，软件可实现齿轮噪音对比预测，并能优化齿轮参数，从而达到降低齿轮运行时振动噪声的目的，此技术大大缩短了齿轮加工工艺调整周期，并具有较好的可视化功能，得到了用户一致青睐。通过此教学过程，拓宽了学生的视野，学习到了更多的虚拟制造技术的知识。
为了改善传统的教学方法，我们在课程中采用了启发式教学、互动式教学。启发式教学就是通过在教材的重点、难点、疑点处创设一种问题情境，以引起学生的兴趣和注意，并作适当启发，培养学生的创新思维，鼓励学生主动地、独立地分析问题和解决问题。在成形磨齿实践教学中，通过学生学过的知识进行引导，比如从学习过的车床、铣床等切入，进行类比讲解，使没有接触过磨齿机的学生对此有一定的了解，介绍磨齿机发展史中的一些实例，让学生了解到相关知识背景，启发学生的兴趣，激发了学生的求知欲。在互动式教学中，老师提出问题，然后把班级同学分成几组，先由小组进行讨论和查阅资料，然后再进行汇报，这样可以开阔学生的思路，有助于学生自己解决问题，学生能更多参与课堂教学中，有利于学生潜能的开发，综合素质的提高和创新能力的培养。
2总结
摘要：随着信息技术的高速发展，制造行业发生了翻天覆地的变化，先进的制造技术不断地被应用于生产，大大地提高了工作效率，本文对现代集成制造系统的构成和特点作了分析。
关键词：集成；系统；技术构成
一、现代集成制造系统的含义与定位
现代集成制造系统(ContemporaryIntegratedManufacutringSystem)是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行。在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
二、现代集成制造系统的技术构成
先进制造技术(AMTAdvancedManufacturingTechnology)作为一个专有名词目前还没有准确的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。其具有如下一些特点：
1、从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要；
2、从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥；
3、从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节；
4、从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量；
5、从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。
通过对先进制造技术的定义和特点的分析发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的范围要比现代集成制造系统大，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心。
（1）并行工程(CEConcurrentEngineering)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术的基础。
（2）虚拟制造(VMVirtualManufacturing)虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而使产品一次性制造成功，达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。
（3）敏捷制造(AMAgileManufacturing)敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础的，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
[摘要]随着现代科学技术的快速发展，机械制造业面临着不同方面的发展要求：最大程度地和计算机技术、信息技术相结合以实现智能化、自动化、高产、高效、低能耗、无污染的目标，本文从几个方面介绍先进制造技术，指明机械制造业的发展方向。
[关键词]先进制造技术机械制造业发展方向
机械制造业作为一个传统的领域已经发展了很多年，积累了许多理论和实践经验，但随着当今社会的发展，人们的生活水平不断提高，各个方面的个性化需求越来越强烈。作为已经深入到各行各业并已成为基础工业的机械制造业面临着严峻的挑战。先进制造技术这个概念的提出为机械制造业的发展指明了方向。虽然这个名词没有确定的定义，但目前被公认的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。它具有如下一些特点：
1．从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要。
2．从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥。
3．从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节。
4．从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量。
5．机械制造技术的发展趋势可以概括为：（1）机械制造自动化。（2）精密工程。（3）传统加工方法的改进与非传统加工方法的发展。
下面对自动化技术给予论述和展望。机械制造自动化技术自本世纪20年代出现以来，经历了三个阶段，即刚性自动化、柔性自动化和综合自动化。综合自动化常常与计算机辅助制造、计算集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应速度。
一、集成化
计算机集成制造（CIMS）被认为是21世纪制造企业的主要生产方式。CIMS作为一个由若干个相互联系的部分（分系统）组成，通常可划分为5部分：
1．工程技术信息分系统包括计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程分析（CAE），计算机辅助工艺过程设计（CAPP），计算机辅助工装设计（CATD）数控程序编制（NCP）等。
2．管理信息分系统（MIS）包括经营管理（BM），生产管理（PM），物料管理（MM），人事管理（LM），财务管理（FM）等。
3．制造自动化分系统（MAS）包括各种自动化设备和系统，如计算机数控（CNC），加工中心（MC），柔性制造单元（FMS），工业机器人（Robot），自动装配（AA）等。
4．质量信息分系统包括计算机辅助检测（CAI），计算机辅助测试（CAT），计算机辅助质量控制（CAQC），三坐标测量机（CMM）等。
二、智能化
智能制造系统可被理解为由智能机械和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，该系统在制造过程中能进行智能活动，如分析、推理、判断、构思、决策等。在智能系统中，“智能”主要体现在系统具有极好的“软”特性（适应性和友好性）。在设计和制造过程中，采用模块化方法，使之具有较大的柔性；对于人，智能制造强调安全性和友好性；对于环境，要求作到无污染，省能源和资源充分回收；对于社会，提倡合理协作与竞争。
三、敏捷化
敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求做出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
四、虚拟化
“虚拟制造”的概念于20世纪90年代初期提出。虚拟制造以系统建模和计算机仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、信息技术、并行工程、人工智能、多媒体技术等高新技术为一体，是一项由多学科知识形成的综合系统技术。虚拟制造利用信息技术、仿真计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防的措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。
五、绿色制造技术的应用及绿色设计
若从节能、降耗、缩短产品开发周期的角度出发，诸如快速成形技术、并行工程及敏捷制造、虚拟制造、智能制造和网络制造等先进制造技术都可纳入绿色制造技术的应用范畴。不过目前能将绿色制造技术真正应用于企业生产的，也是较为成功的应用，只要集中在汽车、家电等支柱产业上。如绿色制造技术在汽车行业上的应用。
（1）节约资源方面：将“绿色燃料”天然气作为汽车的能源，它的燃料同汽油相比，CO降低70%，非甲烷类降低80%等，同时也消除了铅、苯等有害物质的产生。
（2）采用新设计的加工工艺方面：2000年3月，博世、康明斯、卡特彼勒等国外著名的汽车发动机公司，发动了“绿色柴油机行动”，在技术上作了较大的改进，大大降低了汽车尾气的排放。
（3）适用于环境友好的材料方面：世界上著名的汽车生产企业，使用新材料来替代以前使用的石棉、汞、铅等有害物质，采用轻型材料——铝材制造车身，使汽车重量减少40%，能耗也降低了。
（4）部件回收在制造方面：从1990年中期，美国仅汽车零件回收、拆卸、翻新、出售一项，每年就可获利数十亿美元。
六、清洁化
【关键词】计算机仿真技术 信息化 制造业
1对系统仿真类型进行概述
顾名思义，“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态，使其达到逼真的情形。在工程技术领域，经常采用系统仿真技术来研究相关事物，如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。
2对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述
由于我国是一个制造业大国，并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例，因此，国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。随着我国科学技术及制造业的进步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段，其被大量应用到我国制造业进行研究及实践，从而产生出一些先进制造技术。对于系统仿真技术而言，如果从本质上面来讲，其就是通过建立仿真模型，然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现，具体情况如上图2-1所示。可以很明显的看出，对于一个典型的仿真软件来讲，它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式，它的覆盖功能也不是完全相同的，并且，从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。随着相关技术的发展，直到上个世纪80年代后期，出现了一体化的仿真环境。随着我国计算机技术的进一步发展，开始出现了面向对象的并发执行机制，这样，就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理，与此同时，人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。另外，广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现，在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。比较典型的一体化仿真软件有TESS等，广义的仿真器有FATOR等。
3计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响
自从上世纪末以来，随着我国制造业的竞争不断加剧，产品生产周期不断缩短，这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展，在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。根据虚拟制造的概念可以得知，需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程，这样便于发现各种问题，并且在产品制造之前就把问题解决掉，从而提高生产效率及产品质量。随着制造业的发展，仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生，即虚拟产品的开发（VPD），它最早是来源于并行工程的思想。并行工程技术（CE）在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑，这样，对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。而虚拟产品开发是在并行工程的指导下，把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来，从而进一步的形成虚拟产品的开发环境，这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等，以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等，这样在进行实际设计、生产的过程中，可以减少反复或者变更等的次数。VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中，从而为企业产生巨大的经济效益。随着计算机技术的高度快速发展，对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。由于现代制造企业面向全国甚至全世界，因此，它的仿真对象也是分布在不同的时空，在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术（DIS）。对于这种仿真系统来讲，它所包括的内容有：构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等，并且，这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等，对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。分布交互化仿真技术（DIS）通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来，这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。如今，在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。就目前来讲，比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心，它就是虚拟研究开发中心。由于当今社会是动态快速发展变化的，人们的需求更多转向个性化、多样化等方向，因此，对于制造企业来讲，它们就要抓住市场的需求，然后采取方式（如柔性生产制造）来快速响应市场需求，这样才能够为企业获取更多的市场利润，但是，通常情况之下，由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性，在这样的背景下，企业要想获得市场机会，它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。
4结束语
随着我国社会的不断发展，导致计算机仿真技术的发展也日新月异。在制造业中，对于整个产品的生命周期来讲，仿真技术都表现出其强大的发展潜力。在当今制造业竞争激烈的社会，计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展，其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。
参考文献
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[3]郑力,卢继平等.虚拟制造技术[J].计算机辅助设计与制造,2013(09):62-67.
【关键词】先进制造技术；发展趋势；关键技术
【中图分类号】TH16 【文献标识码】A
【文章编号】1007―4309（2010）10―0086―2
先进制造技术AMT（Advanced Manufacturing Technology）是传统制造技术在不断吸收机械、材料、电子、信息、能源和现代化管理等领域的成果上产生的，它被综合应用于产品的生产、设计、制造、检测、管理和售后服务的全过程。它是由传统的制造技术发展而来的，保留了过去制造技术中的有效要素，是制造技术与现代高新技术结合而产生的完整的技术群，先进制造技术的发展，大体经历了四个阶段：
第一阶段（20世纪60―70年代）：柔性制造单元（CAD/CAM），它是以数控机床、加工中心和工业机器人为代表的。
第二阶段（20世纪70―80年代）：柔性制造系统（FMS），它是以柔性制造单元加上自动或半自动物流输送组合而成的，但特点仍然是分布式生产过程。
第三阶段（20世纪80―90年代）：集成阶段（CIMS），是以信息、工艺、物流、计算机集成控制为特点的。
第四阶段（20世纪90年代至今）：智能集成制造系统阶段，是以设计智能化、单元加工过程智能化和系统整体管理智能化为特征的。
一、先进制造技术的特点
目前，每一个国家都处于全球化市场中，先进制造技术的竞争是面向全球的。一个国家的先进制造技术对该国制造业在全球范围市场的竞争力发挥着非常重要和不可替代的作用。先进制造技术的目标是要提高产品对动态多变的市场的适应能力以及竞争能力，同时实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。它不局限于制造工艺，而是覆盖了市场分析、产品设计、加工和装配、销售、维修、服务，以及回收再生的全过程，概括起来有以下特点：
（1）成形和加工技术日趋精密化。
（2）企业装备将以制造工艺、设备和工厂的柔性与可重构性作为显著特点。
（3）虚拟制造技术和网络制造技术将被广泛应用。
（4）机电产品和先进制造技术将把智能化、数字化作为发展方向。
（5）以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术将超速发展。
（6）先进制造技术的发展越来越离不开信息技术，信息技术发挥着越来越重要的作用。
（7）21世纪的企业面临着要在管理方面进行创新的新课题。
（8）现代设计技术将成为21世纪制造业的重要特征。（现代技术的内涵即为：绿色产品设计技术、优良性能设计基础技术、竞争优势创建技术、全寿命周期设计技术。）
二、当前先进制造技术的发展趋势
市场需求的个性化与多样化趋势越来越明显，精密化、绿色化、智能化、信息化、虚拟化将成为未来先进制造技术发展的总趋势。其主要体现在以下几个方面：
（一）信息化
近几年，信息技术和制造技术的不断融合，使得数字化成为制造业日益发展的趋势。数字化制造技术具有较多的优点，如使市场多样化和个性化的需求得到满足；能够对市场作出快速的响应，使生产成本得以降低；能够提高产品精度和可靠性；等等。数字化产品既方便、直观，又便于通过计算机控制产品，对信息进行处理和传递。随着计算机技术的飞速发展，制造业应用系统越来越离不开Internet技术，Internet技术是实现各种制造系统自动化的基础，是其重要的支撑平台。基于Web技术的供应链管理系统、数据交换转换系统等成为产品的主流。据专家预测，在未来生产中占主导地位的将是基于网络制造的分布式网络化生产系统。因此，先进制造技术将把以微电子技术、软件技术为核心，以数字化、网络化为特征的信息化制造技术作为重要的发展方向。
（二）智能化
智能化就是应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持等）各个环节的智能化，如生产设备的智能化，人与制造系统的融合及人在其中智能的充分发挥等。智能化能够使制造系统的自动化和柔性化水平得到进一步的提高，使生产系统的适应与判断能力更加完善。
（三）精密化
超高速切削、超精密加工技术以及发展新一代制造装备成为了加工制造技术的发展方向。
1.超精密加工技术
目前已进入纳米级加工时代，加工精度和表面粗糙度分别达到了0.025μm和0．0045μm。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。
2.超高速切削
目前，铝合金超高速切削的切削速度已超过1 600m/min，铸铁、超耐热镍合金、钛合金的速度分别为1 500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的发展已转移到一些难加工材料的切削加工上。
3.新一代制造装备的发展
市场竞争和新的产品、技术和材料的发展对新型加工设备的研究与开发起着推动作用，如“并联桁架式结构数控机床”的发展就是一个典型的例子。它采用六个轴长短的变化，以实现刀具相对于工件的加工位姿的变化，是对传统机床结构方案的突破。
（四）绿色化
由于资源与环境的约束日益严格，21世纪的制造业要以绿色制造为重要特征。与此相适应的，绿色制造技术的发展也将是快速的。主要表现为：
1.绿色产品设计技术，既能够保证产品在生命周期内环保和对人类健康无危害，又能保证低能耗和高资源利用率。
2.绿色制造技术，使整个制造的过程对环境所造成的不利影响最小，废弃物和有害物质的排放量最少，资源利用效率最高。
3.产品的回收和循环再制造，它主要包括以设计产品和处理材料为主的生产系统工厂和以处理循环产品生命周期结束时的材料为主的恢复系统工厂。如汽车等产品的拆卸、回收技术和生态工厂的循环式制造技术。
（五）虚拟化
在制造业中，虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）越来越被广泛地应用，它主要包括两部分，即虚拟企业和虚拟制造技术。虚拟制造技术是在产品真正制出之前，先在虚拟制造环境中生成软产品原型进行试验，并且预测和评价其性能和可制造性。
三、未来先进制造技术发展中的关键技术
（一）虚拟制造VM（virtual manufacturing）
VM技术的发展是以仿真技术和虚拟现实VR（virtual reality）技术为基础的。VM技术是在虚拟条件下模拟产品的设计、制造、测试、营销的全过程，并预测和评价有关技术数据和性能指标，从而使产品开发周期得以缩短，使制造过程得以优化。VM技术是工程设计的一次革命性的进步，它的应用范围是非常广泛的，如快速设计与快速原型、面向装配或制造的设计、产品维护、产品设计进入市场的并行处理和人员培训等领域。
（二）智能制造IM（intelligent manufacturing）
智能制造技术是一门综合技术。之所以这么说，是因为它是通过自动化技术、制造技术、系统工程和人工智能等学科互相交织和渗透形成的一门技术。智能设计、智能装配、智能加工、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能测量与诊断等都属于智能制造技术的范畴。对于制造系统集成自动化和柔性自动化来说智能制造是其新发展，也是其重要组成部分，智能传感与检测是智能制造的重点。
（三）纳米制造
20世纪出现了一种高新技术，即纳米技术。它的加工精度或尺寸为0.1nm―100nm。而纳米制造是纳米技术与制造技术相融合而产生的，精密加工、超精加工、微细加工和超微细加工都属于纳米制造。常用的制造技术有聚焦离子束工艺等。
（四）绿色制造GM（green manufacturing）
绿色制造是一种现代制造模式，它综合考虑资源消耗和环境影响，其目的是使产品在整个生命周期中（包括从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理）做到对资源利用率最高，对环境的不利影响最小，并优化协调企业经济效益和社会效益。目前绿色制造受到了全球制造业的关注，因为未来制造业的可持续发展离不开绿色制造，绿色制造已成为先进制造技术的主要内容，也是各国支持和优先发展的研究项目。
四、结论
我国将先进制造技术列入“九五”科技规划和15年科技发展规划中。21世纪的今天，经济全球化进程日益加快，随之而来的日益加剧的制造业领域的竞争，实际上是以先进制造技术为竞争核心的。在这样的大环境、大背景下，我国不仅要迎接挑战，而且要抓住机遇，要不断地对传统产业进行改造，发展先进制造技术，要在技术、机制、管理以及人才等方面进行创新，只有这样我国才能实现跻身世界制造强国的目标。
【参考文献】
[1]王隆太等.先进制造技术[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[2]张平亮等.先进制造技术[M]. 北京：高等教育出版社，2009.
[3]冯.先进制造技术基础[M]. 北京：北京大学出版社，2009.
上世纪90年代中期,互联网作为一种新型的信息载体出现在世人面前,并在短短几年之内席卷世界。在本身迅速发展的同时,它还迅速与商业结合,宣告了基于互联网的电子商务的诞生。在随后几年之中,大批商业网站迅速兴起,网络化成为一种时尚,电子商务也一时成为学术界和实务界的热门话题。与此同时,电子商务的理论研究也受到了学术界的广泛关注,涌现了大批的研究成果。
2001年互联网泡沫的破裂,打碎了电子商务的虚幻光环。然而电子商务的脚步并未停止,在掠去互联网泡沫的表象之后,电子商务的真正主体——企业电子商务开始浮出水面。随着传统企业对电子商务的日益重视,电子商务对企业竞争战略和行业竞争结构产生了深远的影响。理论界和实务界也开始深入分析和研究这个问题。实际上,虽然电子商务对社会经济生活的影响非常显著,但真正的冲击是通过对基本经济单位——企业的影响来实现的。电子商务对传统信息传递方式和商品交易模式的冲击只是其影响的一个表象,更重要的是,它将引起企业经营环境的重大变迁,深刻影响众多行业的竞争结构,并进而影响企业的竞争战略和实现战略的方式。下面,作者将详细分析电子商务对行业竞争结构各要素的影响和作用机制,以及由此导致的企业战略和行业格局的变化。
一、顾客议价能力显著增强
俗话说,买的没有卖的精。这句话很好地描述了交易中的信息不对称现象。长期以来,企业在交易过程中总是处于信息优势地位。即使在买方市场为主的过剩经济时代,作为卖方的企业依然是交易的主导者。企业这种优势地位的建立是基于这样一个事实:作为购买主力的大多数消费者对产品的基本信息所知非常有限,而且消费者之间几乎隔绝,交流极少。例如,牙膏是非常普通的商品,但一般消费者几乎不可能知道牙膏的成分配方、生产成本、质量标准、有无副作用等方面的情况,而且也不大可能专门与其他消费者讨论一下此类问题。利用这种信息屏障,企业得以维持较高的利润以及市场的相对稳定。提高消费者信息地位的主要途径就是加强消费者之间的联合与相互交流。传统经济条件下虽然有消费者协会等自发组织来实现这一目标,但由于信息成本高昂,这些组织的作用是很有限的。而在电子商务环境下,信息的传递更为方便、廉价和快捷,消费者之间的交流和联合的步伐大大加快。
互联网上数不胜数的虚拟社区中或多或少都会与某些产品或服务相关联,所以,每一个消费者的点滴信息都能参与交流,最终结果就是每个消费者都很容易获得比较全面的产品信息。出于种种利益驱动,社区主持者还经常寻求各种专业力量的协助,使消费者得到的信息更为准确和详尽。因此,许多虚拟社区自然地演变成为自发的或营利性的消费者集团JohnHagelIII,ArthurG.Armstrong,1997)。例如,许多网站和大学的BBS上都有数量众多的讨论区,在相关版面一般都可以快速地免费找到相关商品的信息。即使是电脑、电器等技术含量较高的商品,也会有许多专业化的讲解、质量鉴别方法以及其他消费者的购买经验可供参考。电子商务的普及还带来了一些新型的信息平台。这些平台提供实时的分类商品信息,并进行大规模的信息加工,大大降低了信息搜寻的成本。例如,许多消费网站(如eBay、易趣、雅宝等)都提供广泛的搜索服务,消费者只要输入简单的需求信息,不但可以得到相关商品的几乎所有品牌、生产厂商、质量特点、各地当前零售价等详细信息,还可以看到其他消费者的经验之谈;有的网上销售商甚至提供自动比价功能,能自动搜索其他网站上同一商品的报价,消费者因信息不明而当“冤大头”的可能性大大降低。对于较大额的需求,许多网站还提供反向拍卖和集团购买的形式,代表消费者参与交易,进一步提高了消费者在交易中的地位。由此可见,电子商务虽然没有彻底消除信息不对称现象,但已经使不对称程度大大降低。随着电子商务的开展,购买方作为一支强势力量迅速崛起,企业凭借信息优势获取额外利润的能力将大大削弱。对多数行业而言,以卖方为核心的传统模式将逐渐改变,企业与顾客讨价还价的能力将显著降低,本论文由整理提供最终使行业整体经营环境受到影响,企业为了维持市场地位不得不更加激烈地相互竞争。
二、企业竞争模式多样化
传统经济条件下,企业间的竞争以规模效益的竞争为主。规模优势一旦确立,其他企业就很难再对其形成挑战。根据波特的竞争战略理论,在一个成熟的市场中,各种规模的企业会形成不同的战略集团,每个战略集团都有不同的市场层次定位,使整体行业结构保持相对稳定。处于同一战略集团的竞争者之间,爆发激烈竞争的可能性很大;而处于不同战略集团的企业很少爆发激烈竞争。只有在市场处于高速发展的情况下,才会发生企业之间不管规模大小都参与全方位竞争的局面(MichaelE.Porter,1980)。在传统经济条件下,由于信息传播不通畅,小规模的企业即使在某些方面取得领先于大企业的优势,也无法在短时间内占领市场,发展壮大,而大企业则可以从容地进行赶超。例如,在20世纪六七十年代IBM一直是计算机行业的领导者。虽然其竞争对手经常在产品技术、服务方式、功能设计等方面超过IBM,但由于这些企业规模太小,外部条件所限,它们的创新很难迅速转化为市场竞争优势。最终,这些创新被IBM以技术模仿、人才挖取甚至企业收购的方式获得,反而成为IBM的竞争利器。虽然20世纪80年代IBM在PC机大潮中遭到重创,但其真正原因是领导层的极端保守,实际上当时IBM仍有足够的时间和实力故伎重演,并重新取得优势。电子商务的出现打破了这种竞争模式,行业竞争更多地从“大鱼吃小鱼”变为“快鱼吃慢鱼”,即从单纯的规模效益之争转向速度效益与规模效益并重的竞争模式。
由于信息的迅速传播,市场的反应速度也明显加快,领先的产品与服务创新能迅速被市场接受(JohnM.DeFigueiredo,2001)。再加上一些有利的外部因素,如市场需求不断变化,产品生命周期不断缩短,融资条件日趋便利,以及销售渠道的多样化,一个能对市场需求和变化作出快速反应并创新出质优价廉产品的企业可以迅速扩张,占领市场;而规模较大的企业,如果只会后发制人式的模仿而不会创新,将逐渐被市场淘汰。因此,随着电子商务的引入,企业规模在提升企业竞争力方面的作用明显下降。可见,电子商务为所有企业提供了一个全面竞争的舞台。小企业可以凭借某一方面的突出优势迅速崛起,挑战大企业的地位。由于这种“一招鲜”的获胜机会大增,行业的竞争结构将不再像以前那样稳固,尤其是领先者的地位更难以保持。在这样的竞争环境下,只有致力于不断创新的企业才能长久立于不败之地。
三、流通环节大幅压缩
流通环节是传统经济中至关重要的一环,层层的分销网络是商品和信息的双重载体。电子商务最初就是从流通领域开始的,随着电子商务的普及,流通环节的重要性虽然未变,但本身却面临着巨大的变革。信息的快速传递和覆盖全世界的配送网络不再需要多层的中间分销商,直销或一级渠道将成为主要的分销方式,流通环节的简化趋势不可避免。这对传统的流通企业可以说是一个灭顶之灾。比如,以亚马逊书店为代表的网上书店的兴起,使美国的连锁书店遭到惨重打击,独立式书店更是纷纷关门。其他产品也有类似的现象。流通环节对企业竞争战略选择有重要的意义,控制分销渠道是传统企业最重要的竞争战略之一(MichaelE.Porter,1980)。众所周知,大规模的分销渠道需要花费大量的人力物力和较长的时间才能建立,而这种渠道一旦建成,就成为一项重要的资源。许多大企业正是利用自己的分销网络控制客户群,同时阻止竞争对手的进入。而在电子商务环境下,流通方式发生剧变,建立分销网的时间和成本都大大降低,渠道的垄断性不复存在,这意味着渠道资源大幅度贬值。例如,IBM和康柏等传统计算机厂商花了十几年的时间才建立起世界范围的计算机销售网络,并一直以此来阻挡其他竞争者的进入。然而,电子商务出现后,以Dell为代表的网上定制直销模式迅速崛起,在很短时间内就建立起了相当规模的世界网络。
在这种极具优势的新型模式面前,IBM和康柏苦心经营的传统销售网络在一夜之间就成了食之无味、弃之可惜的鸡肋,个人计算机市场持续多年的格局很快就被打破。地区性和全球性的配送网络是电子商务环境下流通领域的发展趋势,这也意味着企业的竞争将突破地域界限,短兵相接。过去,地理距离曾经是许多弱势企业的一道坚强屏障,一般产品都有明显的地域分布,即所谓的“强龙不压地头蛇”。但随着电子商务的推行和生产要素,如人员、资金和信息的自由流动,企业跨地区甚至跨国经营的能力逐渐增强,地理屏障也不再不可逾越,弱势企业无法再凭借地利偏安一隅。电子商务的这个特点是一种典型的马太效应,优势企业在一定区域内形成“胜者通吃”局面的可能性大增。对多数行业而言,行业的集中程度将迅速提高,甚至形成垄断或寡头垄断的局面,企业之间将呈现强者更强、弱者更弱的两极分化现象。
四、虚拟采购改变供应链管理方式
采购是企业重要的活动之一,也是构成产业价值链的重要一环。对于许多制造业企业来说,稳定的原料供应是企业正常运作的必要条件之一,采购成本构成了产品成本的很大部分。过去,为了保持生产的稳定性,许多企业以价格让步为代价建立了长期的供应商关系。而电子商务的普及,尤其是BtoB模式的广泛应用,为企业间交易提供了一个虚拟的、无边界的平台。企业与供应商之间的关系因此变得更加微妙,供求双方之间的主从关系变得更加清晰。根据双方地位的不同,虚拟采购通常有3种形式。在买方主导的供应关系中,虚拟采购通常采用竞价式采购的方式,从而使买方降低了对长期合作伙伴的依赖程度,增加了企业讨价还价的能力。如通用电气、通用汽车、福特汽车、Cisco等大型企业建立的虚拟采购市场,把供应商范围扩大到了全球,简化了采购流程,降低了采购成本,同时加强了对采购过程的控制,使自身竞争力得以提高。而在卖方主导的供应关系中,一般采用类似于拍卖的形式,卖方藉此能获得最高的收益。如石油制品、芯片等行业就是如此。第三种形式是第三方建立的虚拟市场,如Com-merceOne、Ariba、eSteel等等。这种形式往往存在于有众多买家和众多卖家的供求关系中,供求双方的地位大致平等,定价模式与传统市场类似,主要目的是简化采购流程,降低信息成本。可见,电子商务下的供求关系同样呈现出一种强者更强、弱者更弱的马太效应。虽然供求双方都享受到了信息成本降低带来的好处,但获得的好处并不是对等的。在电子商务方式下,供求关系的主导一方议价能力得到了增强,而从属的一方地位削弱。由于现代经济中大多数的市场都是买方主导,总体而言企业对供应商的议价能力得到了增强。五、电子商务增加了虚拟制造的可行性虚拟制造早在20世纪70年代就已出现,最典型的企业是耐克公司。所谓虚拟制造是指公司本身主要负责产品设计和市场开拓,而几乎所有的生产环节都采用外包的方式来进行。因此,虚拟制造本质上是另一种形式的供应商关系。因为不需要负担巨大规模的生产投资,虚拟制造企业机制灵活,对市场需求反应灵敏,有很强的适应性。但这种运作模式也有致命的弱点,就是要求公司具备超强的信息处理能力,能迅速协调分布于世界各地的市场营销、产品开发与生产活动。在传统的信息环境下,这意味着巨大的管理成本。只有像耐克公司这样的大企业才可能用品牌优势所带来的超额利润作为支撑,但一般的企业是难以承受的。因此,虽然耐克公司的虚拟制造闻名已久,但模仿者寥寥。互联网和电子商务的出现,使信息传递、储存、处理的时间和成本大大降低,从而为虚拟制造的普遍应用开创了良好的前景。这是因为协作成本的降低可以使企业专注于其最为擅长的产业环节,而将弱势环节交给其他企业进行协作,以此来提高经营效率。因此,虚拟制造的开展必然导致产业资源的重新配置和产业价值链的重新整合,产业内的专业化程度更高,产业链的效率也同时会得到提高。很明显,对崇尚大而全、小而全的传统企业来说,虚拟制造对企业制造系统的构造提出了更高的要求,企业必须专注于自身优势,迅速找准自己在产业链中的定位,否则将面临“样样通,样样松”的尴尬境地。超级秘书网
六、行业壁垒的变化
由于信息的迅速传播、流通环节的大幅减少和地域限制的逐渐消失,许多人预言电子商务将使企业进入“无边界竞争”的时代,认为行业的界限将变得更为宽松,甚至消失,企业的市场选择更加自由(ThomasM.Siebel,PatHouse,1999)。从表面上看,企业进入和退出一个市场所受到的限制的确少了很多,行业壁垒似乎显著地降低了。例如,在常规模式下开一个书店,就必须有合适的地段空隙,还需要较大的资金投入和较长的准备时间;而在电子商务方式下,只需要建立一个售书网站,雇几个送书工人就行了。然而正是这种“无边界竞争”,使得多数行业的进入壁垒反而升高。在传统经济下,虽然新的市场进入者大多没有能力在短期内胜过现有竞争对手,但通常都能找准市场空隙分一杯羹。然而,在电子商务环境下,虽然进入限制少了,但先行者优势却扩大了,有优势的企业可以覆盖整个市场,留给其他企业的生存空间很小,新进入者只有超越现有竞争者才能在行业内立足。因此,虽然有优势的进入者可以迅速在市场中占有一席之地,但不能超越现有竞争者的新进入者想分一杯羹却更难了。网络界有一句名言:“只有第一,没有第二”,说明在电子商务环境下,单纯模仿而不创新是没有出路的。还是以书店为例,如果在传统经济条件下,一家新开的书店即使在地段、价格、质量、服务等方面都不占优势,总也会吸引一定量的客户群,可以惨淡经营;但是,如果是在电子商务环境下,这样的网上书店很可能连一个顾客都不会有。因为各个网上书店的报价和服务条件就出现在同一个计算机屏幕上,任何理性的消费者都不可能选择一个各方面都比较差的书店。与进入壁垒不同的是,退出壁垒呈现普遍下降趋势。由于电子商务的应用,企业立足一个市场的初期投入明显减少,企业退出市场的代价也就相对变小,不会难以割舍。进入壁垒和退出壁垒的这种相反变化趋势,最终会导致行业集中度的上升。七、企业的整体外部环境的变化电子商务的普及,不但在行业结构层次上深刻地影响企业战略实施,而且逐渐改变了企业所处的整体外部环境。几年前电子商务对企业来说还是遥远的事情,但今天许多企业已经不可避免的涉足电子商务。由于电子商务能提供个性化和全天候的服务,可以预见在不久的将来,网络媒介会成为顾客的主要购买方式之一,企业为了占领市场不得不紧跟电子商务的步伐。金融系统、物流配送等一系列经济服务部门和政府政务逐渐实现网络化,这些都为企业开展电子商务提供了基础。随着互联网的逐渐普及,没有“触网”的企业将逐渐显示出与外部环境的反差。其他企业,尤其是同行业企业的电子商务化更是给这些企业造成了一种不进则退的局面,促使他们加速电子商务化的进程。从前面的论述中可以看到,电子商务不仅仅只是简单地改变传统的信息传递方式和交易模式,而且将深刻影响企业的市场格局和行业竞争结构。电子商务使市场参与者的力量对比发生了很大的变化,改变了企业的生存环境,创造出一次“重新洗牌的机会。对于企业来说,这既是一次迅速发展的机遇,也是一场事关生死的挑战。因此,如何明确电子商务对传统经济的冲击,把握电子商务的发展方向并进而正确制定企业在新环境下的竞争战略,是所有企业面临的一个重要课题。
参考文献:
[1]JohnHagelIII,Gain:ExpandingMarketsthroughVirtualCommunities[M]Boston:HarvardBusinessSchoolPress,1997.1018
[2]ThomasM.Siebel,PatHouse.CyberRules.CurrentDoubleday,1999.3046.
关键词：SMT 贴片机 仿真 虚拟设备 3D
表面贴装技术（Surface Mounting Technology，SMT）是应用最为广泛的新一代的电子组装技术，元器件不断的向微型化和密集化方向发展被誉为电子组装技术一次革命。
在电子产品组装生产的传统模式中，设计一般是由设计工程师在计算机上利用多种计算机辅助设计工具来完成，生产制造则在各种数控设备（如贴装机等）上完成。每一种产品在加工之前，制造工程师首先必须对设备编程并反复试验，以确保操作规程的可行性和正确性，然后进行试生产，反复修改直到最后定型，再投入实际的批量生产。生产准备时间很长，投入资金很大。
SMT虚拟生产设备的设计，即采用计算机建模与仿真技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，通过三维模型及动画或虚拟现实，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造是对已有或未来的制造活动进行仿真，它基本上不消耗现实物质资源，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。随着市场竞争的加剧，产品交货周期必须缩短，生产成本必须控制，因此迫切需要在这两个“孤岛”间建立联系，虚拟制造被认为是其最好的解决方案。
1. 三维可视化建模的基本理论
1.1 几何建模的基本方法
对于三维物体建模，几何建模包括体素和结构两个方面：体素，用来构造物体的原子单位，其选取决定建模系统所能构造的对象范围；结构，用来决定体素如何组合已购成新的对象。
1.2 建模软件
（1） 3DMAX：3DMAX的功能强大，内置工具十分丰富，同时外置接口也很多，命令简单明了，易于掌握。3DS Studio的算法很先进，所带来的质感和图形工作站制作的图形几乎没有差别，可存储32位真彩图像，其强大的功能使它成为PC三维动画设计的首选软件。
（2） Solidworks： Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
（3） Pro/Engineer： 采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
2. SMT设备可视化建模和仿真
建摸三维模型的软件有很多，SolidWorks、Pro/Enginner、UG、AuToCAD、3DS Max
等等。但是考虑到容易获得3DS档.采用了3Dsmax进行贴片机建模。由于动臂式贴片机的曲线机构较多，特别是供料器与贴片头的弧度设计， 利用3Dsmax有利于各个元件参数的修改与模拟，将会具有较高的仿真程度。同时旋转式贴片机具有高速贴装头，轨道沿X、Y方向运行的特点，并且每个贴片头安装的吸嘴数量较多。另外3Dsmax具有强大的装配功能，能够实现管理并发进程，实现并行工程。在动画制作上，旋转式贴片机通过两个方向的丝杆传动，以及贴片头的转动，共同实现了芯片的高速吸取贴装工作。
根据组装生产产品的不同，在表面贴装工艺中基本有单面板生产和双面板生产这两种，生产工艺流程为：印刷锡膏——贴元器件——回流焊接——清洗——测试——包装； 生产流水线则包括送料机，印刷机，高速机，贴片机，回流焊，收料机，包装机等。通过建模与仿真可以更直观了解各种设备运行方式，并为生产培训节约成本。本论文主要以贴片机为核心，其他设备建模方法和贴片机建模相同。
2.1 贴片机外部建模
2.1.1 贴片机的外壳
贴片机的外壳的主要组成：本体部分、显示器控制部分和操作控制部分外壳本体。
（1）本体部分：可以分为上架外壳、下架外壳和基础连接架三部分组成。
将基础连接架与裸机相连；F架外壳与基础连接架相连；上外壳架与下架外壳相连。这样就是外壳本体成为一个刚性好、稳定性高的整体结构。
（2）显示器：显示器安放在外壳本体上，警示灯通过螺栓直接安装在外壳本体上。
（3）操作控制部分在这里主要指的是键盘、电器开关等。鼠标和键盘的安装可以相对随意一点，可以和PC显示器放在一起。对于电器开关，需要直接安装在外壳本体上。
2.1.2 建模实现
（1）壳体建模：通过拉伸、挤出、修剪、布尔运算等命令来获得模型结构。
（2）显示器建模：创建简单的长方体再通过布尔运算功能截取显示器的主体结构。警报器的建模，合并几个圆柱体。
（3）操作控制部分：主要是电器开关，建模相对较简单。
（4）装配模型
2.2 贴片机内部建模
由于实体贴片机的内部组成较复杂.因此，在实际建模过程中，做出相应的简化，旨在强调工作过程原理的实现。内部系统包含：机架、PCB传送系统、X定位系统、Y定位系统、Z定位系统、贴片头部件、吸嘴库、喂料器、其他部件等。
2.2.1 建模实现
（1）贴装头：由于贴片的形式有三种：旋转式、转塔式、动臂式。这里主要创建旋转式贴片头。通过圆柱体的布尔运算和阵列操作创建。
（2）送料器：通过拉伸创建圆盘型送科器，以及辅助原件。
（3）X.Y定位台：通常有两种结构：支撑贴装头沿X.Y方向运行（动臂式）；支撑PCB沿X.Y方向运动（转塔式）
（4）吸嘴级底座：通过圆柱体的布尔运算创建。
（5）视觉对中系统：上照相机固定安置在机座上，贴装头从送料器位置每抓取一个元件后，都要首先移动到其上进行视觉检查，检查其元件缺陷和位置偏差，而后才移动到贴装位置进行贴装；下照相机通常和处于中间位的贴片头固联在一起，可以随贴片头沿X—Y方向在贴片工作台面内移动.完成PCB定位标识的视觉检查。
（6）PCB传送机构：建模主要以长方体和圆柱体及相应的布尔运算实现。
建立完成模型如图1所示。
图1 贴片机模型
结论
以上简介了贴片机得建模以及模拟仿真的过程。可以看出计算机技术在模拟仿真这方面用很大的帮助作用。同时也可以实现在没有真实机器的情况下达到培训人员的作用。另一方面，我们也可以运用模拟仿真更好地服务真实贴片机研究。最后，我们可以看出可视化虚拟仿真技术会更具有广泛的发展前景。■
参考文献
[1] 胡跃明，杜娟，吴祈生，等.基于视觉的高速高精度贴片机系统的程序实现[J].计算机集成制造系统，2003，9（9）：760—764.
[2] 龙绪明.先进电子制造技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
论文摘要：在机械设计中引入CAD技术，可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题，缩短产品开发周期，具有巨大的经济效益和应用前景。
1 CAD技术的发展
CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。
产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。
以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。
2 三维CAD技术在机械设计中的优点
通过实际应用三维CAD系统软件，笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点:
2.1 零件设计更加方便
使用三维CAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来，使人一目了然。
2.2 装配零件更加直观
在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确即予以显示，另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件的时候，可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
2.3 缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3~5倍。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。
2.4 提高机械产品的技术含量和质量
由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CAD CIMS组织生产，机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。
3 CAD技术在机械设计中的应用
3.1 零件与装配图的实体生成
3.1.1 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种，即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中，都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中，系统提供了六种基本体系，即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件，可通过对其进行结构分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。
对于有些复杂的零件，往往难以分解成若干个基本体，使组合或分解后产生的基本体过多，导致成型困难。所以，仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此，可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓，然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”，进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。
3.1.2 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后，利用机器运动分析过程中的资料，在运动的某一位置，按各零件所在的坐标进行“装配”，这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。
3.2 模具CAD/CAM的集成制造
随着科学技术的不断发展，制造行业的生产技术不断提高，从普通机床到数控机床和加工中心，从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE，制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时，模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等，几乎覆盖了整个现代制造技术。
一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础，进行统一管理，而实体造型是工程数据的主要来源之一。
3.3 机械CAE软件的应用
机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后，才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。
4 CAD前沿技术与发展趋势
4.1 图形交互技术
CAD软件是产品创新的工具，务求易学好用，得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此，智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。
4.2 智能CAD技术
CAD/CAM系统应用逐步深入，逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库，及时准确地向设计师提品开发所需的知识和帮助，智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能，使设计新手也能做出好的设计来，现代设计的核心是创新设计，人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中，用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。
4.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术在CAD中已开始应用，设计人员在虚拟世界中创造新产品，可以从人机工程学角度检查设计效果，可直接操作模拟对象，检验操作是否舒适、方便，及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题，及早看到新产品的外形，从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析，以评价其性能，可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等，基于虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实产品制造之前发现并解决问题，从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外，随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展，利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术，实现真正的全数字化设计和制造，已成为机械设计制造业的发展趋势。
参考文献
[1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社.
[2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社，2002.
[3]徐建平，盛和太.精通AutoCAD2005[M].北京:清华大学出版社，2004.
论文关键词:虚拟现买技术 培训 作用
论文摘要:我国石油行业发展迅速，职工的素质直接影响到石油企业的效益及安全生产状况，因此，企业对职工的技术要求越来越严格。钻井模拟器采用基于虚拟现实的虚拟制造技术，开发过程运用多种先进的计算机技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。作为针对油田具体情况开发的新型培训系统。钻井模拟器有着积极的意义。本文重点分析了该系统的开发过程，详述了虚拟现实技术在油田培训钻井井控人员过程中的作用。
1．引 言
我国石油行业的发展与现场地质情况等密不可分，充满着危机和挑战。对于员工的能力和安全意识要求很高，传统的进场培训有一定的局限性，例如：职业培训效果是否良好主要依赖于教师的水平，培训过程没有明确统一的评价标准，针对性差，没有可重用性等。可见传统的培训技术不但受时间、空间的限制，而且在人力、资源、经费、组织实施等方面都存在很大问题。尤其对于危险作业或不具备实验条件的高级培训，传统的培训方式更是难以实现。传统培训模式的局限性制约了人们所期望的培训质量和培训效率，满足不了现代社会的需求。
钻井模拟器采用虚拟制造技术的概念，开发过程基于现代计算机控制技术、计算机仿真技术、计算机图形技术、计算机网络技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。它为用户提供了起下钻、钻进、井控和钻井事故及复杂情况处理等作业的操作过程模拟，主要用于钻井司钻、钻井技术人员的操作培训和安全培训，并为学员培训考核提供了教师评分系统，解决了传统培训过程中客观上无法解决的技术难题。作为新型的针对油田具体情况开发的培训系统，钻井模拟器有着积极的意义。
2．基于虚拟现实技术的虚拟培训
该设备是以控制为中心的VM设备，主要用于钻井人才的培训。这套虚拟培训设备运用虚拟现实技术 ，真实生动的模拟了钻井工艺流程的细节。学员能够通过对仿真钻机设备的操作，直接观察到钻井平台上的活动以及操作结果，最终达到让培训人员掌握正确操作过程的效果。虚拟培训有以下特征：
2．1 仿真性
在虚拟现实技术支持下，虚拟培训设施与真正的培训设施功能相同，操作方法也一样，学员通过虚拟培训设施训练技能与现实培训基地里同样方便。这是因为虚拟培训环境无论是现实的环境还是构想的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的虚拟环境应该达到使受训者难以分辨真假的程度。
2．2 开放性
虚拟培训环境可以为所有受训者在任何时间、地点提供各种培训的场所。实际上，虚拟培训环境的内涵是广泛的，它不同于传统的培训基地概念，它具备可以进行类似于传统培训项目的环境，但更擅长的是使学员置身于培训项目对象中的逼真环境。凡是受训者可以通过有关器具操作，来学习或训练某种技能的虚拟环境，并都归之于虚拟培训环境。
2．3 超时空性
虚拟培训环境具有超时空的特点，它能够将过去世界、现在世界、未来世界、微观世界、宏观世界、客观世界、主观世界幻想世界等拥有的物体和发生的事件单独呈现或进行有机结合，并可随时随地提供给学员进行培训。
2．4 可操作性
受训者可通过使用专门设备，用人类的自然技能实现对虚拟环境的物体进行操作，就像在现实世界中一样。
2．5 对应性
学员的培训内容与虚拟环境是密切对应的。例如，学员要学习飞行器驾驶技术，那么虚拟环境就是飞行器飞行的模拟环境。对应性将能为受训者设定各种复杂的情况，以提高受训者的应变能力，从而使得他们在实际环境下能得心应手的处理各种情况。另外，虚拟现实技术能按每个学员的基础和能力，对应性的开展个性化的教育培训。
3．钻井模拟器视景仿真系统的分析与设计
计算机图形学是研究现实场景计算机显示的科学，也是利用计算机处理人类所能看见的图景的手段和方法。视景仿真技术是以计算机图形学为理论基础的三维模型动态显示技术，基本原理是：根据观察点及观察方向对场景进行实时计算和实现，并做到对三维复杂环境中物体运动的实时交互控制，产生良好的动画效果。实现三维模型视景的实时动态显示，一方面要求计算机硬件有高速运算能力和很强的三维图形处理功能；另一方面还要求在算法和软件上有所发展，以便在硬件平台上取得更好的实时动态显示效果。视景仿真系统是钻井模拟器的重要组成部分，它提供给用户一个三维的真实感视觉环境。
3．1 钻井模拟器视景仿真系统分析
钻井模拟器在虚拟培训过程中需要模拟井场环境和操作结果，这就需要视景仿真系统根据钻井模拟器司钻控制台的操作过程，实时模拟出井场环境的变化和司钻、井控操作对钻井过程的影响。在现实的司钻和井控过程中，操作错误和地质环境变化都是事故的诱因，在钻井模拟器视景仿真系统中也模拟了事故发生过程和事故排除的情况。实时地显示钻井过程中的数据，计算参数。根据司钻台操作的具体行为，依照物理模型和数学模型来模拟设备运动的过程，使得钻井模拟器视景仿真系统的三维动画过程更贴近现实。
钻井模拟器视景仿真系统需要对井场设备、自然环境、井下情况进行实时的动态模拟，使培训者在培训过程中除了学习操作知识 ，还能更有效、直观的学习到理论知识。硬件设施和三维图形软件的结合实现了虚拟模拟系统 ，培训人员能够通过这套虚拟培训设备完成所有钻井工作人员所需要的专业知识和实际操作技术。
3．2 实时场景系统组成
根据钻井模拟器视景仿真系统的需要，开发过程在Windows xP平台上，建模部分使用3D MAX完成机械部件的模拟，模型的管理由3D Explorer~成，并实现模型数据文件的转换导出。程序对模型的控制由C++Builder6．0实现，整个开发过程基于OpenGL2．0。
钻井模拟器视景仿真系统的实时场景组成包括以下几个部分：三维图形实体模型、钻井模拟器视景仿真系统控制程序、GLSL编写的渲染效果。
在整个组成部分中，最重要的是钻井模拟器视景仿真系统控制程序，在程序中完成了以下工作：场景初始化、工艺动画控制、与主控机通信、参数显示、碰撞处理以及特效渲染。
场景初始化：由于钻井工艺的复杂性和虚拟培训的操作性，每个作业当前场景都有所不同。在一个新的作业开始前，图形程序在接收到控制机发出的作业指令后初始化当前场景，例如：钻井平台上各操作部件当前的数量、状态以及位置。
工艺动画控制：在完成规定工艺作业的过程中，司钻控制台做出的每一个动作都将转换成数字信号传递给主控机，再由主控机发送协议数据给图形程序，图形程序得到参数后，做出具体反映。在图形机上体现出钻台上各种控制系统的运动参数、具体动作、视图选择(包括上视角、井下视角、防喷器视角、多视图显示等)等。
与主控机通信及参数显示：主控机的设计主要由钻井模拟器设计的需求决定，由于这套仪器主要用于虚拟培训 ，教师和学生之间有教与学的关系，主控机能够提供给教师一个教育平台，提供作业调度、控制、评分等功能，与此同时，传递司钻控制台上发来的各项数据，并把与操作有关的数据发给图形机，即钻井模拟器视景仿真系统，两方通信，传递参数并进行数据处理，在屏幕上显示操作过程中需要操作者了解的参数值。
碰撞处理：在三维图形的运动仿真过程中是不允许有“穿墙而过”的状况发生的，因此要对运动物体作碰撞检测的处理。为了遵循模型运动的真实感，钻井模拟器视景仿真系统当然也包括碰撞的检测与处理部分。
渲染特效：实现对火焰 、气泡 、液体喷涌效果的模拟，使用GLSL实现电影级的光照效果，可以分别模拟白天，夜晚，探照灯等光照模式，大大地提高了图形效果和真实感。
3．3 钻井模拟器视景仿真系统设计
一个性能优越、功能完备的系统需要在设计阶段就进行详细的设计规划。这样，在后期的开发过程中才能完成高质量的软件项目。钻井模拟器视景仿真系统的设计遵循面向对象的原则，在系统的稳定性、可扩展性和兼容性等方面都有突出的表现。
3．4 系统特点及设计目标
钻井模拟器视景仿真系统要求有以下特点：
1)可以生成高质量的图形，实现实时的可控动画。
2)图形的生成快速稳定，对图形硬件要求不高。目前，系统配置为NVIDA6800，NVIDA6系列以上显卡都可以实现高质量的图形动画。
3)提供给用户多角度、多视图的工作窗口，方便用户定位观测，在操作过程中既能观察整个场面，又能集中观察工艺作业下重要部件的工作过程。
4)建立模型细致、真实 ，宏观模型和微观模型通过软件和程序分别建模，真实感程度高。
经过分析钻井模拟器视景仿真系统的系统特点后，设定该系统要达到以下目标 ：
可扩展性：对于新模型、新器件、新工艺的增加，方便快捷，可以在短时间内完成对系统的扩展。
兼容性 ：系统可以用于Windows2000／XP平台，兼容于各种图形加速硬件。
敏捷性：图形生成迅速、稳定，一般的图形加速硬件既可满
足要求；系统应达到反应迅速、操作灵敏的功效。
3．5 基于面向对象的系统设计
钻井模拟器图形系统的设计是基于面向对象的，系统规模较大，设计复杂。基于在钻井工艺中涉及到的物体较多，并且各个物体在不同的方面有不同的特性，因此在设计之前，应确定设计类的准则。对本系统而言 ，这里关心的是用物体如何展现工艺流程 ，所有类的设计应该围绕物体的动画功能需要来进行。
在钻井各工艺流程中，大钩、钻杆等物体是系统动画的载体，具有物体自身的方法和属性，因此 ，可以将其封装成类。根据围绕物体的运动功能来设计类的思想 ，将液压大钳和液压大钳的活塞、吊卡的主体和活页设计成不同的类，这样设计不仅可以使动画更加逼真，还能提高系统灵活性。
