序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了七篇工業(yè)機(jī)器人畢業(yè)論文范文，愿它們成為您寫作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

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關(guān)鍵詞 畢業(yè)設(shè)計(jì) 機(jī)器人 本體設(shè)計(jì) 本科生

中圖分類號(hào)：G642.477 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.04.019

Abstract Robots are the hot topic in graduation design of many undergraduates from engineering majors currently. Body is the most important part of a robot， and its design is the basis of other parts of the robot， such as control， vision and touch. In this paper， the common mistakes of graduation design of undergraduates about robot bodies are summarized and the corresponding solutions are provided. This work will help undergraduates to design robot bodies better， and to give some references to the relevant instructor to control the quality of graduation design.

Key words graduation design； robot； body design； undergraduates

0 引言

C器人作為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造2025的關(guān)鍵。機(jī)器人已成為高校工科專業(yè)關(guān)心的熱門主題，許多工科專業(yè)本科生的畢業(yè)論文主題與機(jī)器人有關(guān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是普通高等學(xué)校培養(yǎng)人才極為重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在煅煉學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識(shí)和技能進(jìn)行全面、系統(tǒng)地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。然而，許多本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一些重要的設(shè)計(jì)方法理解不到位，進(jìn)行了錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)。

1 機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析中的常見(jiàn)錯(cuò)誤分析

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析包含位置正反解、速度正反解和加速度正反解。運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)器人力學(xué)分析、工作空間分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，只要本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)中涉及機(jī)器人本體設(shè)計(jì)，必然包含運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的核心是建立位置正反解、速度正反解、加速度正反解的數(shù)學(xué)模型。許多本科生在進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析時(shí)常出現(xiàn)如下錯(cuò)誤。

1.1 位置分析中運(yùn)用解析法和數(shù)值法的錯(cuò)誤分析

位置求解的本質(zhì)是求解一組有約束方程構(gòu)成的非線性方程組。解析法是指從約束方程求解出描述機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輸入角（線）位移與末端執(zhí)行器輸出位姿之間關(guān)系的一個(gè)嚴(yán)格的函數(shù)表達(dá)式。這種函數(shù)表達(dá)式的重要特征是給出任意的自變量就可以求出其因變量。數(shù)值法是指在給定驅(qū)動(dòng)輸入位移（或末端執(zhí)行器輸出位姿）條件下對(duì)約束方程采用某些數(shù)學(xué)算法，如數(shù)值逼近法、插值法等獲得一個(gè)近似于真實(shí)末端執(zhí)行器輸出位姿（或驅(qū)動(dòng)輸入位移）的解。一般而言，位置分析更希望得到解析解，因?yàn)橛辛私馕鼋猓罄m(xù)的運(yùn)動(dòng)性能分析、力學(xué)性能分析和工作空間分析更加方便，但很多時(shí)候只能得到位置分析的數(shù)值解。

對(duì)于機(jī)器人位置分析，本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的錯(cuò)誤如下：

（1）誤判解析解和數(shù)值解。根據(jù)機(jī)器人中的幾何限定關(guān)系列出約束方程后，僅僅從方程的形式上很難判斷出它們是否能被解析法求解。由于有的解析求解過(guò)程較為復(fù)雜，許多本科生在求解過(guò)程遇到困難時(shí)就斷定沒(méi)有解析解，但實(shí)際上解析解卻存在。

（2）把解析法誤認(rèn)為數(shù)值法。有的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中求解機(jī)器人本體的位置正解和反解時(shí)，有時(shí)把平臺(tái)參數(shù)和桿長(zhǎng)參數(shù)指定為具體數(shù)值，能夠方便得到求解結(jié)果，卻稱這是數(shù)值解。

（3）亂用數(shù)學(xué)算法方法求得數(shù)值解。對(duì)于解析解分析過(guò)程太過(guò)復(fù)雜或用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)手段無(wú)法得到解析解時(shí)，數(shù)值解是必然選擇。但數(shù)值算法有很多，許多本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中不知該選擇那種算法才有效，大多是憑感覺(jué)選擇。

對(duì)于上述錯(cuò)誤，本科生在進(jìn)行相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該掌握的一個(gè)一般規(guī)律：串聯(lián)機(jī)器人位置反解和并聯(lián)機(jī)器人的位置正解一般很難得到解析解，大多數(shù)只能通過(guò)數(shù)學(xué)算法得到數(shù)值解。其次，應(yīng)該注意解析法和數(shù)值法的內(nèi)涵區(qū)別，只有用了數(shù)值逼近、迭加或搜索等算法才能稱為數(shù)值法。目前較為有效的數(shù)值算法是牛頓-拉夫遜方法，其要點(diǎn)是把非線性方程求解過(guò)程變成反復(fù)地對(duì)相應(yīng)的線性方程進(jìn)行求解的過(guò)程。

1.2 用求導(dǎo)法建立速度和加速度模型的錯(cuò)誤分析

如果求出的位置解表達(dá)式不復(fù)雜，對(duì)其直接求導(dǎo)能得到速度模型，對(duì)其求二次導(dǎo)就可以得到加速度模型。但當(dāng)位置解表達(dá)式很復(fù)雜導(dǎo)致它的導(dǎo)數(shù)不能求出時(shí)，只能采用別的方法進(jìn)行速度和加速度模型。

本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中一般都采用求導(dǎo)法來(lái)分析機(jī)器人的速度和加速度。如確實(shí)能求導(dǎo)的他們就列出求導(dǎo)后的結(jié)果。如本來(lái)不能求導(dǎo)的他們就只列出表示求導(dǎo)的式子，只是形式上完成了速度和加速度分析，這種做法實(shí)質(zhì)上是錯(cuò)誤的。

對(duì)于不能用求導(dǎo)法進(jìn)行速度和加速度分析的機(jī)器人，基于螺旋理論的影響系數(shù)法是一個(gè)很好的方法。該方法不需要求導(dǎo)，能極簡(jiǎn)單顯示表達(dá)出機(jī)器人本體的正反速度和加速度模型。

2 仿真分析中的錯(cuò)誤分析

為了證明已建立的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型是否正確，往往需要用計(jì)算機(jī)軟件建立機(jī)器人的仿真模型進(jìn)行分析驗(yàn)證。常用來(lái)建立機(jī)器人仿真模型的軟件有Solidworks、UG、Matlab、Adams、Ansys等。只有當(dāng)仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果一致時(shí)，數(shù)學(xué)模型才能被認(rèn)為是正確的。進(jìn)一步才能將數(shù)學(xué)模型用于控制算法中，或用來(lái)分析機(jī)器人的性能。只有在正確的數(shù)學(xué)模型上所開展的研究才是有意義的。

但是關(guān)于仿真分析，一些本科生在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了如下錯(cuò)誤：

（1）將Matlab計(jì)算結(jié)果誤認(rèn)為是仿真結(jié)果。由于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中涉及的約束方程一般需要借助Matlab 軟件編程求解。在程序中給定輸入值可以得到輸出值，進(jìn)一步根據(jù)這些值可以繪制出曲線。一些本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中誤認(rèn)為這些值和曲線就是Matlab仿真得到的。

（2）缺少計(jì)算值與仿真值的對(duì)比。一些本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中雖然完成了仿真分析并列出了仿真結(jié)果，卻沒(méi)有和計(jì)算分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

（3）誤認(rèn)為毫米級(jí)誤差就可以算正確。一些本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中雖然進(jìn)行了仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，但有的出現(xiàn)了毫米級(jí)的誤差，就認(rèn)為這樣的誤差是可以忽略的，認(rèn)為建立的數(shù)學(xué)模型是正確的。

τ諫鮮齟砦螅本科生在進(jìn)行相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算和仿真的區(qū)別：編寫程序求解約束方程是計(jì)算而非仿真，Matlab軟件中用于機(jī)器人本體仿真的模塊是SimMechanics。僅僅列出仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果，而不進(jìn)行對(duì)比分析，那么仿真是沒(méi)有意義的。由于計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算和仿真默認(rèn)的數(shù)值精度是10～8毫米，考慮到截?cái)嗾`差和累積誤差，計(jì)算結(jié)果和仿真結(jié)果的誤差一般是微米級(jí)。出現(xiàn)毫米級(jí)誤差說(shuō)明計(jì)算結(jié)果和仿結(jié)果是不一致的，需要重新檢查數(shù)學(xué)模型和仿真模型，直到誤差很小。

3 基于雅克比矩陣進(jìn)行性能評(píng)價(jià)的錯(cuò)誤分析

早期，關(guān)于機(jī)器人的研究主要集中在串聯(lián)機(jī)器人。雅克比矩陣的條件數(shù)被用來(lái)評(píng)價(jià)串聯(lián)機(jī)器人的靈活性和可操作性。近幾十年，并聯(lián)機(jī)器人取得了蓬勃發(fā)展。許多本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行并聯(lián)機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)時(shí)，也用雅克比矩陣的條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其性能。然而， 2006年法國(guó)著名機(jī)器人專家Merlet 教授論證了不能用條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)含有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)輸出的并聯(lián)機(jī)器人。究其原因是有混合輸出的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣量綱不一致，將導(dǎo)致條件數(shù)沒(méi)有明確的物理意義。

2006年后，許多并聯(lián)機(jī)器人的專家開始了新的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究，主要集中在基于螺旋理論的力傳遞指標(biāo)與運(yùn)動(dòng)傳遞指標(biāo)。近些年機(jī)器人領(lǐng)域的國(guó)際和國(guó)內(nèi)權(quán)威期刊上的論文基本沒(méi)有用條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)輸出的并聯(lián)機(jī)器人。因此，對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)中涉及有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)輸出的并聯(lián)機(jī)器人，用雅克比矩陣的條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其性能是錯(cuò)誤的，建議從力傳遞性能和運(yùn)動(dòng)傳遞性能指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

機(jī)器人已成為高校工科專業(yè)師生研究的熱門主題，許多大學(xué)生畢業(yè)論文大多涉及機(jī)器人本體設(shè)計(jì)。本文對(duì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)中涉及機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析，仿真分析和性能評(píng)價(jià)中的常見(jiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行了分析，并提供了解決辦法。本文的工作有助于本科生正確地進(jìn)行機(jī)器人本體設(shè)計(jì)，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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篇(2)

論文摘要：基于FMS技術(shù)開發(fā)了模塊化機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于加深學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)概念的理解，掌握車間柔性制造的方法，最后以作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度教學(xué)研究性、綜合性實(shí)驗(yàn)為例，論述了該系統(tǒng)在培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性的重要作用。

為使機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，有機(jī)會(huì)將所學(xué)到的各門專業(yè)課的知識(shí)綜合性地應(yīng)用到接近于生產(chǎn)實(shí)際的過(guò)程中，為他們走上工作崗位后應(yīng)用這種新的理念打下基礎(chǔ)，學(xué)院除了建立適合于現(xiàn)代教學(xué)法模式的幾個(gè)獨(dú)立的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室外，籌建了一個(gè)開放式自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)室。在這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室中，我們開發(fā)了一套完全接近于生產(chǎn)實(shí)際的模塊化柔性制造系統(tǒng)，由省部共同投資。實(shí)驗(yàn)室的開放性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是系統(tǒng)組成具有開放性，系統(tǒng)中不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備可相互兼容，便于以后擴(kuò)展;二是實(shí)驗(yàn)室資源具有開放性，實(shí)驗(yàn)室可面向校內(nèi)外各種層次的學(xué)生或培訓(xùn)學(xué)員，做到資源共享，擴(kuò)大受益面。

1 FMS系統(tǒng)組成

柔性制造系統(tǒng)機(jī)電一體化訓(xùn)練設(shè)備，包含一條閉環(huán)柔性輸送裝置和六自由度并聯(lián)加工中心(加工站)、三自由度數(shù)控雕刻機(jī)及其控制系統(tǒng)、四自由度上料檢測(cè)站及其控制系統(tǒng)、搬運(yùn)站、安裝站、安裝搬運(yùn)站、智能分類站、現(xiàn)場(chǎng)總線、多層次立體原料庫(kù)及其控制系統(tǒng)、多層立體成品庫(kù)及其控制系統(tǒng)、自動(dòng)化輸送線及變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、PLC數(shù)據(jù)采集及物料監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)控及管理控制軟件。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送位置信號(hào)給旋轉(zhuǎn)立體上料庫(kù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度，實(shí)現(xiàn)零件位置對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)設(shè)置檢測(cè)開關(guān)，通過(guò)PLC采集至計(jì)算機(jī)，判斷托盤上相應(yīng)位置是否存在零件。自動(dòng)上料機(jī)器人將待加工物料送至加工位置后，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鎖緊裝置進(jìn)行物料定位固定，上位機(jī)按指定程序控制六自由度并聯(lián)機(jī)器人，進(jìn)行零件前序的加工。在主界面中點(diǎn)擊數(shù)控雕刻機(jī)控制按鈕，進(jìn)人數(shù)控雕刻機(jī)控制界面，三自由度數(shù)控雕刻機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)工件端面的雕刻，通過(guò)用戶編制G代碼也可以用軟件將模型轉(zhuǎn)化為G代碼，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)的串口將G代碼傳到雕刻機(jī)，雕刻機(jī)執(zhí)行G代碼。

零件前序加工完畢后，計(jì)算機(jī)控制零件搬運(yùn)機(jī)器人將加工完的零件搬運(yùn)至下一工序的加工位置。

在主界面中點(diǎn)擊立體倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)按鈕，進(jìn)人立體倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)界面。立體倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)是用來(lái)實(shí)時(shí)顯示立體倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)位的占用情況，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)倉(cāng)位的狀態(tài)，然后系統(tǒng)給碼垛機(jī)發(fā)指令決定碼垛機(jī)下一次將裝配的成品放人哪個(gè)倉(cāng)位，操作者通過(guò)觀察狀態(tài)位的圖標(biāo)情況，操作者就可以知道哪個(gè)倉(cāng)位是否為空，并且知道各個(gè)倉(cāng)位物件的重量，通過(guò)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)還可以知道立體倉(cāng)庫(kù)一共有多少個(gè)成品，每一類成品的個(gè)數(shù)及總重量。

2系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)包含多種關(guān)鍵技術(shù)及單元，使學(xué)生了解更多的知識(shí);機(jī)器人技術(shù);物流倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)控制系統(tǒng);立體倉(cāng)庫(kù);自動(dòng)輸送線;自動(dòng)碼垛機(jī);物流倉(cāng)儲(chǔ)管理和監(jiān)控;PLC控制系統(tǒng);傳感器技術(shù);計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù);計(jì)算機(jī)控制;網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控技術(shù);數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù);多軸運(yùn)動(dòng)控制器;氣動(dòng)技術(shù);步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng);伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng);VC，VB等高級(jí)語(yǔ)言編程。

(2)結(jié)合機(jī)電教學(xué)，編制了的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，包含多個(gè)實(shí)驗(yàn):為了方便教學(xué)實(shí)際使用，我們?yōu)橄到y(tǒng)提供了專門實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，其內(nèi)容涵蓋機(jī)械、控制、機(jī)器人示教、插補(bǔ)、自動(dòng)裝配、碼垛等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，供本科生、專科生和研究生專業(yè)選開，教師也可以根據(jù)實(shí)際情況，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上增開設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。

(3)交互式圖形化操作界面:系統(tǒng)控制軟件采用WINDOWS操作系統(tǒng)，具有交互式和圖形化特點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，自動(dòng)化程度高，使教師和學(xué)生在很短的時(shí)間之內(nèi)就可以掌握對(duì)系統(tǒng)的操作。

(4)豐富的狀態(tài)反饋功能:通過(guò)計(jì)算機(jī)與各單元及傳感器的通訊，將系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的狀態(tài)顯示在操作界面上，使操作者通過(guò)計(jì)算機(jī)隨時(shí)了解系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工況、狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

(5)完善的生產(chǎn)及物料存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)功能:根據(jù)現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)及倉(cāng)儲(chǔ)物流的發(fā)展動(dòng)向，不但在工作過(guò)程和原理上仿真實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，而且開發(fā)了生產(chǎn)及物料存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行隨時(shí)記錄和分析生產(chǎn)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

(6)開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu):為了增強(qiáng)學(xué)生的參與性，系統(tǒng)采用了開放式結(jié)構(gòu)，提供了完善的控制功能動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和二次開發(fā)函數(shù)，不用了解底層復(fù)雜的時(shí)序和操作過(guò)程，只需要在VC或VB中簡(jiǎn)單的幾行代碼，學(xué)生即可開發(fā)出自己的運(yùn)動(dòng)或控制功能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(7)網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控:系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控模塊，使操作者在操作系統(tǒng)的同時(shí)，也可通過(guò)電腦屏幕實(shí)時(shí)觀看系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況。同時(shí)對(duì)于有條件的學(xué)校，可將控制計(jì)算機(jī)與校園網(wǎng)相連解，使更多的學(xué)生和老師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提高系統(tǒng)利用率，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)。

3如何應(yīng)用FMS進(jìn)行本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)

由于近年來(lái)高校的擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)大幅上升，而大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)少;而且大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)通常包括編程、上機(jī)、結(jié)果分析等，需要的時(shí)間較長(zhǎng)。因此，大型設(shè)備開設(shè)的實(shí)驗(yàn)不能簡(jiǎn)單的照搬其它實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式。我們分別探索了以下幾種模式:

3. 1開設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

本中心老師提出項(xiàng)目申請(qǐng)，參加學(xué)校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理處組織的“工程實(shí)踐”和機(jī)電工程學(xué)院組織的“機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)中心”項(xiàng)目。這些項(xiàng)目結(jié)合指導(dǎo)老師的科研項(xiàng)目，通過(guò)雙向選擇接受學(xué)校相關(guān)專業(yè)本科三年級(jí)以上的學(xué)生參加。學(xué)生分為2-4人一組;在教師的指導(dǎo)下，首先查閱文獻(xiàn)和學(xué)習(xí)FMS的有關(guān)知識(shí)，編制程序，上機(jī)測(cè)試;實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容根據(jù)項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容而定，一般涉及多種設(shè)備;實(shí)驗(yàn)時(shí)間根據(jù)老師和學(xué)生雙方商定，實(shí)行彈性制，不拘泥于課堂安排的時(shí)間。由于學(xué)生人數(shù)少，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以做到師生面對(duì)面的隨時(shí)交流。

例如:作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度教學(xué)實(shí)驗(yàn)”的內(nèi)容是讓學(xué)生根據(jù)給定的加工工件信息，設(shè)計(jì)一個(gè)單件小批量零件加工的“作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度”的仿真系統(tǒng)，使目標(biāo)函數(shù)“最長(zhǎng)流程時(shí)間”的值最小，然后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是:使學(xué)生加深對(duì)“作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度”概念的理解，掌握車間調(diào)度的方法，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)要具備以下功能:

(1)提供一個(gè)很好的、有代表性的研究對(duì)象，也就是使學(xué)生知道他們是在那個(gè)車間、那個(gè)環(huán)境為加工那些工件設(shè)計(jì)“作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度”的方案;

(2)提供一個(gè)很好的仿真環(huán)境及工具，用來(lái)建立仿真模型，使學(xué)生形象直觀地看到車間調(diào)度的運(yùn)行過(guò)程;

(3)提供實(shí)現(xiàn)“作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度”的算法和軟件開發(fā)環(huán)境，使學(xué)生了解并掌握該算法的原理，并在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)算法，得到仿真結(jié)果;

(4)提供一個(gè)真實(shí)環(huán)境，如FMS車間或可真正運(yùn)行的FMS車間模型，在此環(huán)境中對(duì)上面得到的仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

針對(duì)“FMS教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”只討論一種特殊情況，即最長(zhǎng)流程時(shí)間Fmax的計(jì)算先討論n/m/P/Fmax問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)是使最長(zhǎng)流程時(shí)間最短。最長(zhǎng)流程時(shí)間又稱作加工周期，它是從第一個(gè)工件在第一臺(tái)機(jī)器開始加工時(shí)算起，到最后一個(gè)工件在最后一臺(tái)機(jī)器上完成加工時(shí)為止所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，由于假設(shè)所有工件的到達(dá)時(shí)間都為零(Ri，I=1 ，2 ，3，…，n)，所以Fmax等于排在末位加工的工件在車間的停留時(shí)間，也等于一批工件的最長(zhǎng)完工時(shí)間C max 。

設(shè)n個(gè)工件的加工順序?yàn)镾=(S1 ，.S2 ， ……，，Sn)，其中Si為排第i位加工的工件的代號(hào)。以CK(Si)表示工件Si在機(jī)器Mk上的完工時(shí)間，Pk表示工件Si在Mk上的加工時(shí)間，K=1，2，3，……，m；i=1 ，2， ……，n，

式(1)是一個(gè)遞推公式，當(dāng)由式(1)得出Cm(sn)時(shí)，F(xiàn)max、就求得了。在熟悉以上公式之后，可以直接在加工時(shí)間矩陣上從左向右計(jì)算完工時(shí)間。對(duì)于某一工作地，在給定的一段時(shí)間內(nèi)，順次決定下一個(gè)被加工的工件。

3. 2開設(shè)選修課

由于學(xué)習(xí)FMS的有關(guān)知識(shí)，需要學(xué)生們具有一定的專業(yè)知識(shí);而且大型設(shè)備一般只有一套設(shè)備，要面向?qū)W生人數(shù)眾多的本科生開設(shè)實(shí)驗(yàn)課有一定的難度。因此，我們首先開設(shè)了FMS的選修課。在講授FMS技術(shù)的理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，開設(shè)FMS的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生分為3 -5人一組。由于課堂講授FMS的時(shí)間有限，加之是選修課;因此，在實(shí)驗(yàn)課之前，面對(duì)設(shè)備再介紹一次設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)和用途等，以加深學(xué)生的印象;然后指導(dǎo)學(xué)生編制程序、適當(dāng)?shù)纳蠙C(jī)操作，輔導(dǎo)學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3. 3為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)

本科生的畢業(yè)論文是進(jìn)行專業(yè)基本技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維方法、提高動(dòng)手和解決問(wèn)題能力的不可缺少的過(guò)程。參加本科畢業(yè)論文的學(xué)生，有充分的時(shí)間利用所掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決具體的問(wèn)題;因此畢業(yè)論文是本科生學(xué)習(xí)和掌握大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的一個(gè)非常好的機(jī)會(huì)。

4 FMS進(jìn)行本科教學(xué)的體會(huì)和希望

4. 1 FMS進(jìn)行本科教學(xué)的效果

通過(guò)上述三種方式向本科生開放大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)學(xué)生選擇專業(yè)有一定的幫助，也增加了學(xué)生參加推薦免試研究生和就業(yè)等的競(jìng)爭(zhēng)力。例如，一名機(jī)電學(xué)院的學(xué)生參加了“FMS研究”項(xiàng)目后，對(duì)數(shù)控技術(shù)有關(guān)知識(shí)和應(yīng)用有了一定的了解和興趣，報(bào)考研究生時(shí)選擇數(shù)控技術(shù)專業(yè)。另一名機(jī)電學(xué)院的學(xué)生參加“開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究”，學(xué)習(xí)了切削圖形設(shè)計(jì)、數(shù)控雕刻機(jī)及其控制系統(tǒng)等一系列操作，在老師的指導(dǎo)下自己操作選擇刀具和切削參數(shù)，觀察不同的切削過(guò)程，加深了所學(xué)的理論知識(shí)，熟悉了作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度的原理、立體倉(cāng)庫(kù)的基本操作;該生通過(guò)面試后順利地被華中科技大學(xué)錄取為研究生。

近年來(lái)為了適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，拓寬人才培養(yǎng)領(lǐng)域，在開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和選修課時(shí)，也接受其他學(xué)院的學(xué)生。學(xué)生結(jié)束項(xiàng)目后，對(duì)所參加的研究工作非常有興趣。

相比較而言，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)效果明顯好于選修課的實(shí)驗(yàn)。前者由于有充分的時(shí)間，我們摒棄了傳統(tǒng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的模式，采取了“雙向互動(dòng)”，教師以更多的精力啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，調(diào)動(dòng)其主動(dòng)性和積極性，發(fā)揮他們運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。對(duì)這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑢W(xué)生表現(xiàn)出極大的興趣。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不僅拓展了學(xué)生現(xiàn)代科學(xué)技能的理論和知識(shí);在實(shí)驗(yàn)方法，應(yīng)用技能方面也得到了提高，為他們今后走上社會(huì)，服務(wù)于社會(huì)，縮短理論與實(shí)踐的差距奠定了良好的基礎(chǔ)。

4. 2存在的問(wèn)題

篇(3)

我國(guó)本科生教育質(zhì)量的實(shí)證調(diào)查分析

關(guān)于本科畢業(yè)論文開題工作的幾點(diǎn)思考

中國(guó)高校師資隊(duì)伍建設(shè)現(xiàn)狀的調(diào)查研究

西部高師畢業(yè)班學(xué)生教師職業(yè)道德調(diào)查研究——以重慶師范大學(xué)為例

近年來(lái)我國(guó)高職院校內(nèi)涵建設(shè)研究述評(píng)

試析高職院校學(xué)生職業(yè)道德教育之實(shí)踐鍛煉法

試論新時(shí)期井岡山精神

自我認(rèn)識(shí)與大學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃

信息化環(huán)境下的大學(xué)生思想政治教育創(chuàng)新探索

試論“基本原理概論”課中的案例教學(xué)法

增強(qiáng)高校思想政治理論課課堂教學(xué)實(shí)效性策略探析

高校思想政治課教學(xué)實(shí)施懲戒教育探析

“海西”發(fā)展戰(zhàn)略背景下的福建省高校思想政治理論課教學(xué)研究

地方高校大學(xué)生聽(tīng)說(shuō)學(xué)習(xí)障礙性因素及其對(duì)策的分析研究——以麗水學(xué)院為例

西南科技大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐與思考

環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新探——污水生物處理過(guò)程中微生物的簡(jiǎn)單分析

“現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)”課程教學(xué)的實(shí)踐與探索

數(shù)控加工技術(shù)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

關(guān)于網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)課程的改革探索和實(shí)踐

以知識(shí)失業(yè)現(xiàn)象的視角反思我國(guó)高校文科建設(shè)——兼論文科招生規(guī)模與教育教學(xué)質(zhì)量的統(tǒng)一

高等教育自身規(guī)律與社會(huì)經(jīng)濟(jì)制約性關(guān)系探析

獨(dú)立學(xué)院創(chuàng)業(yè)教育的實(shí)施策略研究

體現(xiàn)職業(yè)特色的高職人文教育問(wèn)題研究

高校女教師職業(yè)價(jià)值觀調(diào)查分析——以重慶市為例

論大學(xué)精品課程建設(shè)

以轉(zhuǎn)化高校“問(wèn)題學(xué)生”為路徑的教育公平研究

從“孝心”與“孝行”說(shuō)開去

以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)打造高校服務(wù)型機(jī)關(guān)

積極學(xué)習(xí)理念在高等教育中的應(yīng)用研究

語(yǔ)境策略在古代詩(shī)歌教學(xué)中的價(jià)值功能探微

西部高校生物類雙語(yǔ)教學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)途徑

聽(tīng)力教學(xué)改革新思路:元認(rèn)知策略培訓(xùn)

完善高校思想政治理論課社會(huì)實(shí)踐教學(xué)保障機(jī)制的思考

大眾化與高校政治課教學(xué)研究

虛擬樣機(jī)軟件ADAMS在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中的應(yīng)用

構(gòu)建“植物學(xué)”課程自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

普通本科院校化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的構(gòu)建

對(duì)農(nóng)學(xué)類大學(xué)生暑期社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)特點(diǎn)的調(diào)查分析——以廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院為例

解放思想艱苦奮斗開拓創(chuàng)新——西南科技大學(xué)30年改革發(fā)展回顧與展望

欲窮千里目更上一層樓——30年的回顧與思考“紀(jì)念改革開放30周年專題”研討

學(xué)術(shù)何以道德——論大學(xué)學(xué)術(shù)道德建設(shè)的三大路徑

大學(xué)合法性危機(jī):大學(xué)治理的原因探究

論基于信任的教學(xué)

教學(xué)交往的修辭互動(dòng)——重構(gòu)教者與受者的權(quán)力關(guān)系

我國(guó)高等教育自學(xué)考試管理體制創(chuàng)新的思考

我國(guó)高等教育投資體制政策歷史回顧、價(jià)值分析及啟示

中國(guó)高等教育大眾化階段的師生關(guān)系探討

對(duì)外漢語(yǔ)中級(jí)階段詞語(yǔ)辨析方法的探討

大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)與雙語(yǔ)教學(xué)的比較分析

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大學(xué)英語(yǔ)自主聽(tīng)力教學(xué)探究

非英語(yǔ)專業(yè)大學(xué)生的翻譯教學(xué)探討

信息光學(xué)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)探索

開展設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)課程的探討

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生能力培養(yǎng)

大學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定方法與問(wèn)題探討

高校德育課堂如何走向主體性

生物制藥工藝學(xué)和中藥制藥工藝學(xué)融合教學(xué)初探

篇(4)

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新教育；創(chuàng)客空間；跨學(xué)科

【中圖分類號(hào)】G40-057文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【論文編號(hào)】1009-8097（2015）05-0027-06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.05.004

引言

創(chuàng)客來(lái)源于英文單詞“Maker”，是指努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人.其共同特質(zhì)是創(chuàng)新、實(shí)踐與分享。近年來(lái)，創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)在國(guó)際上蓬勃發(fā)展，改變了人們的學(xué)習(xí)方式和社會(huì)生產(chǎn)方式，并形成了新的校園文化。著眼于了解美國(guó)在創(chuàng)新教育及創(chuàng)客空間方面的最新進(jìn)展和實(shí)施策略，為建設(shè)清華大學(xué)交叉融合創(chuàng)客空間提供參考，2014年8月，清華大學(xué)一行六人前往美國(guó)高校創(chuàng)新教育實(shí)驗(yàn)室及社會(huì)創(chuàng)客空間進(jìn)行考察。考察團(tuán)先后考察了麻省理工學(xué)院、帕森設(shè)計(jì)學(xué)院、紐約大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、斯坦福大學(xué)的創(chuàng)新教育實(shí)驗(yàn)室以及波士頓Artisan's Asylum創(chuàng)客空間、奧克蘭The Crucible創(chuàng)客空間、歐特克公司、皮克斯公司等，與相關(guān)創(chuàng)新教育實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)客空間的負(fù)責(zé)人進(jìn)行了深入的交流，詳細(xì)了解了他們的建設(shè)理念、運(yùn)行機(jī)制、課程體系和物理空間等情況。美國(guó)高校創(chuàng)新教育實(shí)驗(yàn)室

l 麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室（MIT Media Lab）

麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室由Nicholas Negroponte和前校長(zhǎng)Jerome Wiesner[2]于1985年共同創(chuàng)建，隸屬于麻省理工學(xué)院建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，致力于科學(xué)、多媒體、技術(shù)、藝術(shù)及設(shè)計(jì)等領(lǐng)域成果轉(zhuǎn)化的研究，鼓勵(lì)打破學(xué)科界限，實(shí)現(xiàn)不同研究領(lǐng)域非傳統(tǒng)的融合。該實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了許多顛覆性的前沿技術(shù)，包括可穿戴技術(shù)、可觸摸用戶界面和情感計(jì)算等，研發(fā)出許多技術(shù)發(fā)明（如電子墨水、NEXI類人機(jī)器人、Scratch圖形化編程語(yǔ)言、玩具式學(xué)習(xí)工具等）。目前擁有25個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，包括生物力學(xué)、攝影文化、認(rèn)知機(jī)器、流動(dòng)媒體、信息生態(tài)學(xué)、個(gè)人機(jī)器人、社交計(jì)算等，研究項(xiàng)目超過(guò)350個(gè)，其創(chuàng)新研究強(qiáng)調(diào)“以人為本”、“跨學(xué)科”、“原創(chuàng)性”和“開放性”。

（1）人員組成

媒體實(shí)驗(yàn)室主要從事研究生教育，隊(duì)伍組成包括近40名資深研究人員、48名合作企業(yè)研究人員、75名客座科學(xué)家及博士后、80名技術(shù)及行政人員。研究生共計(jì)146名，其中碩士研究生80名、博士研究生66名，分別來(lái)自不同專業(yè)并通常具有工作經(jīng)歷，其中一半左右來(lái)自計(jì)算機(jī)專業(yè)。同時(shí)，每年還有200多名本科生通過(guò)本科生研究機(jī)會(huì)項(xiàng)目（UROP）來(lái)實(shí)驗(yàn)室工作。

（2）運(yùn)行機(jī)制

作為一個(gè)純學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)，媒體實(shí)驗(yàn)室每年的運(yùn)行經(jīng)費(fèi)約4500萬(wàn)美元，主要從70多個(gè)聯(lián)盟會(huì)員獲得資助。會(huì)員包括微軟、谷歌、三星、松下、英特爾、思科、諾基亞、高通、樂(lè)高等世界知名企業(yè)，合作年費(fèi)至少為20萬(wàn)美元。聯(lián)盟會(huì)員一般不要求實(shí)驗(yàn)室從事特定研究，多數(shù)研究項(xiàng)目由團(tuán)隊(duì)獨(dú)立向媒體實(shí)驗(yàn)室提出申請(qǐng)并獲得資助，以保證研究?jī)?nèi)容的前瞻和原創(chuàng)。聯(lián)盟會(huì)員有權(quán)分享媒體實(shí)驗(yàn)室該年的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和研究成果，獲得技術(shù)咨詢而無(wú)需支付授權(quán)費(fèi)用，同時(shí)可以派遣研究人員常駐媒體實(shí)驗(yàn)室。

（3）物理空間

媒體實(shí)驗(yàn)室擁有兩座大樓（E15）和（E14），其中新大樓面積為15100平方米，是一個(gè)開放的、工作室式、自適應(yīng)的六層樓建筑。整個(gè)建筑內(nèi)部高度透明，能夠看到正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目，從而鼓勵(lì)研究人員之間的聯(lián)系和協(xié)作。

為了配合研究項(xiàng)目中的樣機(jī)試制，在大樓中建有一個(gè)小型制造實(shí)驗(yàn)室，加工設(shè)備包括木工鋸床、焊接設(shè)備、鈑金設(shè)備、工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)、激光切割機(jī)、木工加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控水切割機(jī)床、線切割機(jī)床等。車間布局非常緊湊，由3名全職技術(shù)人員維護(hù)，面向媒體實(shí)驗(yàn)室成員24小時(shí)開放，但要求用戶必須接受相關(guān)設(shè)備的操作培訓(xùn)并且不能單獨(dú)工作。

2 紐約大學(xué)ITP項(xiàng)目

ITP是紐約大學(xué)Tisch藝術(shù)學(xué)院為期兩年的研究生教育項(xiàng)目，其主要任務(wù)是探索如何富有想象力地使用通訊技術(shù)，從而有效提升、改善和愉悅?cè)藗兊纳睢Ｔ擁?xiàng)目始于1979年，已經(jīng)發(fā)展為技術(shù)專家、工程師、設(shè)計(jì)師和藝術(shù)家打破真實(shí)與數(shù)字空間界限的活躍社區(qū)，在多媒體和交互性專業(yè)領(lǐng)域貢獻(xiàn)的新創(chuàng)意和人才得到國(guó)際廣泛公認(rèn)。

（1）課程設(shè)置

ITP的課程分為基礎(chǔ)課和專業(yè)課兩種，其中基礎(chǔ)課有7門，包括新媒體應(yīng)用技術(shù)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、視頻與聲音、可視化語(yǔ)言、網(wǎng)站設(shè)計(jì)、可計(jì)算媒體和物理計(jì)算；專業(yè)課有100多門，包括3D打印奢飾品、高級(jí)動(dòng)畫工作室、交互式設(shè)計(jì)的生物力學(xué)等。取得研究生學(xué)歷的學(xué)分要求為：基礎(chǔ)課16分、專業(yè)課40分、畢業(yè)論文項(xiàng)目4分。

ITP的學(xué)生來(lái)自藝術(shù)、科技、經(jīng)濟(jì)、政治等多個(gè)領(lǐng)域，彼此背景不同，所有專業(yè)的人一起參加課程，最大的挑戰(zhàn)就是讓他們互相溝通，進(jìn)行自由分享。ITP所傳授的不僅是用技術(shù)來(lái)做產(chǎn)品，更是用它來(lái)學(xué)會(huì)思考和表達(dá)自己。在ITP教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)自己動(dòng)手和應(yīng)用技術(shù)，不受現(xiàn)有軟件和硬件工具的束縛，開發(fā)出自己想要做的產(chǎn)品。

（2）物理空間

篇(5)

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械工業(yè)

1前言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展．極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域．由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化．使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化。使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。論文 畢業(yè)論文

2機(jī)電一體化的優(yōu)點(diǎn)

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)．將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱 其涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面．是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)．而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊．這是機(jī)電一體化與機(jī)械+電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別機(jī)械工程技術(shù)由純機(jī)械發(fā)展到機(jī)械電氣化．仍屬傳統(tǒng)機(jī)械．其主要功能依然是代替和放大的體力 但是發(fā)展到機(jī)電一體化后．其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外．還能賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等 即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸．還是人的感官與頭腦的眼神。機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別是智能化 機(jī)電一體化產(chǎn)品的典型例子有：數(shù)控加工中心、機(jī)器人以及具有檢測(cè)控制性能的數(shù)碼相機(jī)等。總之．一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)主要是由機(jī)械裝置、執(zhí)行裝置、動(dòng)力源、傳感器、計(jì)算機(jī)這五個(gè)要素構(gòu)成。

3 機(jī)電一體化的發(fā)展歷史

2O世紀(jì)6O年代以來(lái)．人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能后．刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，再后來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展更進(jìn)一步奠定了技術(shù)基礎(chǔ) 大約到20世紀(jì)8O年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)：機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展：各國(guó)均開始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持：2O世紀(jì)9O年代后期．開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段．機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化．微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳．出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法．機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。

我國(guó)是從20世紀(jì)8O年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作．取得了一定成果，但與歐美、日本等先進(jìn)國(guó)家相比仍有相當(dāng)差距機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合。它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科．隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展．還將被賦予新的內(nèi)容。

4 機(jī)電一體化發(fā)展趨勢(shì)的分析

機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：

4．1 智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說(shuō)的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能是不可能的，也是不必要的。但是高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

4．2 模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國(guó)際或國(guó)內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過(guò)組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來(lái)的好處可以肯定，無(wú)論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)模化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來(lái)美好的前程。

4．3 網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等人們?nèi)粘Ｉ疃紟?lái)了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(homenet)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliancesystem，CIAS)，使人們?cè)诩依锓窒砀鞣N高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè)。因此機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

4．4 微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1cm。的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

4．5 綠色化

工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)了巨大變化。一方面物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。

篇(6)

隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷進(jìn)步、計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件的知識(shí)體系變得越來(lái)越龐大。與此同時(shí)，現(xiàn)代企業(yè)對(duì)軟件工程師的項(xiàng)目實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)工作與交流能力提出了更高的要求。因此，基于項(xiàng)目開發(fā)應(yīng)用的工程教育，促使學(xué)生進(jìn)行更多更深的理論知識(shí)和更高的能力與素質(zhì)的培養(yǎng)。所以，我們需要對(duì)傳統(tǒng)的課程體系、教學(xué)理念和學(xué)習(xí)方法作出重大變革以應(yīng)對(duì)這樣的挑戰(zhàn)。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的能力，必須對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改革。因此，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式下計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)日常教學(xué)中學(xué)生主動(dòng)性和積極性不強(qiáng)、缺少綜合能力訓(xùn)練內(nèi)容、作業(yè)抄襲、新知識(shí)與新進(jìn)展反映不理想等問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題將工程教育理念引入實(shí)際教學(xué)中，可以通過(guò)設(shè)定合理題目，將課程設(shè)計(jì)與項(xiàng)目開發(fā)緊密結(jié)合，利用學(xué)生的好勝心理、競(jìng)爭(zhēng)性和成就感等，提出了新的教學(xué)模式。也可以將實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)的同學(xué)組織起來(lái)，承擔(dān)一些項(xiàng)目和課題。教學(xué)實(shí)踐證明，新的教學(xué)模式能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力，同時(shí)也避免了作業(yè)抄襲現(xiàn)象的發(fā)生，強(qiáng)化了學(xué)生的自信心。另外，也對(duì)新模式中存在的問(wèn)題進(jìn)行了思考與建議。

一、工程教育理念與方法

工程教育包含構(gòu)想（conceive）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)施（im－plement）、操作（operate），教育深入到工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行到結(jié)束生產(chǎn)周期整個(gè)過(guò)程，是麻省理工學(xué)院和和幾所瑞典大學(xué)在瓦倫堡基金會(huì)的資助下，經(jīng)過(guò)4年的跨國(guó)研究和探索后于2004年提出的一個(gè)工程教育理念。工程教育首先定位培養(yǎng)什么人和如何培養(yǎng)人這兩個(gè)方面出發(fā)探索工程教育問(wèn)題。工程教育的是為讓學(xué)生盡快進(jìn)入企業(yè)工程環(huán)境而將學(xué)生置身于在企業(yè)真實(shí)產(chǎn)品生產(chǎn)周期中，在產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行過(guò)程的工業(yè)環(huán)境中接受工程教育，將學(xué)生在工程環(huán)境下，快速掌握工程應(yīng)用的實(shí)際的技術(shù)、深入研發(fā)新產(chǎn)品和新系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行、理解技術(shù)的研究發(fā)展周期。工程教育工程是教育改革一種較好的思路，能夠掌握現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)開發(fā)的主要技術(shù)的現(xiàn)代工程師所需要具備的知識(shí)、能力，以工程實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)為背景環(huán)境，建立的課程體系相互聯(lián)系、相互支撐，讓學(xué)生在實(shí)際工程應(yīng)用的實(shí)踐環(huán)境中取得豐富的設(shè)計(jì)、制作和主動(dòng)學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生能力和素質(zhì)的綜合成長(zhǎng)。CDIO工程教育模式可以在課堂上有效建立互動(dòng)的、啟發(fā)式的和探究式的學(xué)習(xí)方式，能引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題，找到解決問(wèn)題的方法。實(shí)踐教學(xué)課程的教學(xué)改革既要遵循該課程的傳統(tǒng)理論知識(shí)，又要符合CDIO工程教育模式對(duì)項(xiàng)目支撐課程的要求。

二、工程教育培養(yǎng)模式的探索

工程教育培養(yǎng)模式是一種建立在架構(gòu)教學(xué)理論基礎(chǔ)上的新方法。架構(gòu)理論認(rèn)為：傳統(tǒng)的教育模式是通過(guò)教師傳授得到，工程教育模式是讓學(xué)習(xí)者在一定的工程情境下，利用必要的學(xué)習(xí)資料，借助他人的幫助，自主學(xué)習(xí)快速成長(zhǎng)的經(jīng)歷。在企業(yè)提供工程環(huán)境下，獲得的充分實(shí)踐的探究式學(xué)習(xí)模式。在這種環(huán)境下，企業(yè)安排的項(xiàng)目，驅(qū)動(dòng)著學(xué)生，在遇到不懂的知識(shí)需要通過(guò)查詢資料文檔和上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行溝通，這種方式極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望和調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，從而培養(yǎng)學(xué)生自主分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和探索、創(chuàng)新的精神。同時(shí)還可以提出了導(dǎo)師負(fù)責(zé)制的項(xiàng)目開發(fā)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，根據(jù)企業(yè)對(duì)軟件技術(shù)人才的需求，以教師承擔(dān)的項(xiàng)目為教學(xué)課題，以分組團(tuán)隊(duì)協(xié)作的模式，由帶隊(duì)導(dǎo)師負(fù)責(zé)學(xué)生的項(xiàng)目任務(wù)的安排，技術(shù)培訓(xùn)和監(jiān)督管理。此外，還可以通過(guò)校外軟件實(shí)習(xí)基地為教學(xué)研發(fā)場(chǎng)所，委托師資力量強(qiáng)的教學(xué)機(jī)構(gòu)以專題培訓(xùn)、技術(shù)講座、實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目輔導(dǎo)等多種教學(xué)模式相組合的方式為教學(xué)手段，使得學(xué)生在項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)的環(huán)境下進(jìn)行學(xué)習(xí)和開發(fā)。以上的工程教育教學(xué)模式是在項(xiàng)目開發(fā)為主線的情況下，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，相互學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，讓學(xué)生學(xué)會(huì)與項(xiàng)目主管溝通，使得學(xué)生在工程環(huán)境下快速成長(zhǎng)。CDIO工程教育改革是一個(gè)系統(tǒng)、全面的改革。它具有明確的培養(yǎng)定位、詳細(xì)的培養(yǎng)目標(biāo)和全面、系統(tǒng)的培養(yǎng)方法指南。眾所周知，教育改革絕不可能一蹴而就，需要長(zhǎng)期努力、逐步提高。有明確目標(biāo)的系統(tǒng)性的改革為改革少走彎路、提高效率、持續(xù)改進(jìn)提供了重要的基礎(chǔ)。

1．構(gòu)建完善課程體系

根據(jù)工程化思想，從專業(yè)知識(shí)的結(jié)構(gòu)和所需能力培養(yǎng)入手，建立科學(xué)的工程化的課程體系是十分必要的。課程體系大綱包括專業(yè)知識(shí)、職業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)合作和工程綜合能力四個(gè)層面，對(duì)現(xiàn)代企業(yè)工程師應(yīng)該具備的知識(shí)和能力，以課程體系的方式逐級(jí)細(xì)化設(shè)置，形成具體對(duì)教師和學(xué)生都具有明確意義的課程體系，提高實(shí)踐教學(xué)的比重。比如可以在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，設(shè)置以下的編程語(yǔ)言的教學(xué)計(jì)劃。對(duì)于大一、大二的低年級(jí)新生，設(shè)置《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程、《C＋＋面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》、《高級(jí)C＋＋應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》（包括WIN32SDK和MFC框架應(yīng)用的高級(jí)應(yīng)用設(shè)計(jì)），在大三、大四高年級(jí)的學(xué)生根據(jù)個(gè)人的愛(ài)好可以就多個(gè)工程應(yīng)用級(jí)的C＋＋學(xué)習(xí)方向進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以是游戲DirectX方向、GDI圖形圖像設(shè)計(jì)、dotnet框架的管理信息系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)等企業(yè)級(jí)應(yīng)用開發(fā)，和企業(yè)進(jìn)一步溝通，確定訂單式培養(yǎng)計(jì)劃，將企業(yè)應(yīng)用需求引入到培養(yǎng)計(jì)劃中來(lái)。因此，為每一門課程（包括每一個(gè)項(xiàng)目）制定課程教學(xué)大綱，課程大綱明確學(xué)生應(yīng)掌握的知識(shí)和能力，規(guī)劃如何使學(xué)生學(xué)到這些知識(shí)和能力，如何考查學(xué)生的知識(shí)和能力，并明確教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)／項(xiàng)目的安排。大綱中除了列出本門課程的知識(shí)點(diǎn)之外，還根據(jù)本課程所承擔(dān)的能力目標(biāo)。以教學(xué)大綱的形式具體細(xì)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，將培養(yǎng)目標(biāo)根據(jù)專業(yè)的知識(shí)、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)分配到每門課程，各門課程根據(jù)自身特點(diǎn)承擔(dān)相應(yīng)的知識(shí)、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。通過(guò)改革教學(xué)方法給予學(xué)生一體化的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、構(gòu)建他們的知識(shí)和能力體系。

2．教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變

在教學(xué)方法上，引導(dǎo)教師更新教學(xué)觀念，從以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，擺脫對(duì)老師的依賴，提高自我思考能力，突出通過(guò)實(shí)踐動(dòng)手來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，鞏固知識(shí)概念。鼓勵(lì)老師進(jìn)行教學(xué)改革，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重，將課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)課并入相關(guān)的課程內(nèi)，使得代課老師承擔(dān)一定比重的實(shí)驗(yàn)課，任課老師也成為了實(shí)驗(yàn)課的教師之一，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容要認(rèn)真規(guī)劃和企業(yè)工程實(shí)踐盡量結(jié)合，讓學(xué)生在校園里就處在工程教育氛圍中，教師盡可能統(tǒng)籌安排課程內(nèi)的實(shí)驗(yàn)，做到大綱詳盡，實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)細(xì)致入微。從大一開始就注重對(duì)缺少實(shí)踐動(dòng)手能力學(xué)生的培養(yǎng)，針對(duì)課程安排豐富的綜合性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，讓每一位學(xué)生自己動(dòng)手、自主完成并全身心投入。適當(dāng)?shù)膲嚎s教師授課學(xué)時(shí)，改革教學(xué)方法，設(shè)立場(chǎng)景教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生采用一邊聽(tīng)一邊實(shí)驗(yàn)一邊討論的方式，讓學(xué)生成為課堂上的主角。設(shè)置豐富的設(shè)計(jì)－實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，利用課堂和現(xiàn)代學(xué)習(xí)場(chǎng)所或?qū)嶒?yàn)室加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、實(shí)踐性和團(tuán)隊(duì)合作精神。

3．課程設(shè)計(jì)與項(xiàng)目開發(fā)緊密結(jié)合

針對(duì)一些專業(yè)課程，增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科研和自主學(xué)習(xí)的能力。基于CDIO培養(yǎng)模式是將所學(xué)知識(shí)和實(shí)際的工程項(xiàng)目相結(jié)合，對(duì)于核心課和專業(yè)選修課的的課程設(shè)計(jì)中引入工程教育的理念，通過(guò)貼近工程應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生接觸實(shí)際工程應(yīng)用開發(fā)的方法，盡量提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。因此，從教師的角度，搞好課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，應(yīng)設(shè)計(jì)好題目并做好課程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，積累儲(chǔ)備知識(shí)，跟蹤主流技術(shù)。教師出課程設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，選擇貼近企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目，同時(shí)結(jié)合所學(xué)課程、學(xué)生掌握的知識(shí)情況，為了提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，總結(jié)以往學(xué)生的課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題，提出循序漸進(jìn)式的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教學(xué)方法，將往屆學(xué)生中課程設(shè)計(jì)中的優(yōu)秀作品和設(shè)計(jì)思路去啟發(fā)應(yīng)屆學(xué)生，本屆學(xué)生在往屆學(xué)生的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入設(shè)計(jì)開發(fā)。

4．通過(guò)競(jìng)賽提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力

每年舉辦各種大學(xué)生應(yīng)用技能競(jìng)賽包括“創(chuàng)新杯計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力大賽”、“CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大賽”、“全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模比賽”、“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”和“全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人大賽”等競(jìng)賽，提供了培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的一個(gè)舞臺(tái)。比賽的題目注重實(shí)際問(wèn)題的解決和實(shí)踐動(dòng)手能力的提高，旨在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力和參賽團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。競(jìng)賽給學(xué)生提供了充分的自我發(fā)揮平臺(tái)，對(duì)于學(xué)生個(gè)人綜合實(shí)力的全方位考核，同時(shí)挖掘?qū)W生的個(gè)人潛質(zhì)。針對(duì)比賽各二級(jí)學(xué)院積極組織、認(rèn)真準(zhǔn)備，分別進(jìn)行賽前培訓(xùn)、集中訓(xùn)練和賽前選拔工作。同時(shí)，根據(jù)大賽的項(xiàng)目和內(nèi)容，對(duì)于現(xiàn)有的教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行修訂，對(duì)于課程內(nèi)容也要不斷優(yōu)化，改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法，使得教學(xué)內(nèi)容貼近工程應(yīng)用，對(duì)于日常考核方法進(jìn)行改革，采取靈活多樣的考試方法，積極申請(qǐng)專項(xiàng)資金建設(shè)特色實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)加強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，對(duì)現(xiàn)有課程體系進(jìn)行改革和優(yōu)化，為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力創(chuàng)造良好條件。通過(guò)參加比賽，不僅培養(yǎng)了大學(xué)生對(duì)科技活動(dòng)的參與興趣，鍛煉了學(xué)生根據(jù)已經(jīng)掌握的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，也培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新能力。教師在指導(dǎo)學(xué)生參加競(jìng)賽時(shí)，積極做好賽前準(zhǔn)備，進(jìn)行賽前訓(xùn)練和選拔工作，在指導(dǎo)過(guò)程中善于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，努力提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)營(yíng)造寬松的研討氛圍，使學(xué)生在良好的學(xué)術(shù)氛圍中，共同提高，互相促進(jìn)，團(tuán)結(jié)協(xié)作，爭(zhēng)取取得好的成績(jī)。

5．畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)

校外教學(xué)實(shí)習(xí)基地選擇的代表著應(yīng)用工程教育理念培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐場(chǎng)所，畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)的選擇和建設(shè)采用不同的合作方式，選擇有一定實(shí)力的企業(yè)和師資良好的校外實(shí)習(xí)基地，建立廣泛的多種多樣的校企合作關(guān)系，以便讓學(xué)生學(xué)習(xí)和體驗(yàn)軟件產(chǎn)品的從需求、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和測(cè)試整個(gè)產(chǎn)品的生命周期。校外實(shí)習(xí)基地是工程實(shí)踐場(chǎng)所，它提供了一系列廣泛的設(shè)施，包括企業(yè)的職場(chǎng)工作環(huán)境、團(tuán)隊(duì)協(xié)助開發(fā)項(xiàng)目的工作環(huán)境和工程化的任務(wù)實(shí)施管理方式。基于工程教育的的工程實(shí)踐場(chǎng)所的包括以下基本特征：學(xué)生動(dòng)手學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)、通過(guò)學(xué)習(xí)掌握系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程和熟悉企業(yè)工程產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，為學(xué)生們提供了學(xué)習(xí)多學(xué)科知識(shí)的平臺(tái)；同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)生個(gè)人人際交往能力提高；學(xué)會(huì)與小組的交流，也引導(dǎo)學(xué)生逐步適應(yīng)社會(huì)交往和學(xué)習(xí)社會(huì)知識(shí)。此外，學(xué)校將畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)變成直接走出校門走入訂單企業(yè)中去，提前到企業(yè)的環(huán)境去鍛煉，使他們從擇業(yè)觀念、就業(yè)技能進(jìn)一步的改變，完成其從學(xué)生到職業(yè)人角色轉(zhuǎn)換，以及從學(xué)校到社會(huì)的人生環(huán)境的自然過(guò)渡。根據(jù)學(xué)生在企業(yè)工作的崗位設(shè)定畢業(yè)論文題目，讓他們?cè)阱憻挼耐瑫r(shí)，完成畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)。這樣間接的促進(jìn)學(xué)校工程教育模式的發(fā)展，為教育模式的轉(zhuǎn)變積累經(jīng)驗(yàn)。他們的課程設(shè)計(jì)的方向和題目也在進(jìn)一步的影響教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。學(xué)院制定詳盡的管理方法和實(shí)施細(xì)則，在政策上給予傾斜，這樣可以避免學(xué)生就業(yè)找工作和畢業(yè)論文的相互影響。

篇(7)

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)應(yīng)用; 裝配規(guī)劃; 綜述; 虛擬現(xiàn)實(shí); 軟計(jì)算; 協(xié)同裝配

裝配是產(chǎn)品生命周期的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的主要過(guò)程。畢業(yè)論文 裝配成本占產(chǎn)品制造成本40%～50%，裝配自動(dòng)化一直是制造自動(dòng)化中的瓶頸問(wèn)題。裝配規(guī)劃是在給定產(chǎn)品與相關(guān)制造資源的完整描述前提下，得到產(chǎn)品詳細(xì)的裝配方案的過(guò)程，對(duì)指導(dǎo)產(chǎn)品可裝配性設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量和降低裝配成本具有重要意義。產(chǎn)品的裝配規(guī)劃通常需要得到零部件的裝配序列、裝配路徑、使用的工裝夾具和裝配時(shí)間等內(nèi)容[1]~[3]。

較早的傳統(tǒng)裝配規(guī)劃采用人工方式，工藝人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)文檔，通過(guò)分析產(chǎn)品裝配圖中零件的幾何形狀和位置關(guān)系，必要時(shí)再和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行討論，進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)者的真正意圖，利用自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)規(guī)劃出產(chǎn)品的裝配方案。這種方法工作量大、效率低，且難于保證裝配方案的經(jīng)濟(jì)性。

隨著計(jì)算機(jī)集成制造CIMS 和并行工程CE技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，一方面對(duì)裝配相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了計(jì)算機(jī)化的要求，以提高和產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中其他環(huán)節(jié)的集成化程度。另一方面要求裝配方案的優(yōu)化以降低成本和縮短規(guī)劃時(shí)間以加快產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程。受“需求牽引”和“技術(shù)推動(dòng)”兩方面的影響，80 年代初，出現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)輔助裝配規(guī)劃(Computer Aided Assembly Planning，CAAP)技術(shù)的研究。到目前為止，CAAP 經(jīng)歷了幾個(gè)不同的發(fā)展階段，出現(xiàn)了4 種代表性的方法，按照出現(xiàn)的時(shí)間順序及方法的特點(diǎn)，筆者將其歸結(jié)為經(jīng)典裝配規(guī)劃方法、虛擬裝配規(guī)劃方法、裝配規(guī)劃軟計(jì)算方法和協(xié)同裝配規(guī)劃方法。

1 經(jīng)典裝配規(guī)劃方法

早期CAAP 的研究側(cè)重于裝配序列的規(guī)劃，以產(chǎn)品CAD 裝配模型為基礎(chǔ)，碩士論文 一般采用幾何推理的方法，通過(guò)產(chǎn)品裝配建模、裝配序列推理和表達(dá)以及裝配序列評(píng)價(jià)和選擇為產(chǎn)品面向裝配的設(shè)計(jì)和裝配工藝規(guī)劃提供指導(dǎo)和支持，其過(guò)程通常如圖1 所示。

1.1產(chǎn)品裝配建模

產(chǎn)品裝配模型是裝配規(guī)劃的基礎(chǔ)，為裝配規(guī)劃提供裝配體和零部件的相關(guān)信息。常用的裝配信息表達(dá)模型可分為圖模型和矩陣模型。法國(guó)學(xué)者Bourjauct 提出了聯(lián)系圖模型[4]，將零件之間的物理接觸關(guān)系定義為聯(lián)系即裝配關(guān)系，圖中的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)零件，邊表示所連接的零件間至少有一種裝配關(guān)系。關(guān)系模型[5]進(jìn)一步區(qū)分了零件之間的接觸關(guān)系和聯(lián)接關(guān)系，圖中包含3 種實(shí)體類型：零件、接觸和聯(lián)接，邊表達(dá)了實(shí)體間的關(guān)系。產(chǎn)品等級(jí)裝配模型[6]將裝配體看成具有層次結(jié)構(gòu)性，即裝配體可以分解為子裝配體，子裝配體又可分解為下級(jí)子裝配體和零件的集合，以此表達(dá)產(chǎn)品的裝配組成。

矩陣比圖易于計(jì)算機(jī)表達(dá)和實(shí)現(xiàn)。Dini 和Santochi[7]利用干涉矩陣、接觸矩陣和連接矩陣表達(dá)產(chǎn)品，干涉矩陣描述了零部件間沿坐標(biāo)軸方向裝配時(shí)相互間的干涉情況，接觸矩陣描述了零部件間的物理接觸狀態(tài)，連接矩陣描述了零部件間的連接類型。為減少矩陣的數(shù)量，Huang[8]等把6個(gè)干涉矩陣合并為一個(gè)拆卸矩陣，集成的表達(dá)零部件間沿坐標(biāo)軸方向的干涉情況。

1.2裝配序列推理和表達(dá)

基于聯(lián)系圖模型，Bourjauct 采用人機(jī)交互“問(wèn)答式”方法獲取裝配優(yōu)先約束關(guān)系[4]，醫(yī)學(xué)論文 隨后De Fazio 和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作進(jìn)一步較少了需要由用戶回答問(wèn)題的數(shù)量，然后通過(guò)對(duì)裝配優(yōu)約束關(guān)系進(jìn)行推理得到聯(lián)絡(luò)建立優(yōu)先關(guān)系的層次模型表達(dá)產(chǎn)品的裝配序列。

“割集”法是基于拆卸策略的裝配規(guī)劃中通常采用的圖論算法。Homem de Mell 和Sanderson[5]通過(guò)對(duì)產(chǎn)品聯(lián)接圖進(jìn)行縮并，利用“割集”算法對(duì)聯(lián)接圖進(jìn)行循環(huán)分解，生成所有可能的子裝配體，直到不可再分。并提出了裝配序列的AND/OR 圖表達(dá)方法，圖中的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)裝配過(guò)程中的子裝配體或零件，超弧表達(dá)將子裝配體或零件聯(lián)接在一起形成更大子裝配體的裝配操作。因?yàn)椤案罴彼惴ǖ挠?jì)算復(fù)雜性為O(3N) (N為零件個(gè)數(shù))，因此，對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品的裝配順序規(guī)劃存在指數(shù)爆炸問(wèn)題，這是難以讓人接受的。

1.3裝配序列評(píng)價(jià)和選擇

裝配序列的選擇對(duì)裝配線設(shè)計(jì)、裝配成本、裝配設(shè)備選擇有很大影響，職稱論文 而評(píng)價(jià)是選擇的基礎(chǔ)。裝配序列的評(píng)價(jià)可分為定性和定量?jī)煞矫嬉蛩豙11]~[13]，定性因素主要考慮的有裝配方向換向的頻度、子裝配體的穩(wěn)定性和安全性、裝配操作任務(wù)間的并行性、子裝配體的結(jié)合性和模塊性、緊固件的裝配、零件的聚合等。定量因素主要考慮的有整個(gè)裝配時(shí)間 (包括子裝配體的操作時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間等 )、整個(gè)裝配成本 (包括勞動(dòng)成本、夾緊和加工成本 )、產(chǎn)品在裝配中再定位的次數(shù)、夾具的數(shù)目、操作者的數(shù)目、機(jī)器人手爪的數(shù)目、工作臺(tái)的數(shù)目等。

更多的經(jīng)典裝配規(guī)劃方法研究文獻(xiàn)可以參見(jiàn)Texas A&M 大學(xué)Wolter 教授的“Assembly Planning Bibliography”[14]，其中收集了自1980年起近15 年經(jīng)典裝配規(guī)劃方法的相關(guān)研究。經(jīng)典方法一般表達(dá)出全部的序列解空間，這使它可能從中找出最優(yōu)的裝配序列，但隨著產(chǎn)品中零件數(shù)量的增加，解空間的組合爆炸給序列的存儲(chǔ)、選優(yōu)帶來(lái)極大困難；且序列的幾何推理方法不易融入人類的裝配知識(shí)，難免產(chǎn)生眾多幾何可行但工藝不可行的序列結(jié)果。

2虛擬裝配規(guī)劃方法

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為裝配規(guī)劃的“人－機(jī)”協(xié)同工作提供了契機(jī)。虛擬裝配是指由操作者通過(guò)數(shù)據(jù)手套和三維立體顯示設(shè)備直接三維操作虛擬零部件來(lái)模擬裝配/拆卸過(guò)程，無(wú)需產(chǎn)品或支撐過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)，通過(guò)分析、先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒖梢暬蛿?shù)據(jù)表達(dá)等手段，利用計(jì)算機(jī)工具來(lái)安排或輔助與裝配有關(guān)的工程決策[15]。虛擬裝配過(guò)程中，人機(jī)可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，即人通過(guò)直覺(jué)/裝配經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)決定產(chǎn)品的裝配過(guò)程，但不能精確地判斷當(dāng)前所有可能裝配的零件，也不太可能準(zhǔn)確判定裝配某一零件后裝配體的穩(wěn)定性等因素，而通過(guò)一定算法和規(guī)則實(shí)現(xiàn)的機(jī)器智能剛好彌補(bǔ)人的不足。虛擬裝配方法得到的不僅僅是零件的順序，還可以包括零件路徑、裝配工具、夾具和工作臺(tái)等信息。圖2 為虛擬裝配規(guī)劃的工作步驟。

國(guó)外虛擬裝配規(guī)劃的研究以沉浸式虛擬裝配環(huán)境VADE[16]， [17](Virtual Assembly DesignEnvironment)為代表，英語(yǔ)論文 通過(guò)建立一個(gè)裝配規(guī)劃和評(píng)價(jià)的虛擬環(huán)境來(lái)探索運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的潛在技術(shù)可能性，為機(jī)械系統(tǒng)裝配體的規(guī)劃、評(píng)價(jià)和驗(yàn)證提供支持。在虛擬環(huán)境中，利用提取并導(dǎo)入的CAD 系統(tǒng)產(chǎn)生的裝配約束信息引導(dǎo)裝配過(guò)程；通過(guò)引入了質(zhì)量、慣性和加速度等物理屬性，基于物理特性進(jìn)行裝配建模，逼真地模擬真實(shí)裝配環(huán)境；支持雙手的靈活裝配和操作；記錄虛擬裝配過(guò)程中產(chǎn)生的掃體積和路徑信息并可進(jìn)行編輯；建立了工具/零件/人相互作用模型，支持裝配工具在虛擬裝配環(huán)境中的運(yùn)用。

國(guó)內(nèi)管強(qiáng)等[18]將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與面向裝配設(shè)計(jì)的理論相結(jié)合，建立了一個(gè)虛擬環(huán)境下的面

向裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)（VirDFA）。萬(wàn)華根等[19]建立了一個(gè)具有多通道界面的虛擬設(shè)計(jì)與虛擬裝配系統(tǒng)（VDVAS），通過(guò)直接三維操作和語(yǔ)音命令方便地對(duì)零件進(jìn)行交互拆裝以建立零件的裝配順序和裝配路徑等裝配信息。在面向過(guò)程與歷史的虛擬設(shè)計(jì)與裝配環(huán)境（VIRDAS）中，張樹有等[20]通過(guò)識(shí)別裝配關(guān)系進(jìn)行裝配運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)虛擬拆卸/裝配順序規(guī)劃、虛擬裝配分析。從集成的觀點(diǎn)出發(fā)，姚珺等[21]提出面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程的虛擬裝配體系結(jié)構(gòu)，從方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配工藝設(shè)計(jì)3 個(gè)層次上分階段地對(duì)產(chǎn)品可裝配性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。田豐等[22]提出一個(gè)面向虛擬裝配的三維交互平臺(tái)（VAT），簡(jiǎn)化了虛擬裝配應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)造，便于應(yīng)用的快速生成。

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境開展裝配規(guī)劃，提供了一種新的思路和工具。但是，虛擬環(huán)境的構(gòu)建需要較大資金的軟硬件投入，另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身（如圖形的高速刷新）及其相關(guān)硬件技術(shù)（如力觸覺(jué)設(shè)備）的不成熟使得虛擬裝配的研究仍處于探索階段。

3 裝配規(guī)劃軟計(jì)算方法

1994 年，Zadeh 教授將模糊邏輯與智能技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提出了軟計(jì)算方法（soft computing）[23]。軟計(jì)算以模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和概率推理為基礎(chǔ)，不追求問(wèn)題的精確解，以近似性和不確定性為主要特征，所得到的是精確或不精確問(wèn)題的近似解。為避免組合爆炸同時(shí)又能得到較優(yōu)的裝配規(guī)劃方案，近來(lái)，基于建模、表達(dá)和尋優(yōu)一體化的裝配規(guī)劃軟計(jì)算方法得到廣泛關(guān)注。

3.1 裝配規(guī)劃神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人類形象思維的一種人工智能方法，它是由大量神經(jīng)元廣泛互連而成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，留學(xué)生論文 單一神經(jīng)元可以有許多輸入、輸出，神經(jīng)元之間的相互作用通過(guò)連接的權(quán)值體現(xiàn)，神經(jīng)元的輸出是其輸入的函數(shù)。若將優(yōu)化計(jì)算問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)與網(wǎng)絡(luò)某種狀態(tài)函數(shù)(通常稱網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù))對(duì)應(yīng)起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)向能量函數(shù)極小值方向移動(dòng)的過(guò)程就可視作優(yōu)化問(wèn)題的求解過(guò)程，穩(wěn)態(tài)點(diǎn)則是優(yōu)化問(wèn)題的局部或全局最優(yōu)解。

轉(zhuǎn)貼于 Hong 和Cho[24]用于機(jī)器人裝配順序優(yōu)化的Hopfiled 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，考慮裝配約束、子裝配體穩(wěn)定性和裝配方向改變等因素建立網(wǎng)絡(luò)的能量方程，基于優(yōu)先約束推理和專家系統(tǒng)提供的裝配成本驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化方程得到優(yōu)化的序列。但由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)缺乏全局搜索能力，計(jì)算結(jié)果顯示，該方法容易產(chǎn)生不優(yōu)化的裝配順序，且常常只能得到一個(gè)局部最優(yōu)的裝配序列。另外，參數(shù)選擇和初始條件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的靈敏度影響大；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用前須進(jìn)行訓(xùn)練，而訓(xùn)練時(shí)要由專家提供較多可行的順序作為樣本。而樣本可能是針對(duì)某種類型的產(chǎn)品，對(duì)其它類型的產(chǎn)品則不一定適用，該方法的應(yīng)用范圍窄。

3.2 裝配規(guī)劃模擬退火算法

模擬退火算法源于固體退火思想，將一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題比擬成一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，將目標(biāo)函數(shù)比擬為系統(tǒng)的能量，將優(yōu)化求解過(guò)程比擬成系統(tǒng)逐步降溫以達(dá)到最低能量狀態(tài)的退火過(guò)程，通過(guò)模擬固體的退火過(guò)程獲得優(yōu)化問(wèn)題的全局最優(yōu)解。

Saeid 等[25]利用模擬退火算法進(jìn)行裝配序列規(guī)劃時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品裝配模型獲得裝配優(yōu)先關(guān)系，將裝配過(guò)程總裝配時(shí)間和重定向次數(shù)運(yùn)用多屬性應(yīng)用理論組合成單一目標(biāo)函數(shù)，作為裝配序列優(yōu)化的評(píng)價(jià)函數(shù)。Hong 和Cho[26]將裝配約束和裝配過(guò)程的成本映射為裝配序列能量函數(shù)，利用模擬退火算法使裝配序列能量函數(shù)擾動(dòng)地逐步減小，經(jīng)過(guò)多次迭代，直到能量函數(shù)不再變化為止，最后得到具有最小裝配成本的裝配序列。作者將該方法應(yīng)用到一個(gè)電子繼電器裝配體上，并將其性能與利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[24]的裝配規(guī)劃方法進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示基于模擬退火的裝配序列優(yōu)化方法可以產(chǎn)生較好的裝配序列并且在運(yùn)算時(shí)間上優(yōu)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。

模擬退火算法具有較強(qiáng)的局部搜索能力，并能使搜索過(guò)程避免陷入局部最優(yōu)，但模擬退火算法對(duì)整個(gè)搜索空間的狀況了解不多，不能使搜索過(guò)程進(jìn)入最有希望的搜索區(qū)域，從而使得算法的運(yùn)算效率不高。

3.3 裝配規(guī)劃遺傳算法

在眾多軟計(jì)算方法中，遺傳算法得到了眾多研究者的重視。工作總結(jié) 遺傳算法是模仿生物自然選擇和遺傳機(jī)制的隨機(jī)搜索算法，它將問(wèn)題的可能解組成種群，將每一個(gè)可能的解看作種群的個(gè)體，從一組隨機(jī)給定的初始種群開始，持續(xù)在整個(gè)種群空間內(nèi)隨機(jī)搜索，按照一定的評(píng)估策略即適應(yīng)度函數(shù)對(duì)每一個(gè)體進(jìn)行評(píng)價(jià)，不斷通過(guò)復(fù)制、交叉、變異等遺傳算子的作用，使種群在適應(yīng)度函數(shù)的約束下不斷進(jìn)化，算法終止時(shí)得到最優(yōu)/次最優(yōu)的問(wèn)題解。圖3 為裝配規(guī)劃遺傳算法的一般流程。

裝配規(guī)劃遺傳算法的研究重點(diǎn)集中于設(shè)計(jì)裝配序列的基因編碼方式以包含更多的裝配過(guò)程信息、設(shè)計(jì)基因操作的形式和改進(jìn)遺傳算法的局部搜索能力上。Lazzerini 等[27]的分段編碼遺傳算法中，將染色體分為3 段編碼，第1 段表示參與裝配的零件編號(hào)，第2 段表示零件的可行裝配方向，第3 段表示裝配工具，從而使染色體包含了部分工藝信息。為了提高算法的性能，文中將裝配體分解為子裝配體進(jìn)行裝配，減少了參加裝配序列規(guī)劃的零件數(shù)目；Guan 等[28]采用基因團(tuán)編碼方式，一個(gè)基因團(tuán)表達(dá)一個(gè)零件的裝配操作，由被裝配零件號(hào)裝配元、裝配工具裝配元、裝配方向裝配元和裝配類型裝配元組成。在擴(kuò)大采樣空間選擇下一代種群的基礎(chǔ)上，通過(guò)交叉和多層次變異實(shí)現(xiàn)裝配序列并行優(yōu)化。廖小云和陳湘鳳[29]在裝配序列規(guī)劃遺傳算法中設(shè)計(jì)了復(fù)制、交叉、變異、剪貼和斷連5 種遺傳算子尋找裝配序列優(yōu)化解。在Smith 等[30]的增強(qiáng)型遺傳算法中，選擇下一代個(gè)體并不完全依靠適應(yīng)度，而是先把一定數(shù)量較優(yōu)的個(gè)體復(fù)制到下一代，將適應(yīng)度低但幾何可行的序列用于繼續(xù)產(chǎn)生序列，直到滿足下一代種群中序列個(gè)數(shù)的需求，從而使算法能跳出局部最優(yōu)點(diǎn)，在全局范圍內(nèi)搜索最優(yōu)解。

理論上，找到全局最優(yōu)裝配序列要求參加演化計(jì)算的種群規(guī)模要足夠大，迭代次數(shù)要無(wú)限

多，但在計(jì)算資源和時(shí)間限制下是達(dá)不到要求的。因此，遺傳算法求解裝配規(guī)劃問(wèn)題的效率和結(jié)果依賴于初始種群規(guī)模及其質(zhì)量、遺傳算子及其操作概率等因素。

4 協(xié)同裝配規(guī)劃方法

裝配體作為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的載體，零部件可能由不同的企業(yè)設(shè)計(jì)，零部件和產(chǎn)品可能在不同的裝配工廠完成裝配過(guò)程，因此需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作和決策以保證裝配質(zhì)量和降低裝配成本。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展縮短了異地人員在時(shí)間和空間上的距離，為實(shí)時(shí)的“人－機(jī)－人”協(xié)同裝配工作提供了可能。

Wisconsin-Madison 大學(xué)[31]提出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電子化裝配（ e-Assembly ），探討在Internet/Intranet 上利用3D 模型進(jìn)行協(xié)同虛擬裝配和拆卸的方法論和工具，擬實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括3D 交互可視化、協(xié)同裝配/拆卸/維護(hù)/回收等。目前已開發(fā)了Motive3D 系統(tǒng)，利用Synthesizer模塊可以交互/自動(dòng)進(jìn)行產(chǎn)品的裝配建模和規(guī)劃，Visualizer 模塊為用戶在Web 平臺(tái)上提供裝配序列規(guī)劃結(jié)果的可視化仿真，但缺少交互修改、調(diào)整功能。在ATS 項(xiàng)目[32]實(shí)施中，為了向異地的開發(fā)人員展示裝配設(shè)計(jì)和裝配規(guī)劃結(jié)果，嘗試?yán)肰RML 作為可視化工具，一方面供設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)瀏覽零部件設(shè)計(jì)，另外將裝配模型用文本編輯軟件進(jìn)行編輯，生成裝配序列的VRML 仿真文件，供異地的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)和提出修改意見(jiàn)。但手工編輯文件不但花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一周，而且每次設(shè)計(jì)修改后都必須重新編輯；同時(shí)，仿真文件僅具有瀏覽功能，不能進(jìn)行交互修改。

Web 環(huán)境下的協(xié)同裝配規(guī)劃方法[33]采用協(xié)同工作環(huán)境下的裝配建模、裝配規(guī)劃任務(wù)分配和裝配序列合成等技術(shù)，通過(guò)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品裝配規(guī)劃問(wèn)題的分解，即降低了單機(jī)規(guī)劃工作模式的復(fù)雜度，又便于集中不同地域多專家的裝配知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行裝配規(guī)劃方案的協(xié)同決策。面向協(xié)同廣義裝配[34]通過(guò)確定裝配子任務(wù)編碼方法、裝配人員評(píng)價(jià)指數(shù)和制定協(xié)同裝配協(xié)議，以VRML 為產(chǎn)品模型載體實(shí)現(xiàn)協(xié)同裝配系統(tǒng)。在裝配知識(shí)和規(guī)則的支撐下，支持局域網(wǎng)內(nèi)多用戶實(shí)施產(chǎn)品預(yù)裝配、驗(yàn)證零部件可裝配性，相關(guān)的裝配人員能夠協(xié)同討論裝配方案。Web 環(huán)境下3D 交互裝配可視化仿真結(jié)構(gòu)是一個(gè)符合開放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的可視化裝配系統(tǒng)[35]，它基于VRML-Java 實(shí)現(xiàn)裝配場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)生成、裝配控制、碰撞檢測(cè)以及裝配過(guò)程的動(dòng)畫回放等功能，目前完成了基于“堆疊”思路的裝配驗(yàn)證方式。但該系統(tǒng)屬于單用戶系統(tǒng)，不能支持多用戶的實(shí)時(shí)協(xié)同裝配工作。

5 結(jié)論與展望

CAAP 的研究在理論上取得了一定的成果，在工業(yè)界也得到了一定的應(yīng)用，但相對(duì)而言還很少，這說(shuō)明該技術(shù)距離工業(yè)實(shí)用還存在較大差距。裝配規(guī)劃是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)密集型的工作，同時(shí)又與具體行業(yè)和產(chǎn)品有緊密的關(guān)系。經(jīng)典裝配規(guī)劃方法的精確推理在保證序列的幾何可行性方面具有優(yōu)勢(shì)，而軟計(jì)算技術(shù)能夠?qū)⑷说哪：R(shí)融入規(guī)劃過(guò)程中，使得結(jié)果具有更好的工藝可行性，兩者的適當(dāng)結(jié)合將有利于模仿人類裝配專家的實(shí)際裝配規(guī)劃過(guò)程，從而得到合理的裝配方案。

跨地域、跨國(guó)家的網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造新模式的形成使產(chǎn)品裝配成為一個(gè)需要協(xié)同工作和決策的問(wèn)題。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，建立基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同裝配決策平臺(tái)和虛擬環(huán)境，支持異地多人員協(xié)同裝配方案決策將是新形勢(shì)下裝配規(guī)劃研究的新趨勢(shì)。 參考文獻(xiàn)

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