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，好投稿為您帶來了七篇機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

舞臺吊標(biāo)分為電動和手動兩種,它主要用于懸吊和升降各種幕布、燈具、布景等物，是上下左右頻繁移動機(jī)械,所以吊桿也是舞臺安全的主要系數(shù)。電動吊桿的作用可以降低工作人員的勞動強(qiáng)度，起至事半功倍的效果,如果一個舞臺的深度有14米,我們可以為他設(shè)置電動吊桿38道，其中24道景桿（含一道前沿幕）、14道備用吊桿【包括2道二維側(cè)光燈架】，一道升降電影銀幕架、1道燈光渡橋及無極均勻伸縮大幕機(jī)1套。

通過我們多年使用舞臺吊桿機(jī)械的經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為泰州長江影視工程設(shè)備廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能最穩(wěn)定，安全最可靠，已經(jīng)被上百家劇院采用。其運(yùn)用了蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)、材質(zhì)為錫青銅，磨擦系數(shù)小，傳動效率高。有防沖頂保護(hù)、上下限保護(hù)。滑輪為鍍鋅防跳繩花輪，安裝不須焊接在滑輪梁上，如焊死，以后維修、調(diào)整極不方便。長江影視設(shè)備廠的滑輪都是用抱箍羅栓固定。當(dāng)?shù)鯒U升、降至某一位置時，ABS抱死系統(tǒng)立即斷火緊鎖馬達(dá)，這樣確保吊桿停至此位置下滑系數(shù)最小,安全性達(dá)到最高。且強(qiáng)弱電分開控制。

所以在這里設(shè)計(jì)了舞臺機(jī)械的具體參數(shù):

A、景物吊桿技術(shù)參數(shù)如下：

電機(jī)功率：2.2KW吊點(diǎn)數(shù)：4個

升降速度：0.27m/s桿體長暫定：16米

電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400轉(zhuǎn)/分速比為：40：1

提升荷載為：400KG桿體為鋼管

控制方式：點(diǎn)控

該型吊相具有上下限位，沖頂保護(hù)裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB.

吊桿桿體用兩根Φ50黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內(nèi)襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。

B、燈光吊桿技術(shù)參數(shù)如下：

電機(jī)功率：3KW吊點(diǎn)數(shù)：4個

升降速度：0.18m/s桿體長暫定：14米

電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400轉(zhuǎn)/分速比為：50：1

提升荷載為：600KG桿體為?50黑鐵管吊桿

控制方式：點(diǎn)控

該型吊桿具有上下限位，沖頂保護(hù)裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB。

吊桿桿體用Φ50；黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內(nèi)襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。

舞臺機(jī)械設(shè)計(jì)原則

（節(jié)選）1、鋼結(jié)構(gòu)

a)所有承重的鋼結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)剛度大于1：1000

b)鋼結(jié)構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)合理，鋼結(jié)構(gòu)及其接頭應(yīng)能承受最大額定載荷和由緊急停車造成的沖擊載荷；

c)鋼結(jié)構(gòu)件所用材料應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

d)鋼結(jié)構(gòu)焊縫須符合有關(guān)規(guī)定，主要焊縫應(yīng)進(jìn)行無損探傷檢查；

2、吊物與卷揚(yáng)裝置

①卷揚(yáng)機(jī)卷揚(yáng)機(jī)上的電動機(jī)和制動器應(yīng)聯(lián)合動作，只有電動機(jī)電源接通時，才能許可制動器打開；萬一制動器打開，而電動機(jī)沒有接通電源時，只許吊桿（負(fù)載）靜止或低速下降；

②卷筒組件

卷筒直徑不小于鋼絲繩直徑的30倍；

卷筒用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或厚壁無縫鋼管焊接并經(jīng)精確機(jī)械加工而成；

鋼絲繩嶼卷筒繩槽中心線的夾角應(yīng)中于2.5度；

卷筒組件應(yīng)設(shè)計(jì)防止鋼絲繩在負(fù)荷或松馳狀態(tài)下跳槽的裝置。③滑輪

滑輪的節(jié)圓直徑，不應(yīng)小于鋼索直徑的28倍；

滑輪及滑輪組應(yīng)采用滾動軸承支承；

滑輪及滑輪組應(yīng)有防止鋼絲繩脫槽的保護(hù)裝置。

鋼絲繩與滑輪的偏角不超過2.5度。

④鋼絲繩

懸吊鋼絲繩應(yīng)為帶有人造纖維芯的軟鋼絲繩；

預(yù)先檢驗(yàn)：供貨時所有的鋼絲繩均應(yīng)分批測試；

現(xiàn)場處理：鋼絲繩在安裝期間應(yīng)小心處理，不能以任何方式技術(shù)打結(jié)或損壞；受損或變形的鋼絲繩不予接收。所有切斷頭都應(yīng)妥善處理；

安裝：鋼絲繩不應(yīng)與設(shè)備的固定或移動部分磨擦，在有損壞或卡住風(fēng)險的地方，應(yīng)采取正確防護(hù)措施；

懸掛支承：穿過頂樓的轉(zhuǎn)向滑輪或在其它需要懸掛支承的地方，鋼絲繩應(yīng)在滑輪上進(jìn)行支承。

⑤鋼絲繩配件

鋼絲繩配件應(yīng)采用表面鍍鋅的標(biāo)準(zhǔn)配件；

鋼絲繩配件規(guī)格尺寸與鋼絲繩匹配；

使用鋼絲繩夾的地方，每個接頭至少使便用3個正確安裝的繩夾。

3、吊桿

a)吊桿采用圓管桿或桁架桿，管子或構(gòu)架應(yīng)平直、無扭曲變形；

b)管桿采用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管制造；

c)桿的接頭應(yīng)盡量少，接頭采用實(shí)心圓棒與管子配合；

d)懸吊鋼絲繩的端頭用單獨(dú)安裝于桿上的調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整；

e)管端：管端應(yīng)配有帶醒目顏色的永久性塑料帽或鋼封頭；

4、限位、定位、超程開關(guān)

a)限位及定位開關(guān)

i.行程終止限們開關(guān)：行程終止限位開關(guān)應(yīng)能測出設(shè)備正常行程綹并使之停車；

ii.中間定位開關(guān)：在合適的地方配置中間定位開關(guān)和減速開關(guān)；

iii.直接碰撞限位開關(guān)：行程終止限位開關(guān)也可選用直接碰撞限位開關(guān)。

b)超程限位開關(guān)

超程限位開關(guān)：所有電動設(shè)備都應(yīng)安裝單獨(dú)的超程限位開關(guān)，以防行程終止限位開關(guān)發(fā)生故障導(dǎo)致機(jī)械損傷。

4、電動機(jī)

a)工作循環(huán)：舞臺機(jī)械按斷續(xù)操作設(shè)定。每個工作循環(huán)規(guī)定為在載荷條件下6次全行程運(yùn)轉(zhuǎn)并有15min停頓；

篇(2)

根據(jù)國家機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對畢業(yè)能力要求之4“具有設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)、部件的能力”要求，整合現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，形成了基礎(chǔ)知識遞增和設(shè)計(jì)能力遞進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)。其中先修課程包括數(shù)學(xué)類、工程力學(xué)、機(jī)械制圖、公差與技術(shù)測量等基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課。為達(dá)到“具有設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)、部件的能力”的畢業(yè)要求，設(shè)計(jì)了課程教學(xué)及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)三個能力遞進(jìn)培養(yǎng)環(huán)節(jié)。

2機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

課程教學(xué)及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)分為機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩個部分，每部分。含課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，課程內(nèi)容及培養(yǎng)目標(biāo)如下：機(jī)械原理課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動設(shè)計(jì)與分析的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析和動力分析，常用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論和方法，機(jī)械系統(tǒng)傳動方案的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：第一，理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)，設(shè)計(jì)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。第二，掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的能力。第三，具有機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動簡圖的繪制，計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的能力。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是機(jī)械原理課程教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)中通過安排部分課程基本理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。通過增設(shè)一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生基本知識、基礎(chǔ)理論與實(shí)際項(xiàng)目需求的理論知識應(yīng)用能力，同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力。通過設(shè)立較多的選修實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生的個性發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)內(nèi)容方面著重掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本知識、基本理論、基本方法和創(chuàng)新思維，通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用機(jī)構(gòu)和機(jī)器中各種通用零件的基本理論和基本知識，初步具有機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的分析、設(shè)計(jì)能力，同時注意培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過設(shè)立部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步加深理解課堂教學(xué)的內(nèi)容；通過設(shè)立一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；通過強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的全過程，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力；通過設(shè)立較多的選做實(shí)驗(yàn)，滿足學(xué)生的求知欲，促進(jìn)學(xué)生的個性發(fā)展。

3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類課程的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，通過對機(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)械的設(shè)計(jì)，使學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他先修課程的理論和實(shí)際知識，熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，掌握機(jī)械通用零部件及簡單機(jī)械的設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法。培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，樹立工程意識，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后從事工程設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。課程的教學(xué)目的：第一，學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法、步驟，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律。第二，學(xué)會從機(jī)器的功能要求出發(fā)，合理選擇傳動機(jī)構(gòu)的類型，制定傳動設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算零件的工作能力，確定它的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及材料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力。第三，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能訓(xùn)練，例如計(jì)算、繪圖，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和設(shè)計(jì)資料，以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等。第四，通過編寫設(shè)計(jì)說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)撰寫論文的能力。第五，訓(xùn)練學(xué)生用CAD繪圖的能力。機(jī)械綜合課程設(shè)計(jì)是形成機(jī)械裝備設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。內(nèi)容以車床或銑床的主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線，以所學(xué)過的機(jī)械制造裝備的基礎(chǔ)知識為支撐，完成主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操縱裝置布置、工程分析計(jì)算等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。其目的是在相關(guān)先修課程學(xué)習(xí)后，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練，使學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的基本步驟和方法，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際工程問題的能力。

4創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)包括機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與仿真和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作兩個環(huán)節(jié)：機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與仿真是學(xué)生以項(xiàng)目組的形式自主開展的為期一年的研發(fā)與制作項(xiàng)目，在學(xué)院的統(tǒng)一命題下完成一項(xiàng)任務(wù)。提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、問題求解、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、項(xiàng)目管理、綜合創(chuàng)新等方面的能力和素質(zhì)。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作是結(jié)合學(xué)生已有的知識儲備，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，通過機(jī)構(gòu)綜合模擬現(xiàn)實(shí)自然界生物的動作行為，并輔以相應(yīng)的控制系統(tǒng)達(dá)到機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動。在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下，學(xué)生以組為單位自主地進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容科技文獻(xiàn)檢索、方案設(shè)計(jì)、虛擬仿真、繪制加工圖紙、撰寫設(shè)計(jì)說明書并進(jìn)行答辯，通過工程實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)知識的能力。

5結(jié)論

篇(3)

[關(guān)鍵詞]游戲引擎；機(jī)械動力仿真；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

中圖分類號：TP391.9；TD672 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）33-0225-02

一、引言

三維游戲由于引擎技術(shù)在建模技術(shù)、物理引擎技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境的高質(zhì)量實(shí)時渲染技術(shù)、動畫技術(shù)、人工智能技術(shù)、對象的行為控制技術(shù)等各方面不斷的完善和強(qiáng)大，已經(jīng)極大地引起了人們的關(guān)注和重視。游戲引擎不再僅用于游戲娛樂產(chǎn)業(yè)的開發(fā)，更多的滲透到了教育軟件開發(fā)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、動畫影視（特技）制作、軍事訓(xùn)練、實(shí)時模擬等人類生活的各個領(lǐng)域。極大地改變了人們的生活方式和思維方式。

游戲引擎技術(shù)尤其物理引擎技術(shù)不斷的研究發(fā)展，讓我們意識到仿真虛擬機(jī)械動力的可能性。利用游戲引擎虛擬機(jī)械運(yùn)動，將為開發(fā)教育游戲中的虛擬物理實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)上數(shù)字科技館、娛樂型游戲中的機(jī)械道具和多樣化游戲任務(wù)等具有重要的應(yīng)用價值和研究意義。

傳統(tǒng)的機(jī)械動力仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然在一定程度上也能虛擬機(jī)械的運(yùn)動，但是由于那些技術(shù)不可避免的弊端對機(jī)械動力仿真技術(shù)應(yīng)用在其他領(lǐng)域形成了瓶頸。傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)仿真技術(shù)缺乏交互性，設(shè)計(jì)復(fù)雜，表現(xiàn)單調(diào)。隨著多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的滲入，以VRML（Virtual Reality Modeling Language虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言）或Cult3D為代表的技術(shù)給機(jī)械仿真領(lǐng)域帶來了交互性，但是由于傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)固有的特性，如運(yùn)動行為的硬編碼、交互性差、畫面不流暢、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜等，使得基于游戲引擎技術(shù)虛擬機(jī)械動力的技術(shù)具有很大的優(yōu)勢和更大的發(fā)展前景。

本論文研究的技術(shù)充分利用了游戲平臺的優(yōu)勢，它不僅具有傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所有的優(yōu)點(diǎn)，而且具有3D游戲般的交互性和逼真的動力學(xué)模擬。從開發(fā)角度而言，游戲引擎的實(shí)時渲染能力、快速的計(jì)算能力、組件化、可重用性以及面向?qū)ο蟮木幊谭绞降龋际沟脩?yīng)用游戲引擎成為一種非常便捷和有效的仿真技術(shù)手段。本文描述了利用游戲引擎模擬簡單的機(jī)械動力實(shí)例的核心技術(shù)。

二、機(jī)械動力仿真技術(shù)研究背景

概念設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的最初階段，主要目的是獲得產(chǎn)品的本質(zhì)形狀。[3]機(jī)械仿真技術(shù)的發(fā)展為機(jī)械工業(yè)概念設(shè)計(jì)注入了新的活力。計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理能力的提高為機(jī)械系統(tǒng)的仿真提供了更好的基礎(chǔ)。

我國機(jī)械系統(tǒng)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助工具多數(shù)是AutoCAD， Pro/E， Solid Works， Solid Edge， 3D MAX等2D和3D軟件，此類建模軟件含有大量的圖形文件，容量較大，不利于網(wǎng)上傳輸和遠(yuǎn)程控制。同時這種方式建立的三維模型是靜態(tài)的，動畫是設(shè)計(jì)者事先設(shè)計(jì)好的一副副二維動畫，用戶只是被動的接受，而不能按照自己的意愿進(jìn)行實(shí)時交互式仿真。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種更為人性化的交互技術(shù)，近幾年來逐漸滲透到各個應(yīng)用領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸特征、交互特征和構(gòu)想特征，剛好彌補(bǔ)了上述傳統(tǒng)方法的不足。因此，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)成為必然。傳統(tǒng)的機(jī)械仿真都是代碼編寫控制的運(yùn)動效果，沒有實(shí)現(xiàn)通過物體間力的作用而讓物體產(chǎn)生運(yùn)動，所以不免比較生硬，不能具有可復(fù)用性和柔性。

綜上可知，機(jī)械工業(yè)虛擬仿真技術(shù)由于其復(fù)雜性、綜合性決定了開發(fā)的困難，因此勢必需要一些工具來輔助開發(fā)，游戲引擎由于其本身的特點(diǎn)，成為開發(fā)機(jī)械工業(yè)虛擬系統(tǒng)的有力工具。

三、游戲引擎技術(shù)

1.三維游戲引擎

一般而言，三維游戲引擎包括：引擎內(nèi)核、三維圖形引擎、物理引擎、人工智能系統(tǒng)、3D模型和圖像庫、網(wǎng)絡(luò)引擎、輸入系統(tǒng)。三維游戲引擎中各子系統(tǒng)關(guān)系可由（圖1）表示。

2.游戲引擎技術(shù)的優(yōu)勢

（1）利用游戲引擎可以簡化系統(tǒng)制作的復(fù)雜度，縮短開發(fā)時間，降低制作成本。

（2）游戲引擎中強(qiáng)大的物理引擎為該機(jī)械動力仿真系統(tǒng)提供了保障，這也是不同于其他虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的閃光點(diǎn)。

（3）該游戲引擎能快速嵌入到網(wǎng)頁中運(yùn)行，因此，極大的活躍了網(wǎng)頁式三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的三維網(wǎng)頁虛擬技術(shù)在WEB中運(yùn)行效果不是很好，運(yùn)行緩慢，效果單調(diào)，交互性差，游戲引擎技術(shù)的支持在一定程度上可彌補(bǔ)這些不足。

（4）游戲引擎的最大特點(diǎn)是可以實(shí)時渲染，這樣使得開發(fā)者可以及時瀏覽和調(diào)整系統(tǒng)。Unity3D游戲引擎甚至可以支持在程序運(yùn)行時改動場景中物體的屬性。這樣的實(shí)時性改變，使得開發(fā)者能迅速獲得最佳的設(shè)置效果值。

（5）基于游戲引擎技術(shù)開發(fā)的機(jī)械動力仿真系統(tǒng)，具有游戲般的交互能力，活躍了機(jī)械展示的表達(dá)方式。

（6）在游戲引擎平臺上的二次編程代碼被稱為“腳本”，大多數(shù)腳本語言都是面向?qū)ο蟮木幊烫攸c(diǎn)，具有封裝、多態(tài)、可復(fù)用性等特性。簡單易學(xué)，使虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)者易于開發(fā)應(yīng)用。

四、主要結(jié)論

3D游戲引擎技術(shù)最大的特點(diǎn)就是它把一個程序中可以重復(fù)利用的部分，以精巧的模塊組織起來，將其規(guī)格化、最佳化，以利于程序重用技術(shù)。利用引擎不僅可以開發(fā)出“景物真實(shí)、動作真實(shí)、感覺真實(shí)”的三維系統(tǒng)，更重要的是利用它我們可以節(jié)省大量的人員和資金，簡化系統(tǒng)制作的復(fù)雜度，縮短開發(fā)時間，降低制作成本，并且游戲引擎普遍具有的FPS（First Person Shooting第一人稱射擊游戲）特性，這一特點(diǎn)可以巧妙的應(yīng)用于交互設(shè)計(jì)中。游戲引擎的實(shí)時渲染、動態(tài)編譯和可視化編輯功能有效解決了傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中存在的渲染耗費(fèi)時間和硬件成本的問題。

3D游戲引擎最吸引人的是它的強(qiáng)大的PhysX物理引擎和真實(shí)的圖形渲染引擎。強(qiáng)大的功能會提升研究的成功性。從開發(fā)方面考慮，該引擎的腳本語言近似c#或javascript，使得開發(fā)輕車熟路，而且腳本是動態(tài)編譯的，運(yùn)行速度和匯編接近，不會因?yàn)槟_本的問題而影響系統(tǒng)的執(zhí)行效率。從方面考慮，該引擎支持跨平臺，而且用該引擎開發(fā)的作品可以通過網(wǎng)頁直接運(yùn)行，是3D虛擬現(xiàn)實(shí)作品輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁漫游的良好解決方案。

參考文獻(xiàn)

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篇(4)

關(guān)鍵詞：問題； 先進(jìn)制造技術(shù)； 前沿科學(xué)； 應(yīng)用前景

論文

制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。專家認(rèn)為，世界上各個國家經(jīng)濟(jì)的競爭，主要是制造技術(shù)的競爭。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進(jìn)制造技術(shù)的研究。

1 當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題

當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題主要集中在以下幾方面：

（1）制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運(yùn)行機(jī)制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運(yùn)行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。

（2）為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開發(fā)和制造的關(guān)鍵問題。例如在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測量(CMM)和機(jī)器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實(shí)空間(3-Real Space)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計(jì)和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計(jì)算和幾何推理問題；在測量和機(jī)器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間

(配置空間Configuration Space)的幾何計(jì)算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機(jī)器人多指抓取規(guī)劃、裝配運(yùn)動規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw Space)進(jìn)行幾何推理。制造過程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計(jì)算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科--計(jì)算機(jī)幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。

（3）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個重點(diǎn)。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進(jìn)一步突破。

（4）各種人工智能工具和計(jì)算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進(jìn)化算法的計(jì)算智能工具，在包括調(diào)度問題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。

這些問題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問題。這些問題的重點(diǎn)突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究體系。

2 現(xiàn)代機(jī)械工程的前沿科學(xué)

不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步對科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實(shí)際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

超聲電機(jī)、超高速切削、綠色設(shè)計(jì)與制造等領(lǐng)域，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機(jī)械科學(xué)問題還不明朗。大型復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機(jī)器人及其動力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯(lián)軸機(jī)床、微型機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域國內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待解決。

信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機(jī)械和納米制造科學(xué)、仿生機(jī)械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會是21世紀(jì)機(jī)械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。

2．1 制造科學(xué)與信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)

機(jī)電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對制造技術(shù)開始探索產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。

與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容：

(1) 制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識和決策轉(zhuǎn)化。

(2) 非符號信息的表達(dá)、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計(jì)和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)問題。

這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。

2．2 微機(jī)械及其制造技術(shù)研究

微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個紅細(xì)胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機(jī)等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

微機(jī)械是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機(jī)械的設(shè)想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120μm的硅微型靜電電動機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機(jī)械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21世紀(jì)對世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機(jī)械的發(fā)展令人矚目。其特點(diǎn)如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實(shí)的和潛在的應(yīng)用價值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機(jī)電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍，微型機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。轉(zhuǎn)貼于

目前對微觀條件下的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，微小構(gòu)件的物理特性和載荷作用下的力學(xué)行為等尚缺乏充分的認(rèn)識，還沒有形成基于一定理論基礎(chǔ)之上的微系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法，因此只能憑經(jīng)驗(yàn)和試探的方法進(jìn)行研究。微型機(jī)械系統(tǒng)研究中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題有微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性和生化特性等。微系統(tǒng)的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領(lǐng)域。

2．3 材料制備／零件制造一體化和加工新技術(shù)基礎(chǔ)

材料是人類進(jìn)步的里程碑，是制造業(yè)和高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。每一種重要新材料的成功制備和應(yīng)用，都會推進(jìn)物質(zhì)文明，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和軍事實(shí)力的增強(qiáng)。21世紀(jì)中，世界將由資源消耗型的工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定量化、數(shù)字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實(shí)現(xiàn)二者一體化、集成化。材料和零件的數(shù)字化設(shè)計(jì)與擬實(shí)仿真優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造及二者一體化、集成化制造的關(guān)鍵。一方面，通過計(jì)算機(jī)完成擬實(shí)仿真優(yōu)化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實(shí)驗(yàn)性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，研究材料和零件的設(shè)計(jì)形式。進(jìn)而結(jié)合傳統(tǒng)的去除材料式制造技術(shù)、增加材料式覆層技術(shù)等，研究多種材料組分的復(fù)合成形工藝技術(shù)。形成材料與零件的數(shù)字化制造理論、技術(shù)和方法，如快速成形技術(shù)采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統(tǒng)的去材法和變形法機(jī)械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復(fù)雜形狀又具有一定功能的三維實(shí)體模型或零件。

2．4 機(jī)械仿生制造

21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，機(jī)械科學(xué)和生命科學(xué)的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結(jié)構(gòu))，開發(fā)出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。

地球上的生物在漫長的進(jìn)化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現(xiàn)象中學(xué)習(xí)組織與運(yùn)行復(fù)雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長與自進(jìn)化等功能結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的一種制造系統(tǒng)與制造過程。如果說制造過程的機(jī)械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，"仿生制造"則可以說延伸了人類自身的組織結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過程。

仿生制造所涉及的科學(xué)問題是生物的"自組織"機(jī)制及其在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。所謂"自組織"是指一個系統(tǒng)在其內(nèi)在機(jī)制的驅(qū)動下，在組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式上不斷自我完善、從而提高對于環(huán)境適應(yīng)能力的過程。仿生制造的"自組織"機(jī)制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)、制造工藝規(guī)程的自動生成、生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件。

仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的"遠(yuǎn)緣雜交"，它將對21世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。

仿生制造的研究內(nèi)容目前有兩個方面：

2．4．1 面向生命的仿生制造

研究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細(xì)胞自動機(jī)、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式以及生物的進(jìn)化和趨優(yōu)機(jī)制等；

2．4．2 面向制造的仿生制造

研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機(jī)制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設(shè)計(jì)原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進(jìn)化機(jī)制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)，例如：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過程的復(fù)雜度計(jì)量方法。

機(jī)械仿生與仿生制造是機(jī)械科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其研究內(nèi)容包括生長成形工藝、仿生設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)、智能仿生機(jī)械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)研究的特點(diǎn)，如果抓住機(jī)遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。 3 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

20世紀(jì)90年代以來，世界各國都把制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，如美國的先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃AMTP、日本的智能制造技術(shù)（IMS）國際合作計(jì)劃、韓國的高級現(xiàn)代技術(shù)國家計(jì)劃(G--7)、德國的制造2000計(jì)劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計(jì)劃。

隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，市場需求個性化與多樣化，未來現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發(fā)展。

當(dāng)前現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢大致有以下九個方面：

(1) 信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式會獲得不斷發(fā)展。

(2) 設(shè)計(jì)技術(shù)與手段更現(xiàn)代化。

(3) 成型及制造技術(shù)精密化、制造過程實(shí)現(xiàn)低能耗。

(4) 新型特種加工方法的形成。

(5) 開發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備。

(6) 加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。

(7) 實(shí)施無污染綠色制造。

篇(5)

關(guān)鍵詞：機(jī)械類專業(yè)課程；改革創(chuàng)新

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展及社會對高素質(zhì)運(yùn)用型人才的需求， 我國各大高校已掀起了與學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整相適應(yīng)的課程體系改革。對教育教學(xué)內(nèi)容、 素質(zhì)教學(xué)模式、 教學(xué)手段等方面進(jìn)行全面改革， 將科學(xué)的教育研究成果應(yīng)用到專業(yè)建設(shè)中來，對傳統(tǒng)的課程設(shè)置進(jìn)行合理地改革，探索、力求充分利用有限的時間資源， 提高學(xué)生知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)滿足現(xiàn)代社會發(fā)展需求的復(fù)合型綜合人才已是大勢所趨。

一、改革課程體系的必要性

隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制的建立，科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，機(jī)械行業(yè)對高級應(yīng)用型人才綜合能力的要求越來越高，高等工程教育從過去服從于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)徹底轉(zhuǎn)變到服務(wù)于社會主義市場經(jīng)濟(jì)。與此相適應(yīng)，我國全日制本科院校機(jī)械類專業(yè)課程逐漸以培養(yǎng)“高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才”為目標(biāo)，依據(jù)市場需求設(shè)置專業(yè)培養(yǎng)方向，并面向生產(chǎn)、管理的第一線，突出實(shí)踐操作能力的特色。

二、建立機(jī)械類專業(yè)課程新體系

新課程體系包括通識課平臺，專業(yè)課平臺和實(shí)踐教學(xué)平臺，以下將作出詳細(xì)闡述。

（一）通識課平臺

通識課平臺包括通識必修課程和通識選修課程，通識課程的開設(shè)，主要考核學(xué)生是否掌握基本技能，是否具備超越精神、批判性思維和創(chuàng)新思維[1]。通識必修課主要包括思想政治理論課、英語、體育與健康，以及數(shù)理化等自然科學(xué)基礎(chǔ)課。通識必修課的設(shè)置不是針對某一專業(yè)，而是針對某大類專業(yè)開設(shè)的，是全日制本科學(xué)生必需掌握的知識和技能。通識必修課培養(yǎng)學(xué)生的基本素質(zhì)，著眼于學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展，為學(xué)生后期學(xué)習(xí)專業(yè)課打好基礎(chǔ)，旨在使學(xué)生獲得寬厚的公共基礎(chǔ)學(xué)科的知識。

通識選修課的設(shè)置是面向全院學(xué)生開設(shè)的教育課程，是為了拓寬學(xué)生的知識面，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生涉獵不同學(xué)科領(lǐng)域，讓學(xué)生獲得廣泛的知識，學(xué)習(xí)不同學(xué)科的思想和方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，強(qiáng)化學(xué)生的個性優(yōu)勢而設(shè)置的課程。

（二）專業(yè)課平臺

專業(yè)課平臺主要包括專業(yè)必修課和專業(yè)選修課，專業(yè)必修課又包括專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課兩塊。專業(yè)基礎(chǔ)課是通識課和專業(yè)課的橋梁，是繼通識課之后學(xué)習(xí)專業(yè)課的過渡，主要包括工程材料與機(jī)制基礎(chǔ)，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，機(jī)械制造工藝學(xué)，機(jī)械CAD/CAM等課程。專業(yè)課的學(xué)習(xí)是整個課程體系的核心，前期通識課和專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)均是為專業(yè)課的學(xué)習(xí)服務(wù)，專業(yè)課的知識也是學(xué)生畢業(yè)之后繼續(xù)深造或就業(yè)的資本。專業(yè)課主要包括數(shù)控原理與系統(tǒng)，液壓與氣壓傳動，數(shù)控編程，模具設(shè)計(jì)和測試技術(shù)等。

專業(yè)選修課的開設(shè)是對專業(yè)課的拓展，旨在讓學(xué)生了解本專業(yè)的發(fā)展趨勢及前沿研究成果，拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生對本專業(yè)知識的創(chuàng)造性。主要包括先進(jìn)制造技術(shù)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，機(jī)器人等。

專業(yè)課平臺所開設(shè)的課程均屬于理論課，這些課程的設(shè)置應(yīng)以“適度、適應(yīng)”為標(biāo)尺，既不能片面追求學(xué)科知識的廣搏，也不能片面追求單一職業(yè)技能的精深，應(yīng)盡力在有限的教育教學(xué)時間中發(fā)揮課程學(xué)習(xí)的最大效益。

（三）實(shí)踐教學(xué)平臺

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要是培養(yǎng)學(xué)生的基本專業(yè)技能，包括專業(yè)理論課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、基本技能課、專業(yè)技能課、集中實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)際訓(xùn)練等。各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)達(dá)到的技能要求如下：如金工實(shí)習(xí)要求學(xué)生掌握車床（銑床）操作，鉗工、鑄工的基本要領(lǐng)；機(jī)床精度檢測要求學(xué)生掌握普通機(jī)床精度檢測方法及儀表使用和調(diào)整；數(shù)控編程與操作要求學(xué)生掌握數(shù)控編程方法及數(shù)控機(jī)床的加工操作；生產(chǎn)實(shí)習(xí)要求學(xué)生了解生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)組織、技術(shù)管理及典型零件制造的全過程；機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理，基本設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，會使用手冊查閱參數(shù)；機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握典型設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、機(jī)床調(diào)整及維修技術(shù)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的開設(shè)可以使學(xué)生得到較為全面的綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生的解決工程實(shí)際問題和創(chuàng)新能力。

三、課程體系改革的方法

首先，對選用的教材把關(guān)。教材是學(xué)生賴以學(xué)習(xí)的根本，是教師與學(xué)生溝通的橋梁。因此，應(yīng)盡量選擇國家規(guī)劃教材或著名高校出版的經(jīng)典權(quán)威教材，同時，也要注意教材的時效性和工程性，避免教材內(nèi)容與當(dāng)今社會脫節(jié)。

其次，培養(yǎng)“雙師型教師”，要求教師既要具備理論教學(xué)的素質(zhì)，還要具備實(shí)踐教學(xué)的素質(zhì)。教師的業(yè)務(wù)能力與學(xué)生綜合職業(yè)能力和綜合技能培養(yǎng)工作息息相關(guān)，高水準(zhǔn)的教師隊(duì)伍是高質(zhì)量學(xué)生的保障。為此，教師在理論教學(xué)能力上不斷進(jìn)步提高的同時，還必須向?qū)嵺`教學(xué)方向發(fā)展。為此，學(xué)校要多形式、多渠道地安排教師到相關(guān)企業(yè)實(shí)習(xí)、鍛煉、參與實(shí)踐，使專業(yè)教師掌握專業(yè)技能，提高教師實(shí)踐能力，培養(yǎng)“雙師型教師”。另一方面，為加強(qiáng)“雙師型教師”培養(yǎng)，可采取校外進(jìn)修與校內(nèi)培訓(xùn)相結(jié)合，脫產(chǎn)學(xué)習(xí)與業(yè)余自修相結(jié)合以及加強(qiáng)教師間教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流等措施，使教師適應(yīng)課程綜合化改革的需要。

其三，教學(xué)是在教師指導(dǎo)下學(xué)生主動掌握知識、技能，發(fā)展思維的實(shí)踐活動，而教學(xué)方法是教法與學(xué)法的統(tǒng)一。教師應(yīng)嘗試改革傳統(tǒng)的教學(xué)方式，避免填鴨式的滿堂灌教學(xué)方式，采用教師啟發(fā)、提問、學(xué)生討論的方式；設(shè)置情景的教學(xué)方式；以及充分利用視聽媒體，向?qū)W生提供聲像并茂的活躍課堂，增大信息量和專業(yè)技術(shù)前沿知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和渴求知識的熱情。同時，可采取將學(xué)生帶到實(shí)習(xí)基地現(xiàn)場講解、學(xué)生親自動手進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn)、結(jié)合實(shí)驗(yàn)加以理論指導(dǎo)等方式，引導(dǎo)、幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用到工程實(shí)踐中。■

參考文獻(xiàn)

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[3]全國中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)通用教材.《機(jī)械制圖》（第四版）.

[4]湛蓊才《課堂藝術(shù)論》.湖南師范大學(xué)出版社.

篇(6)

【論文摘要】：機(jī)電一體化是一種復(fù)合技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物，是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文簡述了機(jī)電一體化技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)組成和主要應(yīng)用領(lǐng)域，并指出其發(fā)展趨勢。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，引起了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。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。

一、機(jī)電一體化的核心技術(shù)

機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此，為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：

（一） 機(jī)械本體技術(shù)

機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮。現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。

（二） 傳感技術(shù)

傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。

（三） 信息處理技術(shù)

機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備（特別是微型計(jì)算機(jī)）的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。

（四） 驅(qū)動技術(shù)

電機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動單元。

（五） 接口技術(shù)

為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設(shè)計(jì)。目前，技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。

（六） 軟件技術(shù)

軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（一） 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)在：

1、 總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，即采用多CPU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。

2、 開放性設(shè)計(jì)，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標(biāo)準(zhǔn)，能最大限度地提高用戶的使用效益。

3、 WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實(shí)現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機(jī)制。

4、 大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不僅豐富了數(shù)控功能，同時也加強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功能。

5、 能實(shí)現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機(jī)床同時完成多個獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺和多種機(jī)床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。

6、 系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。

7、 以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。

（二） 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

CIMS的實(shí)現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。

（三） 柔性制造系統(tǒng)（FMS）

柔性制造系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤、自動搬運(yùn)小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機(jī)地、實(shí)時地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設(shè)計(jì)更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

（四） 工業(yè)機(jī)器人

第1代機(jī)器人亦稱示教再現(xiàn)機(jī)器人，它們只能根據(jù)示教進(jìn)行重復(fù)運(yùn)動，對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應(yīng)性和靈活性；第2代機(jī)器人帶有各種先進(jìn)的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息，通過計(jì)算機(jī)處理、分析，做出一定的判斷，對動作進(jìn)行反饋控制，表現(xiàn)出低級智能，已開始走向?qū)嵱没坏?代機(jī)器人即智能機(jī)器人，具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動，與第5代計(jì)算機(jī)關(guān)系密切。

三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景

縱觀國內(nèi)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向，機(jī)電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展：

（一） 智能化

智能化是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械自動化的主要區(qū)別之一，也是21世紀(jì)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機(jī)的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件，有力地推動著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機(jī)電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

（二） 系統(tǒng)化

系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意的剪裁和組合，同時尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強(qiáng)，一般除RS232等常用通信方式外，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機(jī)體，使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。

（三） 微型化

微型機(jī)電一體化系統(tǒng)高度融合了微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，是機(jī)電一體化的一個新的發(fā)展方向。國外稱微電子機(jī)械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發(fā)展。由于微機(jī)電一體化系統(tǒng)具有體積小、耗能小、運(yùn)動靈活等特點(diǎn)，可進(jìn)入一般機(jī)械無法進(jìn)入的空間并易于進(jìn)行精細(xì)操作，故在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國防等領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用前景。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級的機(jī)械元件。

（四） 模塊化

模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢，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、動力接口、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的事，它需要制訂一系列標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品，同時也可以不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

（五） 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對機(jī)電一體化有重大影響，使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類很多，面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。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。

（六

） 綠色化

工業(yè)的發(fā)達(dá)使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染，于是綠色產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。綠色化是時代的趨勢，其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態(tài)環(huán)境無危害或危害極小，資源利用率極高。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢時能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。

參考文獻(xiàn)

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篇(7)

關(guān)鍵詞：微納米三坐標(biāo)測量機(jī)；量塊；等效直徑

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.254

0 引言

隨著微細(xì)加工技術(shù)和微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展，多種多樣的微型器件相機(jī)被加工出來，如微型渦輪、微型針陣列、微型馬達(dá)以及汽車發(fā)動機(jī)中的噴油嘴。這些器件的尺寸形狀對測量系統(tǒng)提出更高的要求，因此，研制高精度微納米三坐標(biāo)測量機(jī)來實(shí)現(xiàn)對被測件的高精度測量。日本東京大學(xué)Kiyoshi Takamasu首次提出了區(qū)別于傳統(tǒng)三坐標(biāo)測量機(jī)的納米三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)具備的一些技術(shù)指標(biāo)。據(jù)此，國內(nèi)外一些大學(xué)和研究所開始研制微納米三坐標(biāo)測量機(jī)，例如德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究所（PTB）研制的Special CMM、日本東京大學(xué)Takamatsu 教授于1995年開始研制的Nano-CMM、英國國家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）研制的小型三維測量機(jī)、瑞士聯(lián)邦計(jì)量局（METAS）研制的Ultra precision CMM、臺灣大學(xué)范光照教授研制的Nano-CMM[1]。此外，中國精密機(jī)械研究所（303所）、中國長城計(jì)量測試研究院、天津大學(xué)、清華大學(xué)等許多科研院所和高校都對微納米三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行了深入的研究。

本文研制的微納米三坐標(biāo)測量機(jī)是來源于科技部“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，整個微納米三坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)是由微納米接觸掃描式探頭[2]（測頭是直徑為1mm的紅寶石球）、“331”原則工作臺[3， 4]以及激光回饋干涉儀[5]的測量系統(tǒng)等部分組成。

1 微納米三坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)

文中研制一臺新型微納米三坐標(biāo)測量機(jī)其測量范圍為50×50×50mm，各軸測長的分辨率為1nm，測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)總不確定度≤100nm。本文研究的微納米三坐標(biāo)測量機(jī)主要部分包括零阿貝誤差的工作臺、微納接觸掃描式探頭以及準(zhǔn)共路微片激光器回饋干涉儀。其中，零阿貝誤差工作臺是基于“331”原則（即：三軸標(biāo)尺線相互垂直并交于一點(diǎn)，并以此三軸測量線為基準(zhǔn)建立三維坐標(biāo)系；由x、y標(biāo)尺線構(gòu)成的測量面與x、y軸導(dǎo)軌導(dǎo)向面相互重合；探頭中心點(diǎn)與各軸標(biāo)尺線交點(diǎn)重合，簡稱三線共點(diǎn)、三面共面、點(diǎn)面重合）設(shè)計(jì)的；接觸掃描式探頭三軸可以實(shí)現(xiàn)20μm的測量范圍以及1nm測量分辨率；微片激光回饋干涉儀可以實(shí)現(xiàn)50mm的量程，位移分辨率優(yōu)于0.1～1nm。圖1是微納米三坐標(biāo)測量機(jī)的實(shí)物圖。

2 探頭測端等效直徑測量及誤差分析

本文的微納米三坐標(biāo)測量機(jī)使用的是接觸式探頭，采點(diǎn)原理是通過二次觸發(fā)的方式，即在對被測件進(jìn)行測量時，探頭第一時間碰到被測件時，會繼續(xù)運(yùn)動一定的位移直至達(dá)到某一觸發(fā)閾值才會記錄下該點(diǎn)的坐標(biāo)。這段接觸后行走的距離則被稱為探頭觸發(fā)的預(yù)行程，并且包括了測桿的力變形。由于探頭在接觸被測件時，測桿會發(fā)生變形、紅寶石測球與被測件之間的摩擦力以及紅寶石測球的形貌等因素都會對最終的測量精度有影響，并且測量內(nèi)尺寸和外尺寸引起的影響是有區(qū)別的。設(shè)為d0為紅寶石測球直徑。

在尺寸測量過程中，被測長度為L1，被測件的實(shí)際尺寸：，測端的等效直徑為d：。因此探頭在使用前都要對測頭進(jìn)行測端等效直徑的標(biāo)定[6]。通過上述計(jì)算方法，便可以獲得探頭的測端等效直徑，以降低測桿變形和探頭觸發(fā)預(yù)行程等因素對測量的影響。

本文使用的是被檢定過長度為10mm和20mm兩種一等量塊作為測量基準(zhǔn)，這兩種量塊的檢定值分別為10.000045mm和19.999998mm。由于本文中的微納米三坐標(biāo)測量機(jī)采點(diǎn)過程中只設(shè)計(jì)特殊角度，所以只把量塊在幾個特殊角度（0?、30?、45?、60?、90?、120?、135?、150?）之間切換。量塊的測量方法：在量塊的一個平面上均勻選取六個點(diǎn)，得到此平面的最小二乘平面，在另一個平面上中間位置選取一點(diǎn)，該點(diǎn)到最小二乘平面的距離作為該量塊的長度測量值。量塊測量示意圖如圖4所示。

首先，按照上述測量方法測量檢定值為10.000045mm的一等量塊。根據(jù)長度測量原理及測端等效直徑的測量原理，得到探頭在各個方向的等效直徑。表1是10mm厚00級量塊特殊方向的長度測量值。

為了驗(yàn)證測端等效外徑的修正效果，本文又進(jìn)行長度檢定值19.999998mm量塊特殊方向的測量實(shí)驗(yàn)，并用長度10mm的量塊測端等效直徑對長度20mm量塊測端等效直徑進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闷湔`差，其測得值如表2所示。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果可知，這種方法在一定程度上減小量塊長度測量誤差，但使用上述所述的補(bǔ)償方法各個特殊方向還會存在一定的誤差，這種誤差是由多種因素引起，包括各個方向的測量力的微弱變化、探頭與被測件之間摩擦力變化以及環(huán)境因素等，為了降低這種影響，在實(shí)驗(yàn)過程需要采用多次測量方法，來降低其對測量結(jié)果的影響.

3 結(jié)束語

通過對比的實(shí)驗(yàn)方法在測量量塊長度的實(shí)驗(yàn)中，可以得到很高的測量精度，但是還存在一定的殘余誤差，帶來這些誤差的主要原因有：測量方法帶來的誤差；標(biāo)定的數(shù)學(xué)模型引入的誤差；探頭本身引入的誤差，包括各個方向上測力的不同，以及探頭在各個方向上的的重復(fù)性的差異；測量機(jī)本身的誤差；外界環(huán)境對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

參考文獻(xiàn)：

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