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

篇(1)

關鍵詞 畢業設計 機器人 本體設計 本科生

中圖分類號：G642.477 文獻標識碼：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“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志，是中國實現中國制造2025的關鍵。機器人已成為高校工科專業關心的熱門主題，許多工科專業本科生的畢業論文主題與機器人有關。畢業設計是普通高等學校培養人才極為重要的教學環節，旨在煅煉學生綜合應用所學的各種理論知識和技能進行全面、系統地解決實際問題的能力。然而，許多本科生在畢業設計中對機器人本體進行設計時，對一些重要的設計方法理解不到位，進行了錯誤的設計。

1 機器人本體運動學計算分析中的常見錯誤分析

機器人的運動學分析包含位置正反解、速度正反解和加速度正反解。運動分析是機器人力學分析、工作空間分析和控制系統設計的基礎。因此，只要本科生的畢業設計中涉及機器人本體設計，必然包含運動學分析。運動學分析的核心是建立位置正反解、速度正反解、加速度正反解的數學模型。許多本科生在進行機器人的運動學計算分析時常出現如下錯誤。

1.1 位置分析中運用解析法和數值法的錯誤分析

位置求解的本質是求解一組有約束方程構成的非線性方程組。解析法是指從約束方程求解出描述機器人的驅動輸入角（線）位移與末端執行器輸出位姿之間關系的一個嚴格的函數表達式。這種函數表達式的重要特征是給出任意的自變量就可以求出其因變量。數值法是指在給定驅動輸入位移（或末端執行器輸出位姿）條件下對約束方程采用某些數學算法，如數值逼近法、插值法等獲得一個近似于真實末端執行器輸出位姿（或驅動輸入位移）的解。一般而言，位置分析更希望得到解析解，因為有了解析解，后續的運動性能分析、力學性能分析和工作空間分析更加方便，但很多時候只能得到位置分析的數值解。

對于機器人位置分析，本科生在畢業設計中常見的錯誤如下：

（1）誤判解析解和數值解。根據機器人中的幾何限定關系列出約束方程后，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程較為復雜，許多本科生在求解過程遇到困難時就斷定沒有解析解，但實際上解析解卻存在。

（2）把解析法誤認為數值法。有的學生在畢業設計中求解機器人本體的位置正解和反解時，有時把平臺參數和桿長參數指定為具體數值，能夠方便得到求解結果，卻稱這是數值解。

（3）亂用數學算法方法求得數值解。對于解析解分析過程太過復雜或用現有的數學手段無法得到解析解時，數值解是必然選擇。但數值算法有很多，許多本科生在畢業設計中不知該選擇那種算法才有效，大多是憑感覺選擇。

對于上述錯誤，本科生在進行相關的畢業設計時應該掌握的一個一般規律：串聯機器人位置反解和并聯機器人的位置正解一般很難得到解析解，大多數只能通過數學算法得到數值解。其次，應該注意解析法和數值法的內涵區別，只有用了數值逼近、迭加或搜索等算法才能稱為數值法。目前較為有效的數值算法是牛頓-拉夫遜方法，其要點是把非線性方程求解過程變成反復地對相應的線性方程進行求解的過程。

1.2 用求導法建立速度和加速度模型的錯誤分析

如果求出的位置解表達式不復雜，對其直接求導能得到速度模型，對其求二次導就可以得到加速度模型。但當位置解表達式很復雜導致它的導數不能求出時，只能采用別的方法進行速度和加速度模型。

本科生在畢業設計中一般都采用求導法來分析機器人的速度和加速度。如確實能求導的他們就列出求導后的結果。如本來不能求導的他們就只列出表示求導的式子，只是形式上完成了速度和加速度分析，這種做法實質上是錯誤的。

對于不能用求導法進行速度和加速度分析的機器人，基于螺旋理論的影響系數法是一個很好的方法。該方法不需要求導，能極簡單顯示表達出機器人本體的正反速度和加速度模型。

2 仿真分析中的錯誤分析

為了證明已建立的機器人的運動學數學模型是否正確，往往需要用計算機軟件建立機器人的仿真模型進行分析驗證。常用來建立機器人仿真模型的軟件有Solidworks、UG、Matlab、Adams、Ansys等。只有當仿真結果與計算結果一致時，數學模型才能被認為是正確的。進一步才能將數學模型用于控制算法中，或用來分析機器人的性能。只有在正確的數學模型上所開展的研究才是有意義的。

但是關于仿真分析，一些本科生在進行畢業設計中出現了如下錯誤：

（1）將Matlab計算結果誤認為是仿真結果。由于運動學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，進一步根據這些值可以繪制出曲線。一些本科生在畢業設計中誤認為這些值和曲線就是Matlab仿真得到的。

（2）缺少計算值與仿真值的對比。一些本科生在畢業設計中雖然完成了仿真分析并列出了仿真結果，卻沒有和計算分析的結果進行對比。

（3）誤認為毫米級誤差就可以算正確。一些本科生在畢業設計中雖然進行了仿真結果和計算結果的對比，但有的出現了毫米級的誤差，就認為這樣的誤差是可以忽略的，認為建立的數學模型是正確的。

τ諫鮮齟砦螅本科生在進行相關的畢業設計中應該正確認識用Matlab軟件進行計算和仿真的區別：編寫程序求解約束方程是計算而非仿真，Matlab軟件中用于機器人本體仿真的模塊是SimMechanics。僅僅列出仿真結果和計算結果，而不進行對比分析，那么仿真是沒有意義的。由于計算機軟件的計算和仿真默認的數值精度是10～8毫米，考慮到截斷誤差和累積誤差，計算結果和仿真結果的誤差一般是微米級。出現毫米級誤差說明計算結果和仿結果是不一致的，需要重新檢查數學模型和仿真模型，直到誤差很小。

3 基于雅克比矩陣進行性能評價的錯誤分析

早期，關于機器人的研究主要集中在串聯機器人。雅克比矩陣的條件數被用來評價串聯機器人的靈活性和可操作性。近幾十年，并聯機器人取得了蓬勃發展。許多本科生在畢業設計中進行并聯機器人的本體設計時，也用雅克比矩陣的條件數來評價其性能。然而， 2006年法國著名機器人專家Merlet 教授論證了不能用條件數來評價含有轉動和移動輸出的并聯機器人。究其原因是有混合輸出的并聯機構的雅可比矩陣量綱不一致，將導致條件數沒有明確的物理意義。

2006年后，許多并聯機器人的專家開始了新的性能評價指標研究，主要集中在基于螺旋理論的力傳遞指標與運動傳遞指標。近些年機器人領域的國際和國內權威期刊上的論文基本沒有用條件數來評價有轉動和移動輸出的并聯機器人。因此，對于畢業設計中涉及有轉動和移動輸出的并聯機器人，用雅克比矩陣的條件數來評價其性能是錯誤的，建議從力傳遞性能和運動傳遞性能指標來進行評價。

4 結論

機器人已成為高校工科專業師生研究的熱門主題，許多大學生畢業論文大多涉及機器人本體設計。本文對本科生畢業設計中涉及機器人本體運動學計算分析，仿真分析和性能評價中的常見錯誤進行了分析，并提供了解決辦法。本文的工作有助于本科生正確地進行機器人本體設計，提高畢業設計的質量。

參考文獻

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篇(2)

論文摘要：基于FMS技術開發了模塊化機電一體化教學培訓系統，該系統有助于加深學生對機電一體化系統概念的理解，掌握車間柔性制造的方法，最后以作業計劃與調度教學研究性、綜合性實驗為例，論述了該系統在培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生學習興趣和積極性的重要作用。

為使機械設計制造及其自動化專業學生在學習過程中，有機會將所學到的各門專業課的知識綜合性地應用到接近于生產實際的過程中，為他們走上工作崗位后應用這種新的理念打下基礎，學院除了建立適合于現代教學法模式的幾個獨立的專業實驗室外，籌建了一個開放式自動化綜合實驗室。在這個綜合實驗室中，我們開發了一套完全接近于生產實際的模塊化柔性制造系統，由省部共同投資。實驗室的開放性主要體現在兩個方面:一是系統組成具有開放性，系統中不同生產廠家的設備可相互兼容，便于以后擴展;二是實驗室資源具有開放性，實驗室可面向校內外各種層次的學生或培訓學員，做到資源共享，擴大受益面。

1 FMS系統組成

柔性制造系統機電一體化訓練設備，包含一條閉環柔性輸送裝置和六自由度并聯加工中心(加工站)、三自由度數控雕刻機及其控制系統、四自由度上料檢測站及其控制系統、搬運站、安裝站、安裝搬運站、智能分類站、現場總線、多層次立體原料庫及其控制系統、多層立體成品庫及其控制系統、自動化輸送線及變頻調速控制系統、PLC數據采集及物料監控系統、系統監控及管理控制軟件。

工業控制計算機通過運動控制卡發送位置信號給旋轉立體上料庫電機驅動器，電機驅動器驅動步進電機旋轉一定角度，實現零件位置對準，同時設置檢測開關，通過PLC采集至計算機，判斷托盤上相應位置是否存在零件。自動上料機器人將待加工物料送至加工位置后，系統驅動鎖緊裝置進行物料定位固定，上位機按指定程序控制六自由度并聯機器人，進行零件前序的加工。在主界面中點擊數控雕刻機控制按鈕，進人數控雕刻機控制界面，三自由度數控雕刻機主要實現對工件端面的雕刻，通過用戶編制G代碼也可以用軟件將模型轉化為G代碼，然后通過計算機的串口將G代碼傳到雕刻機，雕刻機執行G代碼。

零件前序加工完畢后，計算機控制零件搬運機器人將加工完的零件搬運至下一工序的加工位置。

在主界面中點擊立體倉庫狀態按鈕，進人立體倉庫狀態界面。立體倉庫狀態是用來實時顯示立體倉庫倉位的占用情況，系統實時檢測各個倉位的狀態，然后系統給碼垛機發指令決定碼垛機下一次將裝配的成品放人哪個倉位，操作者通過觀察狀態位的圖標情況，操作者就可以知道哪個倉位是否為空，并且知道各個倉位物件的重量，通過生產統計還可以知道立體倉庫一共有多少個成品，每一類成品的個數及總重量。

2系統特點

(1)包含多種關鍵技術及單元，使學生了解更多的知識;機器人技術;物流倉儲自動控制系統;立體倉庫;自動輸送線;自動碼垛機;物流倉儲管理和監控;PLC控制系統;傳感器技術;計算機網絡通信技術和現場總線技術;計算機控制;網絡化視頻監控技術;數據庫技術;多軸運動控制器;氣動技術;步進電機及驅動;伺服電機及驅動;VC，VB等高級語言編程。

(2)結合機電教學，編制了的實驗指導書，包含多個實驗:為了方便教學實際使用，我們為系統提供了專門實驗指導書，其內容涵蓋機械、控制、機器人示教、插補、自動裝配、碼垛等多項實驗，供本科生、專科生和研究生專業選開，教師也可以根據實際情況，在實驗指導書的基礎上增開設計性、綜合性實驗。

(3)交互式圖形化操作界面:系統控制軟件采用WINDOWS操作系統，具有交互式和圖形化特點，操作簡單易學，自動化程度高，使教師和學生在很短的時間之內就可以掌握對系統的操作。

(4)豐富的狀態反饋功能:通過計算機與各單元及傳感器的通訊，將系統中各環節的狀態顯示在操作界面上，使操作者通過計算機隨時了解系統各環節的工況、狀態、運行數據，掌握系統運行狀態。

(5)完善的生產及物料存儲統計功能:根據現代柔性制造系統的特點及倉儲物流的發展動向，不但在工作過程和原理上仿真實際生產過程，而且開發了生產及物料存儲數據庫，根據系統的運行隨時記錄和分析生產和存儲數據。

(6)開放式系統結構:為了增強學生的參與性，系統采用了開放式結構，提供了完善的控制功能動態鏈接庫和二次開發函數，不用了解底層復雜的時序和操作過程，只需要在VC或VB中簡單的幾行代碼，學生即可開發出自己的運動或控制功能，激發學生的學習興趣。

(7)網絡化視頻監控:系統提供網絡化視頻監控模塊，使操作者在操作系統的同時，也可通過電腦屏幕實時觀看系統的實際運行狀況。同時對于有條件的學校，可將控制計算機與校園網相連解，使更多的學生和老師通過網絡觀看現場實驗過程，提高系統利用率，也可實現遠程教學。

3如何應用FMS進行本科實驗教學

由于近年來高校的擴招，學生人數大幅上升，而大型實驗設備臺套數少;而且大型實驗設備的實驗通常包括編程、上機、結果分析等，需要的時間較長。因此，大型設備開設的實驗不能簡單的照搬其它實驗教學的模式。我們分別探索了以下幾種模式:

3. 1開設綜合設計性實驗

本中心老師提出項目申請，參加學校實驗室設備管理處組織的“工程實踐”和機電工程學院組織的“機電一體化實訓中心”項目。這些項目結合指導老師的科研項目，通過雙向選擇接受學校相關專業本科三年級以上的學生參加。學生分為2-4人一組;在教師的指導下，首先查閱文獻和學習FMS的有關知識，編制程序，上機測試;實驗的內容根據項目的研究內容而定，一般涉及多種設備;實驗時間根據老師和學生雙方商定，實行彈性制，不拘泥于課堂安排的時間。由于學生人數少，在實驗過程中可以做到師生面對面的隨時交流。

例如:作業計劃與調度教學實驗。

“作業計劃與調度教學實驗”的內容是讓學生根據給定的加工工件信息，設計一個單件小批量零件加工的“作業計劃與調度”的仿真系統，使目標函數“最長流程時間”的值最小，然后對仿真結果進行驗證。實驗的目標是:使學生加深對“作業計劃與調度”概念的理解，掌握車間調度的方法，培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生的學習興趣和積極性。實驗系統要具備以下功能:

(1)提供一個很好的、有代表性的研究對象，也就是使學生知道他們是在那個車間、那個環境為加工那些工件設計“作業計劃與調度”的方案;

(2)提供一個很好的仿真環境及工具，用來建立仿真模型，使學生形象直觀地看到車間調度的運行過程;

(3)提供實現“作業計劃與調度”的算法和軟件開發環境，使學生了解并掌握該算法的原理，并在仿真環境中實現算法，得到仿真結果;

(4)提供一個真實環境，如FMS車間或可真正運行的FMS車間模型，在此環境中對上面得到的仿真結果進行驗證。

針對“FMS教學實驗系統”只討論一種特殊情況，即最長流程時間Fmax的計算先討論n/m/P/Fmax問題，目標函數是使最長流程時間最短。最長流程時間又稱作加工周期，它是從第一個工件在第一臺機器開始加工時算起，到最后一個工件在最后一臺機器上完成加工時為止所經過的時間，由于假設所有工件的到達時間都為零(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間，也等于一批工件的最長完工時間C max 。

設n個工件的加工順序為S=(S1 ，.S2 ， ……，，Sn)，其中Si為排第i位加工的工件的代號。以CK(Si)表示工件Si在機器Mk上的完工時間，Pk表示工件Si在Mk上的加工時間，K=1，2，3，……，m；i=1 ，2， ……，n，

式(1)是一個遞推公式，當由式(1)得出Cm(sn)時，Fmax、就求得了。在熟悉以上公式之后，可以直接在加工時間矩陣上從左向右計算完工時間。對于某一工作地，在給定的一段時間內，順次決定下一個被加工的工件。

3. 2開設選修課

由于學習FMS的有關知識，需要學生們具有一定的專業知識;而且大型設備一般只有一套設備，要面向學生人數眾多的本科生開設實驗課有一定的難度。因此，我們首先開設了FMS的選修課。在講授FMS技術的理論知識的基礎上，開設FMS的上機實驗課，學生分為3 -5人一組。由于課堂講授FMS的時間有限，加之是選修課;因此，在實驗課之前，面對設備再介紹一次設備的原理、結構和用途等，以加深學生的印象;然后指導學生編制程序、適當的上機操作，輔導學生處理實驗結果。

3. 3為本科畢業設計提供實驗

本科生的畢業論文是進行專業基本技能培養的重要環節，同時也是培養學生創造性思維方法、提高動手和解決問題能力的不可缺少的過程。參加本科畢業論文的學生，有充分的時間利用所掌握的專業基礎知識，解決具體的問題;因此畢業論文是本科生學習和掌握大型實驗設備的一個非常好的機會。

4 FMS進行本科教學的體會和希望

4. 1 FMS進行本科教學的效果

通過上述三種方式向本科生開放大型實驗設備，對學生選擇專業有一定的幫助，也增加了學生參加推薦免試研究生和就業等的競爭力。例如，一名機電學院的學生參加了“FMS研究”項目后，對數控技術有關知識和應用有了一定的了解和興趣，報考研究生時選擇數控技術專業。另一名機電學院的學生參加“開放式數控系統的研究”，學習了切削圖形設計、數控雕刻機及其控制系統等一系列操作，在老師的指導下自己操作選擇刀具和切削參數，觀察不同的切削過程，加深了所學的理論知識，熟悉了作業計劃與調度的原理、立體倉庫的基本操作;該生通過面試后順利地被華中科技大學錄取為研究生。

近年來為了適應地方經濟和社會發展的需要，拓寬人才培養領域，在開設綜合性實驗項目和選修課時，也接受其他學院的學生。學生結束項目后，對所參加的研究工作非常有興趣。

相比較而言，綜合設計性實驗效果明顯好于選修課的實驗。前者由于有充分的時間，我們摒棄了傳統的驗證實驗的模式，采取了“雙向互動”，教師以更多的精力啟發學生的創造力，調動其主動性和積極性，發揮他們運用所學的知識去解決實際問題。對這種實驗模式，學生表現出極大的興趣。這種實驗教學模式，不僅拓展了學生現代科學技能的理論和知識;在實驗方法，應用技能方面也得到了提高，為他們今后走上社會，服務于社會，縮短理論與實踐的差距奠定了良好的基礎。

4. 2存在的問題

篇(3)

我國本科生教育質量的實證調查分析

關于本科畢業論文開題工作的幾點思考

中國高校師資隊伍建設現狀的調查研究

西部高師畢業班學生教師職業道德調查研究——以重慶師范大學為例

近年來我國高職院校內涵建設研究述評

試析高職院校學生職業道德教育之實踐鍛煉法

試論新時期井岡山精神

自我認識與大學生職業生涯規劃

信息化環境下的大學生思想政治教育創新探索

試論“基本原理概論”課中的案例教學法

增強高校思想政治理論課課堂教學實效性策略探析

高校思想政治課教學實施懲戒教育探析

“海西”發展戰略背景下的福建省高校思想政治理論課教學研究

地方高校大學生聽說學習障礙性因素及其對策的分析研究——以麗水學院為例

西南科技大學地質工程專業畢業設計的教學實踐與思考

環境工程微生物學實驗教學新探——污水生物處理過程中微生物的簡單分析

“現場總線控制技術”課程教學的實踐與探索

數控加工技術課程教學改革的探索與實踐

關于網頁設計課程的改革探索和實踐

以知識失業現象的視角反思我國高校文科建設——兼論文科招生規模與教育教學質量的統一

高等教育自身規律與社會經濟制約性關系探析

獨立學院創業教育的實施策略研究

體現職業特色的高職人文教育問題研究

高校女教師職業價值觀調查分析——以重慶市為例

論大學精品課程建設

以轉化高校“問題學生”為路徑的教育公平研究

從“孝心”與“孝行”說開去

以科學發展觀為指導打造高校服務型機關

積極學習理念在高等教育中的應用研究

語境策略在古代詩歌教學中的價值功能探微

西部高校生物類雙語教學師資隊伍建設途徑

聽力教學改革新思路:元認知策略培訓

完善高校思想政治理論課社會實踐教學保障機制的思考

大眾化與高校政治課教學研究

虛擬樣機軟件ADAMS在工業機器人教學中的應用

構建“植物學”課程自主學習教學模式的探索與實踐

普通本科院校化學專業實驗教學新體系的構建

對農學類大學生暑期社會實踐活動特點的調查分析——以廣西大學農學院為例

解放思想艱苦奮斗開拓創新——西南科技大學30年改革發展回顧與展望

欲窮千里目更上一層樓——30年的回顧與思考“紀念改革開放30周年專題”研討

學術何以道德——論大學學術道德建設的三大路徑

大學合法性危機:大學治理的原因探究

論基于信任的教學

教學交往的修辭互動——重構教者與受者的權力關系

我國高等教育自學考試管理體制創新的思考

我國高等教育投資體制政策歷史回顧、價值分析及啟示

中國高等教育大眾化階段的師生關系探討

對外漢語中級階段詞語辨析方法的探討

大學英語教學與雙語教學的比較分析

網絡環境下大學英語自主聽力教學探究

非英語專業大學生的翻譯教學探討

信息光學與設計性實驗探索

開展設計性物理實驗課程的探討

化學實驗教學與學生能力培養

大學生實驗成績評定方法與問題探討

高校德育課堂如何走向主體性

生物制藥工藝學和中藥制藥工藝學融合教學初探

篇(4)

關鍵詞：創新教育；創客空間；跨學科

【中圖分類號】G40-057文獻標識碼】A【論文編號】1009-8097（2015）05-0027-06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.05.004

引言

創客來源于英文單詞“Maker”，是指努力把各種創意轉變為現實的人.其共同特質是創新、實踐與分享。近年來，創客運動在國際上蓬勃發展，改變了人們的學習方式和社會生產方式，并形成了新的校園文化。著眼于了解美國在創新教育及創客空間方面的最新進展和實施策略，為建設清華大學交叉融合創客空間提供參考，2014年8月，清華大學一行六人前往美國高校創新教育實驗室及社會創客空間進行考察。考察團先后考察了麻省理工學院、帕森設計學院、紐約大學、加州大學伯克利分校、斯坦福大學的創新教育實驗室以及波士頓Artisan's Asylum創客空間、奧克蘭The Crucible創客空間、歐特克公司、皮克斯公司等，與相關創新教育實驗室和創客空間的負責人進行了深入的交流，詳細了解了他們的建設理念、運行機制、課程體系和物理空間等情況。美國高校創新教育實驗室

l 麻省理工學院媒體實驗室（MIT Media Lab）

麻省理工學院媒體實驗室由Nicholas Negroponte和前校長Jerome Wiesner[2]于1985年共同創建，隸屬于麻省理工學院建筑與設計學院，致力于科學、多媒體、技術、藝術及設計等領域成果轉化的研究，鼓勵打破學科界限，實現不同研究領域非傳統的融合。該實驗室創造了許多顛覆性的前沿技術，包括可穿戴技術、可觸摸用戶界面和情感計算等，研發出許多技術發明（如電子墨水、NEXI類人機器人、Scratch圖形化編程語言、玩具式學習工具等）。目前擁有25個研究團隊，包括生物力學、攝影文化、認知機器、流動媒體、信息生態學、個人機器人、社交計算等，研究項目超過350個，其創新研究強調“以人為本”、“跨學科”、“原創性”和“開放性”。

（1）人員組成

媒體實驗室主要從事研究生教育，隊伍組成包括近40名資深研究人員、48名合作企業研究人員、75名客座科學家及博士后、80名技術及行政人員。研究生共計146名，其中碩士研究生80名、博士研究生66名，分別來自不同專業并通常具有工作經歷，其中一半左右來自計算機專業。同時，每年還有200多名本科生通過本科生研究機會項目（UROP）來實驗室工作。

（2）運行機制

作為一個純學術研究機構，媒體實驗室每年的運行經費約4500萬美元，主要從70多個聯盟會員獲得資助。會員包括微軟、谷歌、三星、松下、英特爾、思科、諾基亞、高通、樂高等世界知名企業，合作年費至少為20萬美元。聯盟會員一般不要求實驗室從事特定研究，多數研究項目由團隊獨立向媒體實驗室提出申請并獲得資助，以保證研究內容的前瞻和原創。聯盟會員有權分享媒體實驗室該年的知識產權和研究成果，獲得技術咨詢而無需支付授權費用，同時可以派遣研究人員常駐媒體實驗室。

（3）物理空間

媒體實驗室擁有兩座大樓（E15）和（E14），其中新大樓面積為15100平方米，是一個開放的、工作室式、自適應的六層樓建筑。整個建筑內部高度透明，能夠看到正在進行的研究項目，從而鼓勵研究人員之間的聯系和協作。

為了配合研究項目中的樣機試制，在大樓中建有一個小型制造實驗室，加工設備包括木工鋸床、焊接設備、鈑金設備、工業級3D打印機、激光切割機、木工加工中心、數控車床、數控銑床、數控水切割機床、線切割機床等。車間布局非常緊湊，由3名全職技術人員維護，面向媒體實驗室成員24小時開放，但要求用戶必須接受相關設備的操作培訓并且不能單獨工作。

2 紐約大學ITP項目

ITP是紐約大學Tisch藝術學院為期兩年的研究生教育項目，其主要任務是探索如何富有想象力地使用通訊技術，從而有效提升、改善和愉悅人們的生活。該項目始于1979年，已經發展為技術專家、工程師、設計師和藝術家打破真實與數字空間界限的活躍社區，在多媒體和交互性專業領域貢獻的新創意和人才得到國際廣泛公認。

（1）課程設置

ITP的課程分為基礎課和專業課兩種，其中基礎課有7門，包括新媒體應用技術、動畫設計、視頻與聲音、可視化語言、網站設計、可計算媒體和物理計算；專業課有100多門，包括3D打印奢飾品、高級動畫工作室、交互式設計的生物力學等。取得研究生學歷的學分要求為：基礎課16分、專業課40分、畢業論文項目4分。

ITP的學生來自藝術、科技、經濟、政治等多個領域，彼此背景不同，所有專業的人一起參加課程，最大的挑戰就是讓他們互相溝通，進行自由分享。ITP所傳授的不僅是用技術來做產品，更是用它來學會思考和表達自己。在ITP教學過程中，強調自己動手和應用技術，不受現有軟件和硬件工具的束縛，開發出自己想要做的產品。

（2）物理空間

篇(5)

關鍵詞：機電一體化 發展趨勢 機械工業

1前言

現代科學技術的不斷發展．極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域．由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化．使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化。使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。論文 畢業論文

2機電一體化的優點

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術．將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱 其涵蓋“技術”和“產品”兩個方面．是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術．而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊．這是機電一體化與機械+電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別機械工程技術由純機械發展到機械電氣化．仍屬傳統機械．其主要功能依然是代替和放大的體力 但是發展到機電一體化后．其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外．還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制、自動診斷與保護等 即機電一體化產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。機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別是智能化 機電一體化產品的典型例子有：數控加工中心、機器人以及具有檢測控制性能的數碼相機等。總之．一個機電一體化的系統主要是由機械裝置、執行裝置、動力源、傳感器、計算機這五個要素構成。

3 機電一體化的發展歷史

2O世紀6O年代以來．人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能后．刺激了機械產品與電子技術的結合，再后來計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展更進一步奠定了技術基礎 大約到20世紀8O年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認：機電一體化技術和產品得到了極大發展：各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持：2O世紀9O年代后期．開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段．機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化．微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳．出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法．機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。

我國是從20世紀8O年代初才開始在這方面研究和應用。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作．取得了一定成果，但與歐美、日本等先進國家相比仍有相當差距機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合。它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科．隨著科學技術的不但發展．還將被賦予新的內容。

4 機電一體化發展趨勢的分析

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下：

4．1 智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。誠然使機電一體化產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電一體化產品賦有低級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

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

4．3 網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等人們日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(homenet)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliancesystem，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

4．4 微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1cm。的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

4．5 綠色化

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

篇(6)

隨著科學和技術的不斷進步、計算機技術日新月異的發展，計算機軟件的知識體系變得越來越龐大。與此同時，現代企業對軟件工程師的項目實踐能力、團隊工作與交流能力提出了更高的要求。因此，基于項目開發應用的工程教育，促使學生進行更多更深的理論知識和更高的能力與素質的培養。所以，我們需要對傳統的課程體系、教學理念和學習方法作出重大變革以應對這樣的挑戰。為了更好地培養學生的能力，必須對傳統的教學模式進行改革。因此，針對傳統教學模式下計算機相關專業日常教學中學生主動性和積極性不強、缺少綜合能力訓練內容、作業抄襲、新知識與新進展反映不理想等問題，為了解決這些問題將工程教育理念引入實際教學中，可以通過設定合理題目，將課程設計與項目開發緊密結合，利用學生的好勝心理、競爭性和成就感等，提出了新的教學模式。也可以將實踐動手能力強的同學組織起來，承擔一些項目和課題。教學實踐證明，新的教學模式能夠充分調動學生學習的積極性和主動性，提高學生對專業知識的綜合應用能力、工程實踐能力，同時也避免了作業抄襲現象的發生，強化了學生的自信心。另外，也對新模式中存在的問題進行了思考與建議。

一、工程教育理念與方法

工程教育包含構想（conceive）、設計（design）、實施（im－plement）、操作（operate），教育深入到工業產品從構思、設計、實施、運行到結束生產周期整個過程，是麻省理工學院和和幾所瑞典大學在瓦倫堡基金會的資助下，經過4年的跨國研究和探索后于2004年提出的一個工程教育理念。工程教育首先定位培養什么人和如何培養人這兩個方面出發探索工程教育問題。工程教育的是為讓學生盡快進入企業工程環境而將學生置身于在企業真實產品生產周期中，在產品的構思、設計、實施和運行過程的工業環境中接受工程教育，將學生在工程環境下，快速掌握工程應用的實際的技術、深入研發新產品和新系統的開發和運行、理解技術的研究發展周期。工程教育工程是教育改革一種較好的思路，能夠掌握現代工業系統開發的主要技術的現代工程師所需要具備的知識、能力，以工程實際開發設計為背景環境，建立的課程體系相互聯系、相互支撐，讓學生在實際工程應用的實踐環境中取得豐富的設計、制作和主動學習的經驗，促進學生能力和素質的綜合成長。CDIO工程教育模式可以在課堂上有效建立互動的、啟發式的和探究式的學習方式，能引導學生提出問題，找到解決問題的方法。實踐教學課程的教學改革既要遵循該課程的傳統理論知識，又要符合CDIO工程教育模式對項目支撐課程的要求。

二、工程教育培養模式的探索

工程教育培養模式是一種建立在架構教學理論基礎上的新方法。架構理論認為：傳統的教育模式是通過教師傳授得到，工程教育模式是讓學習者在一定的工程情境下，利用必要的學習資料，借助他人的幫助，自主學習快速成長的經歷。在企業提供工程環境下，獲得的充分實踐的探究式學習模式。在這種環境下，企業安排的項目，驅動著學生，在遇到不懂的知識需要通過查詢資料文檔和上級領導進行溝通，這種方式極大地激發學生的學習興趣和求知欲望和調動了學生的積極性和主動性，從而培養學生自主分析問題、解決問題的能力，以及團隊協作能力和探索、創新的精神。同時還可以提出了導師負責制的項目開發驅動教學模式，根據企業對軟件技術人才的需求，以教師承擔的項目為教學課題，以分組團隊協作的模式，由帶隊導師負責學生的項目任務的安排，技術培訓和監督管理。此外，還可以通過校外軟件實習基地為教學研發場所，委托師資力量強的教學機構以專題培訓、技術講座、實戰項目輔導等多種教學模式相組合的方式為教學手段，使得學生在項目的驅動的環境下進行學習和開發。以上的工程教育教學模式是在項目開發為主線的情況下，鼓勵學生自主學習，相互學習，培養團隊協作，讓學生學會與項目主管溝通，使得學生在工程環境下快速成長。CDIO工程教育改革是一個系統、全面的改革。它具有明確的培養定位、詳細的培養目標和全面、系統的培養方法指南。眾所周知，教育改革絕不可能一蹴而就，需要長期努力、逐步提高。有明確目標的系統性的改革為改革少走彎路、提高效率、持續改進提供了重要的基礎。

1．構建完善課程體系

根據工程化思想，從專業知識的結構和所需能力培養入手，建立科學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知識、職業能力、團隊合作和工程綜合能力四個層面，對現代企業工程師應該具備的知識和能力，以課程體系的方式逐級細化設置，形成具體對教師和學生都具有明確意義的課程體系，提高實踐教學的比重。比如可以在計算機相關專業的教學計劃中，設置以下的編程語言的教學計劃。對于大一、大二的低年級新生，設置《C語言程序設計》課程、《C＋＋面向對象程序設計》、《高級C＋＋應用程序設計》（包括WIN32SDK和MFC框架應用的高級應用設計），在大三、大四高年級的學生根據個人的愛好可以就多個工程應用級的C＋＋學習方向進行學習，可以是游戲DirectX方向、GDI圖形圖像設計、dotnet框架的管理信息系統、驅動程序的開發等企業級應用開發，和企業進一步溝通，確定訂單式培養計劃，將企業應用需求引入到培養計劃中來。因此，為每一門課程（包括每一個項目）制定課程教學大綱，課程大綱明確學生應掌握的知識和能力，規劃如何使學生學到這些知識和能力，如何考查學生的知識和能力，并明確教學、實驗、作業／項目的安排。大綱中除了列出本門課程的知識點之外，還根據本課程所承擔的能力目標。以教學大綱的形式具體細化專業培養目標，將培養目標根據專業的知識、能力和素質的培養分配到每門課程，各門課程根據自身特點承擔相應的知識、能力和素質的培養。通過改革教學方法給予學生一體化的學習經驗、構建他們的知識和能力體系。

2．教學方法的轉變

在教學方法上，引導教師更新教學觀念，從以教師為中心轉向以學生為中心，引導學生自主學習，擺脫對老師的依賴，提高自我思考能力，突出通過實踐動手來分析問題和解決問題，增強創新意識，鞏固知識概念。鼓勵老師進行教學改革，增加實踐環節的比重，將課程設計和實驗課并入相關的課程內，使得代課老師承擔一定比重的實驗課，任課老師也成為了實驗課的教師之一，對于實驗課的內容要認真規劃和企業工程實踐盡量結合，讓學生在校園里就處在工程教育氛圍中，教師盡可能統籌安排課程內的實驗，做到大綱詳盡，實驗細節細致入微。從大一開始就注重對缺少實踐動手能力學生的培養，針對課程安排豐富的綜合性實驗和課程設計，讓每一位學生自己動手、自主完成并全身心投入。適當的壓縮教師授課學時，改革教學方法，設立場景教學，鼓勵學生采用一邊聽一邊實驗一邊討論的方式，讓學生成為課堂上的主角。設置豐富的設計－實現項目，利用課堂和現代學習場所或實驗室加強學生學習的主動性、實踐性和團隊合作精神。

3．課程設計與項目開發緊密結合

針對一些專業課程，增加課程設計環節，可以鞏固學生的理論知識，培養學生科研和自主學習的能力。基于CDIO培養模式是將所學知識和實際的工程項目相結合，對于核心課和專業選修課的的課程設計中引入工程教育的理念，通過貼近工程應用的課程設計可以讓學生接觸實際工程應用開發的方法，盡量提高學生對所學知識的綜合應用能力。因此，從教師的角度，搞好課程設計的關鍵，應設計好題目并做好課程設計的準備工作，引導學生自主學習，積累儲備知識，跟蹤主流技術。教師出課程設計題目的時候，選擇貼近企業實際工程項目，同時結合所學課程、學生掌握的知識情況，為了提高課程設計的質量，總結以往學生的課程設計的過程中常出現的問題，提出循序漸進式的課程設計指導教學方法，將往屆學生中課程設計中的優秀作品和設計思路去啟發應屆學生，本屆學生在往屆學生的基礎上進一步深入設計開發。

4．通過競賽提高學生的實際應用能力

每年舉辦各種大學生應用技能競賽包括“創新杯計算機應用能力大賽”、“CAD計算機輔助設計大賽”、“全國大學生數學建模比賽”、“全國大學生電子設計大賽”和“全國大學生機器人大賽”等競賽，提供了培養學生應用能力的一個舞臺。比賽的題目注重實際問題的解決和實踐動手能力的提高，旨在培養學生分析問題解決問題的能力和參賽團隊協作精神。競賽給學生提供了充分的自我發揮平臺，對于學生個人綜合實力的全方位考核，同時挖掘學生的個人潛質。針對比賽各二級學院積極組織、認真準備，分別進行賽前培訓、集中訓練和賽前選拔工作。同時，根據大賽的項目和內容，對于現有的教學計劃進行修訂，對于課程內容也要不斷優化，改進教學手段和教學方法，使得教學內容貼近工程應用，對于日常考核方法進行改革，采取靈活多樣的考試方法，積極申請專項資金建設特色實驗室，通過加強實踐動手能力的培養，對現有課程體系進行改革和優化，為培養學生的實際應用能力創造良好條件。通過參加比賽，不僅培養了大學生對科技活動的參與興趣，鍛煉了學生根據已經掌握的知識解決實際問題的綜合能力，也培養學生的團隊協作精神和創新能力。教師在指導學生參加競賽時，積極做好賽前準備，進行賽前訓練和選拔工作，在指導過程中善于激發學生的創新意識，努力提高學生的自主學習能力，同時營造寬松的研討氛圍，使學生在良好的學術氛圍中，共同提高，互相促進，團結協作，爭取取得好的成績。

5．畢業實習實踐環節對學生的培養

校外教學實習基地選擇的代表著應用工程教育理念培養學生的工程實踐場所，畢業實習實踐環節的選擇和建設采用不同的合作方式，選擇有一定實力的企業和師資良好的校外實習基地，建立廣泛的多種多樣的校企合作關系，以便讓學生學習和體驗軟件產品的從需求、規劃、設計和測試整個產品的生命周期。校外實習基地是工程實踐場所，它提供了一系列廣泛的設施，包括企業的職場工作環境、團隊協助開發項目的工作環境和工程化的任務實施管理方式。基于工程教育的的工程實踐場所的包括以下基本特征：學生動手學習和自主學習產品的開發和設計、通過學習掌握系統的開發過程和熟悉企業工程產品的設計流程，為學生們提供了學習多學科知識的平臺；同時也促進了學生個人人際交往能力提高；學會與小組的交流，也引導學生逐步適應社會交往和學習社會知識。此外，學校將畢業實踐環節變成直接走出校門走入訂單企業中去，提前到企業的環境去鍛煉，使他們從擇業觀念、就業技能進一步的改變，完成其從學生到職業人角色轉換，以及從學校到社會的人生環境的自然過渡。根據學生在企業工作的崗位設定畢業論文題目，讓他們在鍛煉的同時，完成畢業論文的設計。這樣間接的促進學校工程教育模式的發展，為教育模式的轉變積累經驗。他們的課程設計的方向和題目也在進一步的影響教學方式的轉變。學院制定詳盡的管理方法和實施細則，在政策上給予傾斜，這樣可以避免學生就業找工作和畢業論文的相互影響。

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關鍵詞：計算機應用; 裝配規劃; 綜述; 虛擬現實; 軟計算; 協同裝配

裝配是產品生命周期的重要環節，是實現產品功能的主要過程。畢業論文 裝配成本占產品制造成本40%～50%，裝配自動化一直是制造自動化中的瓶頸問題。裝配規劃是在給定產品與相關制造資源的完整描述前提下，得到產品詳細的裝配方案的過程，對指導產品可裝配性設計、提高產品裝配質量和降低裝配成本具有重要意義。產品的裝配規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間等內容[1]~[3]。

較早的傳統裝配規劃采用人工方式，工藝人員根據設計圖紙和技術文檔，通過分析產品裝配圖中零件的幾何形狀和位置關系，必要時再和設計人員進行討論，進一步明確設計者的真正意圖，利用自己的經驗和知識規劃出產品的裝配方案。這種方法工作量大、效率低，且難于保證裝配方案的經濟性。

隨著計算機集成制造CIMS 和并行工程CE技術的發展和應用，一方面對裝配相關的設計技術提出了計算機化的要求，以提高和產品開發過程中其他環節的集成化程度。另一方面要求裝配方案的優化以降低成本和縮短規劃時間以加快產品開發進程。受“需求牽引”和“技術推動”兩方面的影響，80 年代初，出現了對計算機輔助裝配規劃(Computer Aided Assembly Planning，CAAP)技術的研究。到目前為止，CAAP 經歷了幾個不同的發展階段，出現了4 種代表性的方法，按照出現的時間順序及方法的特點，筆者將其歸結為經典裝配規劃方法、虛擬裝配規劃方法、裝配規劃軟計算方法和協同裝配規劃方法。

1 經典裝配規劃方法

早期CAAP 的研究側重于裝配序列的規劃，以產品CAD 裝配模型為基礎，碩士論文 一般采用幾何推理的方法，通過產品裝配建模、裝配序列推理和表達以及裝配序列評價和選擇為產品面向裝配的設計和裝配工藝規劃提供指導和支持，其過程通常如圖1 所示。

1.1產品裝配建模

產品裝配模型是裝配規劃的基礎，為裝配規劃提供裝配體和零部件的相關信息。常用的裝配信息表達模型可分為圖模型和矩陣模型。法國學者Bourjauct 提出了聯系圖模型[4]，將零件之間的物理接觸關系定義為聯系即裝配關系，圖中的節點對應零件，邊表示所連接的零件間至少有一種裝配關系。關系模型[5]進一步區分了零件之間的接觸關系和聯接關系，圖中包含3 種實體類型：零件、接觸和聯接，邊表達了實體間的關系。產品等級裝配模型[6]將裝配體看成具有層次結構性，即裝配體可以分解為子裝配體，子裝配體又可分解為下級子裝配體和零件的集合，以此表達產品的裝配組成。

矩陣比圖易于計算機表達和實現。Dini 和Santochi[7]利用干涉矩陣、接觸矩陣和連接矩陣表達產品，干涉矩陣描述了零部件間沿坐標軸方向裝配時相互間的干涉情況，接觸矩陣描述了零部件間的物理接觸狀態，連接矩陣描述了零部件間的連接類型。為減少矩陣的數量，Huang[8]等把6個干涉矩陣合并為一個拆卸矩陣，集成的表達零部件間沿坐標軸方向的干涉情況。

1.2裝配序列推理和表達

基于聯系圖模型，Bourjauct 采用人機交互“問答式”方法獲取裝配優先約束關系[4]，醫學論文 隨后De Fazio 和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作進一步較少了需要由用戶回答問題的數量，然后通過對裝配優約束關系進行推理得到聯絡建立優先關系的層次模型表達產品的裝配序列。

“割集”法是基于拆卸策略的裝配規劃中通常采用的圖論算法。Homem de Mell 和Sanderson[5]通過對產品聯接圖進行縮并，利用“割集”算法對聯接圖進行循環分解，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 圖表達方法，圖中的節點對應裝配過程中的子裝配體或零件，超弧表達將子裝配體或零件聯接在一起形成更大子裝配體的裝配操作。因為“割集”算法的計算復雜性為O(3N) (N為零件個數)，因此，對于復雜產品的裝配順序規劃存在指數爆炸問題，這是難以讓人接受的。

1.3裝配序列評價和選擇

裝配序列的選擇對裝配線設計、裝配成本、裝配設備選擇有很大影響，職稱論文 而評價是選擇的基礎。裝配序列的評價可分為定性和定量兩方面因素[11]~[13]，定性因素主要考慮的有裝配方向換向的頻度、子裝配體的穩定性和安全性、裝配操作任務間的并行性、子裝配體的結合性和模塊性、緊固件的裝配、零件的聚合等。定量因素主要考慮的有整個裝配時間 (包括子裝配體的操作時間、運輸時間等 )、整個裝配成本 (包括勞動成本、夾緊和加工成本 )、產品在裝配中再定位的次數、夾具的數目、操作者的數目、機器人手爪的數目、工作臺的數目等。

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

2虛擬裝配規劃方法

虛擬現實技術為裝配規劃的“人－機”協同工作提供了契機。虛擬裝配是指由操作者通過數據手套和三維立體顯示設備直接三維操作虛擬零部件來模擬裝配/拆卸過程，無需產品或支撐過程的物理實現，通過分析、先驗模型、可視化和數據表達等手段，利用計算機工具來安排或輔助與裝配有關的工程決策[15]。虛擬裝配過程中，人機可以充分發揮各自的優勢，即人通過直覺/裝配經驗和知識決定產品的裝配過程，但不能精確地判斷當前所有可能裝配的零件，也不太可能準確判定裝配某一零件后裝配體的穩定性等因素，而通過一定算法和規則實現的機器智能剛好彌補人的不足。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、夾具和工作臺等信息。圖2 為虛擬裝配規劃的工作步驟。

國外虛擬裝配規劃的研究以沉浸式虛擬裝配環境VADE[16]， [17](Virtual Assembly DesignEnvironment)為代表，英語論文 通過建立一個裝配規劃和評價的虛擬環境來探索運用虛擬現實技術進行設計、制造的潛在技術可能性，為機械系統裝配體的規劃、評價和驗證提供支持。在虛擬環境中，利用提取并導入的CAD 系統產生的裝配約束信息引導裝配過程；通過引入了質量、慣性和加速度等物理屬性，基于物理特性進行裝配建模，逼真地模擬真實裝配環境；支持雙手的靈活裝配和操作；記錄虛擬裝配過程中產生的掃體積和路徑信息并可進行編輯；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境中的運用。

國內管強等[18]將虛擬現實技術與面向裝配設計的理論相結合，建立了一個虛擬環境下的面

向裝配設計系統（VirDFA）。萬華根等[19]建立了一個具有多通道界面的虛擬設計與虛擬裝配系統（VDVAS），通過直接三維操作和語音命令方便地對零件進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。在面向過程與歷史的虛擬設計與裝配環境（VIRDAS）中，張樹有等[20]通過識別裝配關系進行裝配運動的導航，實現虛擬拆卸/裝配順序規劃、虛擬裝配分析。從集成的觀點出發，姚珺等[21]提出面向產品設計全過程的虛擬裝配體系結構，從方案設計、結構設計和裝配工藝設計3 個層次上分階段地對產品可裝配性進行分析與評價。田豐等[22]提出一個面向虛擬裝配的三維交互平臺（VAT），簡化了虛擬裝配應用系統的構造，便于應用的快速生成。

應用虛擬現實環境開展裝配規劃，提供了一種新的思路和工具。但是，虛擬環境的構建需要較大資金的軟硬件投入，另外，虛擬現實技術本身（如圖形的高速刷新）及其相關硬件技術（如力觸覺設備）的不成熟使得虛擬裝配的研究仍處于探索階段。

3 裝配規劃軟計算方法

1994 年，Zadeh 教授將模糊邏輯與智能技術結合起來，提出了軟計算方法（soft computing）[23]。軟計算以模糊邏輯、神經網絡和概率推理為基礎，不追求問題的精確解，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題的近似解。為避免組合爆炸同時又能得到較優的裝配規劃方案，近來，基于建模、表達和尋優一體化的裝配規劃軟計算方法得到廣泛關注。

3.1 裝配規劃神經網絡方法

神經網絡是模擬人類形象思維的一種人工智能方法，它是由大量神經元廣泛互連而成的復雜網絡系統，留學生論文 單一神經元可以有許多輸入、輸出，神經元之間的相互作用通過連接的權值體現，神經元的輸出是其輸入的函數。若將優化計算問題的目標函數與網絡某種狀態函數(通常稱網絡能量函數)對應起來，網絡動態向能量函數極小值方向移動的過程就可視作優化問題的求解過程，穩態點則是優化問題的局部或全局最優解。

轉貼于 Hong 和Cho[24]用于機器人裝配順序優化的Hopfiled 神經網絡中，考慮裝配約束、子裝配體穩定性和裝配方向改變等因素建立網絡的能量方程，基于優先約束推理和專家系統提供的裝配成本驅動網絡的進化方程得到優化的序列。但由于神經網絡缺乏全局搜索能力，計算結果顯示，該方法容易產生不優化的裝配順序，且常常只能得到一個局部最優的裝配序列。另外，參數選擇和初始條件對網絡的靈敏度影響大；神經網絡在應用前須進行訓練，而訓練時要由專家提供較多可行的順序作為樣本。而樣本可能是針對某種類型的產品，對其它類型的產品則不一定適用，該方法的應用范圍窄。

3.2 裝配規劃模擬退火算法

模擬退火算法源于固體退火思想，將一個優化問題比擬成一個熱力學系統，將目標函數比擬為系統的能量，將優化求解過程比擬成系統逐步降溫以達到最低能量狀態的退火過程，通過模擬固體的退火過程獲得優化問題的全局最優解。

Saeid 等[25]利用模擬退火算法進行裝配序列規劃時，根據產品裝配模型獲得裝配優先關系，將裝配過程總裝配時間和重定向次數運用多屬性應用理論組合成單一目標函數，作為裝配序列優化的評價函數。Hong 和Cho[26]將裝配約束和裝配過程的成本映射為裝配序列能量函數，利用模擬退火算法使裝配序列能量函數擾動地逐步減小，經過多次迭代，直到能量函數不再變化為止，最后得到具有最小裝配成本的裝配序列。作者將該方法應用到一個電子繼電器裝配體上，并將其性能與利用神經網絡[24]的裝配規劃方法進行了比較，結果顯示基于模擬退火的裝配序列優化方法可以產生較好的裝配序列并且在運算時間上優于人工神經網絡方法。

模擬退火算法具有較強的局部搜索能力，并能使搜索過程避免陷入局部最優，但模擬退火算法對整個搜索空間的狀況了解不多，不能使搜索過程進入最有希望的搜索區域，從而使得算法的運算效率不高。

3.3 裝配規劃遺傳算法

在眾多軟計算方法中，遺傳算法得到了眾多研究者的重視。工作總結 遺傳算法是模仿生物自然選擇和遺傳機制的隨機搜索算法，它將問題的可能解組成種群，將每一個可能的解看作種群的個體，從一組隨機給定的初始種群開始，持續在整個種群空間內隨機搜索，按照一定的評估策略即適應度函數對每一個體進行評價，不斷通過復制、交叉、變異等遺傳算子的作用，使種群在適應度函數的約束下不斷進化，算法終止時得到最優/次最優的問題解。圖3 為裝配規劃遺傳算法的一般流程。

裝配規劃遺傳算法的研究重點集中于設計裝配序列的基因編碼方式以包含更多的裝配過程信息、設計基因操作的形式和改進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，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行裝配，減少了參加裝配序列規劃的零件數目；Guan 等[28]采用基因團編碼方式，一個基因團表達一個零件的裝配操作，由被裝配零件號裝配元、裝配工具裝配元、裝配方向裝配元和裝配類型裝配元組成。在擴大采樣空間選擇下一代種群的基礎上，通過交叉和多層次變異實現裝配序列并行優化。廖小云和陳湘鳳[29]在裝配序列規劃遺傳算法中設計了復制、交叉、變異、剪貼和斷連5 種遺傳算子尋找裝配序列優化解。在Smith 等[30]的增強型遺傳算法中，選擇下一代個體并不完全依靠適應度，而是先把一定數量較優的個體復制到下一代，將適應度低但幾何可行的序列用于繼續產生序列，直到滿足下一代種群中序列個數的需求，從而使算法能跳出局部最優點，在全局范圍內搜索最優解。

理論上，找到全局最優裝配序列要求參加演化計算的種群規模要足夠大，迭代次數要無限

多，但在計算資源和時間限制下是達不到要求的。因此，遺傳算法求解裝配規劃問題的效率和結果依賴于初始種群規模及其質量、遺傳算子及其操作概率等因素。

4 協同裝配規劃方法

裝配體作為實現產品功能的載體，零部件可能由不同的企業設計，零部件和產品可能在不同的裝配工廠完成裝配過程，因此需要設計團隊的協同工作和決策以保證裝配質量和降低裝配成本。計算機和網絡技術的快速發展縮短了異地人員在時間和空間上的距離，為實時的“人－機－人”協同裝配工作提供了可能。

Wisconsin-Madison 大學[31]提出網絡環境下的電子化裝配（ e-Assembly ），探討在Internet/Intranet 上利用3D 模型進行協同虛擬裝配和拆卸的方法論和工具，擬實現的關鍵技術包括3D 交互可視化、協同裝配/拆卸/維護/回收等。目前已開發了Motive3D 系統，利用Synthesizer模塊可以交互/自動進行產品的裝配建模和規劃，Visualizer 模塊為用戶在Web 平臺上提供裝配序列規劃結果的可視化仿真，但缺少交互修改、調整功能。在ATS 項目[32]實施中，為了向異地的開發人員展示裝配設計和裝配規劃結果，嘗試利用VRML 作為可視化工具，一方面供設計團隊瀏覽零部件設計，另外將裝配模型用文本編輯軟件進行編輯，生成裝配序列的VRML 仿真文件，供異地的設計團隊實時進行評價和提出修改意見。但手工編輯文件不但花費的時間長達一周，而且每次設計修改后都必須重新編輯；同時，仿真文件僅具有瀏覽功能，不能進行交互修改。

Web 環境下的協同裝配規劃方法[33]采用協同工作環境下的裝配建模、裝配規劃任務分配和裝配序列合成等技術，通過對復雜產品裝配規劃問題的分解，即降低了單機規劃工作模式的復雜度，又便于集中不同地域多專家的裝配知識和經驗進行裝配規劃方案的協同決策。面向協同廣義裝配[34]通過確定裝配子任務編碼方法、裝配人員評價指數和制定協同裝配協議，以VRML 為產品模型載體實現協同裝配系統。在裝配知識和規則的支撐下，支持局域網內多用戶實施產品預裝配、驗證零部件可裝配性，相關的裝配人員能夠協同討論裝配方案。Web 環境下3D 交互裝配可視化仿真結構是一個符合開放技術標準的可視化裝配系統[35]，它基于VRML-Java 實現裝配場景的動態生成、裝配控制、碰撞檢測以及裝配過程的動畫回放等功能，目前完成了基于“堆疊”思路的裝配驗證方式。但該系統屬于單用戶系統，不能支持多用戶的實時協同裝配工作。

5 結論與展望

CAAP 的研究在理論上取得了一定的成果，在工業界也得到了一定的應用，但相對而言還很少，這說明該技術距離工業實用還存在較大差距。裝配規劃是一個經驗和知識密集型的工作，同時又與具體行業和產品有緊密的關系。經典裝配規劃方法的精確推理在保證序列的幾何可行性方面具有優勢，而軟計算技術能夠將人的模糊知識融入規劃過程中，使得結果具有更好的工藝可行性，兩者的適當結合將有利于模仿人類裝配專家的實際裝配規劃過程，從而得到合理的裝配方案。

跨地域、跨國家的網絡化、協同化產品設計和制造新模式的形成使產品裝配成為一個需要協同工作和決策的問題。隨著虛擬現實技術和網絡技術的進一步發展，建立基于網絡的協同裝配決策平臺和虛擬環境，支持異地多人員協同裝配方案決策將是新形勢下裝配規劃研究的新趨勢。 參考文獻

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