虚拟制造系统（精选10篇）
虚拟制造系统 篇1
目前机械制造实验教学中存在以下问题:①受实验场地和设备仪器的限制,使得实验耗时长、花费大、学生实验时间很难安排;②由于实验设备有限、加上实验操作具有一定的危险性,稍有不慎将会造成人员受伤或设备损坏,所以传统的实验都是实验人员操作,学生只是进行观摩及记录实验数据,无法使学生通过亲手操作来提高学生的实际动手能力。因此,如何根据新世纪人才培养的特点,面对实验教学出现的新情况,采用新的实验教学技术,改革原有的实验教学模式,是实验教学改革的一个新课题。
本课题针对《机械制造技术基础》课程中的实验,提出了运用计算机技术对现有的实验教学进行必要的改革,建立《机械制造技术基础》课程网上实验操作平台,在该操作平台上可以完成以下三项实验:①切削力测量;②切削温度测量;③机械零件加工精度统计分析。
1 系统需求
本系统是网络课程实验系统,所以这里将根据实验的操作过程以及用户的要求来制定系统的需求:
(1)建立虚拟实验室操作平台,在该操作平台上完成以下三项虚拟实验:①切削力测试;②切削温度测量;③机械零件加工精度统计分析;
(2)实验过程的模拟仿真,数据库的建立;
(3)建立每个实验数据处理的功能模块;
(4)建立实验指导书功能模块。该模块包含以下内容:介绍每项实验的实验原理、实验内容、实验设备及仪器、实验操作步骤和实验要求;
(5)建立实验报告功能模块。该模块包含每项实验根据相应的数据处理结果要求填写的实验表格,解答相应的思考题;
(6)建立实验帮助文件。
2 系统用户分析
学生进入本系统的目的是为了了解整个实验过程、设备的使用情况和实验的操作要领,并且能够了解本实验相关的理论知识。教师将具有比学生更高的权限,在本系统中,系统将为教师完成他的大部分工作,只有少量的工作需要教师自己来完成。管理员是系统的主要管理者,其主要权限是管理系统使其能够保持良好的运行状态,这包括系统的用户管理、成绩管理以及系统的日志管理等。
从上面各用户的需求,我们就可以得到本系统的用户与系统功能的关系图,如图1所示:
3 系统的总体构成
3.1 系统的软件平台
本系统所采用的软件平台是Dreamweaver MX、3D Studio MAX和LabVIEW 7.0。Dreamweaver MX实现系统的总体界面及用户管理和实验介绍等;3D Studio MAX实现切削过程动态模拟演示; LabVIEW 7.0实现波形图的演示和实验数据的处理;Microsoft SQL Server实现数据的管理。
3.2 课程网络实验系统的总体框图
本课程网络实验系统包括用户管理模块、实验指导和帮助模块、实验模块、实验数据处理模块和实验报告模块等几部分,可用系统的总体框图表示,如图2。
3.3 系统的功能及特点
3.3.1 系统的功能
本系统能够实现的功能有机械制造技术基础课程中切削力的测量、切削温度的测量和加工零件统计分析这三个实验的实验指导、实验及数据处理和提交实验报告的功能等。
(1)用户管理模块。
用户管理主要进行用户的管理,主要有添加用户信息、更改用户信息、删除用户信息和用户信息查询功能。用户管理的主界面显示了系统现有的全部用户信息。
(2)实验模块。
实验模块就是进行实验的部分。它是系统的主体, 能够模拟演示切削力测量和切削温度测量时的走刀过程、切削力和切削温度的测量曲线,及零件尺寸测量曲线的模拟。以上都可以通过仪器软面板来控制。实验模块中包括切削力测量和切削温度测量及其机械零件加工精度统计分析等三个实验,其中有实验过程中的走刀过程的模拟演示及演示测量曲线,测量曲线可以重新播放等。
①实验数据处理模块。在切削力和切削温度测量中本系统采用了两种方法来处理数据,即采用单因素实验法和多因素实验法来建立经验公式。同时,本系统也用图解法来直观的显示指数的大小。
②实验报告模块。学生可以通过实验报告模块提交实验报告,完成老师布置的作业;教师可以通过实验报告模块检查学生提交的实验报告和作业,了解学生的实验情况。
③实验指导和帮助模块。实验指导和帮助模块介绍每项实验的实验原理、实验内容、实验设备及仪器、实验操作步骤和实验要求,还有实验过程中所要注意的事项等;可以指导学生正确的使用该系统完成每个实验,学生可以在进入系统后,首先查看实验指导,然后进行实验;在实验过程中遇到问题可以查看实验帮助。
3.3.2 系统的特点
本系统面向高校学生和教师,对于学生而言,方便学生了解《机械制造技术基础》这门课程的三个重要实验,使学生易于掌握实验的内容和要求,提高了学生的学习兴趣;对于教师而言,方便了教师了解学生实验情况,批改作业和评定成绩只需使用计算机操作即可,减轻了教师的工作量。
总的来说,本系统使教师和学生之间的交流方便,具有人机界面友好、操作简单易行等特点。
4 结束语
本系统可用于实际教学的网络实验系统,可以大大提高专业的实验教学水平,解决实验教学中出现的问题,节约实验经费,提高人才培养的质量。
摘要：主要介绍了在实验教学中应用的虚拟实验系统,详细论述了系统的需求、总体构成、各模块的功能及该系统的应用前景。
关键词：虚拟仪器,机械制造,实验教学
参考文献
[1]于骏一,邹青.机械制造技术基础[M].北京:机械工业出版社,2004.
虚拟制造系统 篇2
关键词 虚拟制造 虚拟现实技术 典型虚拟制造技术
一、虚拟制造的定义及特点
虚拟制造是20世纪80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人、物、信息及产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等，在产品实际生产前就采取预防措施，确保产品一次性开发成功，以达到降低成本、缩短产品开发周期、增强企业竞争力的目的。
虚拟现实 （ VR， Virtual Reality） 技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实， 使人能够凭借直觉作用于计算机从而产生三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造 （VM，Virtual Manufacturing） 技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成， 它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。虚拟制造强调虚拟现实在设计和制造过程仿真中的应用，强调以一种可视化的直观的方式增进技术人员对所设计的产品或过程的理解，从而发现其中的问题。虚拟制造并不是真实的制造过程。它不产生真实产品，基本不消耗材料和能量，而是利用制造对象、制造资源和制造过程的模型来展现“制造”的本质过程。
二、虚拟制造技术的应用
1.虚拟制造技术在国内外的应用情况
虚拟制造在工业发达国家， 如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域， 美国处于国际研究的前沿。福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经应用了虚拟制造技术， 大大缩短了产品的发布时间。波音 777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，其开发周期从过去的 8 年缩短到 5 年；Chrycler 公司与 IBM 合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从而缩短了研制周期。
在我国， 清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了这一领域的研究工作。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情， 进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真， 主要是研究如何生成可信度高的產品虚拟样机，在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性。
2.虚拟制造技术在机械制造中的应用
（1）虚拟企业。虚拟企业是指分布在不同地区的多个企业利用电子手段，为快速响应市场需求而组成的动态联盟，是组织、人力、技术、信息等资源在完善的网络组织结构基础上的有效集成。这种企业组织和生产模式可克服窨和时间的局限性，保持集中和分散之间稳定、合理的平衡，具备系统优化组合和有效协调的优越性。
（2）虚拟产品设计。例如飞机、汽车的外形设计，其形状是否符合空气动力学原理、运动过程的阻力、其内部结构布局的合理性等。在复杂管道系统设计中，彩虚拟技术，设计者可“进入其中”进行管道布置，并可检查是否发生干涉。这样可提高设计效率，尽早发现设计中的问题，从而优化产品设计。例如波音777飞机有300万个零件，这些零件的设计以及整体设计在一个由数百台工作站组成的虚拟环境中得以成功运行。这个VMS是在原有的Boing-CAD的基础上建立。设计师戴上头盔显示器后，能进入虚拟“飞机”中，审视其各项设计。过去为造实体模型需60万美元，应用VMT 后，节省了经费，缩短了研制周期，使最终的实际飞机与原方案相比，偏差小于1%，且实现机翼和机身结合的一次成功，缩短数千小时的设计工作量。
（3）虚拟产品制造。应用计算机仿真技术，对零件的加工方法、工序顺序、工装的选用、工艺参数的选用，加工工艺性、装配工艺性、配合件之间的配合性、运行物件的运动性等均可建模仿真， 提前发现加工缺陷和装配时出现的问题，从而优化制造过程、提高加工效率。
（4）虚拟生产过程。产品生产过程的合理制定，人力资源、制造资源、物料库存、生产调度、生产系统的规划设计等，均可通过计算机仿真进行优化，同时还可对生产系统进行可靠性分析，对生产过程的资金进行分析预测，对产品市场进行分析预测等，从而对人力、制造资源的合理配置，对缩短生产周期、降低生产成本意义重大。John Deere公司运用VMT进行弧焊生产系统的安装，EDS 公司应用DENEB 软件为通用汽车公司的中、高档毫华汽车分厂进行装配生产优化设计，GM 公司也为此节省数百万美元，并提前了上市时间。
3.典型的虚拟制造技术
（1）虚拟装配。装配是产品设计开发过程中的重要环节，虚拟装配则是装配过程在计算机上的本质实现，因而是虚拟装配的重要组成部分。它能够基于产品的数字化实体模型，在计算机上分析与验证产品的装配性能及工艺过程，从而提高产品的可装配性。
虚拟装配模型是分析装配问题的基础，因此，面向装配过程的、支持虚拟装配中各种需要的产品装配模型在虚拟装配中十分重要，模型的特点和优劣在很大程度上决定了系统所能实现的功能。
（2）多学科协同仿真。多学科协同仿真就是要在系统工程理论的指导下，基于复杂产品中各个学科之间的内在交互关系，将位于不同地点、基于不同计算机平台、采用不同建模方法建立的混合异构仿真模型，在分布式环境中联合起来进行多学科协同仿真。
（3）虚拟车间布局设计。制造系统的布局设计就是在企业经营策略的指导下， 针对生产过程， 将人员物料及所需的相关设备设施等，做最有效的组合和规划，并与其他相关设施协调， 以期获得安全、效率与经济的操作， 满足企业经营需求。运用面向对象的模拟仿真，可以帮助使用者建立用于规划、设计和流程优化的虚拟模型，依据不同决策变量之组合， 分析设备使用率、系统产能、有效产出率， 以及交货期、成本等策略， 达到产能最大化、排程最优化、半成品及库存最小化等目标。
参考文献：
[1]李京平.模具现代制造技术概论[M].北京市：机械工业出版社，2008
[2]韩宝菊，王卫东.虚拟制造技术及应用[J].液压气动与密封.2010
作者简介：
虚拟再制造系统结构及其应用研究 篇3
1 虚拟再制造的内涵
1.1 基本概念
虚拟再制造(virtual remanufacturing)是实际再制造过程在计算机上的本质实现,采用计算机仿真与虚拟现实技术,在计算机上实现再制造过程中的虚拟检测、虚拟加工、虚拟控制、虚拟实验、虚拟管理等再制造本质过程,以增强对再制造过程各级的决策与控制能力[1]。虚拟再制造是以软件为主,软硬结合的新技术,需要与原产品设计及再制造产品设计、再制造技术、仿真、管理、质检等方面的人员协同并行工作,主要应用计算机仿真来对毛坯虚拟再制造,并得到虚拟再制造产品,进行虚拟品质检测实验,所有流程都在计算机上完成,在真实废旧产品的再制造活动之前,就能预测产品的功能以及制造系统状态,从而可以做出前瞻性的决策和优化实施方案。
1.2 虚拟再制造的特点
1) 通过虚拟废旧产品的再制造设计,无须实物样机就可以预测产品再制造后的性能,节约生产加工成本,缩短产品生产周期,提高产品品质。
2) 产品再制造设计中,根据用户对产品的要求,对虚拟再制造产品原型的结构、功能、性能、加工、装配制造过程以及生产过程在虚拟环境下进行仿真,并根据产品评价体系提供的方法、规范和指标,为再制造设计修改和优化提供指导和依据。同时还可以及早发现问题,实现及时的反馈和更正,为再制造过程提供依据。
3) 以软件模拟形式进行新种类再制造产品的开发,可以在再制造前通过虚拟再制造设计来改进原产品设计中的缺陷,升级再制造产品性能,虚拟再制造过程。
4) 再制造企业管理模式基于Intranet或Internet,整个制造活动具有高度的并行性。又由于开发进程的加快,能够实现对多个解决方案的比较和选择。
2 虚拟再制造系统的开发环境
虚拟再制造系统在功能上与现实再制造系统具有一致性,在结构上与现实再制造系统具有相似性,软、硬件组织要具有适应生产变化的柔性,系统应实现集成化和智能化。借鉴虚拟制造的系统开发架构,可将虚拟再制造系统的开发环境分为三个层次(图1):模型构造层,虚拟再制造模型层和目标系统层。
1) 模型构造层。
模型构造层提供用于描述再制造活动及其对象的基本建模结构,有两种通用模型:产品/过程模型和活动模型。产品/过程模型按自然规律描述可实现每一物品及其特征,如物体的干涉、重力的影响等;活动模型描述人和系统的各种活动。产品模型描述出现在制造过程中的每一物品,不仅包括目标产品,而且包括制造资源,如机床、材料等。过程模型描述产品属性、功能及每一制造工艺的执行,过程模型包括像牛顿动力学这种很有规律的过程,也包括像金属切削、成形这种较复杂的工艺过程。
2) 虚拟再制造模型层。
通过使用产品/过程模型和活动模型定义有关再制造活动与过程的各种模型,这些模型包括各种工程活动,如产品再设计、生产设备、生产管理、生产过程以及相应的目标产品、材料、半成品、工具和其他再制造资源。这些模型应该根据产品类型、工业和国家的不同而不同,但是通过使用低层的模型构造层容易实现各种模型的建立与扩展。任务组织与管理模型用来实现制造活动的灵活组织与管理,以便构造各种虚拟制造/再制造系统。
3) 目标系统层。
根据市场变化、用户需求,通过低层的虚拟再制造模型层来组成各种专用的虚拟再制造系统。
3 虚拟再制造系统体系结构
文献[2]借鉴上海交通大学提出的“虚拟总线”的VM体系结构划分,构建了再制造体系结构,将虚拟再制造体系结构分为5层:数据层、活动层、应用层、控制层、界面层[2]。根据虚拟再制造的技术模块及虚拟再制造的功能特点,可以构建如图2所示的虚拟再制造系统体系综合结构。该体系结构最底层为对虚拟再制造形成支撑的集成支撑环境,包括技术和硬件环境;虚拟再制造的应用基础则是各种数据库,包括EDB、产品再制造设计数据库、生产过程数据库、再制造资源数据库等;基于这些数据信息处理基础,并根据管理决策、产品决策及生产决策的具体要求,可以形成相互具有影响作用的虚拟再制造产品设计、工艺设计、过程设计;在这些设计基础上,可以形成数字再制造产品,通过分析成本、市场、效益/风险,进而影响再制造的管理、产品、生产过程决策,并将数字再制造产品的性能评价结果,反馈至集成支撑环境,优化集成支撑技术。
4 虚拟再制造的应用
4.1 虚拟再制造企业
在面对多变的毛坯供应及再制造产品市场需求下,虚拟再制造企业具有加快新种类再制造产品开发速度,提高再制造产品品质,降低再制造生产成本,快速响应用户的需求,缩短产品生产周期等优点。因此虚拟再制造企业可以快速响应市场需求的变化,能在商战中为企业把握机遇和带来优势。虚拟再制造企业的特征是:企业地域分散化、企业组织临时化、企业功能不完整化、企业信息共享化[3,4]。
4.2 虚拟再制造产品设计
现在的产品退役往往是因为技术的落后,而传统的以性能恢复为基础的再制造方式已经无法满足这种产品再制造的要求,因此需要对废旧产品进行性能或功能的升级,需要在产品再制造前对废旧产品进行升级设计,这种设计是在原有废旧产品框架的基础上进行的,但又要考虑经过结构改进及模块嵌入等方式实现性能升级,满足新用户需求,因此对需性能升级废旧产品的再制造设计具有更大的约束度,更大的难度。这也为虚拟再制造产品设计提供了广阔的应用前景。因此,开展对废旧产品的再制造虚拟设计将会极大地促进以产品性能升级为目标的再制造模式的发展。
4.3 虚拟再制造生产过程
再制造生产往往具有对象复杂、工艺复杂、生产不确定性高等特点,因此,利用设计中建立的各种生产和产品模型,将仿真能力加入到生产计划模型中,可以方便和快捷地评价多种生产计划,检验再制造拆解、加工、装配等工艺流程的可信度,预测产品的生产工艺步骤、性能、成本和报价,主要目的是通过再制造仿真,来优化产品的生产工艺过程。通过虚拟再制造生产过程,可以优化人力资源、制造资源、物料库存、生产调度、生产系统的规划等,从而合理配置人力资源、制造资源,对缩短产品制造/再制造生产周期,降低成本意义重大。
4.4 虚拟再制造控制过程
以控制为中心的虚拟再制造过程是将仿真技术引入控制模型,提供模拟实际生产过程的虚拟环境,使企业在考虑车间控制行为的基础上,对再制造过程进行优化控制。虚拟再制造控制是以计算机建模和仿真技术为重要的实现手段,通过对再制造过程进行统一建模,用仿真支持设计过程和模拟制造过程,来进行成本估算和生产调度。
5 总结
1) 虚拟再制造是再制造的重要内容,也是先进再制造技术及其思想的重点发展方向,可以从模型构造层、虚拟制造模型层和目标系统层三个层次来构建虚拟再制造的开发环境。
2) 根据再制造的生产特点,构建的虚拟再制造系统体系应包括集成支撑环境、数据库、虚拟再制造产品/工艺/过程设计、再制造的管理/产品/生产过程决策等内容。
3) 虚拟再制造的主要应用方向包括虚拟再制造企业、虚拟再制造设计、虚拟再制造生产过程、虚拟再制造控制等内容。
参考文献
[1]崔培枝,姚巨坤,朱胜.虚拟再制造研究的体系框架[J].装甲兵工程学院学报,2003,17(2):85-88.
[2]胡仲翔,滕家绪,时小军,等.虚拟再制造工程的发展及关键技术[J].中国表面工程,2008,21(3):7-11.
[3]谢立伟,钟骏杰,范世东.再制造虚拟企业的初步研究[J].现代制造工程,2004(3):89-91.
虚拟制造系统 篇4
关键词 虚拟装配技术；机械制造；计算机仿真技术
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)03-0081-02
In Machine Manufacturing of Conjecture Assemble Technique of Structure System and Technique Important Point//Zhang Guoyou, Wang Guoming
Abstract Conjecture assemble technique is the virtual reality technique, computer simulation and a variety of advanced technology are comprehensive application on the manufacturing assemble realm, it can complete perhaps support assemble process of can see to turn or assemble craft of programming, biggest exaltation efficiency of machine design and manufacturing.
Key words conjecture assemble technique; machine manufacture; computer simulation
Author’s address Light Industry College in Shandong, Jinan, China 250353; Shouguang Technician School of Shandong, Shouguang, Shandong, China 262700
1 前言
传统的计算机辅助装配系统的输入输出设备是二维的，而机械虚拟装配技术的输入输出设备是三维的，这对于机械制造专业特别是机械制造的实践模拟实验与动态的技术学习，具有重要的现实意义和深远的技术教育意义，也是目前虚拟技术在教育中的具体应用，具有广阔的发展前景。
2 机械制造中常见的虚拟装配系统结构
在机械制造专业中，虚拟技术已经十分普遍，但就从技术的系统性原理出发，常见的虚拟装配系统结构一般分为4个模块。
1）模型模块，功能是通过将零件的相关数据信息，包括几何模型、物理特征、零件的公差等，以及产品的装配模型，输入虚拟装配系统里，生成需要的虚拟零件模型，它是虚拟装配系统中最为基本的过程，具有基础性。
2）用户交互模块，即各种虚拟外部设备和其支持系统，通常有麦克风、数据手套、光栅眼镜、数据衣、头盔式显示器等。装配技术人员利用这些虚拟外部设备与虚拟装配系统进行人机交互，进行虚拟装配的各种操作，它是实现虚拟过程的交互体现，是感知与操作、认识与对比、接受与学习、技术与能力的具体体现。比如，要实现数据的模拟，是需要人的动手与动脑思考的，是需要显示与对比的，此模块就是最好的体现。
3）环境虚拟模块，是虚拟装配系统的核心，包括各种虚拟现实算法、虚拟装配环境配置、虚拟装配环境生成、虚拟零件模型、虚拟装配工具包以及虚拟外部设备驱动系统。其中，虚拟现实算法主要包括干涉检验算法、多细节层次模型自动生成算法；虚拟装配环境配置即对装配环境进行配置，包括坐标系的设定、定位、光照设置等；虚拟环境生成即生成虚拟环境所需的视觉、听觉和触觉信息等，利用各种优化算法对虚拟环境进行优化，以保证系统的实时性，为装配技术人员创造犹如现实的虚拟装配环境；虚拟装配工具包是由CAD系统创建的各种装配工具的几何模型转换得到的虚拟工具模型；虚拟外部设备驱动即各种虚拟外部设备的驱动程序。
4）输出模块，由输出零件装配轨迹、干涉检查报告、零件装配顺序文件、装配过程动画以及产品的虚拟模型组成。其中，零件装配轨迹可用来指导装配机器人的操作运动轨迹；干涉检查报告为产品设计更改提供参考，如更改零件尺寸、形状或者更改产品的结构；装配顺序文件用于指导制定装配工艺；装配过程动画用于培训装配人员。
3 机械制造中虚拟装配系统中的装配要点
在虚拟装配系统中，装配人员置身虚拟装配环境中，通过人机交互，利用虚拟外部设备对零件进行虚拟操作，完成产品的虚拟装配与数据报告。此过程可由3个重要环节组成，决定虚拟装配系统运行的优劣，也是机械制造中虚拟装配的动作要领之重点。因此，虚拟操作者不仅应掌握好，关键是能够实现真正的虚拟装配，达到虚拟的真正内涵，体现虚拟教育的本意。
3.1 准备环节
它主要是构建零件的虚拟模型，包括零件的工程设计信息、零件物理属性信息以及零件虚拟几何模型。零件的工程设计信息即那些体现设计者装配意图的几何元素，物理属性信息即对虚拟对象物理特性的描述，零件的虚拟几何模型则描述了虚拟零件的外观、几何形状，通过CAD系统生成的零件几何模型转换而来。工程设计信息体现的几何元素附加到零件的虚拟模型，可以保证虚拟零件在虚拟的环境下按照设计者的意图完成零件间的定位和约束，零件物理属性信息与虚拟几何模型相结合则可以在虚拟环境中再现现实中的零件模型。
在这个过程中，前期的设计与CAD系统的生成所需要的几何图形与元素是关键，在进行系统生成与设计中，基础性的零部件结构体系、数据需要有严格的界限和坚实的功底，否则难以实现资金积累环节的整体要求。
3.2 虚拟装配环节
这个环节是虚拟装配的主体，也是虚拟装配中最为直接的要素之一。首先，主要是对虚拟装配系统进行一些配置和环境设置，即构造虚拟装配环境，设置坐标系统以及灯光光照，构造工作台和调入所需装配工具，检查虚拟外部设备工作状况。其次，装配技术人员进行产品的虚拟装配。装配技术人员运用各种虚拟外部设备，直接与虚拟零件和虚拟环境进行人机交互，按照设计人员的设计意图进行装配。在这个过程，系统记录装配的各种信息，如零件的装配顺序、装配轨迹、干涉情况以及装配技术人员发现产品设计存在的问题等，并生成各种报告供有关工程技术人员备用。
3.3 输出环节
它是获得的虚拟装配的结果，主要是零件扫掠轨迹、零件装配顺序文件、零件装配轨迹文件、装配过程动画文件，还有零件干涉情况报告、产品的虚拟装配模型，这些结果都以一定的格式进行记录，并可以与其他机械工程系统进行数据交换。这样，机械工程人员在虚拟环境中对设计的产品进行虚拟装配，可以现实地感受他们自己或者他人设计的产品的科学性和可行性，及时发现设计中的种种问题。而且虚拟装配系统输出各种技术文档，能够给工程技术人员在设计和装配中有更多的参考，从而使决策准确率更高。
总之，机械虚拟装配技术是虚拟现实技术、计算机仿真技术、三维网络技术等多种先进技术在制造装配领域的综合应用，可完成或者支持装配过程的可视化或装配工艺的规划，极大地提高机械设计和制造质量，而且大大降低机械设计和制造的周期与成本。
虚拟制造系统 篇5
同一般冲压件相比,覆盖件具有材料薄,结构尺寸大和表面质量要求高等特点,特别是汽车车体、车门等大面积覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。其表面质量、尺寸形状、产品刚性、工艺性等方面的要求较高。近年来,汽车覆盖件对于压铸模、冲压模的质量、寿命和复杂程度提出了越来越高的要求。通过虚拟制造技术模拟汽车覆盖件的生产过程,能够及时发现生产工艺等方面的不足,对于模具改进、工艺优化等提供了更加高效和方便的选择。
2 汽车车门及其的虚拟制造
2.1 应用UG进行汽车车门及其拉延模具的设计
汽车覆盖件及其冲模结构设计的过程不同于手工设计,它不是先设计一个完整严格的装配图,再绘制零件图。而是首先选择一个预先制定好的规范化的典型结构组合,然后设计冲模零件,最后再将零件拼装成装配图。因此,应尽量最大限度的总结设计经验,制定冲模设计规范,以便建立设计模型。同时在虚拟制造过程中,充分发挥数据库和图形库的功能,自动检索、查询全部设计用的数据表格及标准零件的信息。此外,选择一个合适的图形系统更是至关重要。
2.1.1 结构尺寸参数
汽车覆盖件拉延模的凸模、凹模、压料圈和固定座都采用铸件,要求既要尽量减轻重量又要有足够的强度,因此铸件上非重要部位应挖空,影响到铸件强茺的部位应加添立筋。
冲模的闭合高度应适应双动压力机的规格。内滑块除凸模上装有固定座外还备有垫板,垫板与内滑块紧固,固定座安装在垫板上。在人工安装时要求固定座上平面高于压料圈上平面350mm以上,便于安装工卧装。外滑块备有下垫板、下台面和上垫板。上垫板紧固在外滑块上,压料圈安装在上垫板上。
2.1.2 凹模与凸模结构
凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉延圆角。压料圈首先行程入下到下极点,将拉延毛坯压紧在凹模压料面上并保持不动,这时运动着凸模行程往下,对拉延毛坯进行拉延直到下极点,拉延毛坯通过凹模圆角拉入凹模,拉延或凸模形状。凸模形状就是拉延件内表面形状,拉延件形状都是凸形的。拉延件上的装饰棱线、装饰筋条、装饰凹坑、加强筋、装配用凸包、装配用凹坑等一般都是在拉延模上一次成形出,拉延件的反拉延也是在拉延模上成形出。因此凹模结构除凹模压料面和凹模圆角外,在凹模里装有成形用的凸模或凹模也属于凹模结构的一部分。得到凹模和凸模的模具模型如图2所示。
2.2 模具虚拟装配
模具装配的质量好坏,对于模具的技术状态、使用寿命以及制件的质量都有很大的影响。因此,装配工作应在装配工艺规程指导下进行。由于模具的生产属于单件小批量生产,故在装配时,模具零件加工误差的累积会直接影响模具装配精度。冲模的装配,最主要的是保证凸凹模的对中,使间隙均匀。为此,总装前必须认真考虑上、下模的装配顺序,否则可能出现不便于调整间隙的情况。上下模的装配顺序与模具的类型和结构有关。通常是看上下模的主要零部件中哪一位置所受的限制大,就作为装配的基准件先装,再以它来调整别的零件的位置。
虚拟环境下装配过程用户从传统装配造型过程中的繁琐的操作中解脱出来,通过自动的配合约束满足特征元素的装配,从而大大简化了装配过程,使得装配过程更加趋于自然,并通过干涉碰撞检测,对装配过程的问题进行实时反馈。
装配的具体步骤为:(1)确定基准零件与装配零件。(2)确定特征配合对(3)建立特征元素对之间的约束(4)建立零件之间的约束。装配过程的结束,可以随操作过程结束而终止,也可由用户抓握一个新的零件而终止。一旦装配过程要结束,系统要搜集整理已有特征对的约束,并将其存入到装配约束模型,从而建立零件之间的约束。
3 模具的数控加工
在虚拟制造的整个过程,数控加工是必不可少的一个环节,也是非常重要的一个环节。设计的零件是否有很好的加工工艺性,或者是否能够加工出来,这些通过数控加工这一环节来体现。更重要的是使设计的零件的在实际装配时,能否达到合理的装配要求,以及装配好以后能否达到加工满足要求的零件的目的,所以零件的虚拟加工的作用是不言而喻的。这样就可以减少实际生产的费用,提高生产的效率。
另外,如果对于形面的光洁度要求非常高,则在精加工时留余量0.02mm,进行光整加工处理。下面以门板的拉延模具的凸模的粗加工为例来说明曲面的数控加工仿真。
4 总结
借助计算机技术,采用虚拟制造技术,能大大提高设计的效率,降低传统模具的周期长,花费大等缺点。本文介绍了虚拟制造技术的特点和发展现状,指出了虚拟制造技术在汽车覆盖件生产中应用方法和步骤,并以汽车车门的拉延模具为例,运用UG进行了汽车车门及其凹凸模具的虚拟制造过程。本文的研究对于汽车覆盖件的虚拟生产具有借鉴意义。
参考文献
[1]张树生,杨茂奎,朱名铨等.虚拟制造技术[M].陕西:西北工业大学出版社,2006.
[2]陈定方,罗亚波.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社,2002.
产品性能分析与虚拟制造 篇6
关键词：性能分析,虚拟制造,虚拟产品,产品性能层次结构
通常所说的产品性能,实际上是指产品的功能和质量两个方面。功能是构成竞争力的首要要素。用户购买某个产品,首先是购买它的功能,也就是实现其所需要的某种行为的能力。质量是指产品能实现其功能的程度和在使用期内功能的保持性,质量可以定义为“实现功能的程度和持久性的度量”,使它在设计中便于参数化和赋值。
1 产品的性能的构成
当今各类产品功能日益增强,结构日益复杂,产品性能涉及多个领域。这使产品性能分析工作变得日益复杂。因此有必要建立产品性能模型来描述产品性能及其产品各性能之间的关系,进行性能综合分析评价。
目前常用的是采用面向对象的方法构造具有层次结构的产品性能树,将产品性能概括为技术性能、经济性能、实用性能和社会性能等四个主要方面。技术性能包括产品可加工性、可装配性、结构与工艺性等内容;使用性能包含产品工作性能、产品质量、人机工程等内容;经济性能主要指产品上市时间,设计制造费用等;社会性能主要考虑使用产品时对人体健康的影响、对环境的污染、资源的利用及绿色制造的要求。
2 产品性能与产品开发、制造的关系
因为用户对产品的要求是从性能出发的,是设计的起点和完成的标志,性能特征应当成为整个设计过程的基本特征,或者称为由性能需求驱动的设计。而制造则是通过工艺特征实现功能特征和质量特征所依附的几何特征和材料特征。产品开发研究如何从性能特征到几何特征、材料特征和工艺特征的映射。对于一个性能上的需求,可以由多个结构、多种材料、不同的工艺来实现,因此,在开发、制造前必须对产品性能进行分析。性能分析就是用必要的方法去检验或验证结构、材料和工艺是否实现了求解的性能及其实现的程度。在产品开发各阶段,通过一定的准则和标准对产品进行全方位的、实时的性能分析,并及时将分析评价结果反馈给设计环节,使产品各性能在一定程度上得到协调优化,并根据产品综合性能最优化原则选择一个设计方案予以实施,使开发出来的产品达到用户(设计者)所追求的最佳性能组合。
3 虚拟制造与产品性能分析
虚拟制造的本质是以计算机仿真技术为前提,对设计、制造等生产过程进行统一建模,在产品设计阶段或产品制造之前,就能实时地并行地模拟产品的制造全过程及其对产品设计的影响,预测产品的性能、成本和可制造性,从而有助于更有效、更经济灵活地组织生产制造,以达到产品的开发周期和成本的最优化、生产效率的最高化等目的。虚拟制造是虚拟现实技术在制造业的渗透,它给企业的生产活动带来了高度的柔性、敏捷性,满足了企业适应不可预测、快速多变市场的需求。
虚拟制造产品是从概念设计到投入使用的全过程都在计算机构造的虚拟环境中“虚拟”实现,它是产品开发的实验床。其目的不仅是对产品的物质形态和制造过程进行模拟和可视化,而且是对产品的性能、行为和功能以及在产品实现的各个阶段中的实施方案进行预测、评价和优化。开发符合用户需求的全性能优化的产品是虚拟制造的根本任务之一。虚拟制造“生产”的虚拟产品(Virtual Product,V P),具有真实产品所必须具有的特征。通过对V P实时性功能的仿真,设计人员或用户能够像对待真实产品一样移动、碰撞、使用V P,在生命周期的各个阶段对V P性能进行各种实时分析,如有限元分析、人机工程分析、干涉分析、加工过程分析、装配分析等,通过分析、修改,使产品达到整体性能优化。这能使用户和制造商更快、更全面、更真实地了解想象中的产品。V P将成为最为流行的信息交流方式,完全交互式的V P正在替代销售手册、安装手册、甚至是维护手册,使顾客和设计者在决定购买和制造之前能够首先看到并了解产品的先进性。
4 虚拟制造中产品性能分析的实现
虚拟制造中的虚拟产品(V P),为了满足对产品全方位、分层次、分阶段的性能分析的需要,设计者按照产品系列、整机、零件、部件和特征等建立产品的层次结构,通过产品的层次结构对产品的性能进行模拟分析,主要从以下几个方面进行:
4.1 结构属性层
对机械产品进行性能分析时,其对象可能是零件、部件、组件或整机。每个对象都有其上一级的结构所属层。对于零件而言,其上一级结构所属层即为该零件装配所属的部件。对部件而言,其上一级结构所属层即为该部件装配所属的组件。这种所属关系逐级向上,直到整机。整机的结构所属层,即为该机的使用条件与环境。在进行性能分析时,首先应该清楚分析对象所处的结构层的位置,从而明确与分析对象相关的环境约束因素。
4.2 性能属性层
性能属性层主要反映设计对象在整个产品实现过程中的性能。要得到有竞争力的产品,设计对象在性能属性层的因素至少应该包括如下一些方面:设计对象的功能性、制造工艺性、经济性、资源利用率、人机适应性、使用安全性、质量可靠性、环境友好性、易于服务维修及回收利用等。传统设计中,对于人机适应性、环境友好性、服务维修方便性以及可回收利用性往往没有给予足够重视,从而影响了产品的竞争力。产品全性能树就是对产品性能的分类归纳总结,其目的是为了便于性能分析评价工作的进行。
4.3 结构属性层与性能属性层的关系
结构是性能的载体,性能是结构的反映。但是同一设计对象在整机结构层的位置并不一定完全对应于该对象在整机性能层的位置。一个具体对象在整机性能层中的位置,取决于它对整机性能的影响程度。而不是它在整机中的结构位置。
整机的某一特定性能可以由全部结构对象反映,也可以由某些结构对象反映。如汽车整机的经济性是由所有组成件的经济性来反映。而汽车的安全性却并非与其所有组成件有关。结构属性层中,隶属关系是下层属于上层而性能属性层中,隶属关系则是上层属性取决于下层属性。于较低结构层位置的零件,当其失效后,将引起其所有结构上层。如汽车制动系统中制动摩擦片这一位于较低结构层位置的零件,当其失效后,将引起所有结构上层(如制动系统、底盘)直至整机(整个汽车)在制动性能这一性能属性的失效。
5 结论
浅谈虚拟制造技术及发展应用 篇7
1. 虚拟制造技术的基本概念
虚拟制造技术VMT (Virtual Manufacturing Technology) 是20世纪80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。它是以虚拟现实和仿真技术为基础, 对产品的设计、生产过程统一建模, 在计算机上对产品从设计、加工和装配、检验、使用等整个生命周期进行模拟和仿真。采用虚拟制造技术, 可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程, 以此来优化产品的设计质量和制造过程, 优化生产管理和资源规划, 使产品的开发周期和成本最小化。
2. 虚拟制造技术的主要特点:
2.1 运用信息技术对制造系统的要素进行全面仿真和高度集成
通过产品模型、过程模型和资源模型的组合与匹配来仿真特定制造系统中的设备布置、生产活动、经营活动等行为, 优化制造系统各要素 (人、技术、管理、环境等) 的整体配置.从而确保制造系统的可行性、合理性、经济性和高适应, 为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间, 同时也推动了相关技术的不断发展和进步。
2.2 人与虚拟制造环境交互的自然化
虚拟制造环境是以人为中心, 使研究者能够沉浸到由模型创建的虚拟环境中去, 通过多种感知渠道直接感受不同媒体映射的模型运行信息, 并利用人本身的智能进行信息融合, 产生综合映射, 从而深刻把握事物的内在实质。人与虚拟制造环境的交互有利于加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解, 有利于对其进行理论升华, 更好地指导实际生产。也有利于对生产人员进行模拟操作训练、异常工艺的应急处理等, 加快企业人才的培养速度。
3. 虚拟制造技术的研究内容与关键技术
3.1 虚拟制造技术的研究内容
由于虚拟制造涉及的技术领域极其广泛, 并且许多技术并非虚拟制造所特有, 有些技术在其它领域也早有研究和应用, 如CAD/CAM/CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础, 多媒体远程通讯、网络技术、信息集成、三维实体建模技术等计算机各项技术的发展, 为虚拟制造功能的实现提供了有力支撑。近年来, 虚拟制造无论在基础研究, 还是技术开发方面都取得了很大的进步, 信息集成技术在虚拟制造中也得到了广泛的应用。但是虚拟制造技术并不是已有各单项技术的简单组合, 而是对制造知识进行系统化组织, 对工程对象和制造活动进行全面建模, 在相关理论和已积累知识的基础上实现集成。
就目前的研究情况来看, 虚拟制造技术针对产品生产与制造过程的拟实仿真、制造企业活动知识抽取、系统过程评价的中断介入等, 这需要有高计算能力、高速度、低成本的硬件和软件的支撑, 而目前软件的发展远远滞后于硬件, 虚拟制造技术要真正成为现代制造技术利器, 还有许多相关技术有待研究和开发, 虚拟制造技术的研究与应用有着巨大的潜力。
3.2 虚拟制造的关键技术
虚拟制造的关键技术可分为软硬两个方面。目前, 这些技术仍处于发展完善之中, 相比之下, 软件方面的开发远远落后于硬件。
软件方面的关键技术, 包括制造系统建模、产品开发和制造过程仿真以及可制造性评价等。软件技术是创建高度交互的、实时的、逼真的虚拟环境所需的关键技术。在进行软件开发时, 要考虑虚拟环境的建模以及所建环境的可交互性、可漫游性等。
软件方面涉及的主要技术有可视化技术, 即将各种信息以一种有意义、可理解的虚拟方式显示给用户;环境构造技术开发, 即一种像通用操作系统那样的环境, 以便促进可视化和其它VM功能;信息描述技术, 即采用不同的方法、不同的语义或语法表达不同的信息, 集成结构技术, 建立硬件和软件技术;仿真技术, 在计算机中设计制作实时系统模拟的过程;方法论, 找出用于开发和使用VMS的方法;制造的特征化技术。获取、测量和分析影响制造过程中材料去处的变量;VMS的实施、测量和检验技术;在VM环境下的人——机、人——人等关于人机工程学方面的评价和优化技术。
硬件方面涉及的主要技术有输入/输出设备, 如头盔式立体显示器 (HMD) , 适用的计算机屏幕、可视化眼镜, 数据手套、三维鼠标、数据衣服、虚拟音响设备;与输入/输出有关的存储信息设备;能支持各种设备、数据存储和高速运算的计算机系统, 该系统应具有按用户需求实时提供高质量画面的能力;网络体系结构设备和不同站点的硬件设备 (如小型机、图形工作站、PC机等) 。
通过软硬技术的结合, 建立虚拟现实计算平台, 在VRS中综合处理各种输人信息并产生作用于用户的交互性输出结果的计算机系统。
4. 结束语
虚拟制造技术是一门新兴的先进制造技术, 本文从虚拟制造的特点、虚拟制造的研究内容以及几个关键技术出发, 对虚拟制造的研究现状、存在问题和研究方向进行了综述和评议。可以看出, 尽管近年来国内外取得了一定的研究成果, 但还有许多难题需要进行进一步深人的研究, 特别是制造系统建模和仿真以及面向虚拟产品开发全过程的集成系统等有待研究和开发, 相信通过全世界虚拟制造研究人员的努力, 数字化制造的时代一定会到来。
参考文献
[1]黄炜.虚拟制造技术及其研究.苏州职业大学学报, 2006. (11)
[2]肖田元.虚拟制造.北京:清华大学出版社, 2004.
[3]贾广飞, 葛敬霞, 印建平.虚拟制造技术及其在我国的发展策略
电子SMT虚拟制造技术的研究 篇8
在国内, 电子SMT虚拟制造方面的研究只是刚刚起步, 其研究也多数是在原先的cad/cae/cam和仿真等基础上进行的, 目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段, 系统地研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和国内环境的结合上。清华大学cims工程研究中心虚拟制造研究室是国内最早开展虚拟制造研究的机构之一, 主要进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床、虚拟汽车训练系统等方面的研究;浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、虚拟工作台、虚拟产品装配等研究;西安交大和北航进行了远程智能协同设计研究;西北工业大学进行了虚拟样机的研究。国内在虚拟现实技术、建模技术、仿真技术、信息技术、应用网络技术等单元技术方面的研究都很活跃, 但研究的进展和研究的深度还属于初期阶段, 与国际的研究水平尚有很大的差距。我国的研究多集中于高等院校和少量的研究所, 企业和公司介入的较少。
电子SMT虚拟制造是一门新兴的、综合性的先进制造技术, 目前, 大部分高职院校设立SMT电子制造相关培训, 但无实验设备和条件, 即使已有SMT生产线的, 也无资金或产品让学生开动生产线, 学生只能走马观花式地参观, 没有真正得到训练。再有国家劳动部门的职业技能认证也只有电工、电装工、焊接工等低端工种, 没有SMT相应的高端工种, 影响了学生和企业对电子SMT教育的认同度。在电子类专业工程实训和SMT实际生产中, 为了能够从更高的层面熟悉现代电子产品制造的全过程, 了解目前电子产品制造中最先进的设备和技术, 建立电子SMT虚拟制造系统和SMT认证培训是最好的解决思路。
2电子产品PCB设计与制造
包括PCB可制造性分析和PCB设计静态仿真, PCB可制造性分析根椐用户设计的Protel或Mentor电路PCB文件, 自动检测出用户设计电路的错误;PCB设计静态仿真直观显示设计的PCB板组装后的情况 (基板、器件、焊膏、焊点、胶点) 。
3电子SMT工艺设计与管理
包括SMT工艺设计和仿真、MIS管理, SMT工艺设计和仿真通过PCB设计的Demo板, 依据总体设计中元器件数据库、电路布线、工艺材料和现有SMT设备的实际情况来设计SMT生产线工艺流程, 根据所设计的工艺流程, 对其进行动态仿真, 让学生直观选择组装方式, 进行设备选择和产能估算, 最后确定自动化程度和工艺要求;MIS管理主要包括两方面:一是了解品质管理和国际、国内的SMT标准。二是SMT印刷管理、SMT贴片管理、回流炉管理、SMT文件及资料管理、SMT设备管理。
4电子SMT虚拟制造系统及其关键技术
包括丝印机、点胶机、贴片机、回流焊机、波峰焊机, AOI检测机等虚拟制造及其关键技术。
电子SMT虚拟制造系统主要在SMT关键设备编程设计和制造之间建立联系, 将SMT关键设备的生产过程在计算机上以直观、生动、精确的方式呈现出来, 取代传统的试机过程, 缩短开发周期、降低成本、提高生产效率。下面以丝印机和贴片机为例:
丝印机主要对主流机型包括MPM、DEK和GKG丝印机进行CAM程式编程, 再进行模板设计, 最后模拟丝印机的界面、编程过程及控制参数的设置。
贴片机主要对主流机型包括YAMAHA、SAMSUNG、JUKI、FUJI、PANASONIC和SIEMENS贴片机进行编程, 贴片机虚拟系统包括模拟编程模块、贴片机2d/3d仿真模块、贴片程序优化模块和贴装数据库模块。贴片编程首先通过EDA电路设计的数据导入确定贴片坐标, 然后根据基板信息对标号Fiducial定位, 设置Mark点, 最后通过输入的元器件信息确定送料器的分配、生成贴装程序并调用程序进行生产动态模拟仿真。
5 SMT技术资格认证培训
包括技术员 (中职) 、见习工程师 (高职) 、助理工程师 (本科) 、工程师 (企业) 和高级工程师 (企业) 五个等级的资格认证培训。
考试分专业知识和实际操作两部分, 专业知识主要考查考生SMT电子制造的基础知识能力、综合运用能力、以及解决问题的能力。实际操作着重考查考生SMT电子制造实际动手能力。以见习工程师 (高职) 认证培训为例, 培训系统将PCB设计、SMT生产线工艺设计、关键SMT设备编程、加工过程可视化仿真和可制造性评价系统集成, 在计算机上以直观、生动、精确的方式模拟出先进电子SMT制造技术。不仅可以使学生进一步掌握EDA电路设计技术, 更可以使学生掌握SMT组装技术和各种SMT关键设备技术, 彻底改变了传统的一把烙铁学电子的局面。
6结束语
本文对电子SMT虚拟制造技术进行了研究, 针对印刷、贴片、焊接缺陷问题, 通过电子产品PCB设计与制造、电子SMT工艺设计与管理、电子SMT虚拟制造系统及其关键技术和SMT技术资格认证四个方面来开展研究分析, 实践表明, 电子SMT虚拟制造技术能够从更高的层面熟悉现代电子产品制造的全过程, 了解目前电子产品制造中最先进的设备和技术, 并对关键SMT设备进行编程操作, 将SMT关键设备的生产过程在计算机上以直观、生动、精确的方式呈现出来, 缩短开发周期、降低成本、提高表面组装质量和效率。
参考文献
[1]FUJITA Y, KAWAGUCHI H.Full-custom PCB implementation of the FDTD/FIT dedicated computer[J].IEEE Trans Magnetics, 2009, 45 (3) :1100-1103.
[2]裴玉玲, 庞佑兵.基于可制造性设计的PCB协同设计[J].微电子学, 2010, 40 (5) :732-734.
[3]邓北川, 申良.SMT回流焊工艺分析及其温控技术实现[J].电子工艺技术, 2008, 29 (1) :30-32.
比真系统更强大的虚拟系统 篇9
其实，对于喜欢玩软件、玩系统的朋友来说，可以考虑在影子系统或虚拟系统中进行具有一定危险性的操作。与真实的操作系统相比，影子系统只是真实系统的投影，而虚拟系统是一个利用空余的磁盘存储空间和系统内存人工创建的额外系统，无论哪一种系统，都具有绝佳的安全性，操作或是病毒木马，都不会影响到真实系统；对于虚拟系统来说，更可以解决令人讨厌的兼容性问题，可以让原本出现冲突的软件在不同的系统平台运行；在系统维护上，影子系统和虚拟系统几乎是“零成本”……
懒系统免维护用影子
虽然现在的图形化操作系统设计越来越人性化，WindowsXP／Vista／7的所有操作都非常直观，但对于接触电脑时间不长的新手朋友来说，其中还是存在着很多的危险，例如被恶意安装了新的软件以及木马或病毒入侵。如果安装VMware、VPC创建虚拟机，操作既麻烦又需要注册，是否有更简单一些的办法呢?
PowerShadow(中文名称为“影子系统”)是一款很有意思的软件，这个软件能够100％虚拟原有操作系统的完整影像，就像真的一样，但所有操作都在影子系统中进行，木马、病毒、流氓软件、误操作都不会对原有操作系统造成任何影响，即使影子系统崩溃，你也不用担心，因为可以随时重建一个影子系统……利用影子系统可以有效保护操作系统，免维护，如果需要打补丁，可以随意关闭影子系统进行更新操作；当浏览不安全网站或朋友用电脑时，可以随时开启影子系统。
构建影子系统
执行安装程序，文件复制完成后会弹出对话框(如图1)，这里主要是告诉用户日后如何进入影子模式，单击“下一步”按钮即可完成安装，重新启动系统后即可生效。
重新引导计算机，你会发现如同安装了双系统那样，引导菜单中增加了两个新的引导项目：Microsoft Windows XP Professional的单一影子模式和Microsoft WindowsXP Professional的完全影子模式，使用上下光标键选择即可。
体验影子模式
在进入影子模式之前，桌面会有一些水波纹般的变化，稍等片刻即可恢复正常，然后我们会看到虚拟桌面(如图2)，看起来与以前的系统并没有任何差别，唯一的变化是桌面四角都有醒目的“单一影子模式”提示信息，系统托盘区也会出现相应的图标提示(两个不断闪烁的月牙)。
我们可以和以前一样去使用这个影子系统，包括其中的所有系统组件和应用程序，但所有对系统分区的更改将在重新启动后失效，应当说这是一个非常好的特性。由于影子模式“重启即丢”的特性，须及时做好保存工作，可以放心的是，在准备退出影子模式(重启或关机)时，PowerShadow都会提示用户将重要的文件存储至安全的区域(如图3)，用户可以按照两种不同的思路保存操作成果。
如果考虑将文件或数据保存至非系统分区，这时推荐使用“单一影子模式”。如果你习惯于将文件保存在“我的文档”目录，建议重新定位“我的文档”的默认位置，右击打开属性窗口即可调整，注意不同版本的操作系统在操作方面可能稍有一些差别。
如果想保护整个电脑系统，而将文件或数据保存至USB接口的可移动存储设备或保存到Gmail邮箱或其他的网盘，这时推荐使用“完全影子模式”。
看起来PowerShadow构建的影子系统很像VMware、VPC创建的虚拟机，但两者有着本质的区别，影子系统只是原系统的影子而已，原系统中安装的任何应用程序，在影子系统都可以正常使用，而且用户可以随时在正常模式中进入影子模式，但要从影子模式返回正常模式，则需要重新启动系统才行。
用好影子模式
事实上，影子模式并非仅供喜欢尝鲜的用户玩耍，它可以像重要领导人的替身那样对原系统进行完美的保护，如果进入影子模式，所有危险的操作都会被拒绝在原系统之外。比如可以无限期使用共享或试用软件，可以保护个人隐私信息等。
当小白鼠
如果你是一个喜欢尝鲜的小白鼠，那么现在可以尽情去安装最新版本的软件、可能有危险的程序或文件，甚至直接去玩一玩病毒、修改注册表，你都不用担心，因为当下次选择原操作系统引导计算机时，所有在影子模式下执行的操作都不会反映出来，当然也不会对原系统造成任何影响。
TIPS
如果在原系统中接收到一封带有可疑附件的邮件，只需进入影子模式打开附件，即使附件携带病毒，退出影子模式之后，病毒也将离你而去，然后就可以考虑在原系统中删除这封邮件。
无限期使用共享软件
很多共享软件都有使用时间的限制，这并非简单的卸载后重新安装就能解决的，不过利用影子模式可以很轻松突破这一限制，由于影子系统对系统分区的任何操作都会在重启后失效，因此重新安装共享软件就是轻而易举的了。
抹去隐私信息
对于还在使用公用计算机的朋友而言，恐怕不会愿意在系统中留下自己的隐私信息，例如打开文件、浏览网页等操作都会被记录下来，手工清除這些记录并不是一件容易的事情，而影子系统可以非常完美地解决这个问题。选择完全影子模式，可以监控所有分区，然后你尽管放心进入影子系统浏览网页或进行其他操作，因为重启后所有记录都将被抹去，这样也就不用再担心自己的隐私会泄露了。当然，此时需要考虑的就是如何在退出系统之前将操作成果保存下来。
小编手记
从正常模式进入影子模式，只需要在“系统控制台／通用菜单”窗口下选择启动单一影子模式或完全影子模式，然后单击“启动”按钮即可；如果需要从影子模式返回正常模式，则必须重新启动并在引导菜单中作出选择。
勤软件兼容用虚拟
要玩Windows 7，但由于各种原因又离不开Windows XP，除了安装双系统之外，有没有其他的方法呢?虽然Windows 7的专业版、企业版、旗舰版提供了名为XP Mode的功能，但要求处理器必须支持Intel的VT或者AMD的AMD-V技术，仅仅是这一条就将众多机子排除在外……
其实，我们可以选择VMWare的VMLite XP Mode，不仅功能与Windows 7的XP Mode完全相似，而且在某些方面更胜一筹，最关键的是对处理器没有虚拟化的要求，而且没有系统版本的限制。
运行并建立虚拟机
与其他的虚拟机工具一样，首先需要创建一个虚拟机，按照下面
的步骤进行操作：
第一步：安装VMLite Workstation
访问http：／／www.vmlite.com／index.php／download／，按照提示完成简单的账户注册，单击“Download”按钮下载安装文件，安装界面虽然是纯英文，不过只需要一路单击“Next”按钮即可。
第二步：安装xP Mode
完成VMLite Workstation的安装之后，会自动进入VMLite XP Mode的安装环节。这里是简体中文界面，因此完全不用担心语言问题。这里提供了三种不同的安装模式(如图4)：
指定虚拟Windows XP文件夹：前提是系统中已经安装XP Mode，访问http：／／www.microsoft.com／windows／virtual-pc／aownload.aspx.下载名为WindowsXPMode_zh-cn.exc的文件，直接双击即可完成安装，接下来单击浏览按钮，定位到Windows XP Mode的安装文件夹，单击“下一步”按钮即可；
指定XP模式包或虚拟磁盘文件：单击浏览按钮指定WindowsXPMode_zh-cn.exe所在的路径，这种模式适用于无法直接安装XPMode的用户；
从互联网下载：仅Window s Vista、Windows 7系统中可用，从下拉列表框中选择需要安装的语言，例如选择“Chinese(Simplified)”，单击“下一步”按钮，按照提示自动完成下载和安装，不过如果网络条件不太好，这种安装模式可能需要比较长的时间。
第三步：完成配置
无论是选择哪一种安装模式，在VMLite XP Mode的安装过程中，都需要像Windows XP Mode那样，由用户输入登录密码，接下来还需要选择是否启用自动更新。
第四步：磁盘初始化
完成上述步骤之后，VMLite XP Mode将对虚拟磁盘进行初始化，耐心等待片刻即可完成。之后，将弹出“自动播放”对话框，打开或直接關闭即可，首次使用时会自动完成设置工作。
在虚拟系统中运行软件
刚才所创建的虚拟机，其实就是一个正版的Windows XP sP3操作系统。在这里可以进行相关的操作，例如安装软件、浏览网页、即时聊天等，与真实的操作系统完全没有区别。
VMLite XP Mode为用户提供了三种不同的显示模式：窗口模式、全屏模式、无缝模式，这可以在“控制”菜单下进行快速切换。
默认为窗口模式，建议尽可能选择“无缝模式”。在这种模式下，VMLite XP Mode将隐藏虚拟机基本窗口，将虚拟系统的任务栏与开始菜单放置于真实系统windows 7的任务栏之上(如图5)，当我们通过虚拟系统的开始菜单运行虚拟系统中安装的应用软件时，就如同在Windows 7下直接运行一样。
当然，使用虚拟应用程序保存的文件是保存在虚拟操作系统中的，这就需要根据情况而定了。
共享磁盘分区
在虚拟系统中打开“我的电脑”，将会看到名称类似于“host上的sfs(H：)”的网络驱动器，双击打开之后可以看到文件夹窗口，这里的文件夹对应于真实系统下的相应磁盘分区，可以直接访问和使用其中的文件、程序，完全没有虚拟限制。
默认设置下，虚拟系统对真实系统的所有磁盘分区都拥有“完全”的访问权限，这显然不利于数据的安全性。
如果需要作出某些限制，请在VMLite XP Mode的“设备／分配数据空间”下重新设置访问权限(如图6)，勾选“只读分配”复选框，确认之后即可生效。
TIPS
获得“完全”的访问权限之后，剪贴板的内容将实现完全的双向共享，真实系统中的剪贴板内容可以直接粘贴到虚拟系统中，虚拟系统中的剪贴板内容也可以直接粘贴到真实系统，完全没有任何障碍。
应用程序的安全虚拟
对于在Windows 7 XP Mode中非常好用的“应用程序虚拟”功能，VMLite XP Mode也同样支持。VMLite XP Mode一样带有“自动发布虚拟应用程序”功能。
当用户在虚拟系统中安装某个应用程序之后，VMLite XP Mode会自动将该应用程序以虚拟形式发布到Windows 7系统，不需要作任何额外的设置。可以在Windows7开始菜单的“所有程序／VMLite Workstation／VMLite XP Mode Application s”的下级菜单中找到该虚拟应用程序的快捷方式(如图7)，当然也可以直接在真实系统下调用，并不需要进入虚拟系统，从而实现应用程序的虚拟运行，完全保证了应用程序的高兼容性，同时也可以获得更佳的安全性。
小编手记
机械制造教学中虚拟资源的开发 篇10
随着高职示范性改革深化和教学网络化的发展, 传统的仅限于讲授式教学和单一的实践教学方法已不能满足实践要求, 虚拟资源建设已成为新时期教改的必然要求。虚拟设计及制造不仅广泛应用于机械及电子产品的研制和开发领域, 在教学资源建设中也发挥着越来越重要的作用。在机械制造课程开发时, 采用了虚拟实训教学与真实现场实训教学相结合的方式, 使教学效果明显得到提高。
一、虚拟资源开发的背景及现实意义
传统机械制造专业实践课教学由于受到实验设施、实验场地、教学手段等各方面原因的限制而往往产生教学效果差、效率低、效益低的“三低”问题[1]。应高职示范性建设的要求, 为了便于实现网上资源共享, 解决设备不能及时更新的难题, 减少硬件设备资金的重复投入, 虚拟实验室的开发建设显得尤为重要。虚拟资源具有传统的电化教学所不必备的优势, 其交互性和真实性等特点, 十分适合项目式教学法的需要, 学生可以主动参与学习过程。虚拟试验室在教学中, 较真实的虚拟了现场情境, 并部分取代了真实实验室的作用。这一做法越来越受到教育界人士的广泛重视。其现实意义主要有以下三点:
1.虚拟现实技术有效缓解了实验场地不足、设备更新费用不足的矛盾。在机械加工实训时存在着消耗原材料及刀具、机床磨损等费用问题, 而虚拟资源的使用几乎不增加任何的学习成本, 对于开放性的虚拟资源, 二次开发的成本也较低。
2.虚拟实验室有利于学生自主学习。在虚拟实验资源条件下, 学生在各情境下进行交互性学习时, 可获得生动丰富的信息, 操作时危险性小, 有利于引导和帮助学生完成主动学习过程。
3.便于实现网络化教学和资源共享。虚拟资源建设对于教育资源共享和精品课网络化, 节约教学投资, 优化教育情境, 提高工作效率均起到十分重要的作用。
二、课程虚拟资源的设计特点
虚拟资源在一定程度上替代了真实资源, 尤其在早期自主学习阶段和网络及远程教学方面存在巨大的优势。在资源建设中应充分体现以下的虚拟资源的特点和优势。
1.真实感强
情境真实, 才能使学生产生身临其境的全方位的立体冲击感觉。可利用SOLIDWORKS等软件对真实机床设备、刀具、夹具及零件进行1:1比例建模, 模拟真实情境下各部件真实的运动及速度, 并进行音效处理。
2.交互性好
交互性是学生自主学习的重要保证, 也是教学改革效果的重要标志。互动性和参与性较强的教学资源, 可以激发学生的学习兴趣, 并对学生学习过程产生积极引导作用。
3.评价性好
评价系统是对学生虚拟操作过程完成效果的评价和认定, 该评价系统是依据教学大纲要求设立, 是包括虚拟实验过程及结果测试在内的综合评价单元, 具备自动打分功能。测试项目内容可根据教学重点的转移和技术的需要进行更新, 由教师通过终端服务器进行修改。教师可通过网络反馈学生对知识的掌握情况和相关学习信息, 学生可对教学统进行评价和提出要求, 进行项目单元和总体测试打分。
4.开放性高
开放的教学软件更便于日后的升级和后继资源的引入, 在必要时也可以根据相应需要进行单元的替换。教学资源形成首先是教学资源框架的制定, 各子单元是包括虚拟仿真资源在内的各种交互程序, 还包括图片、工程图纸、照片、录像及文字资料等。各项资源单元应可根据需要进行替换, 以便于对软件的维护和适应不同时期教学内容的更新。根据需要进行参数的变更和相应虚拟情境等的设定可由学生根据学习需求自行完成或教师根据教学需要完成。
5.实践性强
内容丰富, 更多融入教师及相关人员的实践经验。体现教师的指导性作用和学生的主体地位的要求。
三、虚拟资源建设的方法和主要内容
《产品工艺识读与编制》学习领域以“罗茨流量计”的典型零件的加工及产品装配为项目。利用Solide Works、Flash、3DMAX和Eon Studio等软件模拟了实际零件的机械加工过程及产品的拆装过程, 建立了可实现人机交互的网络精品课的虚拟加工及装配资源。在进行产品装配体建模时, 不同层次零件的装配应存在先后顺序约束, 下层零件的装配优先于上层零件的装配, 不同子装配体的零件可以并行装配[2]。
四、结束语
本文以真实产品的机械加工和装配为项目, 指出了配合真实实训室教学的虚拟资源的必要性, 介绍了虚拟资源建设的主要内容。值得注意的是, 虚拟资源建设的一次投资较大, 所以虚拟资源要以实用性和真实性为目标, 注重学生的主动参与性和学生的工程实践的综合能力等培养, 而不必片面追求完备性。
参考文献
[1]柯中炉, 牟惠康, 杨林生.虚拟技术:提升高职专业课实践教学的有效策略.职业教育研究, 2008, 第10期158-160.
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