关键词 ：虚拟设计 新产品开发 人机工程学
1．虚拟设计在新产品开发中的特征
由于当今市场竞争日益激烈与科学技术进步的加快，使得产品开发的技术含量与复杂程度日益增加，同时也由于产品的生命周期不断地缩短，因此，缩短新产品开发的周期、提高新产品开发的技术水平、降低新产品开发的成本，并保证上市后产品的上市周期，是当前新产品开发着重要解决的问题。
虚拟设计（Virtual Design）属于多学科交叉技术，涉及众多的学科和专业技术知识，它是随着科学技术的发展，特别是计算机辅助CAX技术的发展，开始广泛地应用于企业的生产与制造之中。由于虚拟设计技术在新产品开发过程中的应用，使产品设计实现更自然的人机交互，采用并行设计工作模式，系统考虑各种因素，使相关的人员之间相互理解、相互支持，把握了新产品开发周期的全过程，提高了产品设计的一次性成功。从而缩短产品开发周期，降低生产成本，提高了产品质量，给企业带来了更多的商机。
2．虚拟设计在新产品开发中的应用
2．1虚拟产品设计
近几年来，CAID技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持，但目前在虚拟产品设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型，多采用Rhino和Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型，其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来，设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来，在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。
随着虚拟现实（Virtual Reality）技术与多媒体技术的发展，虚拟现实技术与多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用，以及科技人员在不断提高的计算机操作的人机界面综合技术，改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方式。目前，所采用的将虚拟现实技术引入CAD环境，这将便于模拟新产品开发中产品的某些性能，又便于设计人员对产品的修改。技术条件好的公司，在进行虚拟产品设计时，设计人员可以先利用现有的CAD系统建模，再转换到VR环境中，让设计人员或准客户来感知产品。设计人员也可以利用VR-CAD系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。例如在对汽车的设计时，设计人员在具有全交互性的设计环境中，利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连，不仅可以进行虚拟的合作，产生一种身临其境的感觉，而且还可以实时地对整个虚拟产品（Virtual Product）设计过程进行检查、评估，实地解决设计中的决策问题，使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性的发挥。
有的企业在新产品开发设计时，还建立了物理试验模型PMU（Physical Mock-up），如油泥模型（Clay Modeling）等已逐步被计算机和仿真代替，在此基础上进行产品设计建模和仿真设计，以达到改进产品方案设计的目的。虚拟产品也就是最初的数字试验模型DMU（Digital Mock-up），虚拟产品设计初级阶段的虚拟油泥建模（Virtual Clay Modeling），可以适应创造性设计过程所提出的直观要求，设计人员可以在虚拟环境空间中，利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。所设计的产品可得到精确的描述，物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。例如：美国波音公司777飞机的虚拟原形机，就利用虚拟产品设计对该产品进行全数字化三维描述，实现了产品设计的虚拟油泥模型和无纸工程等，这个模型可为产品开发不同的阶段和设计原则提供参考。同时，虚拟产品设计在造船等其他新产品开发方面也得到了成功的应用。
另外，虚拟产品设计与其它设计过程进行数字连接，可实现新产品开发过程的集成，使并行工程(Concurrent Engineering)得到充分体现与实施。从而缩短开发时间，降低开发成本，发挥设计人员的创造性潜能。
2．2虚拟装配设计（Virtual Assembly Design）
虚拟装配设计（Virtual Assembly Design）是虚拟设计在新产品开发方面具有较大影响力的一个领域。虚拟装配（Virtual Assembly）采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前，就其技术而言，已经成熟，虽尚没有商用虚拟装配系统，也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价，但这项技术在新产品开发中已得到肯定，并具有很重要的意义。
过去传统的产品开发，常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究，力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度，及时优化设计方案。
虚拟装配的第一步是在CAD系统创建虚拟产品模型，然后进入并利用虚拟装配设计环境（Virtual Assembly Design Environment）系统，产品开发人员在VADE系统中开展工作，借助虚拟装配设计环境系统，设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验，帮助设计人员及时发现设计中的装配缺陷，全面掌握在虚拟制造中的装配过程，尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。利用这个虚拟环境，评价产品的公差、选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺，可将结果进行可视化处理。
实验表明，虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期，减轻设计返工的负担，加快了引入高级设计方法和技术的速度，提高新产品开发的质量与可靠性，同时也降低新产品开发的成本。
2．3虚拟人机工程学设计
虚拟人机工程学设计是借助虚拟样机（Virtual prototype）系统，也有人称其为虚拟人机工程学环境，将它引入虚拟人机工程学评价系统，设计人员可以精确研究产品的人机工程学参数，并且在必要时可以修改虚拟部件的位置，重新设计整个产品的构造。另外，它还允许不同技术背景的人直接与设计的产品进行交互及评价产品的性能，有助于满足不同用户的特殊要求。
英国航空实验室研究人员研制了一个虚拟人机工程学评价系统。通过这个系统设计人员可以精确研究轿车内部的人机工程学参数，适时修改轿车虚拟部件的位置，对整个轿车的内部构造重新设计。这项技术为新产品开发在产品的人机工程学研究方面提供了新的方法，可以不断地利用该系统来验证假设，既减少开发费用，又缩短了制造模型的时间，同时又可以满足产品多样化的要求。
2．4 虚拟设计在新产品开发中应用前景 DOLCN.com
随着多媒体技术软硬件飞速发展，特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合，加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度，使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前仅是起步阶段，在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面，及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高，但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力，而且应用前景广阔。应该深入开发研究，使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维能力与产品设计水平。
3、虚拟设计在新产品开发中应用使科学与艺术更好地得到融合
虚拟设计技术与新产品的开发都是建立在科学技术进步的基础之上，都需要科学技术的支持。新产品开发以科学技术理论为基础，然而在新产品开发中的虚拟产品设计等问题上，虚拟现实技术又为设计人员提供了有艺术创造性思维的空间，扩展了设计人员的艺术设计思维，使设计人员能够从理论认识到感性认识对产品进行设计、分析和评价。使设计人员在精神世界的存在中获得心灵自由，让设计更趋人性化、艺术化。
虚拟设计在新产品开发中的应用，使科学的思维方式和艺术的思维方式悄悄地相互侵入和占有着。科学的发明和创造溶入了艺术的想象和品格，艺术的创造和对产品形态美的探索又渗入科学的理论和品质，虚拟设计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。
4、结束语
虚拟设计技术为新产品开发提供了数字设计平台，使新产品开发的周期减少、费用降低，提高了新开发的产品质量。但是如何更有效地利用虚拟设计技术为新产品开发服务，还有待于我们在实际的设计中进行探索。
参考文献
[1]柳冠中.科学×艺术的时代，
卢新华.科学与艺术——互溶的两个世界，
中央工艺美术学院 艺术设计论集 北京工艺美术出版社，1996.10
[2]刘宏增，黄靖远 编著. 虚拟设计. 北京：机械工业出版社，1999.12
关键词：计算机应用; 装配规划; 综述; 虚拟现实; 软计算; 协同装配
装配是产品生命周期的重要环节，是实现产品功能的主要过程。毕业论文 装配成本占产品制造成本40%～50%，装配自动化一直是制造自动化中的瓶颈问题。装配规划是在给定产品与相关制造资源的完整描述前提下，得到产品详细的装配方案的过程，对指导产品可装配性设计、提高产品装配质量和降低装配成本具有重要意义。产品的装配规划通常需要得到零部件的装配序列、装配路径、使用的工装夹具和装配时间等内容[1]~[3]。
较早的传统装配规划采用人工方式，工艺人员根据设计图纸和技术文档，通过分析产品装配图中零件的几何形状和位置关系，必要时再和设计人员进行讨论，进一步明确设计者的真正意图，利用自己的经验和知识规划出产品的装配方案。这种方法工作量大、效率低，且难于保证装配方案的经济性。
随着计算机集成制造CIMS 和并行工程CE技术的发展和应用，一方面对装配相关的设计技术提出了计算机化的要求，以提高和产品开发过程中其他环节的集成化程度。另一方面要求装配方案的优化以降低成本和缩短规划时间以加快产品开发进程。受“需求牵引”和“技术推动”两方面的影响，80 年代初，出现了对计算机辅助装配规划(Computer Aided Assembly Planning，CAAP)技术的研究。到目前为止，CAAP 经历了几个不同的发展阶段，出现了4 种代表性的方法，按照出现的时间顺序及方法的特点，笔者将其归结为经典装配规划方法、虚拟装配规划方法、装配规划软计算方法和协同装配规划方法。
1 经典装配规划方法
早期CAAP 的研究侧重于装配序列的规划，以产品CAD 装配模型为基础，硕士论文 一般采用几何推理的方法，通过产品装配建模、装配序列推理和表达以及装配序列评价和选择为产品面向装配的设计和装配工艺规划提供指导和支持，其过程通常如图1 所示。
1.1产品装配建模
产品装配模型是装配规划的基础，为装配规划提供装配体和零部件的相关信息。常用的装配信息表达模型可分为图模型和矩阵模型。法国学者Bourjauct 提出了联系图模型[4]，将零件之间的物理接触关系定义为联系即装配关系，图中的节点对应零件，边表示所连接的零件间至少有一种装配关系。关系模型[5]进一步区分了零件之间的接触关系和联接关系，图中包含3 种实体类型：零件、接触和联接，边表达了实体间的关系。产品等级装配模型[6]将装配体看成具有层次结构性，即装配体可以分解为子装配体，子装配体又可分解为下级子装配体和零件的集合，以此表达产品的装配组成。
矩阵比图易于计算机表达和实现。Dini 和Santochi[7]利用干涉矩阵、接触矩阵和连接矩阵表达产品，干涉矩阵描述了零部件间沿坐标轴方向装配时相互间的干涉情况，接触矩阵描述了零部件间的物理接触状态，连接矩阵描述了零部件间的连接类型。为减少矩阵的数量，Huang[8]等把6个干涉矩阵合并为一个拆卸矩阵，集成的表达零部件间沿坐标轴方向的干涉情况。
1.2装配序列推理和表达
基于联系图模型，Bourjauct 采用人机交互“问答式”方法获取装配优先约束关系[4]，医学论文 随后De Fazio 和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作进一步较少了需要由用户回答问题的数量，然后通过对装配优约束关系进行推理得到联络建立优先关系的层次模型表达产品的装配序列。
“割集”法是基于拆卸策略的装配规划中通常采用的图论算法。Homem de Mell 和Sanderson[5]通过对产品联接图进行缩并，利用“割集”算法对联接图进行循环分解，生成所有可能的子装配体，直到不可再分。并提出了装配序列的AND/OR 图表达方法，图中的节点对应装配过程中的子装配体或零件，超弧表达将子装配体或零件联接在一起形成更大子装配体的装配操作。因为“割集”算法的计算复杂性为O(3N) (N为零件个数)，因此，对于复杂产品的装配顺序规划存在指数爆炸问题，这是难以让人接受的。
1.3装配序列评价和选择
装配序列的选择对装配线设计、装配成本、装配设备选择有很大影响，职称论文 而评价是选择的基础。装配序列的评价可分为定性和定量两方面因素[11]~[13]，定性因素主要考虑的有装配方向换向的频度、子装配体的稳定性和安全性、装配操作任务间的并行性、子装配体的结合性和模块性、紧固件的装配、零件的聚合等。定量因素主要考虑的有整个装配时间 (包括子装配体的操作时间、运输时间等 )、整个装配成本 (包括劳动成本、夹紧和加工成本 )、产品在装配中再定位的次数、夹具的数目、操作者的数目、机器人手爪的数目、工作台的数目等。
更多的经典装配规划方法研究文献可以参见Texas A&M 大学Wolter 教授的“Assembly Planning Bibliography”[14]，其中收集了自1980年起近15 年经典装配规划方法的相关研究。经典方法一般表达出全部的序列解空间，这使它可能从中找出最优的装配序列，但随着产品中零件数量的增加，解空间的组合爆炸给序列的存储、选优带来极大困难；且序列的几何推理方法不易融入人类的装配知识，难免产生众多几何可行但工艺不可行的序列结果。
2虚拟装配规划方法
虚拟现实技术为装配规划的“人－机”协同工作提供了契机。虚拟装配是指由操作者通过数据手套和三维立体显示设备直接三维操作虚拟零部件来模拟装配/拆卸过程，无需产品或支撑过程的物理实现，通过分析、先验模型、可视化和数据表达等手段，利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的工程决策[15]。虚拟装配过程中，人机可以充分发挥各自的优势，即人通过直觉/装配经验和知识决定产品的装配过程，但不能精确地判断当前所有可能装配的零件，也不太可能准确判定装配某一零件后装配体的稳定性等因素，而通过一定算法和规则实现的机器智能刚好弥补人的不足。虚拟装配方法得到的不仅仅是零件的顺序，还可以包括零件路径、装配工具、夹具和工作台等信息。图2 为虚拟装配规划的工作步骤。
国外虚拟装配规划的研究以沉浸式虚拟装配环境VADE[16]， [17](Virtual Assembly DesignEnvironment)为代表，英语论文 通过建立一个装配规划和评价的虚拟环境来探索运用虚拟现实技术进行设计、制造的潜在技术可能性，为机械系统装配体的规划、评价和验证提供支持。在虚拟环境中，利用提取并导入的CAD 系统产生的装配约束信息引导装配过程；通过引入了质量、惯性和加速度等物理属性，基于物理特性进行装配建模，逼真地模拟真实装配环境；支持双手的灵活装配和操作；记录虚拟装配过程中产生的扫体积和路径信息并可进行编辑；建立了工具/零件/人相互作用模型，支持装配工具在虚拟装配环境中的运用。
国内管强等[18]将虚拟现实技术与面向装配设计的理论相结合，建立了一个虚拟环境下的面
向装配设计系统（VirDFA）。万华根等[19]建立了一个具有多通道界面的虚拟设计与虚拟装配系统（VDVAS），通过直接三维操作和语音命令方便地对零件进行交互拆装以建立零件的装配顺序和装配路径等装配信息。在面向过程与历史的虚拟设计与装配环境（VIRDAS）中，张树有等[20]通过识别装配关系进行装配运动的导航，实现虚拟拆卸/装配顺序规划、虚拟装配分析。从集成的观点出发，姚珺等[21]提出面向产品设计全过程的虚拟装配体系结构，从方案设计、结构设计和装配工艺设计3 个层次上分阶段地对产品可装配性进行分析与评价。田丰等[22]提出一个面向虚拟装配的三维交互平台（VAT），简化了虚拟装配应用系统的构造，便于应用的快速生成。
应用虚拟现实环境开展装配规划，提供了一种新的思路和工具。但是，虚拟环境的构建需要较大资金的软硬件投入，另外，虚拟现实技术本身（如图形的高速刷新）及其相关硬件技术（如力触觉设备）的不成熟使得虚拟装配的研究仍处于探索阶段。
3 装配规划软计算方法
1994 年，Zadeh 教授将模糊逻辑与智能技术结合起来，提出了软计算方法（soft computing）[23]。软计算以模糊逻辑、神经网络和概率推理为基础，不追求问题的精确解，以近似性和不确定性为主要特征，所得到的是精确或不精确问题的近似解。为避免组合爆炸同时又能得到较优的装配规划方案，近来，基于建模、表达和寻优一体化的装配规划软计算方法得到广泛关注。
3.1 装配规划神经网络方法
神经网络是模拟人类形象思维的一种人工智能方法，它是由大量神经元广泛互连而成的复杂网络系统，留学生论文 单一神经元可以有许多输入、输出，神经元之间的相互作用通过连接的权值体现，神经元的输出是其输入的函数。若将优化计算问题的目标函数与网络某种状态函数(通常称网络能量函数)对应起来，网络动态向能量函数极小值方向移动的过程就可视作优化问题的求解过程，稳态点则是优化问题的局部或全局最优解。
转贴于 Hong 和Cho[24]用于机器人装配顺序优化的Hopfiled 神经网络中，考虑装配约束、子装配体稳定性和装配方向改变等因素建立网络的能量方程，基于优先约束推理和专家系统提供的装配成本驱动网络的进化方程得到优化的序列。但由于神经网络缺乏全局搜索能力，计算结果显示，该方法容易产生不优化的装配顺序，且常常只能得到一个局部最优的装配序列。另外，参数选择和初始条件对网络的灵敏度影响大；神经网络在应用前须进行训练，而训练时要由专家提供较多可行的顺序作为样本。而样本可能是针对某种类型的产品，对其它类型的产品则不一定适用，该方法的应用范围窄。
3.2 装配规划模拟退火算法
模拟退火算法源于固体退火思想，将一个优化问题比拟成一个热力学系统，将目标函数比拟为系统的能量，将优化求解过程比拟成系统逐步降温以达到最低能量状态的退火过程，通过模拟固体的退火过程获得优化问题的全局最优解。
Saeid 等[25]利用模拟退火算法进行装配序列规划时，根据产品装配模型获得装配优先关系，将装配过程总装配时间和重定向次数运用多属性应用理论组合成单一目标函数，作为装配序列优化的评价函数。Hong 和Cho[26]将装配约束和装配过程的成本映射为装配序列能量函数，利用模拟退火算法使装配序列能量函数扰动地逐步减小，经过多次迭代，直到能量函数不再变化为止，最后得到具有最小装配成本的装配序列。作者将该方法应用到一个电子继电器装配体上，并将其性能与利用神经网络[24]的装配规划方法进行了比较，结果显示基于模拟退火的装配序列优化方法可以产生较好的装配序列并且在运算时间上优于人工神经网络方法。
模拟退火算法具有较强的局部搜索能力，并能使搜索过程避免陷入局部最优，但模拟退火算法对整个搜索空间的状况了解不多，不能使搜索过程进入最有希望的搜索区域，从而使得算法的运算效率不高。
3.3 装配规划遗传算法
在众多软计算方法中，遗传算法得到了众多研究者的重视。工作总结 遗传算法是模仿生物自然选择和遗传机制的随机搜索算法，它将问题的可能解组成种群，将每一个可能的解看作种群的个体，从一组随机给定的初始种群开始，持续在整个种群空间内随机搜索，按照一定的评估策略即适应度函数对每一个体进行评价，不断通过复制、交叉、变异等遗传算子的作用，使种群在适应度函数的约束下不断进化，算法终止时得到最优/次最优的问题解。图3 为装配规划遗传算法的一般流程。
装配规划遗传算法的研究重点集中于设计装配序列的基因编码方式以包含更多的装配过程信息、设计基因操作的形式和改进遗传算法的局部搜索能力上。Lazzerini 等[27]的分段编码遗传算法中，将染色体分为3 段编码，第1 段表示参与装配的零件编号，第2 段表示零件的可行装配方向，第3 段表示装配工具，从而使染色体包含了部分工艺信息。为了提高算法的性能，文中将装配体分解为子装配体进行装配，减少了参加装配序列规划的零件数目；Guan 等[28]采用基因团编码方式，一个基因团表达一个零件的装配操作，由被装配零件号装配元、装配工具装配元、装配方向装配元和装配类型装配元组成。在扩大采样空间选择下一代种群的基础上，通过交叉和多层次变异实现装配序列并行优化。廖小云和陈湘凤[29]在装配序列规划遗传算法中设计了复制、交叉、变异、剪贴和断连5 种遗传算子寻找装配序列优化解。在Smith 等[30]的增强型遗传算法中，选择下一代个体并不完全依靠适应度，而是先把一定数量较优的个体复制到下一代，将适应度低但几何可行的序列用于继续产生序列，直到满足下一代种群中序列个数的需求，从而使算法能跳出局部最优点，在全局范围内搜索最优解。
理论上，找到全局最优装配序列要求参加演化计算的种群规模要足够大，迭代次数要无限
多，但在计算资源和时间限制下是达不到要求的。因此，遗传算法求解装配规划问题的效率和结果依赖于初始种群规模及其质量、遗传算子及其操作概率等因素。
4 协同装配规划方法
装配体作为实现产品功能的载体，零部件可能由不同的企业设计，零部件和产品可能在不同的装配工厂完成装配过程，因此需要设计团队的协同工作和决策以保证装配质量和降低装配成本。计算机和网络技术的快速发展缩短了异地人员在时间和空间上的距离，为实时的“人－机－人”协同装配工作提供了可能。
Wisconsin-Madison 大学[31]提出网络环境下的电子化装配（ e-Assembly ），探讨在Internet/Intranet 上利用3D 模型进行协同虚拟装配和拆卸的方法论和工具，拟实现的关键技术包括3D 交互可视化、协同装配/拆卸/维护/回收等。目前已开发了Motive3D 系统，利用Synthesizer模块可以交互/自动进行产品的装配建模和规划，Visualizer 模块为用户在Web 平台上提供装配序列规划结果的可视化仿真，但缺少交互修改、调整功能。在ATS 项目[32]实施中，为了向异地的开发人员展示装配设计和装配规划结果，尝试利用VRML 作为可视化工具，一方面供设计团队浏览零部件设计，另外将装配模型用文本编辑软件进行编辑，生成装配序列的VRML 仿真文件，供异地的设计团队实时进行评价和提出修改意见。但手工编辑文件不但花费的时间长达一周，而且每次设计修改后都必须重新编辑；同时，仿真文件仅具有浏览功能，不能进行交互修改。
Web 环境下的协同装配规划方法[33]采用协同工作环境下的装配建模、装配规划任务分配和装配序列合成等技术，通过对复杂产品装配规划问题的分解，即降低了单机规划工作模式的复杂度，又便于集中不同地域多专家的装配知识和经验进行装配规划方案的协同决策。面向协同广义装配[34]通过确定装配子任务编码方法、装配人员评价指数和制定协同装配协议，以VRML 为产品模型载体实现协同装配系统。在装配知识和规则的支撑下，支持局域网内多用户实施产品预装配、验证零部件可装配性，相关的装配人员能够协同讨论装配方案。Web 环境下3D 交互装配可视化仿真结构是一个符合开放技术标准的可视化装配系统[35]，它基于VRML-Java 实现装配场景的动态生成、装配控制、碰撞检测以及装配过程的动画回放等功能，目前完成了基于“堆叠”思路的装配验证方式。但该系统属于单用户系统，不能支持多用户的实时协同装配工作。
5 结论与展望
CAAP 的研究在理论上取得了一定的成果，在工业界也得到了一定的应用，但相对而言还很少，这说明该技术距离工业实用还存在较大差距。装配规划是一个经验和知识密集型的工作，同时又与具体行业和产品有紧密的关系。经典装配规划方法的精确推理在保证序列的几何可行性方面具有优势，而软计算技术能够将人的模糊知识融入规划过程中，使得结果具有更好的工艺可行性，两者的适当结合将有利于模仿人类装配专家的实际装配规划过程，从而得到合理的装配方案。
跨地域、跨国家的网络化、协同化产品设计和制造新模式的形成使产品装配成为一个需要协同工作和决策的问题。随着虚拟现实技术和网络技术的进一步发展，建立基于网络的协同装配决策平台和虚拟环境，支持异地多人员协同装配方案决策将是新形势下装配规划研究的新趋势。 参考文献
[1] 苏强， 林志航. 计算机辅助装配顺序规划研究综述[J]. 机械科学与技术， 1999， 18(6): 1006~1012.
[2] 石淼， 唐朔飞， 李明树. 装配序列规划研究综述[J]. 计算机研究与发展， 1994， 31(6): 30~34.
[3] 牛新文， 丁汉， 熊有伦. 计算机辅助装配顺序规划研究综述[J]. 中国机械工程， 2001， 12(12):1440~1443.
由于当今市场竞争日益激烈与科学技术进步的加快，使得产品开发的技术含量与复杂程度日益增加，同时也由于产品的生命周期不断地缩短，因此，缩短新产品开发的周期、提高新产品开发的技术水平、降低新产品开发的成本，并保证上市后产品的上市周期，是当前新产品开发着重要解决的问题。
虚拟设计（VirtualDesign）属于多学科交叉技术，涉及众多的学科和专业技术知识，它是随着科学技术的发展，特别是计算机辅助CAX技术的发展，开始广泛地应用于企业的生产与制造之中。由于虚拟设计技术在新产品开发过程中的应用，使产品设计实现更自然的人机交互，采用并行设计工作模式，系统考虑各种因素，使相关的人员之间相互理解、相互支持，把握了新产品开发周期的全过程，提高了产品设计的一次性成功。从而缩短产品开发周期，降低生产成本，提高了产品质量，给企业带来了更多的商机。
2．虚拟设计在新产品开发中的应用
2．1虚拟产品设计
近几年来，CAID技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持，但目前在虚拟产品设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型，多采用Rhino和Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型，其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来，设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来，在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。
随着虚拟现实（VirtualReality）技术与多媒体技术的发展，虚拟现实技术与多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用，以及科技人员在不断提高的计算机操作的人机界面综合技术，改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方式。目前，所采用的将虚拟现实技术引入CAD环境，这将便于模拟新产品开发中产品的某些性能，又便于设计人员对产品的修改。技术条件好的公司，在进行虚拟产品设计时，设计人员可以先利用现有的CAD系统建模，再转换到VR环境中，让设计人员或准客户来感知产品。设计人员也可以利用VR-CAD系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。例如在对汽车的设计时，设计人员在具有全交互性的设计环境中，利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连，不仅可以进行虚拟的合作，产生一种身临其境的感觉，而且还可以实时地对整个虚拟产品（VirtualProduct）设计过程进行检查、评估，实地解决设计中的决策问题，使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性的发挥。
有的企业在新产品开发设计时，还建立了物理试验模型PMU（PhysicalMock-up），如油泥模型（ClayModeling）等已逐步被计算机和仿真代替，在此基础上进行产品设计建模和仿真设计，以达到改进产品方案设计的目的。虚拟产品也就是最初的数字试验模型DMU（DigitalMock-up），虚拟产品设计初级阶段的虚拟油泥建模（VirtualClayModeling），可以适应创造性设计过程所提出的直观要求，设计人员可以在虚拟环境空间中，利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。所设计的产品可得到精确的描述，物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。例如：美国波音公司777飞机的虚拟原形机，就利用虚拟产品设计对该产品进行全数字化三维描述，实现了产品设计的虚拟油泥模型和无纸工程等，这个模型可为产品开发不同的阶段和设计原则提供参考。同时，虚拟产品设计在造船等其他新产品开发方面也得到了成功的应用。
另外，虚拟产品设计与其它设计过程进行数字连接，可实现新产品开发过程的集成，使并行工程(ConcurrentEngineering)得到充分体现与实施。从而缩短开发时间，降低开发成本，发挥设计人员的创造性潜能。
2．2虚拟装配设计（VirtualAssemblyDesign）
虚拟装配设计（VirtualAssemblyDesign）是虚拟设计在新产品开发方面具有较大影响力的一个领域。虚拟装配（VirtualAssembly）采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前，就其技术而言，已经成熟，虽尚没有商用虚拟装配系统，也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价，但这项技术在新产品开发中已得到肯定，并具有很重要的意义。
过去传统的产品开发，常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究，力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度，及时优化设计方案。
虚拟装配的第一步是在CAD系统创建虚拟产品模型，然后进入并利用虚拟装配设计环境（VirtualAssemblyDesignEnvironment）系统，产品开发人员在VADE系统中开展工作，借助虚拟装配设计环境系统，设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验，帮助设计人员及时发现设计中的装配缺陷，全面掌握在虚拟制造中的装配过程，尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。利用这个虚拟环境，评价产品的公差、选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺，可将结果进行可视化处理。
实验表明，虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期，减轻设计返工的负担，加快了引入高级设计方法和技术的速度，提高新产品开发的质量与可靠性，同时也降低新产品开发的成本。
2．3虚拟人机工程学设计
虚拟人机工程学设计是借助虚拟样机（Virtualprototype）系统，也有人称其为虚拟人机工程学环境，将它引入虚拟人机工程学评价系统，设计人员可以精确研究产品的人机工程学参数，并且在必要时可以修改虚拟部件的位置，重新设计整个产品的构造。另外，它还允许不同技术背景的人直接与设计的产品进行交互及评价产品的性能，有助于满足不同用户的特殊要求。
英国航空实验室研究人员研制了一个虚拟人机工程学评价系统。通过这个系统设计人员可以精确研究轿车内部的人机工程学参数，适时修改轿车虚拟部件的位置，对整个轿车的内部构造重新设计。这项技术为新产品开发在产品的人机工程学研究方面提供了新的方法，可以不断地利用该系统来验证假设，既减少开发费用，又缩短了制造模型的时间，同时又可以满足产品多样化的要求。
2．4虚拟设计在新产品开发中应用前景
随着多媒体技术软硬件飞速发展，特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合，加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度，使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前仅是起步阶段，在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面，及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高，但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力，而且应用前景广阔。应该深入开发研究，使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维能力与产品设计水平。
3、虚拟设计在新产品开发中应用使科学与艺术更好地得到融合
虚拟设计技术与新产品的开发都是建立在科学技术进步的基础之上，都需要科学技术的支持。新产品开发以科学技术理论为基础，然而在新产品开发中的虚拟产品设计等问题上，虚拟现实技术又为设计人员提供了有艺术创造性思维的空间，扩展了设计人员的艺术设计思维，使设计人员能够从理论认识到感性认识对产品进行设计、分析和评价。使设计人员在精神世界的存在中获得心灵自由，让设计更趋人性化、艺术化。
虚拟设计在新产品开发中的应用，使科学的思维方式和艺术的思维方式悄悄地相互侵入和占有着。科学的发明和创造溶入了艺术的想象和品格，艺术的创造和对产品形态美的探索又渗入科学的理论和品质，虚拟设计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。
4、结束语
虚拟设计技术为新产品开发提供了数字设计平台，使新产品开发的周期减少、费用降低，提高了新开发的产品质量。但是如何更有效地利用虚拟设计技术为新产品开发服务，还有待于我们在实际的设计中进行探索。
参考文献：
[1]柳冠中.科学×艺术的时代,
卢新华.科学与艺术——互溶的两个世界,
中央工艺美术学院艺术设计论集北京工艺美术出版社,1996.10
[2]刘宏增,黄靖远编著.虚拟设计.北京：机械工业出版社,1999.12
关键词：虚拟机；VirtualBox；实训教学
中图分类号：TP3-4
实训教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是组织教学的重要手段。计算机实训教学是整个计算机专业教学中的重要环节，作为组织计算机实训教学载体的计算机实验实训室在其中起着重要的作用，为了便于管理人员管理，很多计算机实训室都采用了硬盘还原系统来保护计算机系统。而现在很多的计算机实训教学课程涉及到操作系统、硬件的配置与管理，这在我们现有的计算机实训室环境中不便于组织实施。随着虚拟机技术的发展，这些问题可以得到有效的解决。
1 VirtualBox简介
虚拟机技术就是通过虚拟机软件模拟出来一个真实的完整的计算机硬件系统，也称之为逻辑上的计算机。利用虚拟机软件可以在一台物理上的计算机模拟出来多个逻辑上的计算机，每台逻辑上的计算机可以运行单独的操作系统而互不干扰，这些逻辑上的计算机各自拥有自己独立的CMOS、硬盘和操作系统，可以像使用普通机器一样对它们进行分区、格式化、安装系统和应用软件等操作，所有的这些操作都是一个虚拟的过程不会对真实的主机造成影响，还可以将这几个操作系统联成一个网络。目前常用的虚拟机软件有VMware Workstation、Virtual PC和VirtualBox等。VirtualBox是一款开源的免费虚拟机软件，几乎支持所有的操作系统，与传统的虚拟机软件VMware及Virtual PC比较，VirtualBox独到之处包括Remote Desktop Protocol（RDP）、iSCSI及USB的支持，其主要特性有：
（1）支持OpenGL接口的3D硬件加速。该特性在虚拟的Windows客户机里执行的应用程序通过OpenGL编程接口使用的3D效果，将不会用软件来模拟，而是直接通过VirtualBox来使用主机的3D硬件。同时，它能够支持所有的宿主平台（Windows，Mac，Linux，Solaris），当然前提是宿主操作系统能够正常使用OpenGL 3D加速硬件。
（2）支持在32位操作系统上安装64位GuestOS。VirtualBox支持64位的客户虚拟机；从2.1.0版本开始支持在32位的操作系统上虚拟64位客户机。当然这需要64位硬件支持。
（3）增加了对Intel Nehalem虚拟化增强技术EPT和VPID的支持。VirtualBox已经有一些成熟的技术在不需要任何特殊硬件的条件下实现硬件虚拟化，而现在的Intel和AMD处理器都已经支持所谓的“硬件虚拟化”。如AMD的“AMD-V”技术和Intel的VT-x技术。从2.1.0版本开始，EPT（Extended Page Tables）和VPID（Virtual Processor Identifiers）在VirtualBox里都得到了支持。
（4）支持多种虚拟系统格式，全面支持VMware和Virtual PC的虚拟机镜像VMDK和VHN，包括其快照文件。VirtualBox一般使用自己的镜像格式VDI文件，同时还全面支持流行的其它虚拟化产品广泛使用的的VMDK格式和VHD格式。
2 使用VirtualBox建立虚拟机
在计算机实训教学中使用虚拟机，可以让学生在虚拟的计算机上任意的进行设置和操作，这些设置和操作不会破坏真实计算机。使用VirtualBox创建虚拟机的步骤如下：
（1）启动VirtualBox，点击“新建”打开新建虚拟电脑向导，通过向导来完成虚拟电脑的创建，这里主要涉及到操作系统、虚拟内存、虚拟磁盘等内容的设置。虚拟磁盘是以一个vdi文件的格式存在于真实计算机磁盘中，它有动态扩展和固定大小两种方式，建议使用动态扩展，这种方式可根据实际磁盘的使用情况来占用真实的磁盘空间。
（2）虚拟电脑的设置。在安装系统之前需要对虚拟电脑进行设置，选中虚拟机，点击“设置”打开虚拟电脑的设置对话框，然后进行相关的设置。主要设置内容包括Storage、网络和数据空间几项。Storage选择为ISO格式的安装镜像或者选择一个物理光驱分配给虚拟机，数据空间用来共享主机上面需要共享的文件夹磁盘分区，达到在虚拟的机器里面能读写物理主机磁盘里面的文件以及数据的功能（需要在安装好的操作系统里面安装增强功能），需要选择你打算共享的分区或是文件夹。VirtualBox提供了四种网络接入模式，它们分别是：NAT（网络地址转换模式）、Bridged Adapter（桥接模式）、Internal（内部网络模式）和Host-only Adapter（主机模式），在多数实训情况下我们选择桥接模式。
3 计算机实训教学应用案例
3.1 在《计算机网络基础》中的应用
《计算机网络基础》是一门理论和实践相当密切结合的课程，对实验环境有相当高的要求。比如需要双网卡的计算机、多系统的计算机、交换机和路由器等设备，而给每个学生都配置这些设备成本是比较高的。我们就可以利用VirtualBox将所需的操作系统集中安装在一台计算机上，然后根据实训要求搭建相应的网络环境，从而满足课程的教学和实训要求。
3.2 在《计算机组装与维修》中的应用
在《计算机组装与维护》课程的实训教学中，当在讲授到如cmos 设置、磁盘分区、格式化、安装操作系统、系统备份与恢复、软件的安装与卸载等实训内容时，由于这些实训内容对计算机系统有一定的破坏性，从保护硬件设备的角度出发，教师一般采用演示的方式来组织教学，教师仅用讲述的方法来讲解比较抽象，很难达到实训的效果。这不利于学生直观的了解和掌握，而且学生也没有动手实践的机会。我们可以利用VirtualBox创建出虚拟的计算机，让学生在虚拟的计算机系统中来完成上述的学习内容，学生可以边听边练习， 这不但提高了教学效果，而且不会对真实的计算机产生任何破坏性影响。
3.3 在《服务器配置与管理》中的应用
在《服务器配置与管理》中的RAID技术实验、多机互联的路由实验，教师只能从理论是分析讲解，无法在课堂上演示，学生也无法通过实验来更进一步的加深理解。在设置Telnet、FTP、IIS等网络服务的配置、远程访问和路由的设置等，这类实训内容需要用到多台计算机和多种网络设备，而我们现有的教学条件有限，导致学生学完课程缺无法解决实际的问题。这个矛盾我们同样可以利用VirtualBox这个虚拟机技术得到缓解。
4 结语
利用VirtualBox这种类型的虚拟机技术来应用于我们的计算机实训教学的案例很多，需要我们在平时的实训教学中多思考，并注意开发和积累。虚拟机应用于计算机实训教学既解决了我们实际教学中存在的矛盾，又提供给学生很大自主学习的空间，既改变了教师传统实训教学模式，又提高了学生的学习兴趣。
参考文献：
[1]巩晓阳.虚拟机在计算机教学中的应用[J].北京电力高等专科学校学报，2010（8）.
[2]江平.虚拟机及其在计算机教学中的应用[J].四川工程职业技术学院学报，2006（5）.
[3]王存祥.虚拟机技术在计算机教学中的应用[J].现代教育技术，2006（5）.
通过运用虚拟现实技术，可以将很多实验环节通过某些设备和手段传给计算机，然后通过软件的解释输入给计算机，可以由计算机虚拟和仿真来实现，增加了学生对具体场景的理解和深入，为培养高素质的具有很好动手能力的学生奠定了一个最基本的基础。当然，更深一层的意义将是对现代教育思想的发展和探索。在此研究中，主要针对可视化、多媒体通信等关键技术进行了探索。
2系统设计与开发
在系统设计与开发过程中，首先需要设计虚拟实验教学环境模型。分别由用户、操作接口、虚拟仪器实体模型、虚拟器件实体模型以及虚拟场景实体模型等，其中在虚拟仪器实体模型、虚拟器件实体模型以及虚拟场景实体模型中都要用到数学模型。
2.1系统设计流程
在虚拟实训教学环境设计与研究中，虚拟教学环境构建流程。从环境设计开始，由环境建模、资源建模、用户建模组成，然后经过动作定义，最后到达环境实现。根据虚拟教学环境设计流程，可以确定虚拟教学环境的内容，依据其体系结构建立虚拟教学环境。在环境、资源及用户建模中，数学模型的建模过程基本相同（如SPICE模型）。而为了尽量逼真地模拟出场景、仪器和元器件的外形和操作，虚拟实验一般采用三维建模和绘制技术进行环境、资源和用户的实体建模。过程如下：①建立基本模型；②确定参数；③加入随机误差和随机化初始条件。
2.2虚拟装配的设计与实现流程
经历了三维实体模块、模型处理、模型导入场景、模型交互以及界面处理几部分。虚拟装配，是实际装配过程在计算机上的本质体现。虚拟装配流程中，三维实体模型的建模是基础。实体模型包括每个实训任务中需要的各种虚拟场景、虚拟样机（实验对象）、虚拟仪表、虚拟手等。首先借助传统的专业三维模型软件Maya建立实验对象（如S700K型转辙机）的装配模型（模型创建）。其生成的虚拟实体数据文件，通过COLLADA转换为WebGL引擎可以解析的XML数据文件（模型处理）。为了将WebGL与Collada关联，本研究的虚拟中心采用了SpiderGL这种开源的WebGL引擎。该引起可以直接异步解析Collada格式数据。这种结构的优势是利用服务器端Collada服务可实现内容的动态获取和创建。然后在虚拟实训环境中（模型导入场景），模拟实训对象的实际装配过程（模型交互）。在虚拟装配环境中，干涉一般发生在当前移动的物体（包括零部件、工具、夹具）与静止物体（虚拟装配场景、已装配的零部件、工具、夹具）之间。以高速铁路通信信号专业研究为例，分别以图示清晰地描述了虚拟装配操作界面、虚拟装配算法流程、转辙机壳体虚拟装配视图，实现了对虚拟装配过程的显示与控制。
3虚拟实训报告
实训报告是非常重要的一个实训教学环节，它不仅要简要说明实训内容、原理、使用元件仪器，还要记录实训中测试的数据、观测的信号波形等信息，同时还要对实训结果等进行相应的计算、判断和分析。实训报告处理过程示意，首先实验数据、图像等信息记录经过分析处理模块，利用实验报告模板，实验报告生成模块形成，然后是实验报告，最后是进入数据库服务器。
4基于虚拟实训的课堂教学模式实验分析
基于虚拟实训的教学结果到底如何？实验选取某高职院校通信信号技术专业的学生作为主体实验对象。他们所开设的主干课程—《通信信号设备与编程》作为实验的具体对象之一，此课程理论教学的总学时在改革新的教学模式后由原来的160学时减少为120学时，而课程内容基本保持不变，运用传统的教学方法，在有限的120学时内把通信信号设备与编程的全部知识传授给学生根本无法实现。因此，需要新的教学模式和方法解决这个问题。选取开设同样课程、学生总体水平相同的两个班级作为实验研究对象，实验教学班为082班，传统教学班为081班，每个班学生人数都是48人，其中实验班采用基于通信信号仿真软件的课堂教学模式，普通教学班采用传统教学模式。《通信信号设备与编程》课程试验班与传统班教学情况对比。一年来的教学实际情况反映显示，虚拟通信信号仿真在《通信信号设备与编程》课程教学中的应用前景广阔。虚拟通信信号仿真在高职学校通信信号技术专业的应用必将改革传统的通信信号专业教学模式，虚拟通信信号仿真是实施以学生为中心的教学必备工具，也是理论、实践相结合教学的桥梁，是一种对学生实际能力培养的有效解决途径，期冀基于虚拟通信信号仿真软件的教学模式成为通信信号技术专业课堂教学改革的发展方向。通过对比分析，得出在实验班比传统班教学学时少40学时的情况下，实验班总体成绩仍大大好于正常班，但同时也看到了实验班的编程优秀率没有传统班的高，分析其中原因，在通信信号仿真上“操作精度”和“熟练程度”不好保证，要想成为熟练有技术的操作工，还必须多多增加学生的一线实践，提高学生的实践动手能力。合理的进行系统化教学设计使通信信号仿真课与真实的实践课比例达到最佳，实现教学效果的最优化。
5结语
【关键词】网络课程；教学；虚拟机技术；Vmware
近几年，很多学校都开设了计算机相关专业 。但是，在计算机网络实验教学环节上相当一部分学校仅仅是采用了多媒体演示文稿的方式进行讲解， 而真正的计算机网络课程实验却是少之又少。 经了解存在如下原因：
第一，在校学生人数的不断增加而学校经费有限不可能投入过多，多数学校都存在计算机实验室数量少 、实验设备不够用的情况。
第二，计算机相关实验教学过程中，存在计算机等实验设备维护工作量巨大等现状，硬件系统维护、软件安装、磁盘操作、分区、格式化等、操作系统的安装升级等操作，均需要学生亲自动手，多多实践才能有深刻的认识和理解。但由于这类操作具有潜在的破坏性，一旦出现误操作，很可能造成系统崩溃实验教学人员就不得不重新安装配置系统，久而久之，工作量可想而知。
第三，一些实验需用课时数较多，但实验室断电后实验无法保存。
第四，对于一些网络方面的计算机实验，现有的机房硬件环境更是无法满足计算机网络实验的要求。
如果在计算机实验教学中充分利用虚拟机技术则可以有效地解决上述计算机实验教学中出现的各种问题。
1虚拟机简介
这里讨论的所谓虚拟机 不是指 Java 虚拟机那样提供介于硬件和编程程序之间的软件 而是指建立在宿主机的基础上 通过软件 等模拟出来的若干台可以独立运行且互不干扰的多个具有相同或不同操作系统的计算机。
目前常用的虚拟机软件有 VMware Workstation、Microsoft Virtual PC和VirtualBox，其中VMware Work-station 是最为成功的一款。利用虚拟机软件，可以在一台宿主计算机上模拟出多台机器 ，这些虚拟机如同真实的计算机一样拥有各自独立的硬件和软件，包括虚拟机操作系统（依实际需要安装）CPU内存、硬盘光驱、网卡、甚至是声卡和USB接口等部件。因此VMware Workstation 也使我们在教学中使用的虚拟机软件。
2VMware 的安装使用
2.1网下下载Vmware Workstation 6.0（现在Vmware Workstation 8.0），在运行WindowsXp操作系统的计算机上安装Vmware Workstation 6.0软件。
2.2启动Vmware Workstation 6.0，预先规划虚拟网络的虚拟机的数量，在一个硬盘分区中.为每台虚拟机的映像文件预留足够的硬盘空间 Windows2003 Server的虚拟机映像文件约占1.7GB.Linux Red hat的虚拟机映像文件约占2.5GB 在新建虚拟机向导中指定磁盘容量时.磁盘大小采用系统默认的8GB。利用网上下载的网络操作系统（Windows或者Linux等）的ISO文件对虚拟机进行操作系统（Windows 2003）的安装。
2.3安装完操作系统后就可以进行所需要的实验。可以把当前做好的虚拟机保存下来。
虚拟机主要进行网络实验，需要重点介绍一下虚拟机系统的网卡工作模式
2.4虚拟机系统的网卡工作模式
2.4.1桥接模式。在桥接模式下，Vmware虚拟出来的计算机就 像是局域网中的一立的主机，它可以访问网内任何一台机器。该虚拟机和宿主机在网络关系 上是平等的，没有谁主谁次之分。需要手工为虚拟机配置IP地址、子网掩码，并且与宿主机处于同一网段，这样虚拟机才能和宿主机器进行通信在操作系统课程的实验中，经常会利用Vmware在局域网内新建一个虚拟服务器，为局域网用户提供网络服务，因此，应该选择桥接模式。这种模式是在新建虚拟机的时候默认选择的。从原理上该模式是将虚拟机的虚 拟网卡桥接到一个宿主机的物理网卡上面，也就是将宿主机的物理网卡设置为混杂模式，从而达到侦听多个IP的能力。
在新建虚拟机向导中配置网络模式时，建议使用系统默认的桥接模式（bridged），使虚拟机是局域网中的一个独立的主机系统.手工为虚拟机配置IP地址、子网掩码和网关，而且还要和实体主机处于同一网段.以实现通过局域网的网关或路由器访问互联网。对虚拟机进行网络参数设置，使虚拟机系统（windows 2003或者Linux）和主机的XP系统能进行连网通信。
3虚拟机在教学中的应用
3.1计算机组装和维护课程实验
计算机组装与维护是应用性和实用性非常强的课程，要求学生了解计算机硬件发展的最新技术，掌握组装与维修计算机的基本原理，能够独立动手组装计算机以及处理计算机常见故障。
基于虚拟机技术的计算机组装和维修实VMware训主要包括 设置BIOS、硬盘的分区、低级和高级格式化、数据的备份与恢复和操作系统的安装等几个部分。实验时需新建一台虚拟机，并在硬件配置编辑器中为其添加虚拟硬盘，配置好系统维护所需的其他硬件。
学生打开虚拟机，根据提示可以进入虚拟机的BIOS，像设置实际一样进行各项配置BIOS。
在这样的虚拟实训环境下的操作与在实际计算机系统上的操作几乎完全相同，可以很好地让学生练习，完成教学任务，而且也不会给计算机的维护带来额外的负担。
3.2操作系统实验
计算机专业的学生除了要学习Window 操作系统外，还需学习Linux、Unix等操作系统课程，而机房的计算机一般安装的是Windows系统。如果在一台电脑上安装多个操作系统，会加重机房管理的工作量和难度。 利用虚拟机软件，可以将Linux、Unix 等操作系统安装到Windows 系统中的虚拟机中，这样可以不用改变机房的系统配置，减轻机房管理人员的维护工作。
在虚拟机上安装操作系统的过程中，需要动手设置的地方不多，多数时候是等待计算机自动安装，并且可以做到 工作 和 安装 两不误，即在虚拟机里安装操作系统时，可以在本台主机上继续其他的工作，只要在主机和虚拟机之间切换就可以实现 。虚拟机的挂起功能又可以方便地保留当前状态，以便下一次继续实验。
3.3网络组建与维护实验
计算机网络实验需要多台计算机以及多种网络互联设备，而利用虚拟机只需要一台电脑便能虚拟出多台虚拟机，还可以虚拟出交换机、网卡等设备，以满足网络组建的需要，学生可以在虚拟的网络里组建基于工作组的对等网以及基于域的局域网。网络组建与维护实验主要包括 Windows网络（域和工作组）的组建Linux/Unix网络的组建以及多系统组网实训。安装完VMware Workstation Windows虚拟机后，默认的在Windows系统的“网络连接”中会自动出现了两个虚拟网卡：“VMware Network Adapter VMnet8”和“VMware Network AdapterVMnetl。
3.4服务器配置与管理实验
在在虚拟网络里，将某些虚拟机配置为服务器，某些虚拟机设为客户端，让学生从中学习服务器的配置与管理，充分体会服务器、工作站、对等工作模式、客户服务器工作模式等抽象概念。学生可以学会搭建满足一定条件及应用的网络，为培养学生的设计和创新能力提供实验平台，并可在此基础上进行Web、DNS、FTP、Mail、DHCP服务器以及流媒体服务器等服务器的配置实验。
服务器配置与管理实验对虚拟机没有特殊的要求，只要虚拟机之间以及虚拟机与主机之间可以通讯，就可以构建一个完整的实验环境 做实验时，让一台虚拟机。做客户机，另一台虚拟机做服务器，并且在虚拟机上安装好需要用到的服务器和客户机操作系统，并选取合适的系统虚拟网卡类型。这样进入该实验环境时，就可以自行安装服务器软件并进行相关的实验。
4结论
计算机网络的实践教学由于其抽象性，不在实际环境下讲解，学生很难理解。由于虚拟机技术的在网络教学中的引入，使得原本枯燥、难懂、抽象的网络课程，变成为有趣、生动、启发学生兴趣和培养实际动手能力的捷径。随着虚拟机技术的不断发展和应用，虚拟机技术一定会为我们网络教学带来革命性的改变。目前教学的计算机实验室多为已经组建了内部局域网络，而不便于学生自己独立组建局域网络。因此采用虚拟机系统技术模拟真实网络环境授课是提高教师教学效果和保证教学质量的一种手段.同时也减轻了设备维护的经费和实验员的工作量，在实际的教学和实验应用中取得了良好的效果。
参考文献：
[关键词]参数化设计；虚拟样机技术；减速器开发；原理；方法
中图分类号：TH132.46 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0382-01
引言
我们需要应用新型的方法来提高减速器开发应用的质量和水平，最终使其具有良好的经济效益和应用价值。其中，参数化设计与虚拟样机技术是两种有效的方法，可以使得传统减速器产品开发设计的周期缩短、设计的成本降低、传动的质量和水平获得提高。因此，我们需要对于减速器产品参数化设计的原理和实现方法、虚拟样机技术在减速器开发中应用的方法进行研究和分析，最终使得减速器开发应用的质量和功能得到有效保障。
一、减速器产品参数化设计的原理和实现方法
（一）设计框架
我们需要进行减速器产品参数化设计的总体规划，对于减速器产品参数化设计具体方式进行有效指导。比如：第一，我们需要有效的应用网络信息技术和计算机技术将减速器产品参数化设计原始数据进行输入，一步步完成减速器产品参数化设计工作。第二，我们需要有效应用此设计将多种技术在系统中进行有效融合，最终提升减速器产品参数化设计质量。比如：单元模块技术、可靠性设计技术、优化设计技术、专家系统技术、有限元技术等等。第三，进行该系统的运行，进行减速器工作状态动态仿真。第四，通过其总体设计系统，对于减速器立体图、装配图、零件图进行有效绘制。
（二）减速器产品参数化设计方案的模糊评价
1.建立起有效的评价模型
我们需要通过对于数据信息的有效收集和分析，建立起必要的目标集、权重系数集合、评价集、模糊评价矩阵。
2.评价模型的求解
我们主要是应用取大取小法、乘积-取大法、乘积-求和法、全面制约法、均衡平均法来进行有关数据的计算，然后应用多种方案对于这些数据结果进行充分的比较，最终做出科学决策，对其模型求解进行评价。
（三）SolidWorks中标准零件模型库的建立
我们需要应用以下的方式建立起SolidWorks中标准零件模型库。第一，将COM技术在国家标准件库中进行应用。第二，进行驱动模块模型的建立和科学配置。第三，应用有效方法进行标准件的分类。比如：我们可以将标准件库分为通用件、联接件、紧固件三种不同的类型。第四，标准件系统总体结构的科学设计。其主要的流程为：将COM接口与SolidWorks软件平台、VC++软件平台进行有效连接，然后将整个系统分为客户端和服务器端两个部分，然后COM接口-标准件查询-新增标准件-标准件库维护-SQL数据库-网络服务器-权限申请-预览零件图片进行科学连接。
（四）齿轮零件参数化设计模块
齿轮零件参数化模块设计的总体思想为：全面提高减速器产品设计开发应用的质量和水平，使其具有速度快，精度高，操作灵活、方便，功能齐全等多方面的优点，最终使得其具有良好的应用状态。具体来讲，第一，需要对于齿轮特征结构和页面进行科学的设计。第二，进行模块数据的有效处理。第三，我们需要对于SolidWorks软件齿轮轮廓线进行科学设计。比如：建立起渐开线齿轮轮廓的数学模型，建立起圆弧齿轮曲线的数学模型。第四，我们需要对于齿轮零件参数化进行设计实例的应用。其主要的应用流程为：开始--输入齿轮零件参数化模块参数--选择齿轮结构--绘制圆柱胚体--绘制孔板式胚体--绘制轮廓式胚体--依据轮廓离散点画出齿形曲线草图--切除齿槽并列阵--齿轮轴的有效设计--输入轴参数进行轴页面设计--生成齿轮或齿轮轴实体。第五，进行轴类零件的参数化设计。第六，进行箱体的参数化模块设计。第七，进行减速器的模拟装配，并且对于装配中应用的技术、装配信息等方面进行科学记录。第八，进行装配的有效检查，使其具有良好的应用状态[1]。
二、虚拟样机技术在减速器开发中应用的方法
（一）虚拟样机技术
虚拟样机技术是在20世纪80年代逐渐兴起的一项技术，是基于计算机技术的一项新概念技术。是指将一个机械开发时所使用的零件全部糅合到一起运用计算机进行模拟操作观察最终效果的一项技术。利用CAD技术进行3D建模从而观察机械内部构造所存在的问题，方便在进行实物装配的过程中能够进一步解决问题，为机械的制作提供了便利。在减速器的制作室，虚拟样机技术应用同样广泛，能够使减速器得到合理的配置，以便对减速器进行下一步的开发改进，减少了人力物力的使用。虚拟样机技术能够运用计算机技术达到将目标机械的构造，工作原理，使用情况和可能更会出现的问题加以分析，得出准确的改进方法和有效的实施方法，减轻了人员的负担，减少了机械的错误率。
（二）虚拟样机仿真的内容
虚拟样机仿真主要包括两大方面：动态特性的仿真分析和几何仿真的分析。动态特性的仿真分析包括了以下内容：运动学的仿真分析和动力学的仿真分析。主要研究多体系统动力学，多体系统动力学中又包括了多柔性体系统动力学和多刚性体系统动力学两大部分，虚拟样机都能够准确的将这些部分完美的表达出来。集合仿真的分析包括关于配装关系和几何特性的分析，通过虚拟的技术相使用者展示几个关系的配置，检测在配置中的缺陷，为实体制作扫清障碍[2]。
（三）减速器虚拟模型的建立
减速器虚拟模型模型的建立需要由以下几个方面来完成。第一，SolidWorks模型导入ADAMS软件中。其主要的流程如下：应用Parasolid格式将SolidWorks中的组件和零件进行有效的保存，并且在保存路径中没有中文字符的出现。然后将原有的x_t改为xmt_txt，在ADAMS软件中的improt进行文件类型的有效选择。第二，我们需要进行系统约束和载荷的施加。比如：仿真前提条件的确定、施加约束条件的确定和应用。
（四）减速器虚拟的运动学分析
我们需要有效的对于减速器虚拟样机技术进行科学的运动学分析。比如：对于减速器应用的虚拟样机技术传动比进行有效验证，应用专业化的公式进行科学计算。对于不同的输入转速对系统稳定性影响进行科学分析，进行齿轮呲合力的有效计算，对于输入轴和输出抽的角加速度与振动进行科学分析。
我们主要是有效的进行虚拟样机技术的仿真模拟、构建出虚拟样机技术在减速器开发应用中的环境，通过对于虚拟模型的建立、减速器虚拟的运动学分析方式来进行减速器虚拟各方面数据信息的分析和计算，最终明确虚拟样机技术在减速器开发中应用的价值[3]。
结论
对于参数化设计与虚拟样机技术在减速器开发中应用问题进行研究，有利于我们应用科学方式提高参数化设计与虚拟样机技术在减速器开发中应用质量和水平，使其减速器开发具有良好的应用性，充分实现应用价值。
参考文献
[1] 姚娟.基于虚拟样机技术的减速器动力学仿真研究[D].武汉理工大学，2008.
[2] 王川.减速器的参数化设计及仿真分析[D].华北电力大学，2011.
[3] 孙维.减速器设计中虚拟样机技术的应用探讨[J].山东工业技术，2015，07：157.
关键词：虚拟仿真技术；服装工艺；教学与学习；应用与实践
尖端计算机技术的高度发展为虚拟仿真技术的发展提供了重要的科学基础和形成依据。这使得服装工艺教学产生了新的思路和成果。虚拟仿真技术作为一种媒体交互技术，通过发挥它自身独有的特点（如交互性强、模拟真实、选择多样、使用灵活等），让服装工艺教学能够在虚拟环境中将服装设计中各个环节的实践环境和实践过程以直观的方式传达给学生。由此，学生能够清晰而深刻地发现实物处理中会出现的种种问题和需要注意的各种细节。让学生达到对专业技能应用性更深刻的理解，便于学生充分掌握教学知识，对所使用的专业技术理解更加完善，以此来高效而深层次地达到服装工艺教学的目的。本文将从虚拟仿真技术在服装工艺教学中的特征和其在服装工艺教学中的应用这两个方面来展开探索和讨论。
1虚拟仿真技术在服装教学中的应用特点
虚拟仿真技术在应用于服装教学过程中，通过配置虚拟的实践环境，调配虚拟的实践器材，有着降低教学资金投入、简化教师描述现象、便于学生直观理解生产流程及掌握专业知识等特点。具体应由如下三个方面来进行考虑和讨论：第一，服装工艺教学最终要为服装市场服务，因此不能单独思考，要同时结合与服装生产企业，以此来确保服装工艺教学时，为达到其教学目的所需要的实用性和实践性。第二，服装工艺的教学不仅要让学生在实践过程中明确和掌握对服装生产过程中出现的问题及其解决方法，更要培养学生的创新意识，所以需要做到将服装工艺教学与服装企业产品的模拟生产有机结合。第三，通过仿真虚拟技术来建立完善且合理的教学体系，让服装工艺教学的过程被扩充和丰富，同时注重学生的思维和独立性，达到因材施教。接下来笔者将具体描述虚拟仿真技术在服装教学中的三个应用特点。
（1）仿真的教学情景。应用虚拟仿真技术，对服装企业的生产场景进行一个虚拟化的演示，并同时建立出仿真的服装生产场景，是学生能够亲眼体验到实践情景的保证。在这种虚拟的实践场景中，学生能感受真实生产中的氛围和环境，并考虑操作步骤和会产生的问题。这种模拟能够激发学生的动手动脑能力，这便是虚拟仿真技术的第一个特点――教学情景仿真性。
（2）形象的教学方式。虚拟仿真技术的第二个特色是具有教学方式形象性。在应用虚拟仿真技术时，会有一个直观而立体的影像展示在学生面前，这个虚拟的影像包含了服装企业的生产技术与生产流程。这种通过眼镜直接接受的信息，比起传统的书面或课件传授，会让服装工艺的教学更利于学生接受，加强学生对服装工艺专业知识技能的理解与掌握。
（3）实用的教学内容。服装工艺学科作为一门技术性和实践性都非常强的学科，对学生应用现代技术的能力要求很高。通过虚拟仿真技术构建的仿真实践平台，能够让学生在虚拟实践中对其过程和处理有实感的体验。这无疑在很大程度上降低了学生和教学者展示实践，进行实践和理解实践的硬件难度。因此，虚拟仿真技术在服装工艺教学中第三个特点便是教学内容使用性。这种特性充分地体现了虚拟仿真技术在服装工艺教学中的重要意义，它不仅提高了服装工艺教学的教学质量与效率，更为社会培养了许多现代化的、高质量的生产技术型人才。
2服装工艺教学中虚拟仿真技术的应用
为了将虚拟仿真技术在服装工艺教学中的上述三个特点发挥出来，需要创设合理的虚拟仿真平台来与之配合。其中，又需要划分成仿真软件平台和仿真硬件平台这两个子平台。
（1）虚拟仿真技术在服装工艺教学软件平台上的应用。仿真软件平台的创建有助于实现服装工艺虚拟仿真教学。它在虚拟仿真教学的直观表现、网络传输、信息交互和数字化表现等方面都起着主导地位。仿真软件平台在协作性上的教学形式和教学情景的虚拟表达以及教学内容的仿真传递都至关重要，没有仿真软件平台的搭建很难讲虚拟仿真技术应用于服装工艺的教学中。而将服装企业现代化生产技术作为主要内容，通过建立仿真模型，并创造一个虚拟的仿真环境来表现给服装工艺教学就是仿真软件平台的本质。它在外部配合仿真操作界面搭建了一个虚拟的仿真实践环境，而在内部则是对生产技术实践模式进行了一段仿真演示。要构建仿真软件平台，首先要对服装工艺虚拟仿真教学系统软件有一个明确的理解，在此之上进行设计与开发。当服装工艺虚拟仿真教学系统软件完成后，还需要根据课程和教学目的来进行一个服装工艺虚拟仿真课件的设计与制作。服装工艺虚拟仿真课件的制作需要将学生的专业实践作为参考依据，最终通过虚拟仿真技术，实现一个虚拟的服装企业生产流程，让学生能够获取一个逼真的生产场景，并且实现生产操作的仿真。使学生能够在服装工艺教学中处于一个虚拟的教学场所中，身历其境地以一位企业服装工作者的身份感受虚拟仿真操作。在虚拟化的工作中完成服装企业的现代化生产，这时学生可以更加清晰地了解实际生产过程，充分掌握生产知识。
（2）虚拟仿真技术在服装工艺教学硬件平台上的应用。当学生对专业技能进行学习研究和实践时，则需要搭建仿真硬件平台来为学生构筑一个工作场所，并且配备相应的工具。换言之，仿真硬件平台是虚拟仿真技术在服装工艺教学中硬件设施的基础。而服装工艺教学应用到虚拟仿真技术时，仿真硬件平台所提供的场所和工具的完善程度，将承载着服装工艺教学的质量与效率。仿真硬件平台的特点有如下两个：第一，对企业的生产环境进行仿真。第二，对企业的实际生产过程进行虚拟表现。构建一个完善的服装工艺虚拟仿真硬件平台，其实践的设置和实训室的布置为重点关注的对象。服装企业现代化生产过程需要的特点，应在设施实践中充分体现出来。无论是器械还是设备的配比，都可根据服装企业生产车间的标准来进行相应的配比和模拟。当然，如果条件允许，在仿真硬件平台中配置一些并没有被现代服装企业所广泛使用的高端先进生产设备也是可以的，这些基础设施能够帮助培养学生在服装工艺上的创新意识。仿真硬件平台的配置应当尽可能与现代服装企业相似，为学生创造仿真度高的生产格局，达到一个虚拟实践需求的实践氛围和环境，并通过这种方式来匹配学生在实际的服装工艺实践时基本的硬件需求。
