緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇虛擬樣機技術論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

篇（1）

一、 液壓破碎錘概述

. 液壓破碎錘及其組成

車載液壓破碎錘可以高效地完成碎石、拆除、公路修補、凍土挖掘、二次破碎等艱苦工作，歐洲和美國的各種車載破碎錘紛紛面世，如Atlas Copco、Rammer、Montabert、Indeco等。.80年代，韓國的破碎錘也繼日本之后有了長足的進步，1986年韓國水山重工推出了液壓破碎錘，韓國相繼出現了很多品牌。

破碎錘的沖擊能量的來源還是由以下3種方式提供：第一種由液壓油提供，例如Rammer和Montabert；第二種由氣壓提供，例如日本的破碎錘；第三種也是效果最好的，由液壓、氣壓混合提供，一般液壓占25％、氣壓占75％，如Atlas Copco公司設計、生產的破碎錘。但所有的破碎錘活塞回到原位的力完全是由液壓提供。目前液壓破碎錘已經被廣泛應用于公路再建、市政拆除、礦山、采石、隧道、水下作業等工程建設領域。

..本文所研究的液壓破碎錘是在單斗反鏟型液壓挖掘機上改裝的，將液壓挖掘機上的鏟斗改裝成液壓錘。因此總體結構包括動力裝置、工作裝置、回轉機構、操縱機構、傳動系統、行走機構和輔助設備等。常用的全回轉式液壓挖掘機的動力裝置、傳動系統的主要部分、回轉機構、輔助設備和駕駛室等都安裝在可回轉的平臺上，通常稱為上部轉臺。因此又可將液壓破碎錘概括成工作裝置、上部轉臺和行走機構等三部分。.

二、工作裝置設計方法

1． 工作裝置傳統設計方法

我國工程機械發展與國外相比相對較晚、較慢，技術水平整體較低。工作裝置的傳統設計方法在設計歷史中起到了主要作用。對于工作裝置的設計方面國內外研究的情況大致是：

(1) 圖解設計法；(2) 基于平移性的作圖法；(3)解析法；(4) 綜合圖解設計法；(5) 優化設計方法，以上設計方法基本上遵循一般連桿機構的位置綜合原則，側重考慮工作裝置的平移性。對它的工作裝置伸縮性與平移性，平移性與自動放平性，動力性與自動放平性之間的矛盾關系未能綜合分析，只是滿足單個性能的要求，無法達到全局最優?？傊@些方法都是基于二維平面上進行的。對于工作裝置干涉問題、運動學、動力學等問題不可能很好的解決，也不可能直觀的表現出來。

近年來隨著計算機技術的發展，在工作裝置設計上出現了基于虛擬樣機技術的工作裝置設計。例如吉林工業大學、大連理工大學和洛陽拖拉機廠等利用虛擬樣機技術不但研究了工作裝置的運動學、動力學特性，而且對其進行了優化設計，但是它們不是對模型進行了大量的簡化，就是只局限于對剛體情況下工作裝置虛擬樣機的研究。

本論文是在全面分析液壓破碎錘工作裝置的基礎上，建立工作裝置的虛擬樣機模型，在虛擬環境下模擬物理樣機的運動狀況，快速分析各種設計方案，進行輔助設計、參數化設計和優化設計，幫助設計人員完成以前需經數次物理樣機才能完成的實驗研究。

2． CAX技術及其軟件

由文獻可知，CAX技術是虛擬樣機技術的基礎技術平臺。一般意義的CAX技術主要指CAD、CAPP、CAM、CAE、CAQ等，限于篇幅，本文主要闡述CAD/CAE技術及其軟件。

目前，工程設計中常用的CAD軟件有二維和三維軟件之分。其中三維造型軟件比較知名的有Pro/ENGINEER，UG，Solid works，I-DEAS，CATIA，CIMATRON等。各個三維CAD軟件當前的最新版本是Pro/ENGINEER wildfire2.0，UG NX4.0，Solid works 2006，I-DEAS NX V11，CATIA V5，CIMATRON E6.0等等。

本文將采用Pro/ENGINEER wildfire軟件完成液壓破碎錘工作裝置的建模與裝配，建立工作裝置的虛擬樣機并進行不同作業工況下的動態模擬。

所謂CAE即Computer Aided Engineering（計算機輔助工程）是指工程設計中的分析計算與分析仿真，具體包括工程數值分析、結構與過程優化設計、強度與壽命評估、運動及動力學仿真。工程數值分析用來分析確定產品的性能；結構與過程優化設計用來保證產品功能、工藝過程的基礎上，使產品、工藝過程的性能最優；結構強度與壽命評估用來評估產品的精度設計是否可行，可靠性如何以及使用壽命為多少；運動及動力學仿真用來對CAD建模完成的虛擬樣機進行運動學仿真和動力學仿真。從過程化、實用化技術發展的角度看，CAE的核心技術為有限元技術與虛擬樣機的運動及動力學仿真技術。

目前工程實際中應用較多的CAE軟件有ANSYS、MATLAB、ADAMS、ALGOR等。各個軟件的最新版本是ANSYS 8.0、MATLAB 8.5、ADAMS 2005、ALGOR V17等。

本文采用MSC.ADAMS軟件進行液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的仿真研究。

3． 多體動力學理論

多體系統動力學包括多剛體動力學和多柔體系統動力學，是研究多體系統（一般由若干柔性和剛性物體相互連接所組成）運動規律的科學[17]。

多體系統動力學的核心問題是建模和求解問題，其系統研究開始于20世紀60年代。從60年代到80年代，側重于多剛體系統的研究，主要是研究多剛體系統的自動建模和數值求解；到了80年代中期，多剛體系統動力學的研究已經取得一系列成果，尤其是建模理論趨于成熟，但更穩定、更有效的數值求解方法仍然是研究的熱點；80年代之后，多體系統動力學的研究更偏重于多柔體系統動力學，這個領域也正式被稱為計算多體系統動力學，它至今仍然是力學研究中最有活力的分支之一，但已經遠遠地超過一般力學的涵義。多體系統動力學的根本目的是應用計算機技術進行復雜機械系統的動力學分析與仿真。

三、 液壓破碎錘工作裝置的研究體系

1． 液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的構建流程

本文液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的建立主導思想是：根據液壓破碎錘工作裝置的試制圖紙，在Pro/ENGINEER中進行三維實體建模，通過虛擬裝配，建立工作裝置的三維模型，然后添加適當的約束以及驅動，使之成為一個虛擬機構。其構建流程如圖2-1所示。

圖2-1虛擬樣機的構建流程

2． 液壓破碎錘工作裝置的研究體系

篇（2）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0089-02

一、前言

隨著科技的快速發展，世界經濟已由原來的賣方市場轉化為買方市場?，F代企業要在激烈的市場競爭中占有一席之地，必須解決TQCSE難題，即以快速交貨T（Time）、高質量Q（Quality）、低成本C（Cost）、優質服務S（Service）和保護環境E（Environment）來滿足不同客戶的需求，快速響應市場需求。

虛擬樣機技術是20世紀80年展起來的現代設計方法，是以虛擬樣機模型代替物理樣機，在計算機模擬物理樣機的運行。近年來，虛擬樣機技術飛速發展，現已成為機械專業方向研究生以上層次人才的必修課程。用戶可以利用ADAMS軟件或使用其他三維軟件建立虛擬樣機模型后，導入ADAMS軟件，通過添加各種約束、驅動或接觸力進行動態仿真，模擬物理樣機的運行。通過ADAMS強大的后處理功能生成各種曲線、動畫等，進而了解設計的復雜機械運動性能，為物理樣機的試制提供理論依據。在大學本科教學中開展ADAMS的教學工作，采用ADAMS多體動力學仿真軟件對機械原理中各種機構進行三維運動仿真后驗證機構設計的合理性，觀察主要機構的運動軌跡、運動速度、加速度等數據變化情況，可以使學生更好地理解機械原理、機械設計中的相關機構運動原理，在進行畢業設計時，能運用ADAMS軟件對其所設計的各種機構進行驗證，培養和提高學生的設計分析能力，為畢業后能盡快適應專業技術工作打下良好的基礎。

二、面向產業需求，開設專業導論課程

機械設計制造及其自動化專業是桂林理工大學機械工程與控制工程學院重點發展的優勢和核心專業。每年大學新生入學時，都需要進行專業導論課程教育。為了將一些現代設計方法及理論傳授給新生，面向裝備制造業的發展需求，教師在講授專業導論的相關內容時，會將歷年學生所做的優秀仿真作品進行動畫演示。為了進一步加深學生對虛擬樣機技術的理解，相關教師還會組織學生參觀桂林市內在虛擬仿真技術使用較多、較為成功的行業領頭企業，如桂林大宇客車有限公司、桂林橡膠機械廠等大型企業。企業工程師會結合行業特點，將一些典型案例采用虛擬仿真技術進行現場演示，極大地激發學生學習虛擬樣機的興趣，為后續課程的學習打下良好的專業基礎。

三、學習ADAMS動力學仿真軟件，貫穿專業課程教學過程

我校機械專業在專業基礎課的教學中，利用ADAMS軟件三維建模技術、形象的動畫展示功能以及強大的后處理功能，將機械原理課程中一些常用機構，如平面四桿機構、凸輪機構、齒輪機構的組成和運動情況進行動態仿真，彌補學生實踐經驗不足帶來的問題。此外，學生在學習過程中還可以了解到現代設計方法高效、快捷的特點，并從中感受到ADAMS軟件在機械系統設計中的魅力。以凸輪設計為例，教師講授凸輪廓線的傳統設計方法通常是圖解法和解析法。傳統的圖解法作圖過程煩瑣、精度不高；解析法雖能獲得很高精度，但須花費大量的時間與精力建立精確的數學模型及編制計算程序。顯然，上述兩種方法都存在難以實際操作的缺點，使得學生很難真正理解。通過ADAMS，則可以直接模擬凸輪的實際運動狀態，設計簡單、直觀，還可以使凸輪運動起來。通過ADAMS的強大的后處理功能，可測量出從動件的運動規律與給定運動規律的擬合程度，圖1是采用直接法設計凸輪的全過程。現代設計方法的引入，可讓學生體會到先進設計技術的優越性，提高學生的學習積極性。

四、利用ADAMS搭建虛擬仿真實驗平臺

為加深學生對枯燥無味的理論知識的理解，提高學生的工程實踐能力、動手能力和創新能力，實驗教學活動提供了一個真實直觀、可以動手操作的平臺。工程技術人員利用虛擬仿真技術，可以在虛擬環境中模擬真實的機器運行，觀測各構件的相互運動及受力情況，不斷調整設計方案后進行仿真試驗，對整個系統進行優化，直到獲得較為滿意的優化設計方案以后再投入人力和物力制造物理樣機，從而大幅降低新產品的開發費用，提高產品開發效率及縮短產品的研發生產周期。為了進一步提高學生學習ADAMS的積極性，如在大學生科技競賽、創新大賽、機器人大賽、學院組織的ADAMS大賽等一系列競賽活動中，在指導教師的指導下，在計算機上利用ADAMS動力學仿真軟件對機構的運動軌跡、速度變化規律、加速度變化規律及受力分析等做一個前期試驗，并在虛擬試驗的基礎上對整個系統進行優化后再加工出物理樣機進行相應的實驗。利用ADAMS強大的后處理功能，將實驗數據導入計算機中，與計算機仿真得到的結果進行對比分析，找出實驗數據、理論數值和仿真結果之間的差距，改進虛擬樣機模型或調整實驗方案，并對一些優秀作品給予物質獎勵。通過上述一系列活動，可加深學生對常用機械機構的構造和運動原理的掌握，提高分析問題和解決問題的能力。

五、熟練使用ADAMS仿真軟件，提高畢業設計質量

畢業設計是學生即將結束大學學習生涯的最后在校學習環節，是對大學四年所學的基礎知識、專業知識的一次全面檢驗。在畢業設計的過程中，學生將機械原理、機械設計、力學和數學等相關知識綜合運用于設計過程中，經過畢I設計的磨煉，他們的工程實踐能力、分析問題和解決問題的能力有了提高，學校的辦學水平和人才的培養能力也得到了提升。畢業設計是學生即將走上新工作崗位的一個重要過渡。為了進一步提高學生使用ADAMS軟件的能力，根據學生畢業設計課題選題實際情況，教師可在學生的畢業設計論文中增加ADAMS虛擬仿真分析技術，提升畢業論文的檔次。

W生在開始進行畢業設計的初期，可在指導教師的指導下查閱相關文獻，運用已掌握的相關專業知識，通過原理構思進行初步設計后，利用相關軟件建立一個粗略的虛擬樣機模型，利用ADAMS軟件對方案進行動態仿真，將機構的運動軌跡、速度（角速度）、加速度（角加速度）或機構運動過程中所受的力（力矩）與理論計算值進行比較，通過對仿真結果和理論值的比較，找出問題的癥結，對模型或理論分析進行修正，并再次進行仿真。之后，在仿真的基礎上，對各設計參數進行優化并確定最終方案，最后采用三維CAD軟件對模型進行進一步的細化，導出二維圖紙。通過這樣一個設計、仿真、分析的過程，較為真實地模擬了機械新產品開發的全過程，學生按照這個模式進行畢業設計，其設計能力和畢業設計質量可以有較大提高，為即將走上工作崗位打下良好基礎。

六、結束語

虛擬樣機技術在現代產品設計中不斷地體現了優越性。為提升學生的工程實踐能力和綜合素質，通過專業導論課程教育、創新大賽、專業學習和畢業設計等一系列活動，可將ADAMS仿真技術融入系列的教學活動中，讓學生在學習機械專業理論知識的同時，能熟練使用ADAMS軟件解決一些具體工程實際問題。并在畢業設計過程中使用ADAMS模擬機械新產品開發的全過程，使學生的設計能力和畢業設計質量有了較大提高，增強就業核心競爭力。

參考文獻：

[1]郭衛東.Adams的教學探索與實踐[J].計算機輔助工程，2013，5，22（增刊1）：439-444.

[2]劉曉敏，趙云偉.ADAMS軟件實踐教學方法研究[J].高教學刊，2015，（16）：165-167.

Application of ADAMS in Practice-Teaching Reform of Mechanical Professional

SHEN Zhong-hua1，2，CHEN Jing1，2

篇（3）

關鍵詞：某型火炮；虛擬樣機；建立；可信性驗證

Key words: a certain type of artillery；virtual prototype；establish；verification of the credibility

中圖分類號：E2 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2010）35-0036-02

0引言

火炮的反后坐裝置被稱為火炮的“心臟”，目前火炮在實際使用過程中，由于測試手段的局限性，而且進行實彈射擊危險性較大，不能很好的判斷反后坐裝置工作是否正常。我們利用虛擬樣機技術對火炮反后坐裝置的工作性能進行評估，通過仿真試驗結果，來檢驗虛擬樣機的可信性。

1虛擬樣機的建立過程

我們在Pro/E的環境中按照火炮各體的實際尺寸和動力學特性進行實體建模。對組成火炮系統的各體施加約束力。在此基礎上，將實體模型轉換成ADAMS環境下的具有動力學參數的實體模型[1,2]。Pro/ENGINEER是由美國PTC（參數技術）公司研發的的三維建模軟件廣泛應用于電子、機械、模具、工業設計、汽車、航空航天、家電、玩具等行業，是一個全方位的3D產品開發軟件[3]。ADAMS是一個動力學分析軟件，它能更好地解決復雜系統的動態指標參數[4,5]，按照美國MDI公司開發的通用動力學仿真軟件ADAMS和美國PTC公司的CAD軟件Pro/E作為基本建模工具，兩者之間的接口采用MDI公司開發的ADAMS與專用接口模塊Mechanism/Pro（簡記為M/Pro）建模的過程如圖1。

本系統需要運用ADAMS作為輔助，結合Fortran語言編制仿真模型的用戶自定義程序。在ADAMS環境下獲得可以仿真火炮動態特性的虛擬樣機模型。具體模型如（圖2、3、4）：

2虛擬樣機可信性驗證

由于火炮實彈射擊試驗具有一定的危險性，因此需要專門的試驗場地和多方面的人力保障，而且在試驗過程中需要通過特殊的測試手段、運用專門的儀器設備才能對火炮的各種參數進行測試，以致于試驗成本較高。建立火炮虛擬樣機的過程，是一個不斷建模――驗模――再建模的過程，對于任何仿真試驗結果都應進行試驗驗證，以檢驗其仿真結果的可信度。由于受經費、場地和測試手段等諸多因素的制約，我們選用某型火炮的定型試驗報告提供的火炮測試參數的相關數據和圖表曲線，來考核和檢驗虛擬樣機仿真輸出結果的準確性。火炮進行定型試驗是為了全面檢驗和考核火炮的戰術、技術指標和安全性，通常要對火炮射擊時的各主要狀態參數進行綜合性測試，而且為保證測試數據的準確性，通常對火炮某一測試項目要進行多次試驗反復測試，所以試驗測試數據既有單發射擊的圖表曲線，又有多發射擊試驗數據的統計平均結果，因此運用火炮設計定型試驗的數據結果可以對所建立的火炮虛擬樣機進行更充分、更全面的考核和驗證。

現代火炮采用了反后坐裝置后，其炮身通過反后坐裝置（駐退機和復進機）與炮架彈性相連，火藥氣體作用于炮身產生的腔內壓力Pp t通過駐退機和復進機進行緩沖，因此炮架的受力由原來的炮膛合力Pp t變為反后坐裝置提供的后坐阻力R。實踐證明反后坐裝置的應用使得炮架實際受力僅為炮膛合力最大值Pptm的幾十分之一。反后坐裝置的作用如此重要而常常被稱為火炮的“心臟”，為此反后坐裝置內的各相關動態參數已成為衡量火炮動態性能的重要指標。通常火炮的分析計算和試驗測試也都重點考核這些指標參數，所以本文也以這些指標來考核虛擬樣機的準確性。

2.1 反后坐裝置的作用①可以極大地減小火炮射擊時的受力；②將全炮的后坐運動變為可控制的炮身沿炮身軸線的后坐運動，并使其射擊后自動恢復到射前位置。

2.2 反后坐裝置的動作原理火炮射擊時，后坐部分的后坐阻力主要由反后坐裝置所提供。反后坐裝置不同于一般的緩沖阻尼器系統，它實際上是一個結構復雜的緩沖阻尼裝置，通過改變流液漏口的面積改變后坐阻力，使其滿足一定規律而達到有效控制后坐運動和受力的目的。后坐開始時，駐退機內液體在工作腔分流為兩股液流，一股經節制桿與節制環之間的環形漏口流向非工作腔，另一股由駐退桿內壁與節制桿之間的環形通道，經調速筒流入內腔。由于駐退桿不斷抽出，駐退機外腔的液流在活塞壓強作用下分別流向駐退機非工作腔和內腔。為保證火炮在整個后坐行程上全程制動，駐退機內腔始終充滿液體，其壓強p2>0。在對駐退機進行試驗測試時，主要測試駐退桿外腔和內腔的壓強，針對復進機的測試也主要測試其腔內氣體壓強。

后坐部分復進時，駐退機內腔壓強p2>0，內腔液體在其作用下流回外腔。由于真空的存在，駐退機非工作腔在復進開始一段距離內壓強為零，只有內腔液體存在壓強，復進時駐退機內腔的壓強對反后坐裝置的影響也很大，在試驗鑒定時也作為一個測試項目。復進機的作用是在后坐過程中提供后坐阻力和在復進過程中提供復進動力。在后坐開始時，復進機腔內氣體壓強不為零，之后隨后坐行程增加而逐漸增大，至后坐終止時腔內氣體壓強達到最大，在復進時其腔內氣體壓強與后坐時一致。因此，測試復進機內氣體壓強時只對后坐時的情況進行測試。

2.3 虛擬樣機仿真數據的可信性分析反后坐裝置使火炮由剛性后坐變為彈性后坐，并貯存后坐能量，使后坐部分在后坐終止后可以轉為復進。反后坐裝置之所以稱為“火炮的心臟”，是由于該裝置的可靠性將直接影響整個火炮工作性能，甚至使整個火炮喪失工作能力。因此，在火炮設計定型試驗時，將反后坐裝置作為試驗測試的重點，針對反后坐裝置的測試項目，主要包括駐退機內外腔壓強、復進機腔內壓強、后坐速度和復進速度等，進而通過求得最大后坐阻力，來檢驗反后坐裝置的功能是否滿足給定的指標要求。綜上所述，利用定型試驗數據驗證所建火炮虛擬樣機的真實性是可行的。

2.4 虛擬樣機仿真數據與定型試驗數據對比本文選擇對某型火炮的仿真結果與試驗數據結果進行對比驗證，各項目的試驗測試曲線如圖5所示，其中：p1為后坐時駐退機外腔壓強；p2為后坐時駐退機內腔壓強；p′2為復進時駐退機內腔壓強；v為后坐速度；v′為復進速度；pΠ為后坐時復進機腔內氣體壓強；R為后坐阻力；t為后坐時間；t′復進時間。本文選擇與定型試驗一致的試驗條件，充分利用并對照定型試驗的測試項目，對各測試項目進行虛擬樣機仿真?；鹋谏鋼舫跏紬l件為0°射角、全裝藥、底盤著地射擊，駐退機和復進機中的有關數據來源于火炮設計說明書，各結構尺寸存在一定公差范圍，本文均采用其標稱尺寸。

2.5 由數據對比表得出結論

2.5.1 復進機壓強是后坐位移的函數，其值基本與試驗數據相符；

2.5.2 后坐和復進速度、后坐阻力值及變化趨勢與仿真曲線基本相符；

2.5.3 對于后坐時內腔的壓強，利用伯努利方程可以求得內、外腔壓強和液體流速的關系：p1-p2V（1）

其中，p1為外腔壓強，p2為內腔壓強，其它符號含義見文獻[6]。

由式（1）可知，駐退機內腔壓強與外腔壓強的基本趨勢一致，隨著后坐速度降低，二者壓強差別逐漸變小。

2.5.4 駐退機的內、外腔壓強在出現峰值的時機與仿真數據曲線有所不同，導致結果不同的原因可能是在虛擬樣機仿真時，雖然我們在制作各部件的時候采用的尺寸數據為標稱值，但是實際加工的部件存在一定的誤差，從數據結果看，制作的節制桿直徑有一定誤差，導致流液口面積的變化。對于復進時內腔的壓強，真空消失過程不是一個突變的過程，而是一個漸近的過程，因此在非工作腔產生一定的壓強，然而理論上認為復進真空消失之前，非工作腔不提供壓強，從而導致在復進開始段仿真得到的壓強值稍大。

虛擬樣機仿真曲線與試驗測試數據相比雖有一定誤差，但基本與試驗數據相吻合。宏觀而言，后坐和復進速度的基本趨勢與試驗數據一致，最大后坐阻力基本規律一致，說明了所建虛擬樣機的正確性，利用該虛擬樣機對火炮宏觀動力學特性進行研究是可信的，所建虛擬樣機模型是滿足工程上應用的。

參考文獻：

[1]杜中華．基于ADAMS的某型炮閂系統動力學仿真研究[D]．石家莊：軍械工程學院碩士學位論文，2001.

[2]杜中華，薛德慶，趙迎紅．Pro/E和ADAMS傳遞過程中若干問題的討論[J]．機械與電子，2003, (2): 68-70.

[3]劉竹清．Pro/E Wildfire入門與提高實用教程[M]．北京：中國鐵道出版社，2003.

篇（4）

1、引言

    機械產品全壽命設計是衡量產品設計水平先進與否的重要指標，現代設計過程迫切需要通過工程分析手段預測產品的結構可靠性。近年來研究人員試圖將虛擬設計思想更多地融人到復雜機械產品的結構可靠性設計中，借助工程分析軟件對計算機中虛擬的產品樣機進行應力分布、疲勞壽命和可靠性設計等，大大提高了可靠性設計水平。

    利用國外先進有限元軟件豐富的試驗數據，應用項目組成員進行的42crmo硬齒面齒輪的彎曲疲勞可靠性試驗及資料，提出該硬齒面齒輪的結構可靠性虛擬疲勞設計方法，由虛擬零部件疲勞工作的情況快捷地得到應力一壽命(s一n)曲線，推知其疲勞壽命大樣本，以供可靠性分析設計使用。

    2、結構可靠性虛擬疲勞設計方法

    2.1結構可靠性虛擬疲勞設計軟件

    進行產品零部件結構可靠性虛擬疲勞設計首先需要構造產品虛擬樣機，目前國內外比較成熟實用的樣機幾何造型cad軟件有autocad, pro/e等，同時還有可以進行各種系統仿真分析的多體運動學、動力學軟件adams, simpack等。

    目前國際知名的通用有限元工程分析軟件大多可完成對產品結構進行應力分析、疲勞壽命測試及壽命概率分析的功能，目前見長的軟件有ansys,msc/fatigue, msc/nastran，考慮虛擬環境的cfx及fluent。近年來，樣機的運動、動力學及疲勞分析技術正處于逐漸深人和系統化階段，但有許多重要內容要填補，如虛擬環境的融入、幾何造型、動力學、疲勞分析技術的集成及開放式。

    2.2疲勞壽命預測方法

    多年來人們發展了各種疲勞壽命預測方法，其中名義應力壽命法(s-n法)、局部應變法(e-n法)與基于斷裂力學理論的疲勞裂紋擴展壽命方法，已成為三種經典的疲勞壽命預測方法。

    (1)名義應力壽命法(s-n法)

    名義應力壽命法通常稱為總壽命法。該方法用于構件總壽命的預測，是以材料或零部件的疲勞壽命曲線為基礎的。該方法可以考慮構件表面加工和表面處理對其疲勞壽命的影響，也可以考慮構件焊縫的疲勞壽命，適用于低應力高周疲勞問題。

    (2)局部應變法(e-n法)

    局部應變壽命法通常稱為裂紋萌生法。該方法用于預測構件的裂紋萌生壽命。它應用了材料的“記憶特性”，計人了名義應力無法計及的載荷循環順序的影響，使壽命估算結果更接近實際情況，適用于高應變低周疲勞問題。

    (3)疲勞裂紋擴展壽命方法

    基于斷裂力學理論的疲勞裂紋擴展壽命方法主要用于預測構件從裂紋產生到發生破壞的疲勞壽命。該方法結合模擬材料微觀結構變形的數值方法，是數值模擬斷裂的主要發展方向之一。

    3、在硬齒面齒輪彎曲疲勞試驗中的應用

    根據項目要求對42crmo材質的硬齒面齒輪進行了彎曲疲勞可靠性全壽命試驗，試驗在機械部機械科學研究院英國產instron1603型電磁諧振疲勞試驗機上進行。采用4級應力水平，即作4組不同應力的輪齒全壽命大樣本試驗，得到了硬齒面齒輪定壽命下的r-s-n曲線(見圖4中實線部分)。本文以此試驗為研究基礎，進行42crmo硬齒面齒輪的結構可靠性虛擬疲勞設計和試驗，得到了虛擬試驗的各應力水平下疲勞壽命數據，即s-n曲線。

    3.1三維幾何造型設計

    三維cad軟件為構造精準的零部件虛擬幾何造型設計打下軟件基礎。42crmo硬齒面齒輪是斜齒圓柱齒輪按漸開線形成的，為從齒輪的造型機理開始就嚴格遵循漸開線齒面生成和加工機理，應用三維虛擬造型軟件mdi公司的adams能在幾何形體上展成曲面和使曲面扭曲變形的功能，開發出以法平面標準漸開線齒形為基準的斜齒模擬加工過程。

    3.2疲勞載荷譜分析

    載荷譜是有限壽命設計的依據之一。因此，掌握載荷譜的變化規律是進行壽命設計的先決條件。通常，載荷譜是由現場數據采集并經數據處理與統計分析獲得?，F場采集的載荷時間歷程具有很大的隨機性，并且因現場各種因素如開關信號、電磁干擾等影響，會造成原始信號記錄失真，出現偽信號。齒輪結構所承受的疲勞載荷，實際上是一連續的隨機過程，借助動力學分析軟件adams平臺，可直接給出機械構件在整個裝置工作過程中的疲勞載荷譜f-t曲線(見圖2)，以此作為理論分析和結構可靠性虛擬疲勞設計的基礎。

    3.3有限元分析軟件中的應力分析

    建立一對輪齒的有限元模型并進行網格劃分，模型主要為六節點五面體單元，單元總數為63359個，節點總數為15213個。這樣有利于單元自動生成，有利于提高計算精度。有限元計算中，齒輪材料的彈性模量為4. 6 x 107mpa，波松比為0.3。

    由有限元法(fem)分析計算出隨機動載荷譜下輪齒在嚙合過程中最大動應力齒輪的位置、數值及周期。

    3.4基于斷裂力學的疲勞裂紋壽命預測

    斷裂力學是在承認裂紋存在的前提下進行疲勞強度計算(即微裂紋形成忽略)，失效判據是裂紋擴展到臨界尺寸時發生疲勞斷裂，應力強度因子幅度可用以下關系表示

   對裂紋半長a的積分求出裂紋擴展的應力循環次數，即疲勞壽命。計算n時，應力強度因子幅}k、裂紋初始半長a1、裂紋半長極限值a2由式(1)計出。其中:c為與材料有關的系數，a為幾何效應因子，山為復應力變化范圍。

    3.5虛擬試驗結果分析

    以實作齒輪試驗的4級應力水平作虛擬疲勞試驗，求得各應力水平下的疲勞壽命數據，這樣可用最小二乘法得出待試驗材料齒輪的s一n曲線。

    圖4虛線部分為42crmo材料齒輪采用上述虛擬技術所作的s一n曲線，試驗中取5個壽命水平n= 0.5 x 1護，1.0 x 1護，1.5 x 1護，2.0 x 1護，2.5 x 1護的應力分布。與圖4中實線部分的實作齒輪試驗s一n曲線對比可知，虛擬試驗得到的s一n曲線與實際齒輪高可靠度下的s一n曲線比較接近，有一定的參考價值。

4、結語

篇（5）

中圖分類號：U415.52+1 文獻標識碼：A 文章編號：

根據對目前壓實度檢測系統的研究，要實現振動壓路機對壓實度的實時檢測技術一般需要利用壓路機振動輪的某一動態響應值來間接反映路基壓實度的變化。此次仿真研究的目的就是利用虛擬樣機技術模擬垂直振動壓路機的振動壓實試驗，測量振動輪在碾壓代表不同壓實度路基模型時的垂直振動加速度幅值，為建立路基壓實度和振動輪加速度幅值之間的對應關系提供數據支持。

1 垂直振動壓實技術的特點

（1）垂直振動壓路機的振動輪在激振機構的帶動下產生的垂直方向上的定向振動，對被壓實材料不會產生水平方向上的干擾力。垂直振動壓路機施工過程中不會在振動輪的行駛方向上產出擁土，道路的表面沒有松散層和裂紋出現，因此避免了傳統振動壓實之后還需要使用靜碾壓路機進行碾壓的施工環節，施工效率在同等條件下提高了 3 倍。

（2）垂直振動壓實之后，得到的鋪層材料壓實度均勻，質量穩定，密封性好。垂直振動還能夠確保瀝青和骨料混合物具有更好的均勻性和良好的道路表面粗糙度。

（3）垂直振動壓路機適用于各種壓實材料及工況，廣泛應用于砂土、土石填方、瀝青混合料以及水泥混凝土的混合料，其作業時的擊實能量沿道路的表面垂直向下傳遞，具有很小的道路表面波動，因此施工過程中對周圍的環境影響較小，具有一定的環保意義。

2垂直振動壓實仿真的理論分析

垂直振動壓路機壓實路基數學模型的建立是基于以下假設的：

（1）振動壓路機的減振系統和隨振的壓實材料被認為是彈簧—阻尼單元，而且彈簧--阻尼認為是沒有質量的；

（2）假設垂直振動壓路機的振動輪和所有相關的機架均為剛性體，而且將它們看成是具有一定質量的集中質量塊；

垂直振動壓路機在高頻低幅或者低頻高幅下進行工作時，其它機械參數是不變的，只有路基材料的結構和物理性質發生變化，從振動輪垂直振動加速度的推導結果也可以看出壓路機在工作時振動輪的垂直加速度和代表壓實材料的剛度和阻尼有關。

振動輪在壓實過程中的動力學響應與被壓實材料的壓實度有著緊密的聯系，振動輪在垂直方向的振動加速度響應和壓實材料的剛度正相關，與阻尼負相關。隨著壓實度的增加，代表壓實材料的剛度增大，阻尼減小，因此垂直振動壓路機振動輪的垂直振動加速度和壓實度是正相關的，而且這種規律具有普遍性不因為被壓實材料的改變而不同。因此，在ADAMS 利用虛擬樣機模擬振動壓實試驗，以測量振動輪垂直振動加速度的基頻幅值來反映壓實材料的壓實度是可行的。

3垂直振動壓路機的壓實仿真模擬

在垂直振動壓路機的施工過程中，壓實材料的物理特性是不斷變化的，而在仿真環境下壓實材料的這種變化是通過材料本構模型物理參數的改變來描述的。振動壓實系統動力學模型中的剛度和阻尼只是壓實材料的模擬參數，其數值是大都是通過經驗來確定，不能通過土工試驗來測定，在描述壓實材料的物理性能上存在很多的不足。而在 ANSYS 中以本構模型為理論基礎建立起的路基仿真模型更接近于路基真實的物理性能。

通過改變路基材料在不同壓實度下本構模型中物理參數的值建立起同種路基材料的不同仿真模型，構成多組振動壓實仿真模型模擬實際的振動壓實試驗。每一組模型完成一次仿真之后即可獲得在不同壓實度下的振動輪垂直振動加速度，通過幅頻變換得到其在基頻下的加速度幅值。垂直振動壓路機的虛擬樣機工作參數為振幅 2mm，激振頻率為 29Hz，行走速度為 3km/s。某路基材料不同壓實度下本構模型的基本物理參數如表 1 所示。

表1 路基材料的基本物理參數

利用 ADAMS/View 的后處理模塊采集垂直振動壓路機的虛擬樣機在碾壓壓實度為67%的路基模型時振動輪的垂直振動加速度信號波形如圖 1~圖 2 所示。

圖 1 碾壓壓實度為 67%的路基模型時振動輪垂直振動加速度信號

圖 2振動輪垂直振動加速度信號的頻譜圖

從振動輪加速度信號的波形圖可以看出：隨著路基模型壓實度的不斷增加，振動輪的垂直振動加速度信號的幅值也在不斷增大，這與理論分析和相關文獻的論述是相符合的；從圖 5-8 振動輪垂直振動加速度信號的頻譜圖可知讀取振動輪振動的基頻為 29Hz，這與振動輪的激振頻率是一致的，說明 ADAMS/View的后處理模塊能對虛擬振動壓實的振動信號進行準確的采集，所建立的仿真系統也是可行的，采集的仿真數據具有一定的研究價值。

4 垂直振動壓路機的路基壓實狀態分析

垂直振動壓路機在代表不同壓實度的路基模型上進行振動碾壓時其振動輪將會有不同垂直振動加速度響應。表2為垂直振動壓路機虛擬樣機在碾壓不同壓實度路基模型時獲取的振動輪垂直振動加速度信號在基頻下的響應幅值。利用基頻下振動輪垂直振動加速度的幅值對路基模型的壓實度進行標定50，從而實現利用振動輪的動態響應來反推路基壓實度的目的。

表2 不同壓實度下振動輪垂直振動加速度的幅值

圖6 為振動輪的垂直振動加速度和路基壓實度之間的對應關系，振動輪垂直振動加速度在基頻下的幅值和路基壓實度之間通過數據擬合建立起的線性關系式為：

Y=2.617x-65.821；R2=0.9731 （1）

式中：y—路基壓實度；x—振動輪垂直振動加速度幅值；R—相關系數。

這種檢測方法實現了對路基壓實度更全面的檢測，能夠更好的控制施工質量，隨時發現被壓實路段存在的缺陷，避免了人工檢測工作量大和測點不足容易出現漏檢的問題。

5結束語

論文實現了垂直振動壓路機壓實路基的仿真過程，測得了振動壓路機的振動輪在碾壓不同壓實度的路基模型時在垂直方向上的振動加速度，并根據數學模型計算的結論建立起了振動輪垂直振動加速度和路基模型壓實度之間的線性關系式，為建立振動輪動態響應和路基壓實度之間的關系提供了一種仿真方法。

參考文獻

篇（6）

中圖分類號：X922.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0172-01

一、虛擬樣機技術簡介和AOAMS軟件功能分析

利用虛擬樣機技術可代替物理樣機對產品進行創新設計、測試和評估，縮短開發周期，降低成本，改進產品設計質量，提高面向客戶與市場需求的能力。虛擬樣機技術的發展有賴于以下幾項技術的發展和進步。

（一）智能技術

CAD技術的出現是產品設計歷史上的一個里程碑，它在很大程度上縮短了產品設計的周期，減少了設計人員的工作量，但現有的CAD技術注重于外形細節設計行為，卻忽略了產品概念信息的描述，實際上，設計人員總是先考慮產品的功能，然后才設計出產品的外形。因此，對虛擬樣機技術來說，產品描述應是超越幾何性的。由于虛擬樣機技術對概念設計的要求，智能設計技術需要將用于概念設計的分析工具（如有限元分析，快速成型等）、計算機輔助概念設計和CAD技術有機的集成起來，支持產品幾何定形前的功能規劃和計算，通過分析這種幕后的功能計算，虛擬樣機系統指導設計者怎樣將幾何形狀轉化為易于裝配的，滿足功能要求的、具有合適工藝的設計圖形。

（二）并行工程

并行工程是集成各種技術，并行設計產品及相關過程的一種系統方法，同步實現設計、分析評估、制造、裝配、核算和管理，它要求產品開發人員從一開始就考慮到產品整個生命周期的所有因素（質量，成本，工藝，結構，性能等），且要求實現計算機網絡環境下的協同工作。

（三）仿真工程

對于虛擬樣機系統來說，必須有一套能很有效支持可制造性分析的產品、工藝和生產系統模型，產品模型必須能夠管理與制造加工有關的數據（如形位公差等）；工藝模型包括統計分析，計算機工藝仿真，制造數據庫和制造規則庫等；生產系統模型包括系統生產能力和生產特性的描述及系統動態行為和特性的描述，虛擬樣機系統需要對上述模型進行數字化仿真和可視化，以對產品設計、工藝設計進行評估和優化。

（四）網絡技術

在網絡上進行分布式設計與制造是虛擬企業的生產方式。利用分布式設計與制造，可以實時的決定合作廠家，實現異地產品設計和制造，不僅節約了時間，而且由于分布節點之間的關系建立在一種全面合作和開放式體系的基礎上，所以有利于設計、規劃和處理問題。

二、旋轉秋千虛擬樣機模型的建立

（一）旋轉秋千虛擬樣機模型的建立原則

在ADAMS建模之前，必須對實際的旋轉秋千樣機模型進行簡化。這樣不但可以節省大量的建模時間。也可以保證ADAMS的仿真分析過程能夠順利進行。同時，由于ADAMS在進行運動學、動力學分析時，只考慮零件的質心和質量，對零件的外部形狀不予考慮，因此在模型中精確地描述出復雜的零件外形，并沒有多大的實際意義。當然零件形狀描述得越準確，ADAMS自動求算的零件質量和質心的位置也就越精確。前面我們說過，建立復雜的模型并不是ADAMS的特長，如果模型的外形很復雜，又想得到比較準確的質量和質心，可以在其他的三維軟件中建立好，然后通過ADAMS/Exchange導入ADAMS中，這些三維軟件有pro/EUG等。這里建立模型遵循以下原則：首先，根據運動副對模型進行簡化，各個零件之間的運動副要表示清楚。其次，在不影響視覺效果的前提下，模型的外形應盡量簡化。最后，多個零件固接時，可以只用一個零件表示。以節省運動副數量。因為運動鏈越長，計算誤差越大。

（二）底盤、立柱和頂盤模型的建立

由于旋轉秋千的實體中底盤、立柱和頂盤這幾部分經簡化后結構比較簡單，因此可以用ADAMS提供的基本建模工具進行建模。為方便起見，我們這樣設置坐標系，x-Z平面代表水平地面，鉛錘高度方向用y表示。旋轉秋千實體中幾個主要部分的模型尺寸：底盤：R=2.Om，L=0.5m立柱：R=0.5m，L=10.Om頂盤：R=5.0m，L=0.5m由于底盤、立柱和頂盤這三個主要部件經簡化后為圓柱結構，因此可以采用ADMAS/View基本形體圖庫中的圓柱體（Cylinder）命令直接建立。為保證將來數據更為直觀，將底盤的底面圓心坐標設置在（0.0，-0.5。0.0）點。將三部分模型外觀建立好之后，應該對模型施加必要的約束，使模型按照實際的情況連接。按照旋轉秋千的結構，需要做以下三處約束：1、底盤與地面。實際情況中底盤一般都是一部分在地面以下，另一部分伸出地面。這里我們在底盤與地面之間施加一個固定副（Fixed），將二者固定在一起，這樣就限制它們之間所有的旋轉自由度和移動自由度。2、立柱與誰盤：立柱主要起到支撐整個裝置的作用，它與底盤也是相對固定的，因此也采用固定副連接。3、頂盤與立柱。頂盤是整個裝置的旋轉部分，它是在電機的驅動下以立柱為回轉軸進行回轉的，因此它與立柱之間要設置鉸接副。鉸接副限制了2個旋轉自由度和3個移動自由度，這樣保證了頂盤只能在x-Z平面內作回轉運動。

（三）鋼絲繩索模型的建立

1、鋼絲繩索的建模思想

鋼絲繩索的建模是旋轉秋千建模的主要難點之一。鋼絲繩索可以承受較大的拉力，抗彎能力很弱，具有較大的柔性，在工作過程中，鋼絲繩索一直在不停的運動，產生較大的變形。為了能夠反映繩索的動態響應和柔性，可以將鋼絲繩索用很多相互連接的圓柱單元來表示。單元長度取決于運算規模的限制和相應的動態頻率。通過合理設計單元之間的連接關系，等效仿真鋼絲繩索。在本課題的分析中，在頂盤圓周上均布了12根繩索。根據裝置的整體尺寸和立柱的高度，每根繩索為9m。因此我們將圓柱單元的長度取為0.3m，半徑取為0，OO5m，總共設置了360個圓柱單元。經過比較，圓柱單元采用球鉸模型進行連接。圖 1-1中這種球鉸連接模型約束了x-Y-z三個方向的移動自由度，使兩個單元在連接處沒有相對位移。由此可知，這種連接模型忽略了鋼絲繩索受力后的拉伸變形；另外，它具有三個轉動自由度，連接的兩個單元可以在X、Y、Z方向產生自由的相對旋轉，以實現繩索較大柔性彎曲和扭轉變形的效果

2、宏命令簡介

宏，簡單來說，就是用戶自己生成的一個命令。用戶可以按照ADAMS八1ew的命令格式來編寫宏，AADMS/View像處理其他命令一樣處理宏，您可以在命令窗口中執行宏，也可以在宏中使用其它的宏，或在用戶自己的用戶化菜單、對話窗和按鈕中調用宏。在宏中用戶可以使用參數。這有助于用戶在每次調用宏時加上數據，宏在執行時自動進行替換。三、自定義鋼絲繩索宏命令由于鋼絲繩索模型中總共設置了360個圓柱單元。為了便于建立模型和修改模型，我們采用自定義宏命令的方法來建立模型。該模型的鋼絲繩索宏命令子程序具有一定的通用性。只要根據要求對此程序進行簡單的修改，就可以應用在其他種類的鋼絲繩索模型的建立。

三、結語

綜上所述，運用虛擬樣機技術，可以大大簡化機械系統的設計分析過程，大幅度縮短實北京化工大學碩士學位論文驗研究周期，大量減少研究開發費用和成本，明顯提高產品質量，提高產品的系統及性能，獲得最優化和創新的設計產品，并且有足夠的分析精度，對于大型游樂設施的設計與優化具有明顯的促進作用。

篇（7）

關鍵詞：機械設計；CAD技術

1CAD技術的發展

CAD(ComputerAidedDesign)是計算機輔助設計的英文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產品的設計與分析，達到理想的目的，并取得創新成果的一種技術。自1950年計算機輔助設計（CAD）技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率飛速地提高?，F已將計算機輔助制造技術（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和產品數據管理技術（ProductDataManagement，PDM）及計算機集成制造系統（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一體。

產品設計是決定產品命運的研究，也是最重要的環節，產品的設計工作決定著產品75%的成本。目前，CAD系統已由最初的僅具數值計算和圖形處理功能的CAD系統發展成為結合人工智能技術的智能CAD系統（ICAD）(IntelligentCAD)。21世紀，ICAD技術將具備新的特征和發展方向，以提高新時代制造業對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力。

以智能CAD（ICAD）為代表的現代設計技術、智能活動是由設計專家系統完成。這種系統能夠模擬某一領域內專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內的特定問題。該系統把人工智能技術和優化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。

2三維CAD技術在機械設計中的優點

通過實際應用三維CAD系統軟件,筆者體會到三維CAD系統軟件比二維CAD在機械設計過程中具有更大的優勢,具體表現在以下幾點:

2.1零件設計更加方便

使用三維CAD系統,可以裝配環境中設計新零件,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件,既方便又快捷,避免了單獨設計零件導致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來,使人一目了然。

2.2裝配零件更加直觀

在裝配過程中,資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關系,若裝配不正確即予以顯示,另外,零件還可以隱藏,在隱藏了外部零件的時候,可清楚地看到內部的裝配結構。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示,對于有一定運動行程要求的,可檢驗行程是否達到要求,及時對設計進行更改,避免了產品生產后才發現需要修改甚至報廢。

2.3縮短了機械設計周期

采用三維CAD技術,機械設計時間縮短了近1/3,大幅度地提高了設計和生產效率。在用三維CAD系統進行新機械的開發設計時,只需對其中部分零部件進行重新設計和制造,而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息,使機械設計的效率提高了3~5倍。同時,三維CAD系統具有高度變型設計能力,能夠通過快速重構,得到一種全新的機械產品。

2.4提高機械產品的技術含量和質量

由于機械產品與信息技術相融合,同時采用CADCIMS組織生產,機械產品設計有了新發展。三維CAD技術采用先進的設計方法,如優化、有限元受力分析、產品的虛擬設計、運動方針和優化設計等,保證了產品的設計質量。同時,大型企業數控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工,一致性很好,保證了產品的質量。

3CAD技術在機械設計中的應用

3.1零件與裝配圖的實體生成

3.1.1零件的實體建模。CAD的三維建模方法有三種,即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中,都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中,系統提供了六種基本體系,即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體和楔形體。對簡單的零件,可通過對其進行結構分析,將其分解成若干基本體,對基本體進行三維實體造型,之后再對其進行交、并、差等布爾運算,便可得出零件的三維實體模型。

對于有些復雜的零件,往往難以分解成若干個基本體,使組合或分解后產生的基本體過多,導致成型困難。所以,僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此,可在二維幾何元素構造中先定義零件的截面輪廓,然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉得到新的“基本體”,進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。

3.1.2實體裝配圖的生成。在零件實體構造完成后,利用機器運動分析過程中的資料,在運動的某一位置,按各零件所在的坐標進行“裝配”,這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現。

3.2模具CAD/CAM的集成制造

隨著科學技術的不斷發展,制造行業的生產技術不斷提高,從普通機床到數控機床和加工中心,從人工設計和制圖到CAD/CAM/CAE,制造業正向數字化和計算機化方向發展。同時,模具CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術(RPM)等,幾乎覆蓋了整個現代制造技術。

一個完整的CAD/CAM軟件系統是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數控加工、有限元分析、動態顯示等。這些模塊應以工程數據庫為基礎,進行統一管理,而實體造型是工程數據的主要來源之一。

3.3機械CAE軟件的應用

機械CAE系統的主要功能是:工程數值分析、結構優化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學/運動學仿真等。CAD技術在解決造型問題后,才能由CAE解決設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態特性等。

4CAD前沿技術與發展趨勢

4.1圖形交互技術

CAD軟件是產品創新的工具,務求易學好用,得心應手。一個友好的、智能化的工作環境可以開拓設計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創造性的工作中。因此,智能化圖標菜單、“拖放式”造型、動態導航器等一系列人性化的功能，為設計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術也正在研究之中。

4.2智能CAD技術

CAD/CAM系統應用逐步深入,逐漸提出智能化需求.設計是一個含有高度智能的人類創造性活動。智能CAD/CAM是發展的必然方向。智能設計在運用知識化、信息化的基礎上，建立基于知識的設計倉庫,及時準確地向設計師提品開發所需的知識和幫助,智能地支持設計人員，同時捕獲和理解設計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能,使設計新手也能做出好的設計來,現代設計的核心是創新設計,人們正試圖把創新技法和人工智能技術相結合應用到CAD技術中,用智能設計、智能制造系統去創造性指導解決新產品、新工程和新系統的設計制造,這樣才能使我們的產品、工程和系統有創造性。

4.3虛擬現實技術

虛擬現實技術在CAD中已開始應用,設計人員在虛擬世界中創造新產品,可以從人機工程學角度檢查設計效果,可直接操作模擬對象,檢驗操作是否舒適、方便,及早發現產品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題,及早看到新產品的外形,從多方面評價所設計的產品.虛擬產品建模就是指建立產品虛擬原理或虛擬樣機的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析,以評價其性能,可制造性、可裝配性、可維護性和成本、外觀等,基于虛擬樣機的試驗仿真分析,可以在真實產品制造之前發現并解決問題,從而降低產品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態企業聯盟將成為CAD技術在電子商務時代繼續發展的一個重要方向.另外,隨著協同技術、網絡技術、概念設計面向產品的整個生命周期設計理論和技術的成熟和發展,利用基于網絡的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術,實現真正的全數字化設計和制造,已成為機械設計制造業的發展趨勢。

參考文獻

[1]黃森彬主編.機械設計基礎.高等教育出版社.

[2]榮涵銳.新編機械設計CAD技術基礎〔M〕.北京:機械工業出版社,2002.

篇（8）

隨著計算機信息科學的飛速發展，尤其是本世紀在計算機圖形學技術、高性能圖形系統和虛擬現實方面的誕生了不少的研究成果，維修過程在獲得實物樣機或原型機之前就可以開始進行。產品設計和開發的模式也隨之發生了變化。DELMIA、Jack等計算機輔助設計軟件和技術的廣泛應用，可以輔助設計人員完成包含數字樣機、虛擬維修人員和虛擬維修工具的虛擬維修操作流程仿真。在設計階段即開展對設計方案和設計布局的數字仿真，可以避免實物原型的制作，節約了從設計到定型的時間，提高了設計效率，從而降低了開發成本；前期開展的虛擬維修工程評價工作，在一定程度上優化了設計方案和設計布局，因此可以避免不合理的設計，減少給后續維修工作造成的不便。

維修操作空間定量評價方法

維修是一種需要人參與的活動，適當的維修空間將提高維修效率和維修人員的舒適程度。這一節的主要內容是確定適當的維修操作空間的大小。

在設計產品時，適當的操作空間的具體尺寸需要依據維修人員的身體尺寸和操作姿態來確定。因此維修操作空間應考慮維修人員的影響因素，如實體可達性。人的上肢可以接觸到的空間范圍分為最佳范圍、正常范圍和最大范圍。人體上肢的作業范圍是一個三維空間，維修人員的最大操作空間和舒適度隨著操作高度、手臂延伸線與人體中線的夾角角度的改變而發生變化。為了便于分析人體上肢的操作范圍，建立數學模型描述人體各部分的尺寸和相對位置。

軟件工具設計和案例探究

CATIA是法達索公司（Dassault Systemes）與IBM公司（International Business Machines Corporation國際商業機器公司）聯合開發的一款CAD/CAE/CAM軟件，主要為客戶提品外形設計、機械零件設計、配合結構設計、組裝、數控加工等功能，并提供大量的標準尺寸零件模型，使得企業可以縮短開發周期，快速迭代設計方案，對市場需求做出敏捷的反應。CATIA是目前應用最廣泛數字樣機設計開發軟件之一，應用范圍涵蓋等航空航天、建筑、船舶、汽車、鐵路等多個領域。DELMIA（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）是法國達索（Dassault Systemes）公司生產的一款數字化企業的互動制造應用軟件，是PLM（Product Life Management）系列產品之一。該軟件與CATIA互為補充，呈現上下游關系，共同貫穿產品的設計周期。利用CATIA制作數字樣機后，可在DELMIA中進行物流過程分析、維修、裝配、工藝規劃、與機器人配合等多種功能的虛擬演示和模擬，是一個面向設計、制造、維護、人機過程的“數字化工廠”仿真平臺。便于用戶檢查設計方案的缺陷和漏洞，及時更改設計方案，降低研發成本，縮短研發時間，實現快速上市的目的。DELMIA中含有一個Human Task Simulation模塊，包含虛擬人模型、人體動作模型、維修工具等內容，用于模擬人機交互過程，實現虛擬維修、虛擬拆卸、虛擬裝配等功能，也是本研究中重點使用的模塊，包含本研究中所需要的大部分數據。本研究基于CATIA與DELMIA現有的軟件功能和數據庫進行二次開發，研究目標是在客戶已經完成產品設計和數字樣機的制作的情況下，根據已制作好的虛擬維修仿真動畫，針對產品的維修操作空間的完成定量評估。

軟件的二次開發是在現有軟件產品的基礎上，對軟件功能進行延伸和擴展，或實現和其他軟件的對接并實現數據的交換和傳輸。二次開發一般針對某一類特定的用戶，通過添加更個性化、專業化的功能和模塊，使得軟件功能更具有針對性，用戶的需求得以實現，工作效率得以提高。DELMIA為不開源的軟件，為實現二次開發必須利用軟件開發商為用戶專門準備的二次開發接口。為靈活地滿足不同客戶的需要，DELMIA提供了多種二次開發的接口：一是CAD格式接口，方便客戶加載在CAD環境下設計的數字樣機，實現模型結構、尺寸、顏色渲染等數據的導入導出；二是知識工程，這是DELMIA的一個專門模塊，知識工程利用參數化定義的方法對人體模型和基礎動作單元進行了建模，建立一個標準模型庫，用戶可以通過關鍵參數調用標準模型庫中的模塊，從而實現快速建模，完成設計任務；三是采用自動化對象編程的接口Automation API（Application Programming Interface），能夠實現宏指令的編寫，或利用宏與VB開發語言（Visual Basic）相結合編寫簡易程序；四是開放的基于構件的應用編程接口CAA（Component Application Architecture，應用組件架構），這是DELMIA的一套C++函數庫，這一接口主要用于與C++開發語言鏈接，方便客戶使用C++編寫所需程序，用戶可通過快速應用研發環境RADE（Rapid Application Development Environment）和不同的API（Application Programming Interface）接口完成從DELMIA數據庫中調取數據到C++程序中的過程。

該案例為針對拆卸某型號大型客機APU上六角螺母的維修空間定量評估。目的是利用所提出的方法和開發的軟件工具，對維修操作空間進行定量評價，以展示方法的靈活性和有效性以及軟件的可用性和可靠性。該大型客機APU的虛擬維修操作動畫截圖如圖1所示。該大型客機APU上有12顆六角螺母，選取123號螺母作為典型案例，三顆螺母的位置如圖2所示。

這三顆螺母中，顯然3號周圍的障礙物少，對扳手的使用影響較少，同時位置較低，距離肩膀較近，手臂只需微微向上伸出即可接觸到，因而上肢舒適度較高。該螺母周圍的空間無需定量評估，定性評估即可確定等級為優秀。1號螺母雖然位置很高，但是周圍的障礙物少，手部可達到1200旋轉。2號螺母位置較高且周圍障礙物較多，維修人員手部只能達到600旋轉。本案例中選取2號螺母進行分析。

第一步打開程序，連接虛擬環境，選定虛擬人并連接。第二步選定關鍵幀，抓取扳手之后，選取手部攜工具接近、旋轉卸下六角螺母、手部攜工具離開這三幀內容。第三步系統提示選取第一幀的維修活動單元類型，為平移，此時軟件自動計算第一幀的掃掠舒適度PV、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=0，z=1，但不在界面中顯示。第四步系統提示選取第二幀的維修活動單元類型，為旋轉，如圖3所示，此后軟件自動計算第一幀的掃掠舒適度Pv、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=1，z=1，但不在界面中顯示。第五步系統提示選取第三幀的維修活動單元類型，為平移，此時軟件自動計算第三幀的掃掠舒適度Pv、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=1，z=2，但不在界面中顯示。第六步系統自動根據已有的x、y、z，計算s的評價標準，（0.8x+0.75y+0.9z）為優秀閾值，（0 5x+0.25y+0.7z）為差閾值，該部分不在界面中顯示。第七步系統輸出三幀中每一幀的s值，并與s的優秀閾值和差閾值比較，給出空間評價結論。該案例中具體數據截圖如圖4所示。得出結論該部分操作空間維修性差，必須加以改進。

篇（9）

在現代戰爭中，水域作戰是海洋軍隊的一塊重要領域。在作戰中，經常遇到水障礙，目前通過水障礙的方法有很多，例如，在河上建立一座橋梁，或者浮渡，或者直接涉水過河等。其中浮渡是最有效的一種方式，通過浮渡，機械化部隊不需要花費太多時間成本和財物成本，甚至不需要考慮氣候條件，時間因素等。

作為浮渡的主要工具---水陸兩棲車輛，因其具有不可預測性與靈活性，作戰時，在一定程度上能起到決定性的作用。因此，在搶灘登陸戰中越來越受到廣泛的關注。近些年，很多國家都在研究水陸兩棲車輛，研究如何將水陸兩棲車輛更有效地投入到戰斗中使用。

目前，大多數水陸兩棲車在進入水中之后，輪胎懸掛在車底下，受到水的阻力，從而限制了兩棲車在水中的行駛速度。因此，如何消減輪胎對行駛速度的影響，成為水陸兩棲車輛的一大核心研究問題。針對這個問題，此論文設計了一個能將輪胎收回的機構。從而減少輪胎懸掛時對行進速度的影響。

一、水陸兩棲汽車輪胎收回機構的結構形式及其工作原理

如圖1.1所示，圖中43處連接輪胎，連接差速器6 把動力通過動力輸出裝置7傳給轉動軸10，然后帶動輪胎旋轉。動力源通過管29傳遞到液壓缸28，液壓缸28通過桿27將轉動傳遞到主傳動軸26，主傳動軸26兩端分別連接桿27及下支桿12，下支桿12一端通過銷釘連接到車體2上，另一端通過銷釘與支架16底端相連，支架16上端通過銷釘20與上支桿11相連，上支架11通過銷釘22與車體2相連。[1，2]

因此，當液壓缸輸出動力通過主傳動軸26帶動上下支桿將支架16抬起。從而起到把輪胎收回的目的。

為便于分析，先簡化模型，根據立體模型，利用ADAMS軟件創建一個同等功能的平面模型，以點5為原點，液壓缸初始位是豎直的，起到抬起作用的主要部件是支架2、上支桿3、下支桿8 及液壓缸4，之后添加約束，創建變量點。如圖1.2所示。由于變量點一要與液壓缸4保持豎直，所以其X值固定為-250。

車體參數：車重1500KG，載重 500KG，輪胎抬起高度500～700mm， 輪胎最高處傾斜角度450～600。

二、兩棲汽車輪胎收回機構的優化設計及分析

對模型進行運動學仿真分析，主要進行抬起試驗仿真。進行抬起試驗驗證所建立的模型是否正確并進行優化設計。根據仿真分析，得到最優化的尺寸。在本設計中，我們所要得到的是液壓缸所承受的最小力量，所以，測量部件就為液壓缸。設置好后利用ADAMS軟件進行模擬仿真，當仿真結束之后，能得出每一次仿真的受力曲線圖，如圖2.1所示，同時會得出一個列表，在該列表中能清晰反應出每次仿真時的最大受力及每個變量點的值，如圖2.2所示

該表也會綜合比較出所有仿真值中的最大值及最小值及各值所在的仿真次序。在此輪仿真中，最小受力是在第25次仿真中得出的，其值是3316.4N。查詢數據可知第25次仿真時各數值如下：

力值： 3316.4；DV_1： -126.00；DV_2： -270.00；DV_3： 165.00； DV_4： -517.00； DV_5： 81.000。

所以，取在第25次仿真得到的數值，即取變量點一的坐標為（-250，-126）；變量點二的坐標為（-270，165）；變量點三的坐標為（-517，81）。最終確定的結構系統如圖2.3

三、液壓缸的計算與選擇

計算液壓缸的主要結構尺寸

液壓缸主要設計參數見圖3.1，a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態，b為活塞桿工作在受拉狀態。

液壓缸的缸筒內徑D是根據負載大小和選定的工作壓力，或運動速度和輸入的流量，經過計算之后，再從GB/T 2348―1993（見表3.1）標準中選取最近的標準值而得出D為63mm合適。

一般，液壓缸在受壓狀態下工作，其活塞面積為

A1=（F+ P2A2）/P1

運用上式須事先確定A1與A2的關系，或是活塞桿直徑d與活塞直徑D的關系，這個可按表3.2來選取d/D。再按表3.3圓整。

本設計選擇的工作壓力P=1.2MPa

即D=63mm d=32mm

液壓缸的行程則由上章中可知為 L=70-（-126）=196 mm

計算液壓缸工作時所需流量Q

Q=v×A=v×πD2/4=0.01×3.14×0.0632/4=0.0000312m3=31.2 ml

綜上，可選用型號為HSJ-63/32200 最大壓力為1.2MPa的液壓缸。[3，4]

結論與展望

如今虛擬樣機技術在主要的工業領域（通用機械、汽車、航空、機械電子等）得到了廣泛的運用，它融合了現代信息技術、先進仿真技術和先進制造技術，將這些技術應用于復雜系統全生命周期和全系統并對它們進行綜合管理，從系統的層面來分析復雜系統，支持由上至下的復雜系統開發模式，利用虛擬樣機代替物理樣機對產品進行創新設計測試和評估，以縮短產品開發周期，降低產品開發成本，改進產品設計質量，提高面向客戶與市場需要的能力。

本文仿真研究結果表明，運用虛擬樣機技術對水陸兩棲汽車輪胎收回機構進行動力學仿真分析可以很好的將機構的各種工況較為真實的反映出來，是一種可行的分析手段，同時也證明使用該項技術為水陸兩棲車的設計和實驗提供較重要的參考數據，可以大大縮短整機系統的設計周期，節約研制經費。

但是由于水陸兩棲車是處于一種新型的產品，雖然在德國有了這種產品，但由于所有真實數據尚處于軍事機密當中，該設計只是通過幾張實物照片及專利文獻來進行模仿研究設計，因此，本文可能會存在一些不足之處，期望有同行校正。

參考文獻

[1] Alan Timothy Gibbs， London（GB） ”Amphibious Vehicle，” U.S.，US7027851B1[P]，2007.

[2] Alan Timothy Gibbs， London（GB） ”Amphibious Vehicle，” U.S.，US7214112B2[P]，2007.

篇（10）

0 引言

虛擬現實 vr (virtual reality)是一種高度逼真的模擬人在 自然 環境 中的視 、聽、動等行為 的人機界面。 簡單地說，是一種可 以創建和體驗虛擬世界的 計算 機系統。虛擬現實技術是 20世紀末興起的一 門新的綜合性信息技術 ，它融合了計算機圖形學、多媒體技術 、人工智能、人機接口技術 、數字圖像處理 、 網絡 技術 、傳感器技術及高度并行的實時計算等技術，它不僅指那些戴著頭盔和手套的技術，而且還包括一切與之有關的具有 自然模擬、逼真體驗的技術和方法 ，它的根本目標就是達到真實體驗和基于 自然技能的人機交互。

工業設計是建立在 科學 技術基礎之上 ，以賦予工業產品 藝術 性為目的的一項感性思維和理性思維相互融合的工作。工業設計的程序有具體的方法和整體的戰略進行指導和支持，不同國家、不同時期面對不同的設計對象時，工業設計的程序與方法也是各不相同，大體上有以下幾種：創新設計法 、人機工程學法 、形態組構法 、系統設計方法 、caid方法 、價值工程與價值創新法、設計管理法等  。將虛擬現實技術引入工業設計中，在設計的各個階段利用虛擬數字模型方便快速地進行各種調查和試驗，可以取得適用面更廣、更接近真實狀態的試驗數據。同時，建立在實驗基礎上的產品設計工作將更具科學性和客觀性，給工業設計的方法論 以新的理念。

1 虛擬現實技術在國內外研究的現狀

1．1 國外的研究情況

隨著虛擬技術的不斷成熟與 發展 ，一些發達國家已經在很多領域 中應用了虛擬設計 ，也成立了許多與虛擬技術相關的實驗室、課題組，其中著名的有美 國貝卡羅來那大學(unc)的計算機系 ，其主要的研究課題是物理建模與仿真項目和建筑漫游項 目，此外還有美 國的密歇根大學虛擬現實實驗室，主要研究 vr在轎車車身設計中的應用以及虛擬現實技術在產品開發中的應用。瑞士蘇黎士理工大學計算機圖形實驗室主要的研究課題包括動畫與虛擬平臺、協同虛擬環境 (collaborative virturalenvironment)等。美國宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶現實技術和其它零部件研制出了虛擬飛行器，彌補了飛行模擬器成本過高的不足。美國麥道飛機公司采用沉浸式的虛擬現實系統進行新型號發動機的輔助設計。

1．2 國內的研究現狀

相對于國外虛擬設計的發展。國內虛擬技術的研究和應用還比較落后。自20世紀 80年代 vr技術開始起步以來，至今我國在 vr的基礎圖形技術領域 已經具備了堅實的基礎。據不完全統計，目前全國已有 34家科研機構、高等院校和 企業 正在開展虛擬制造技術的研究、開發及初步的示范應用工作 ，有 4家企業參與了這種新的探索，其主要的研究內容包括：① 產品的虛擬設計；② 熱加工工藝模擬；③加工過程、裝配過程的仿真；④ 虛擬軸機床和虛擬量儀的研制和開發；⑤虛擬企業?？傮w來看，我國虛擬制造技術的研究多數 是在原先的cad／cam 及仿真技術的基礎上進行，而系統 、全面的虛擬制造技術的研究尚未開展，還很少能將成熟的虛擬技術應用到實際開發中，尤其在產品的創新設計中，虛擬技術還未發揮出它應有的作用，應用水平遠落后于發達國家。由此來看，我國重視產品設計水平的提升，將虛擬技術應用到設計領域已成為當前國內產品開發的重要環節。

2 基于虛擬現實技術的工業設計方法

2．1 創新設計法

創新是工業設計 的靈魂所在。當代社會 經濟 條件下 ，市場產品沒有創新就猶如失去了靈魂，很難在競爭對手如林的市場上取得優勝。在當今全新 的經濟背景下，設計創新將引導消費、把握機遇，成為決定產品生命力的重要條件之一，以思維創新、行為創新、方式創新為核心的工業設計將在企業產品開發過程中扮演著舉足輕重的角色。如圖 1、2所示 ，在傳統 的工業設計中，人們一直沿用著平面 圖來表達設計思想。即使應用計算 機三維 軟件，最終也只能得到某個視角的立體效果圖，難以真實完整地表達 出設計者的意圖。而基于虛擬現實技術的工業設計方法將 以數字化的三維模型作為設計思想的載體，全面表達設計者的意圖。人們可以根據自己的需要任意放大、旋轉模型 ，主動索取信息，從而實現工業設 計由 面表達 向體表達 的突破 ，使設計師有更充裕 的時間來考慮設計的細節 問題這無疑對工業設計的方法創新帶來了革命性的沖擊如圖 3所示。

此外 ，虛擬現實技術與網絡技術的結合，將可以構建一個全新的開放式設計平臺，以三維數字化模型作為設計思想的載體 ，全面表達設計者的意圖。打破地域限制，實現用戶與設計 、開發人員的良好溝通和互動。

2．2 基于虛擬現實技術的產品人機工程分析

(1)人機工程學參數的采集與分析。傳統的人機工程學在參數的采集和分析中存在諸多問題：①采樣數量 、測量和數據分析的工作量均很大，且成本高 、周期長；②無法進行動態修訂；③缺乏對于企業具體產品的針對性；④參數多為二維模型。若在具體的采集和分析中使用三維掃描技術 (獲取靜態三維數據 )、 動作捕捉技術 (獲取動作特征數據)，即可生成虛擬被試三維動態數字模型 。這些數字模型在被更新前一直可以 “活在”虛擬現實技術平臺上，通過對虛擬被試三維動態數字模型的關鍵點控制 ，實現實時數據的不斷更新。 (2)虛擬人機工程設計與評價 。虛擬人機工程設計借助于虛擬樣機 (virtual prototype)系統進行設計 ，故也稱其為虛擬人機工程學環境。設計人員和不同技術背景的人可以直觀地觀察到各種虛擬人體三維數字模型的實時情況，精確研究產品的人機工程學參數 ，直接與設計的產品進行交互，并評價產品的性能。

在傳統產品設計的人機系統中，人是操作者 ，機器只是被動的反應 ，而在虛擬產 品設計的人機系統中，人成為主動參與者 ，復雜系統中可能有許多參與者共同在以計算機網絡系統為基礎的虛擬環境中協同工作。在基于人機工程的傳統產品設計中，人機分析和評價必須是在產品設計完成后的樣機模型中或者在試制的產品中進行．而在基于人機工程的虛擬產品設計中，人機設計分析評價又是在產品設計的過程中可以同時進行，也可與產品使用者進行各種實時的交互。

如圖 4所示．基于人機工程的傳統產品設計的人機評價是在樣品試制后才進行，若人機評價結果達不到要求 ，就需要進行重新設計 和樣 品試 制 ，再進行人機評價，這樣反復循環指導方能達到要求，這種評價方式既浪費時間又耗費資源。而圖 5基于人機工程的虛擬產品設計全過程采用協 同并行式，人機設計 、人機仿真和人機評價實現交互式。不需要樣品試制的過程 ，而且和虛擬加工 、虛擬制造形成并行 ，大大 的節省 了時 間和資原，也加快 企業 新產品的開發進程。

2.3形態組構法

有研究表明，“看”是人類五種感覺中最為重要的感覺，因此，形態與色彩在設計中占據著尤為關鍵的地位。嶄新符號的合理創造，依賴于深入觀察理解生活與 自然 形態，及隨后進行的創造性抽象思維活動。這里需要強調的是，通過對自然的學習、研究、分析，進一步升華創造出富有生命力的形態這一過程，必須遵循 科學 的研究方法與程序[5]。圖2所示的電錘，其頭部造型形成了電錘強勁的沖擊力，而整體的外形設計不僅有傳統電錘的風格，更有本款造型個性設計的明顯特征；錘前端典型的電錘圓鼓造型構成了錘的共有特征，但也被賦予了更明確的時尚個性，線條形式隨錘體輕微向外彎曲，以至前端產生運動感，海魚般的外形與原有造型相比更是有著大膽的突破，但那正體現了電錘靈活的運動特征。在采用虛擬現實技術進行本產品的造型設計時，設計師借助于freeform系統，依照科學的方法從虛擬立體的觀察和人機交互中不斷進行深入分析研究，見圖6，找出形態變化的一般 規律 ，使其在固有的限定條件下自如地進行聯想、抽象與創造，把思維與創造力帶入一個“美的自由王國”。

2.4設計管理法

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主要課程：工程力學、機械設計基礎、電工與電子技術、微型計算機原理應用、機械工程材料、制造技術基礎。主要實踐性教學環節：包括軍訓，金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計(論文)等，一般應安排40周以上。

主要專業實驗：現代制造技術綜合實驗、測試與信息處理實驗。

專業選修課：機械動力學、軟件工程、網絡技術、多媒體技術及應用、數據庫原理及應用、機械創新設計、工業機器人基礎、機械故障診斷學、文獻檢索、專業外語、有限元方法、機械優化設計、工藝過程自動化、先進制造技術、特種加工、成組技術與CAPP、智能機械概論、微小機械概論、虛擬樣機技術、市場營銷學、在線檢測與控制、實用控制系統設計、數控機床與編程。

機械設計制造及自動化專業就業前景如何