时间：2022-09-11 01:44:09
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇虚拟样机技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：破碎锤的组成；工作装置传统设计方法；CAX及软件；多体动力学理论
一、 液压破碎锤概述
. 液压破碎锤及其组成
车载液压破碎锤可以高效地完成碎石、拆除、公路修补、冻土挖掘、二次破碎等艰苦工作，欧洲和美国的各种车载破碎锤纷纷面世，如Atlas Copco、Rammer、Montabert、Indeco等。.80年代，韩国的破碎锤也继日本之后有了长足的进步，1986年韩国水山重工推出了液压破碎锤，韩国相继出现了很多品牌。
破碎锤的冲击能量的来源还是由以下3种方式提供：第一种由液压油提供，例如Rammer和Montabert；第二种由气压提供，例如日本的破碎锤；第三种也是效果最好的，由液压、气压混合提供，一般液压占25％、气压占75％，如Atlas Copco公司设计、生产的破碎锤。但所有的破碎锤活塞回到原位的力完全是由液压提供。目前液压破碎锤已经被广泛应用于公路再建、市政拆除、矿山、采石、隧道、水下作业等工程建设领域。
..本文所研究的液压破碎锤是在单斗反铲型液压挖掘机上改装的，将液压挖掘机上的铲斗改装成液压锤。因此总体结构包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动系统、行走机构和辅助设备等。常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将液压破碎锤概括成工作装置、上部转台和行走机构等三部分。.
二、工作装置设计方法
1． 工作装置传统设计方法
我国工程机械发展与国外相比相对较晚、较慢，技术水平整体较低。工作装置的传统设计方法在设计历史中起到了主要作用。对于工作装置的设计方面国内外研究的情况大致是：
(1) 图解设计法；(2) 基于平移性的作图法；(3)解析法；(4) 综合图解设计法；(5) 优化设计方法，以上设计方法基本上遵循一般连杆机构的位置综合原则，侧重考虑工作装置的平移性。对它的工作装置伸缩性与平移性，平移性与自动放平性，动力性与自动放平性之间的矛盾关系未能综合分析，只是满足单个性能的要求，无法达到全局最优。总之，这些方法都是基于二维平面上进行的。对于工作装置干涉问题、运动学、动力学等问题不可能很好的解决，也不可能直观的表现出来。
近年来随着计算机技术的发展，在工作装置设计上出现了基于虚拟样机技术的工作装置设计。例如吉林工业大学、大连理工大学和洛阳拖拉机厂等利用虚拟样机技术不但研究了工作装置的运动学、动力学特性，而且对其进行了优化设计，但是它们不是对模型进行了大量的简化，就是只局限于对刚体情况下工作装置虚拟样机的研究。
本论文是在全面分析液压破碎锤工作装置的基础上，建立工作装置的虚拟样机模型，在虚拟环境下模拟物理样机的运动状况，快速分析各种设计方案，进行辅助设计、参数化设计和优化设计，帮助设计人员完成以前需经数次物理样机才能完成的实验研究。
2． CAX技术及其软件
由文献可知，CAX技术是虚拟样机技术的基础技术平台。一般意义的CAX技术主要指CAD、CAPP、CAM、CAE、CAQ等，限于篇幅，本文主要阐述CAD/CAE技术及其软件。
目前，工程设计中常用的CAD软件有二维和三维软件之分。其中三维造型软件比较知名的有Pro/ENGINEER，UG，Solid works，I-DEAS，CATIA，CIMATRON等。各个三维CAD软件当前的最新版本是Pro/ENGINEER wildfire2.0，UG NX4.0，Solid works 2006，I-DEAS NX V11，CATIA V5，CIMATRON E6.0等等。
本文将采用Pro/ENGINEER wildfire软件完成液压破碎锤工作装置的建模与装配，建立工作装置的虚拟样机并进行不同作业工况下的动态模拟。
所谓CAE即Computer Aided Engineering（计算机辅助工程）是指工程设计中的分析计算与分析仿真，具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动及动力学仿真。工程数值分析用来分析确定产品的性能；结构与过程优化设计用来保证产品功能、工艺过程的基础上，使产品、工艺过程的性能最优；结构强度与寿命评估用来评估产品的精度设计是否可行，可靠性如何以及使用寿命为多少；运动及动力学仿真用来对CAD建模完成的虚拟样机进行运动学仿真和动力学仿真。从过程化、实用化技术发展的角度看，CAE的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动及动力学仿真技术。
目前工程实际中应用较多的CAE软件有ANSYS、MATLAB、ADAMS、ALGOR等。各个软件的最新版本是ANSYS 8.0、MATLAB 8.5、ADAMS 2005、ALGOR V17等。
本文采用MSC.ADAMS软件进行液压破碎锤工作装置虚拟样机的仿真研究。
3． 多体动力学理论
多体系统动力学包括多刚体动力学和多柔体系统动力学，是研究多体系统（一般由若干柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学[17]。
多体系统动力学的核心问题是建模和求解问题，其系统研究开始于20世纪60年代。从60年代到80年代，侧重于多刚体系统的研究，主要是研究多刚体系统的自动建模和数值求解；到了80年代中期，多刚体系统动力学的研究已经取得一系列成果，尤其是建模理论趋于成熟，但更稳定、更有效的数值求解方法仍然是研究的热点；80年代之后，多体系统动力学的研究更偏重于多柔体系统动力学，这个领域也正式被称为计算多体系统动力学，它至今仍然是力学研究中最有活力的分支之一，但已经远远地超过一般力学的涵义。多体系统动力学的根本目的是应用计算机技术进行复杂机械系统的动力学分析与仿真。
三、 液压破碎锤工作装置的研究体系
1． 液压破碎锤工作装置虚拟样机的构建流程
本文液压破碎锤工作装置虚拟样机的建立主导思想是：根据液压破碎锤工作装置的试制图纸，在Pro/ENGINEER中进行三维实体建模，通过虚拟装配，建立工作装置的三维模型，然后添加适当的约束以及驱动，使之成为一个虚拟机构。其构建流程如图2-1所示。
图2-1虚拟样机的构建流程
2． 液压破碎锤工作装置的研究体系
通过查阅相关文献，基于以设计为中心的先进制造技术理论，可以得到，液压破碎锤工作装置的虚拟样机研究是一个庞大的系统工程。本文的研究内容―液压破碎锤工作装置的虚拟样机研究只是其中的一部分，只涉及到了工作装置的运动学分析、动力学分析、结构分析的前处理以及工作装置虚拟装配的部分内容。
论文摘要:介绍了机械零部件结构可靠性虚拟疲劳设计的软件及疲劳寿命预测方法。根据断裂力学理论和虚拟疲劳预测方法，利用系统动力学软件adams模拟42crmo硬齿面齿轮加工过程，分析了对应的疲劳载荷谱，得到了齿轮应力寿命s一n曲线。
1、引言
机械产品全寿命设计是衡量产品设计水平先进与否的重要指标，现代设计过程迫切需要通过工程分析手段预测产品的结构可靠性。近年来研究人员试图将虚拟设计思想更多地融人到复杂机械产品的结构可靠性设计中，借助工程分析软件对计算机中虚拟的产品样机进行应力分布、疲劳寿命和可靠性设计等，大大提高了可靠性设计水平。
利用国外先进有限元软件丰富的试验数据，应用项目组成员进行的42crmo硬齿面齿轮的弯曲疲劳可靠性试验及资料，提出该硬齿面齿轮的结构可靠性虚拟疲劳设计方法，由虚拟零部件疲劳工作的情况快捷地得到应力一寿命(s一n)曲线，推知其疲劳寿命大样本，以供可靠性分析设计使用。
2、结构可靠性虚拟疲劳设计方法
2.1结构可靠性虚拟疲劳设计软件
进行产品零部件结构可靠性虚拟疲劳设计首先需要构造产品虚拟样机，目前国内外比较成熟实用的样机几何造型cad软件有autocad, pro/e等，同时还有可以进行各种系统仿真分析的多体运动学、动力学软件adams, simpack等。
目前国际知名的通用有限元工程分析软件大多可完成对产品结构进行应力分析、疲劳寿命测试及寿命概率分析的功能，目前见长的软件有ansys,msc/fatigue, msc/nastran，考虑虚拟环境的cfx及fluent。近年来，样机的运动、动力学及疲劳分析技术正处于逐渐深人和系统化阶段，但有许多重要内容要填补，如虚拟环境的融入、几何造型、动力学、疲劳分析技术的集成及开放式。
2.2疲劳寿命预测方法
多年来人们发展了各种疲劳寿命预测方法，其中名义应力寿命法(s-n法)、局部应变法(e-n法)与基于断裂力学理论的疲劳裂纹扩展寿命方法，已成为三种经典的疲劳寿命预测方法。
(1)名义应力寿命法(s-n法)
名义应力寿命法通常称为总寿命法。该方法用于构件总寿命的预测，是以材料或零部件的疲劳寿命曲线为基础的。该方法可以考虑构件表面加工和表面处理对其疲劳寿命的影响，也可以考虑构件焊缝的疲劳寿命，适用于低应力高周疲劳问题。
(2)局部应变法(e-n法)
局部应变寿命法通常称为裂纹萌生法。该方法用于预测构件的裂纹萌生寿命。它应用了材料的“记忆特性”，计人了名义应力无法计及的载荷循环顺序的影响，使寿命估算结果更接近实际情况，适用于高应变低周疲劳问题。
(3)疲劳裂纹扩展寿命方法
基于断裂力学理论的疲劳裂纹扩展寿命方法主要用于预测构件从裂纹产生到发生破坏的疲劳寿命。该方法结合模拟材料微观结构变形的数值方法，是数值模拟断裂的主要发展方向之一。
3、在硬齿面齿轮弯曲疲劳试验中的应用
根据项目要求对42crmo材质的硬齿面齿轮进行了弯曲疲劳可靠性全寿命试验，试验在机械部机械科学研究院英国产instron1603型电磁谐振疲劳试验机上进行。采用4级应力水平，即作4组不同应力的轮齿全寿命大样本试验，得到了硬齿面齿轮定寿命下的r-s-n曲线(见图4中实线部分)。本文以此试验为研究基础，进行42crmo硬齿面齿轮的结构可靠性虚拟疲劳设计和试验，得到了虚拟试验的各应力水平下疲劳寿命数据，即s-n曲线。
3.1三维几何造型设计
三维cad软件为构造精准的零部件虚拟几何造型设计打下软件基础。42crmo硬齿面齿轮是斜齿圆柱齿轮按渐开线形成的，为从齿轮的造型机理开始就严格遵循渐开线齿面生成和加工机理，应用三维虚拟造型软件mdi公司的adams能在几何形体上展成曲面和使曲面扭曲变形的功能，开发出以法平面标准渐开线齿形为基准的斜齿模拟加工过程。
3.2疲劳载荷谱分析
载荷谱是有限寿命设计的依据之一。因此，掌握载荷谱的变化规律是进行寿命设计的先决条件。通常，载荷谱是由现场数据采集并经数据处理与统计分析获得。现场采集的载荷时间历程具有很大的随机性，并且因现场各种因素如开关信号、电磁干扰等影响，会造成原始信号记录失真，出现伪信号。齿轮结构所承受的疲劳载荷，实际上是一连续的随机过程，借助动力学分析软件adams平台，可直接给出机械构件在整个装置工作过程中的疲劳载荷谱f-t曲线(见图2)，以此作为理论分析和结构可靠性虚拟疲劳设计的基础。
3.3有限元分析软件中的应力分析
建立一对轮齿的有限元模型并进行网格划分，模型主要为六节点五面体单元，单元总数为63359个，节点总数为15213个。这样有利于单元自动生成，有利于提高计算精度。有限元计算中，齿轮材料的弹性模量为4. 6 x 107mpa，波松比为0.3。
由有限元法(fem)分析计算出随机动载荷谱下轮齿在啮合过程中最大动应力齿轮的位置、数值及周期。
3.4基于断裂力学的疲劳裂纹寿命预测
断裂力学是在承认裂纹存在的前提下进行疲劳强度计算(即微裂纹形成忽略)，失效判据是裂纹扩展到临界尺寸时发生疲劳断裂，应力强度因子幅度可用以下关系表示
对裂纹半长a的积分求出裂纹扩展的应力循环次数，即疲劳寿命。计算n时，应力强度因子幅}k、裂纹初始半长a1、裂纹半长极限值a2由式(1)计出。其中:c为与材料有关的系数，a为几何效应因子，山为复应力变化范围。
3.5虚拟试验结果分析
以实作齿轮试验的4级应力水平作虚拟疲劳试验，求得各应力水平下的疲劳寿命数据，这样可用最小二乘法得出待试验材料齿轮的s一n曲线。
图4虚线部分为42crmo材料齿轮采用上述虚拟技术所作的s一n曲线，试验中取5个寿命水平n= 0.5 x 1护，1.0 x 1护，1.5 x 1护，2.0 x 1护，2.5 x 1护的应力分布。与图4中实线部分的实作齿轮试验s一n曲线对比可知，虚拟试验得到的s一n曲线与实际齿轮高可靠度下的s一n曲线比较接近，有一定的参考价值。
4、结语
(1)采用全寿命成组试验法得到产品的全寿命概率分布依据的是大样本试验，因此解决复杂机电系统使用期限内无故障的全寿命设计具有极高的经济价值和十分深远的应用前景。全寿命设计已成为衡量一个国家机电产品设计水平先进与否的重要指标，只有攻克使零部件全寿命试验与环境相容这一难题，才能更好地发挥全寿命设计对国民经济发展的促进作用，迅速把我国的可靠性设计水平提高到主动可靠性设计的国际前沿水平。
摘要：在机械设计中引入CAD技术,可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题,缩短产品开发周期,具有巨大的经济效益和应用前景。
关键词：机械设计；CAD技术
1CAD技术的发展
CAD(ComputerAidedDesign)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和产品数据管理技术（ProductDataManagement，PDM）及计算机集成制造系统（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一体。
产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(IntelligentCAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。
以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。
2三维CAD技术在机械设计中的优点
通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点:
2.1零件设计更加方便
使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。
2.2装配零件更加直观
在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
2.3缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。
2.4提高机械产品的技术含量和质量
由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CADCIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。
3CAD技术在机械设计中的应用
3.1零件与装配图的实体生成
3.1.1零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。
对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。
3.1.2实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。
3.2模具CAD/CAM的集成制造
随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。
一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。
3.3机械CAE软件的应用
机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。
4CAD前沿技术与发展趋势
4.1图形交互技术
CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。
4.2智能CAD技术
CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。
4.3虚拟现实技术
虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。
参考文献
[1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社.
[2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社,2002.
[3]徐建平,盛和太.精通AutoCAD2005[M].北京:清华大学出版社,2004.
论文摘要：论述了基于虚拟产品设计模式和虚拟环境的产品创新设计、人机工程分析、形态组构、设计管理等产品造型设计方法的应用，认为在 现代 工业设计中运用虚拟现实技术，将极大地加快产品设计周期，降低产品开发的成本，对工业设计方法的创新有着巨大影响。
0 引言
虚拟现实 vr (virtual reality)是一种高度逼真的模拟人在 自然 环境 中的视 、听、动等行为 的人机界面。 简单地说，是一种可 以创建和体验虚拟世界的 计算 机系统。虚拟现实技术是 20世纪末兴起的一 门新的综合性信息技术 ，它融合了计算机图形学、多媒体技术 、人工智能、人机接口技术 、数字图像处理 、 网络 技术 、传感器技术及高度并行的实时计算等技术，它不仅指那些戴着头盔和手套的技术，而且还包括一切与之有关的具有 自然模拟、逼真体验的技术和方法 ，它的根本目标就是达到真实体验和基于 自然技能的人机交互。
工业设计是建立在 科学 技术基础之上 ，以赋予工业产品 艺术 性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持，不同国家、不同时期面对不同的设计对象时，工业设计的程序与方法也是各不相同，大体上有以下几种：创新设计法 、人机工程学法 、形态组构法 、系统设计方法 、caid方法 、价值工程与价值创新法、设计管理法等 。将虚拟现实技术引入工业设计中，在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验，可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时，建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性，给工业设计的方法论 以新的理念。
1 虚拟现实技术在国内外研究的现状
1．1 国外的研究情况
随着虚拟技术的不断成熟与 发展 ，一些发达国家已经在很多领域 中应用了虚拟设计 ，也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组，其中著名的有美 国贝卡罗来那大学(unc)的计算机系 ，其主要的研究课题是物理建模与仿真项目和建筑漫游项 目，此外还有美 国的密歇根大学虚拟现实实验室，主要研究 vr在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境 (collaborative virturalenvironment)等。美国宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器，弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。
1．2 国内的研究现状
相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应用还比较落后。自20世纪 80年代 vr技术开始起步以来，至今我国在 vr的基础图形技术领域 已经具备了坚实的基础。据不完全统计，目前全国已有 34家科研机构、高等院校和 企业 正在开展虚拟制造技术的研究、开发及初步的示范应用工作 ，有 4家企业参与了这种新的探索，其主要的研究内容包括：① 产品的虚拟设计；② 热加工工艺模拟；③加工过程、装配过程的仿真；④ 虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发；⑤虚拟企业。总体来看，我国虚拟制造技术的研究多数 是在原先的cad／cam 及仿真技术的基础上进行，而系统 、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展，还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际开发中，尤其在产品的创新设计中，虚拟技术还未发挥出它应有的作用，应用水平远落后于发达国家。由此来看，我国重视产品设计水平的提升，将虚拟技术应用到设计领域已成为当前国内产品开发的重要环节。
2 基于虚拟现实技术的工业设计方法
2．1 创新设计法
创新是工业设计 的灵魂所在。当代社会 经济 条件下 ，市场产品没有创新就犹如失去了灵魂，很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新 的经济背景下，设计创新将引导消费、把握机遇，成为决定产品生命力的重要条件之一，以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如图 1、2所示 ，在传统 的工业设计中，人们一直沿用着平面 图来表达设计思想。即使应用计算 机三维 软件，最终也只能得到某个视角的立体效果图，难以真实完整地表达 出设计者的意图。而基于虚拟现实技术的工业设计方法将 以数字化的三维模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图。人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型 ，主动索取信息，从而实现工业设 计由 面表达 向体表达 的突破 ，使设计师有更充裕 的时间来考虑设计的细节 问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图 3所示。
此外 ，虚拟现实技术与网络技术的结合，将可以构建一个全新的开放式设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体 ，全面表达设计者的意图。打破地域限制，实现用户与设计 、开发人员的良好沟通和互动。
2．2 基于虚拟现实技术的产品人机工程分析
(1)人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题：①采样数量 、测量和数据分析的工作量均很大，且成本高 、周期长；②无法进行动态修订；③缺乏对于企业具体产品的针对性；④参数多为二维模型。若在具体的采集和分析中使用三维扫描技术 (获取静态三维数据 )、 动作捕捉技术 (获取动作特征数据)，即可生成虚拟被试三维动态数字模型 。这些数字模型在被更新前一直可以 “活在”虚拟现实技术平台上，通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制 ，实现实时数据的不断更新。 (2)虚拟人机工程设计与评价 。虚拟人机工程设计借助于虚拟样机 (virtual prototype)系统进行设计 ，故也称其为虚拟人机工程学环境。设计人员和不同技术背景的人可以直观地观察到各种虚拟人体三维数字模型的实时情况，精确研究产品的人机工程学参数 ，直接与设计的产品进行交互，并评价产品的性能。
在传统产品设计的人机系统中，人是操作者 ，机器只是被动的反应 ，而在虚拟产 品设计的人机系统中，人成为主动参与者 ，复杂系统中可能有许多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作。在基于人机工程的传统产品设计中，人机分析和评价必须是在产品设计完成后的样机模型中或者在试制的产品中进行．而在基于人机工程的虚拟产品设计中，人机设计分析评价又是在产品设计的过程中可以同时进行，也可与产品使用者进行各种实时的交互。
如图 4所示．基于人机工程的传统产品设计的人机评价是在样品试制后才进行，若人机评价结果达不到要求 ，就需要进行重新设计 和样 品试 制 ，再进行人机评价，这样反复循环指导方能达到要求，这种评价方式既浪费时间又耗费资源。而图 5基于人机工程的虚拟产品设计全过程采用协 同并行式，人机设计 、人机仿真和人机评价实现交互式。不需要样品试制的过程 ，而且和虚拟加工 、虚拟制造形成并行 ，大大 的节省 了时 间和资原，也加快 企业 新产品的开发进程。
2.3形态组构法
有研究表明，“看”是人类五种感觉中最为重要的感觉，因此，形态与色彩在设计中占据着尤为关键的地位。崭新符号的合理创造，依赖于深入观察理解生活与 自然 形态，及随后进行的创造性抽象思维活动。这里需要强调的是，通过对自然的学习、研究、分析，进一步升华创造出富有生命力的形态这一过程，必须遵循 科学 的研究方法与程序[5]。图2所示的电锤，其头部造型形成了电锤强劲的冲击力，而整体的外形设计不仅有传统电锤的风格，更有本款造型个性设计的明显特征；锤前端典型的电锤圆鼓造型构成了锤的共有特征，但也被赋予了更明确的时尚个性，线条形式随锤体轻微向外弯曲，以至前端产生运动感，海鱼般的外形与原有造型相比更是有着大胆的突破，但那正体现了电锤灵活的运动特征。在采用虚拟现实技术进行本产品的造型设计时，设计师借助于freeform系统，依照科学的方法从虚拟立体的观察和人机交互中不断进行深入分析研究，见图6，找出形态变化的一般 规律 ，使其在固有的限定条件下自如地进行联想、抽象与创造，把思维与创造力带入一个“美的自由王国”。
2.4设计管理法
设计管理常以并行工程为模式[7]，设计过程引入虚拟现实，将使参与产品开发的所有专业人员可采用并行工作模式系统地将市场需求、工艺制造水平、装配、维修、产品推广等来实现协同工作。图6所示的freeform建模系统即可以在设计过程中满足直观交流这一要求，设计师利用力反馈输入设备进行模型的塑造，也可在原来产品的基础上进行不断地修改，并在短时间内完成新的概念模型。为了让更多的专业人员参与到设计中，还可利用增强式虚拟现实系统，在真实的环境中增加虚拟物体、装饰、结构部件，改变样式，将信息与生产准备阶段的反馈信息相结合,选出最后方案。基于虚拟现实技术的设计管理能很好地遵循“赋予工作的喜悦”的理念,设计中注重理性因素的表达，使设计更加大胆地运用前卫个性的动物外观形态的处理手法，将产品的目标市场牢牢抓住，本文电锤产品便是作者为无锡锐克电动工具有限公司进行设计的典型范例。目前电锤产品包括八个系列，在虚拟设计中能感悟到该品牌的每一款产品，设计集个性、高性能、完美美学和实用乐趣于一身，在虚拟使用电锤中感悟到高科技，感悟到电锤凸形腰线的形态美，及至高境界的精神美。
论文摘要：在机械设计中引入CAD技术，可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题，缩短产品开发周期，具有巨大的经济效益和应用前景。
1 CAD技术的发展
CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。
产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。
以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。
2 三维CAD技术在机械设计中的优点
通过实际应用三维CAD系统软件，笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点:
2.1 零件设计更加方便
使用三维CAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来，使人一目了然。
2.2 装配零件更加直观
在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确即予以显示，另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件的时候，可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
2.3 缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3~5倍。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。
2.4 提高机械产品的技术含量和质量
由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CAD CIMS组织生产，机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。
3 CAD技术在机械设计中的应用
3.1 零件与装配图的实体生成
3.1.1 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种，即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中，都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中，系统提供了六种基本体系，即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件，可通过对其进行结构分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。
对于有些复杂的零件，往往难以分解成若干个基本体，使组合或分解后产生的基本体过多，导致成型困难。所以，仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此，可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓，然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”，进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。
3.1.2 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后，利用机器运动分析过程中的资料，在运动的某一位置，按各零件所在的坐标进行“装配”，这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。
3.2 模具CAD/CAM的集成制造
随着科学技术的不断发展，制造行业的生产技术不断提高，从普通机床到数控机床和加工中心，从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE，制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时，模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等，几乎覆盖了整个现代制造技术。
一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础，进行统一管理，而实体造型是工程数据的主要来源之一。
3.3 机械CAE软件的应用
机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后，才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。
4 CAD前沿技术与发展趋势
4.1 图形交互技术
CAD软件是产品创新的工具，务求易学好用，得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此，智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。
4.2 智能CAD技术
CAD/CAM系统应用逐步深入，逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库，及时准确地向设计师提品开发所需的知识和帮助，智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能，使设计新手也能做出好的设计来，现代设计的核心是创新设计，人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中，用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。
4.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术在CAD中已开始应用，设计人员在虚拟世界中创造新产品，可以从人机工程学角度检查设计效果，可直接操作模拟对象，检验操作是否舒适、方便，及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题，及早看到新产品的外形，从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析，以评价其性能，可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等，基于虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实产品制造之前发现并解决问题，从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外，随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展，利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术，实现真正的全数字化设计和制造，已成为机械设计制造业的发展趋势。
参考文献
[1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社.
[2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社，2002.
[3]徐建平，盛和太.精通AutoCAD2005[M].北京:清华大学出版社，2004.
论文摘要：本文从专业人才需求出发，经过岗位分析，进行专业定位和人才培养模式选择，之后论述了建筑行业内应用电子技术专业人才培养体系的构建，实践表明课程体系、实训环境、教学团队三个方面的建设对人才培养质量的提高至关重要。
一、引言
教职成[2011]9号文《教育部关于推进中等和高等职业教育协调发展的指导意见》指出，要以科学定位为立足点，优化职业教育层次结构，构建现代职业教育体系，树立系统培养的理念，坚持就业导向，明确人才培养规格、梯次和结构，明确高等职业学校定位，促进学生全面发展，重点培养高端技能型人才。作为一所以建设类专业为主的高职院校，我院以服务区域经济和建设行业发展需求为己任，探索“依托行业，校企合作、工学结合”的人才培养模式，紧贴人才市场需求，铸造建筑特色的专业品牌。作为广东省第一大支柱产业，电子与信息技术产值连年提高，其中智能建筑电子产品市场需求旺盛，对楼宇智能化电子产品设计开发、生产、维修、技术服务人才的培养提出需求。这就要求我们以“工学结合”理念为指导，面向行业就业，对社会人才需求进行调研，科学定位专业人才培养规格，合理选择人才培养模式，改革课程体系，配备实践教学条件和教学团队，从而构建适合建筑行业需要的应用电子技术专业人才培养体系。
二、专业人才培养体系构建的指导思想
专业人才培养体系的构建需要从应用电子技术专业人才市场调研出发，根据岗位定位人才培养目标和规格，选择合理的人才培养模式，从而为人才培养体系的构建做好准备。
1.专业定位。在建筑行业，一方面智能家居市场需求旺盛，产品蓬勃发展，另一方面工程应用领域产品的技术性能尚处于开发改良阶段，调研表明毕业生主要去向在电子产品设计、样机制作、调试维修、生产线产品制程技术指导、质量成本控制等岗位。依据“工学结合”关于职业教育能力目标培养的理念，针对这些专业工作岗位，将其工作过程归纳出典型工作任务，主要包括：产品方案选择、电路原理设计、控制编程、电子线路制作、调试、测试、文件编写等。因此应用电子技术专业人才培养方案规定要面向智能建筑电子产品设计与生产应用第一线，培养从事产品设计、生产、维修和技术服务工作，具有扎实的电子电路基础理论知识和分析能力，具有电子线路设计与产品制作工艺实践能力，能够胜任智能建筑电子产品的工程应用、安装调试、维修等工作的高素质技能型专门人才。
2.人才培养模式。人才培养模式是为了实现培养目标，在培养过程中采取的构造样式和运行方式，包括专业设置、课程体系、教学设计和教育方法等方面。作为建筑行业的应用电子技术专业人才培养，我们采用“411”模式，即第1～4学期完成支撑专业核心能力的理论基础知识的学习和各专项技能的训练，第5学期通过生产实习、智能建筑电子产品设计与制作、专业证书考证训练等综合课程形成专业能力、方法能力和社会能力；第6学期到企业顶岗实习，完成职业素养的全面形成。在人才培养的各个环节当中，从实际工作岗位出发，理论知识够用为度，重视理论前沿新知识的传授和技术的拓展，实践技能培养方面构建虚拟真实的岗位工作环境，通过真实项目设计教学内容，运用行动导向教学方法，使得电子产品的设计、制作、维修、技术服务等能力逐步形成。
三、人才培养体系的构建
明确专业定位和专业人才培养模式之后，我们重点从改革课程教学体系、设置实践教学环境、教学团队建设等方面构建人才培养体系，完善应用电子技术专业“工学结合”人才培养模式的内涵。
1.课程教学体系的改革。根据专业设置，结合往届毕业生顶岗实习反馈信息，以及各类电子设计大赛和技能竞赛情况，我们认为需要提高学生在电子产品装配工艺、质量检测、成本控制方面的能力，加强PCB制造方面的动手操作能力，了解SMT技术工艺，因此结合专业定位和企业岗位实际调研制订课程体系改革重点：在专业课程中设置针对电路分析、设计、PCB绘图、样机制作、编程与调试、测试测量等技能的教学，以及积累电子产品工艺的设计和管理经验，如电子产品表面贴装（SMT）工艺、PCB制板等内容。针对产品设计工作过程中软硬件设计、PCB绘图、样机制作、测试，将专业课程体系划分为专业理论基础知识课程、专业核心能力平台课程、专业综合能力形成课程和专业知识技能拓展课程，共26门专业课程，其中4门集中实训课，占总学时60%以上。包括电路基础、模拟电路、数字电路、C语言程序设计、检测与控制技术、单片机原理与接口技术等专业理论基础知识课程，电子CAD、电子测量与仿真技术、单片机应用设计、电子基本技能实训、电子产品装配工艺实训、电子线路应用实训、单片机原理与接口实训等专业核心能力平台课程，以及生产实习、智能建筑电子产品设计与制作、专业证书考试训练、顶岗实习等专业综合能力形成课程，在专业知识技能拓展方面开设电气控制与PLC应用、集成电路应用、高频电子技术、电力电子技术、EDA技术、智能卡技术、VB程序设计、建筑设备智能控制等课程。在课程的微观教学设计上，运用行动导向教学方法使学生在项目任务完成中形成能力，掌握知识。例如在《单片机应用设计》课程中从开发仿真到模仿真实产品项目开发，在电子产品开发的真实工作环境中学习单片机开发、测试工具设备、加工手段的选择和运用，在教学实施过程中模拟企业真实项目任务开发的组织形式将学生分组，为学生分配角色，培养团队协作精神。
2.实践教学环境构建。为满足教学体系中的实践环节，配置专业实践条件和环境，包括电子技术应用实训室、电子加工工艺实训室、电子创新设计实训室和电子材料室。电子加工工艺实训室主要承担表面贴装（SMT）加工工艺实训、PCB线路板制作工艺实训和电子线路应用实训。配备的设备有：数控电路板雕刻机、热转印线路板制作机、腐蚀机、沉铜器、手动焊锡膏丝印机、真空吸笔、再流焊机、放大镜和热风拆焊台等加工与返修设备。通过实践培养PCB板制作、SMT贴装等工艺技能，另外可满足教科研和学生课外兴趣制作项目中的电路板加工。电子创新设计实训室主要承担单片机原理与接口实训、电子线路应用实训、智能建筑电子产品设计与制作，配备有计算机、单片机和FPGA实验箱、仿真软件（Proteus），可使电子产品创新设计过程中的测控应用电路设计和编程在计算机仿真软件环境中得以验证，从而加速产品开发和节省材料成本。同时可支撑电子测量与仿真技术、电子CAD、单片机应用设计、检测与控制技术、EDA技术、智能卡技术等课程。另外该实训室是教学科研项目设计、大学生电子设计竞赛、职业技能大赛、科技文化创新活动、课外兴趣制作的主要平台。电子材料室主要支撑应用电子技术专业开展的实训教学项目，储备电子元件材料，库存系列阻值的电阻、电容、二三极管、IC芯片、及各种接插件等。实践教学体系构建的主要特色是从人才培养模式出发，结合相关专业课程，以专业人才实际动手能力的培养和工艺设计管理经验的积累为目的，为教学提供实践环境，注重在职业环境中培养学生道德素质，使学生在学习中完成角色的转变，以工学结合的模式为学生搭建通向企业职场的桥梁。
3.教学团队的建设。教学团队的建设是专业内涵建设的保证，是提升人才培养质量的着力点。现阶段职业教育的模式要求教学团队成员根据经济建设和社会发展需要不断地研究新情况，更新教育教学理念，整合教学资源，深化专业与课程改革，加强“双师”素质的养成。因而我们注重教学团队在知识结构、工程项目实践以及教科研等方面的进修、培训、提高，为人才培养质量打造优质教学团队。
以职业教育理念为指导，通过科学的调研和专业定位，合理地选择专业人才培养模式，主要从课程体系、实训环境、教学团队三个方面构建了适于建筑行业发展的应用电子技术专业人才培养体系，该体系从岗位工作过程出发，全面培养学生的专业能力、方法能力和社会能力，在提高人才培养质量方面收到良好的效果，例如学生在各类电子设计竞赛中多次获奖，学生在职业资格证书考试中通过率达到96.61%，毕业生的就业率逐年提高，2010、2011两年就业率均达到98%以上，毕业生受到用人单位的好评。
参考文献
[1]教育部.教育部关于推进中等和高等职业教育协调发展的指导意见[Z].教职成2011]9号文，2011.
[2]贾雯杰.物联网与智能家居发展浅析[J].科技与生活，2010，（13）.
1.同济大学车辆工程领域全日制专业学位研究生校企联合培养模式的探索
2.车辆工程专业实践教学体系改革
3.全日制工程硕士培养模式的创新与实践——以吉林大学车辆工程领域工程硕士培养为例
4.测绘工程本科专业实践教学体系的构建
5.专业认证背景下的测绘工程专业课程体系优化
6.SL机场测绘工程项目的进度与质量管理研究
7.测绘工程专业和测绘学
8.东莞市某公路测绘工程质量管理控制
9.测绘工程专业“四维渗透式”实践教学改革研究
10.基于测绘工程专业规范的应用型创新人才培养模式构建
11.车辆工程专业模块课实验教学整合与优化
12.车辆工程专业实践教学体系的构建和思考
13.应用型车辆工程专业人才培养方案的研究
14.车辆工程应用型本科大学生工程素质培养模式的创新与实践
15.基于闽台合作办学下应用型本科院校车辆工程专业课程设置研究
16.混合动力技术在车辆工程领域的应用与研究现状
17.车辆工程实验课程教学研究
18.车辆工程专业多层次开放式实验教学体系的构建
19.国内外大学车辆工程专业人才培养情况分析
20.车辆工程专业实验教学体系改革与实践
21.车辆工程培养模式初探
22.武汉轨道交通1号线二期工程车辆转向架架修技术探讨
23.关于混合动力技术在车辆工程领域应用的探讨
24.工程车辆自动变速系统模糊控制的相关分析 优先出版
25.《农业装备与车辆工程》在线投稿系统开通
26.工程车辆油气悬挂系统防进气装置研究 优先出版
27.新能源在车辆工程中的运用
28.基于“四轮驱动”的车辆工程专业人才培养模式研究
29.电子控制技术在车辆工程中的应用分析
30.工程车辆自动变速智能控制系统开发与试验研究
31.基于AMESim工程车辆变速器电液控制系统的仿真与试验研究
32.虚拟仿真软件在新能源车辆工程专业实验教学中的应用
33.车辆工程领域中混合动力技术的应用现状分析
34.车辆工程专业核心基础课程考评模式的研究和实践
35.论行动导向教学在车辆工程实验教学中的应用
36.《农业装备与车辆工程》在线投稿系统开通
37.《农业装备与车辆工程》2016年总目次
38.基于ADAMS的工程车辆6挡变速器换挡过程仿真研究
39.电子信息技术在车辆工程上的应用分析
40.环卫工程车辆液压制动能量回收技术 优先出版
41.车辆工程专业虚拟仿真实验教学中心建设的必要性探讨
42.车辆工程专业课程体系改革研究——以山东建筑大学为例
43.车辆工程实验室的开放式管理系统设计 优先出版
44.车辆工程专业应用型人才培养模式研究——以三亚学院为例
45.基于毕业要求达成的车辆工程专业实践课程体系反向设计
46.基于CDIO的车辆工程专业毕业设计探索与实践
47.《农业装备与车辆工程》在线投稿系统即将开通
48.《农业装备与车辆工程》2015年总目次
49.地铁工程车辆的应用维修管理
50.车辆工程类专业电工学教考模式的几点思考
51.工程车辆驾驶室噪声控制及声品质客观评价
52.工程车辆转向系统动态特性研究
53.PLC在某型工程车辆模拟维修系统中的应用
54.深圳地铁1号线续建工程车辆ATC天线安装支架优化设计
55.车辆工程专业工程硕士英语教学存在问题及EPBEP教学方法的研究与应用
56.工程车辆消声器性能分析及优化
57.《农业装备与车辆工程》杂志声明
58.《农业装备与车辆工程》栏目索引
59.虚拟样机技术在车辆工程专业教学中的应用研究 优先出版
60.车辆工程大学生创新实践基地建设与实践
61.关于电子控制技术在车辆工程中的应用分析
62.昆明地铁首期工程车辆转向架异响分析
63.交互式工程车辆虚拟维修训练系统设计
64.车辆工程专业教学团队建设与实践
65.测绘工程监理方法探讨
66.阶梯式创新实践培养模式在车辆工程专业教学中的探索
67.基于Matlab/Simulink的工程车辆自动变速器换挡规律研究 优先出版
68.简析工程车辆液力机械传动系统的动力性分析
69.基于51单片机对工程车辆闭锁离合器的控制 优先出版
70.电力工程车辆第三轨供电过无电区控制策略
71.工程车辆油气悬架工作过程热力学分析
72.车辆工程专业汽车结构类课程教学模式改革探讨 优先出版
73.论工程车辆传动系统的热平衡计算
74.车辆工程核心课程先进教学模式探索与实践
75.关于电子控制技术在车辆工程中的应用分析
76.工程车辆液压混合动力技术研究进展
77.乌鲁木齐市轨道交通1号线工程车辆制动系统防寒设计
78.昆明市轨道交通3号线工程车辆制动系统设计
79.应用型本科院校车辆工程专业课程设置的研究 优先出版
80.我院车辆工程专业建设的思考与探索
81.碳纤维与工程车辆翻新轮胎复合强化模型及增强机理 优先出版
82.《农业装备与车辆工程》杂志声明
83.基于遗传算法的某工程车辆起步特性研究 优先出版
84.郑州市轨道交通2号线一期工程车辆主要部件选型
85.车辆工程类本科专业职教师资培养标准研发
86.基于CDIO的车辆工程专业教学模式改革与实践
87.协同创新模式下车辆工程专业人才培养模式改革初探
88.基于效率换挡规律的工程车辆换挡品质研究
89.车辆工程本科专业课程设计的改革与创新
90.工程车辆驾驶室座椅H点设计研究
91.浅谈小波理论在车辆工程中的应用及发展趋势
92.基于CFD与ε-NTU法的工程车辆散热性能预估 优先出版
93.驾驶实习——车辆工程专业必不可少的实践教学环节
94.车辆工程专业在应用型本科开展实践教学的研究 优先出版
95.产教融合培养“企业预备队”的实践与思考——以车辆工程专业为例
96.与专业认证相衔接的车辆工程专业人才培养体系改革探讨
97.基于模糊可靠度的工程车辆传动轴可靠性优化设计
98.Danfoss多功能阀在工程车辆中的应用 .
99.电子控制技术在车辆工程中的应用分析 .
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体。论文百事通机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
2智能化技术发展趋势
2.1性能发展方向
(1)高速高精度高效化。
速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化。
包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大。可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群拉系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
(3)工艺复合性和多轴化。
以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工。正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。
(4)实时智能化。
早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展。由此产生了实时智能控制这一新的领域。
2.2功能发展方向
(1)用户界面图形化。
用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前Internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术，也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用。人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
(2)科学计算可视化。
科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语育表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化。
多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC。
数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形圈或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能，编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实侧，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
(5)多媒体技术应用。
多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域。应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
2.3体系结构的发展
(1)集成化。
采用高度集成化CPU，RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度，应用LED平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。可实现超大尺寸显示。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，掘高系统的可靠性。新晨
(2)模块化
硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化，根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服，PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。
(3)网络化
机床联网可进行远程控制和无人化操作，通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行。不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
关键词：LiDAR；铁路勘察设计，DEM；DLG
中图分类号：TN958.98文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 03-0000-02
Airborne LIDAR Technology in Railway Survey and Design Application and Benefit Analysis
Han Zujie
(Railway Third Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Tianjin300142,China)
Abstract:Airborne laser radar technology (LiDAR) is a new remote sensing technology,because of its high precision and efficiency,in terms of rapid development of topographic mapping,currently nearly 20 sets of LiDAR systems.This paper studies LiDAR technology in railway engineering survey and design the content,products,and effects,on the basis of aerial photogrammetry and traditional methods are compared to prove LiDAR technology in the railway survey and design of the feasibility and superiority.
Keywords:LiDAR;Railway survey and design;DEM;DLG
一、引言
机载激光雷达技术（LiDAR）是一种全新的遥感技术，自上世纪90年代在德国首次出现商用样机系统以来，因其高精度和高效率，在地形测绘方面得到快速发展。目前，全球已经有几十套商用系统在使用，主要实用系统有：Topscan、Optech、TopEye、Saab、Fli-map、TopoSys、HawkEye、Leica ALS50/60系列、Falcon等。
上世纪90年代中后期至今，美国、德国、加拿大、澳大利亚、瑞典和芬兰等国家，先后成功应用这项技术进行了地形测量、森林资源调查与评估、三维城市建模等试验与工程实践。特别是芬兰和德国，已经采用这项技术建立了全国或者大部分国土的DEM，达到了理想的效果。目前在国内已经有接近20套LiDAR设备，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亚太数字遥感新技术有限公司、广西桂能信息工程有限公司、广州建通测绘技术开发有限公司以及东方道迩公司等单位已经先后开展了实验和工程飞行，主要用于生产数字高程模型（DEM）、正射影像（DOM），进而制作线划图（DLG）等。本研究将使用LiDAR技术对铁路勘察工程设计进行研究与试验，介绍其主要产品及应用并对经济效益进行评价。
二、机载激光雷达技术系统构成与工作原理
（一）机载激光雷达技术简介
LiDAR系统是一种新型的综合应用激光测距仪、IMU、GPS的快速测量系统，可以直接测得地面物体各个点的三维坐标。机载的激光雷达系统通常还集成高分辨率数码相机，用于获取目标影像。从功能上看，机载激光扫描系统是基于激光测距技术、GPS技术和惯性导航技术这三种技术集成的一个软硬件系统，其主要目的是为了获取高精度的数字表面模型（DSM）。
目前，LiDAR提供的直接数据产品为：点云数据，DSM，DEM，DOM。经过后处理可以快速生成等高线、高程点、横纵断面图，完成路线设计需要的专项测绘内容（如架空管线的净空、交叉角度测绘等），并提供工程设计模型和景观设计模型等。
（二）LiDAR的主要系统构成
主要系统构成包括：
1.扫描仪组件：激光发射器、激光信号接收器、机械组件、扫描镜及窗口、接口板。
2.设备支持系统：系统控制器、飞机位置及姿态测量系统、检流控制器、激光电源、电源分配器、控制计算机、连接电缆。
3.附属软件：包括项目飞行设计及对记录数据进行后处理（滤波、分类等）处理。
4.控制/显示器：激光发射指标器、音频告警器、电路熔断器、系统诊断数据输出、控制接口。
（三）主要工作原理
通过DGPS（或PPP）和IMU求得航机线上任意采样时刻激光发射中心的空间坐标和设备的空间姿态，内插后能够获取任意时刻激光光束的姿态和发射中心的空间坐标，通过激光测量激光发射中心到地面的距离，可以求得每一个激光脚点的空间三维坐标。另外，利用DGPS/IMU可以直接获取每一张照片的外方位元素，可以快速制作DOM成果。最后将激光点数据和数码影像进行联合处理得到高精度的正射影像和数字高程模型。
三、机载激光雷达的应用
机载激光雷达能够快速获取数字地表模型（DSM），同时，配套的中画幅数码相机可以获得同步的数码相片，经过加工处理可获得数字高程模型、分类信息、航空相片的立体像对和正射影像图。目前还没有成熟的专业接口供铁路勘察设计工程中使用机载激光雷达成果，因此，如何将机载激光雷达勘测成果与众多设计专业手段无缝结合，从海量基础信息中快速提取或检索有用的信息为各专业设计所用，是机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计的关键。
结合铁路勘察设计特点和工程应用实践，一方面将机载激光雷达技术成果进行加工，提供满足专业应用的专题成果，另一方面，改进专业设计勘察设计流程，提出新的设计理念，以便更加有效地利用海量的基础信息，提高设计质量和设计效率。
利用机载激光雷达技术提供的高精度、高分辨率数字地面模型和正射影像图，结合铁路专业设计要求，主要生产以下几种产品（见图4）：
1.工点地形图。它是针对铁路设计的控制工点，在施工图阶段做的更加详细的勘测工作，以保证设计资料的精度和准确性。如：桥址地形、隧道进出口等；
2.断面图。主要包括纵断面和横断面，一般它们的精度高于地形图的精度。主要用于保证设计线路的平顺性和计算工程数量的准确性；
3.数字正射影像地形图。这是线划图的替代产品，通过将正射影像图叠加等高线、专业调查的地质界线、自然保护区等矢量信息，而形成的一种地形图，它的信息量更加丰富，更加直观；
4.专项测绘。针对特殊的专业需求而进行的详细勘测工作。如：水文断面、涵轴测量、电线垂度等；
5.工程中的土石方自动计算、坡度、坡向的计算等；
6.快速构建三维虚拟场景，城市建模等。
此外，还可利用高分辨率的影像进行专业调查、地质判视等，便于指导外业工作，提高外业勘测的针对性和合理性。
四、技术、经济效益和推广应用前景
（一）机载激光雷达测量技术与常规航测方法的经济比较
1.两种技术手段外业控制测量的比较。LIDAR所需的外业控制点与常规航测外控的比较，以II级地形1：2000航测地形图测绘（常规航测单航带100km）为例。
（1）首级平面和高程控制网工作内容和数量是基本相同的。
（2）LIDAR系统要求每5-7km测量一个平面和高程控制点，每30km测量一处高程校正区，这样100km线路需要布设平高控制点17个，高程校正区3个。而常规航测方法，采用150mm焦距的航摄仪拍摄，需要75个平高控制点；采用210mm焦距的航摄仪拍摄，需要150个平高控制点。
（3）LIDAR系统不因地形等级的变化而改变外业平高控制点的数量（适当的宽度，如不大于10km）。而常规航测方法会随着宽度的增加而成倍增加外控点的数量。
2.横断面切绘的经济比较。以张唐铁路定测为例，相对于采用Lidar技术平均1000-1200个横断面/人天的工作效率，常规航测方法每人每天只能切绘300-400个横断面，可见工作效率提高了3-4倍，对企业发展带来了巨大的经济效益。
3.地形图制作的经济比较。以II级地形1：2000地形图测绘为例。
因为LIDAR具有高效生成DEM的优势，所以在生成等高线、高程点等具有高程信息的地形信息时具有更高的效率，在这个方面，采用Lidar技术平均效率为12-15平方公里/（人.天），常规航测方法每人每天只能测绘2-3平方公里；
航测方法在立体模型下获取（除等高线、高程点之外）矢量信息具有更大的优势，而LIDAR则因其自身离散性获取能力比较弱，适合于小面积的（除等高线、高程点之外）矢量信息获取。
（二）成功案例及分析
经过试验与实践，LiDAR技术已成功用于多个铁路项目的勘测设计项目，减少了内业制图的压力，缩短了项目工期，在铁路各专业使用中反映良好，取得了显著的经济效益。以某工程为例，泛亚铁路某段全长257Km，由于距离遥远，地处国外，而且铁路过境区域存在大量地雷区域，给外业工作带来极大不便。考虑到地理因素和方案局部变动的因素，项目在实际操作中抛弃传统外业测量加航测制图的作业方式，直接采用机载激光雷达系统，一次性获取铁路过境区域长257km，宽4km的雷达点云数据和数码影像数据，利用该数据圆满完成了无外业控制测量情形的1：10000和1：2000的地形图成图任务，不仅避免了人力物力消耗和地雷区作业的危险性，而且在内业成图中，大胆使用数字正射影像地形图代替传统的DLG，取得了制作者和使用者均满意的双赢局面。
（三）推广应用前景
机载激光雷达测量技术具有巨大的发展空间和潜力，作为一种新技术，还有许多发展空间，特别是在数据处理算法以及软件和系统的开发等方面。随着用户数量的增加，其应用领域将越来越广，特别是随着激光技术的进一步发展，将促进机载激光雷达技术的革新。在铁三院于2009年率先在国内将机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计并取得巨大成功后，今年铁一院、铁二院、铁四院都陆续定购了机载激光雷达并加大了人力投入，可见由于其精度高、成本低、周期短等特点在铁路行业已经被广泛关注。铁路行业之外，水利、公路、电力、农林等行业也在积极开展相关的研究和应用。
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摘要：建设数字矿山以成为21世纪矿山发展的潮流.本文介绍了我国数字矿山的建设现状,对我国今后数字矿山的发展方向提出了建议。
关键词：数字矿山发展现状发展趋势
1.数字矿山
1998年美国前副总统戈尔在“数字地球——展望21世纪我们这颗行星”的演讲中提出了数字地球这一概念.随后,我国也提出了数字中国的概念.在此背景下,为了拓展矿山企业的生存与发展空间、促进矿山企业组织结构的优化、降低决策的风险性、提高企业快速反应能力,提出了建设数字矿山的构想.
数字矿山（Digital Mine）,又被称为DM.目前,对于数字矿山这一概念还没有一个统一的定义.中国矿业大学（北京）吴立新教授认为,DM是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现,是一个硅质矿山,是数字矿区和DC的一个重要组成部分,DM的核心是在统一的时间坐标和空间框架下,科学合理地组织各类矿山信息,将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合.DM的任务是在矿业信息数据仓库的基础上,充分利用现代空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术,为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具.而东北大学王青教授更为通俗的解释是：以计算机及其网络为手段,把矿山的所有空间的和有用的属性数据,实现数字化存储、传输、表征和深加工,并应用于各生产环节、管理和决策中.
对于数字矿山建设,目前概括起来主要有以下5种观点：1）数字地球观点：认为数字矿山是数字地球的分支,与数字城市、数字农业等同类,强调数字地球的指导和GIS的作用.2）地质模型观点：认为数字矿山是矿山地质的数字化模型,强调对地质实体的模型建立、模型的互动性和地质属性的精细度.3）信息管理观点：认为数字矿山是企业的神经系统,数字矿山应以MIS为主,强调信息流、业务流、知识管理、协同工作环境和决策支持.4）监控系统观点：认为数字矿山应以监控系统为主,强调管控自动化.5）工程应用模式：认为数字矿山是矿山专业应用系统的集成体,强调应用系统的整合、数据共享和整体实用性.而当前,我国建设数字矿山,更能降低矿山劳动强度,提高工作效率;化解矿山风险隐患,增强安全系数;合理开发资源,减少资源浪费和环境污染.
2.国际上数字矿山的发展动态
数字矿山自提出以来就在发达国家引起了重视,并建立了长远计划.
从20世纪90年代初开始,加拿大就开始研究遥控采矿技术,目标是实现整个采矿过程的遥控操作,现已研制出样机系统.并且,加拿大计划在2050年实现无人矿山的建设,通过卫星实现矿山自动控制、自动破碎和自动开采;芬兰采矿业也宣布了智能化采矿的目标,组织成立了28个专题研究.瑞典也制定了面向矿山自动化的“Grountecknik2000”战略计划.
在数字矿山的应用软件方面,澳大利亚的Maptek公司开发的Valcan软件系统和Surpac MINE GROUP公司开发的Surpac软件系统等都用着广泛的应用.
3.我国数字矿山的发展现状
我国的矿山还处在矿山信息化（DC）的阶段,信息化建设的总体水平不高.大多数矿山企业信息基础设施落后,可共享的信息量少,信息流向无序且单一.这些都造成了矿山企业没能形成信息化决策和矿业信息产业化发展的规模优势,严重地影响了矿山企业的市场竞争与可持续发展的能力.我国矿山企业的信息化建设基本上处在3个层次.
（1）第1层次——无路无车
一部分企业经营状况较差,不能提供资金和技术支持;还有企业,领导层观念老化对矿山的信息化建设.这都导致矿山企业没有信息化的设备和人才.
（2） 第2层次——有路无车
部分企业经济基础较好,购置了大量先进的信息化建设的设备,但对人才的培养和引进力度不够,没有相关配套的专业软件支持,虽然有先进、齐全的设备做基础,但无法有效利用,导致矿山企业的信息化建设仅仅停留在表面工程.
（3） 第3层次——车货不一
一些矿山企业对信息化建设进行了较合理的投入,但由于对全局把握不够,导致各子系统的信息化建设有很大提高,但整体效果不佳.
而较为理想的局面应该是车货统一,在各矿、局、省、全国按4种模式来组织矿业信息化建设,并且要按照DE和DC的要求和规则逐步建立DM,这是矿山企业信息化建设的第4层次,也是面向21世纪的现代化矿山企业的努力方向.
4.我国数字矿山的发展趋势
针对我国数字矿山建设布局不均衡的现状,我国应制定如下战略对策：
( l )更新观念,培训人才：加大宣传力度,组织各类人才培训,尽快进行观念更新,使企业决策者、管理者和广大工程技术人员积极参与和协同配合DM建设.(2)加大经费投入,组织科技攻关:政府、企业要高度重视和联合投入,通过设立持续稳定的“数字矿山”资金来支持DM创新研究,组织层次不同、范围不同的科研攻关与技术推广.(3)形成优势合力,稳步健康推进:有关高校、院所和矿山企业之间、不同高校和学科之间要优势互补,加强合作,有计划、有步骤地稳步实施DM战略,力争实现我国矿业产业生产的跨越式发展,使我国的矿山和矿区逐步走上可持续发展之路.
参考文献：
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[关键词] 管理创新；滨海高新区；调研；提升策略
[中图分类号] G303 [文献标识码] A
1 引言
熊彼特[1]把“创新”的概念定义为实现生产要素和生产条件的一种新组合。此后国内外学术界从不同的角度扩展了创新理论的内涵，从而衍生出技术创新、文化创新、产品创新、管理创新等相关概念。从创新的内容来看创新理论主要包括“制度创新”、“技术创新”和“管理创新”三方面。目前国内外有关创新理论的研究中以管理创新为主题的相关研究较少，如Business Source Premier Database中管理创新类论文占技术创新类论文的约2.3%，同样在中文期刊数据库中管理创新类论文占技术创新类论文的约23%[2]。企业生存和发展的关键已不再仅靠生产要素就能够实现，企业需要经过不断地创新管理手段、管理方法、管理制度、管理模式等，才能持续保持企业的强大生命力。一个企业的发展不仅靠先进的技术和设备，管理制度的创新、管理流程的创新、管理方法的引进等同样成为关键。管理创新作为创新理论的重要部分，国内外的学者对管理创新进行了广泛的研究。Birkinshaw（2006）[3]认为管理创新是以实现企业组织目标为目的的创新和实践一种全新的管理方法、管理技能的过程。Hamel（2006）[4]认为管理创新应该明显背离传统的管理原则、管理流程和实践以图改变管理工作的方法。王晋源（2003年）[5]认为管理创新是指企业家用新思想、新技术、新方法对企业管理战略、组织、技术、文化管理的方略组合进行重新设计、选择、实施与评价，以促进企业管理系统综合效能不断提高的过程。李子和（2003年）[6]认为管理创新是指改进现有管理制度和方法或引入新的管理制度和方法，为事业持续发展不断注入新的动力和活力。王锐兰（2003）[7]认为管理创新可以分成有效和无效两种形式，在有效的管理创新取得成功以前必然存在资源的浪费、人员的闲置和抱怨情绪等，但无效的管理创新是有效性的前提和保障，而且不可避免。张双喜（2007年）[8]认为管理创新是创新思想导引下的“作业创新”。芮明杰[9]认为“管理创新是指创造一种新的更有效的资源整合范式，这种范式既可以是新的有效整合资源以达到企业目标和责任的全过程式管理，也可以是新的具体资源整合及目标制定等方面的细节管理”。
本文认为管理创新存在于从产品市场调研到设计最后到售后服务全过程，以企业降低成本提高效率和竞争力为目的的对资源有效配置的创新性的变革。管理创新的过程涵盖了产品全生命周期的每个阶段，为了探寻管理创新的关键要素，我们在战略管理、技术创新管理、决策管理、工艺设计、运营管理、营销服务六个过程对天津滨海高新技术产业开发区重点企业进行调研。一方面了解高新区企业在管理创新中的成功经验，另一方面探寻企业真正需求所在。为此我们希望通过此次调研更深层次地掌握高新技术企业在管理创新方面的需求，为帮助企业有针对性地引入或开发相应的管理技术、方法和工具提供参考。
2 滨海高新区企业问卷调查与分析
滨海高新区的企业既有大型国际企业也有国内外中小企业，处于起步阶段或发展阶段的中小企业内部尚未形成完全规范和适合自身特点的快速发展的管理制度、管理文化、管理思想等，管理上的不断创新是管理者们所面对的最大挑战。我们课题开展方式依次为：首先，实地调研高新区企业管理创新现状，主要采取与企业高层管理者交流座谈的方式并辅以资料收集、问卷调查和企业现场实地考察；其次，在前期调研基础上，对获取的数据与资料进行分析研究，总结提炼管理成功经验、亮点，掌握企业管理需求；最后形成调研报告，提出针对性的管理创新技术、方法、工具；最后结合具体企业的需求，打造高新区管理创新示范性企业。
课题组在2011年4月份对企业管理创新现状进行了问卷调查。调查问卷从宏观方面对接受调查企业的管理创新现状、待解决的问题等，分别从图1中的战略管理、管理制度、组织结构、财务管理、营销、人力资源及生产管理等方面进行设问调查。通过问卷各分项的统计分析，可以发现：
（1）在生产运营管理上：有53.3%的企业生产管理技术对生产过程增效作用一般，而仅有12.5%的企业认为良好的生产管理对产品和技术的创新起到很好促进效用。其中只有一家企业引入精益生产，其余仅停留在知道精益生产的方法和技术层面上，高达20%的被调查企业表示不知道精益生产。
（2）在技术创新管理上，绝大多数企业在战略管理中较重视技术创新，并注重技术与市场创新的整合。
（3）在战略管理上，部分被调查企业管理战略制定得不是很明确，有些企业虽然制定了明确的管理战略，但最终实施效果不是很理想。
（4）在组织管理创新上，66.7%的被调查企业为了应对环境变化会主动采取组织结构调整，这些特点正面反映出区内企业正不断探索适应市场的组织结构。但37.5%的企业表示公司治理和组织管理创新能力不足，制约了公司发展。
（5）在财务管理上，约75%的企业实施或正在实施全面财务预算；79.17%的企业实施或正在实施全过程财务控制，并有一定成效；66.7%的企业在成本控制方面较合理。
（6）在营销管理上，58%以上的企业认为自身营销管理水平能够适应企业发展。
（7）在人力资源管理上，41.67%的企业感到缺乏专业管理人才，有20.83%的企业认为急需进行人才管理机制的创新。
（8）在企业信息化上，只有20%的企业已经应用MRPⅡ/ERP进行资源管理。
3 滨海高新区重点企业调研与提升策略分析
在前期问卷调查的基础上，2011年5月至7月，课题组深入到区内11家企业，通过与企业高层座谈和现场考察参观等形式，围绕企业基本情况（发展历程、经营方式及理念、组织架构、主要产品、发展前景等）、管理现状（行业特点、行业地位、管理基本情况等）、管理成功经验、管理需求等关键环节开展企业实地调研分析工作。课题实地调研所选11家企业全部为生产制造类型。其中加工制造4家，数字设备制造4家，成套设备生产制造、药品生产、新材料加工制造各1家。通过对被调研企业的综合分析，我们发现当前我国高新技术企业的共性特征：（1）企业主要依靠高新技术占领市场，每个企业都形成了一套适合所在行业及企业自身特点的独特的企业经营模式。（2）企业产品具有附加价值高、市场潜力大、发展速度快等特点，积累了许多独特的管理成功经验。同时，在市场份额和经营规模不断扩大的情况下，对管理能力提升有较强要求。（3）企业为了保证产品高利润，更关注新产品的快速研发、快速达产，以实现快速占领市场的目标。但由于技术创新中更依赖于个人的聪明才智，给企业带来竞争优势的同时，也由此造成企业对人的依赖性较强。（4）企业更多关注技术研发、市场份额，多数企业对运营管理方面关注不够，企业经营流程化、标准化较弱。（5）重视用信息化手段提高管理效率，但总体应用水平不高。
从企业对产品制造链上各个环节的关注情况看（如图1所示），企业最为关心的是技术创新和生产运行管理两大关键环节，其次就是战略管理。生产运行管理和战略决策管理是一直以来管控一体化研究的核心内容，而技术创新实际上也与管控一体化密切相关，技术创新的成果是管控一体化基础数据库的重要部分，同时也是管控一体化未来要纳入管理控制范畴的首要内容。仅就这11家企业而言，如果实施“管控一体化”必然能够提升其管理能力与信息化水平。
经过调研我们总结出11家企业对于管理创新的一系列的需求，如表1所示。
4 高新技术企业管理创新的提升策略研究
通过以上调研我们发现高新技术企业经过快速发展，整体实力和管理水平都有较大提高，但伴随着公司市场和经营规模的扩大，企业对管理能力的要求不断提高，在管理提升方面的问题和需求也不断出现。为了克服高新技术企业存在的管理创新的相关问题，我们应该建立面向高新技术企业的全过程精益管理方法，即以企业信息化为基础，以精益研发、精益设计、精益生产和知识管理为导向的提升策略（图2），具体包括：
4.1 在高新技术企业引进精益研发技术
精益研发是一种以精益为目标、以质量总线为统筹、以虚拟样机为载体的研发方法，集成了技术创新、协同仿真以及立体质量设计三大核心技术，在不显著增加产品成本的前提下，提高产品的品质和技术含量，从而提升产品的附加值，实现产品质量的跨越式提升。从而鼓励高新技术企业建立连续、均衡、柔性的精益研发流程。
4.2 在高新技术企业倡导精益设计技术
将精益思想应用到工厂设计阶段，融合价值工程、人因工程、并行工程等先进的管理理念，强调在工厂布局、物流系统、工艺流程、信息系统等环节的设计阶段导入精益理念，实现从源头上消除企业的浪费，避免仅从某一局部去改善已经出现问题的生产环节。精益设计的思想应贯穿于产品的整个生命周期即产品的质量保证从设计开始。
4.3 精益生产技术
精益生产方式是彻底地追求生产的合理性、高效性，能够灵活地生产适应各种需求的高质量产品的生产技术和管理技术，其基本原理和诸多方法，对制造业具有积极的意义。精益生产的核心，即关于生产计划和控制以及库存管理的基本思想，对丰富和发展现代生产管理理论也具有重要作用。精益生产的体系建设应该与营销体系建设和供应体系的建设相一致，进行计划与信息的实时交流。
4.4 企业信息化技术
企业信息化是一个系统工程：企业的信息化建设是一个人机合一的有层次的系统工程，包括企业领导和员工理念的信息化；企业决策、组织管理信息化；企业经营手段信息化；设计、加工应用信息化。
5 结论
创新是企业生存的关键，企业管理水平直接决定着企业的效率，管理创新在企业创新中处于综合统筹、指导协调的地位。滨海高新区成立以来区内企业发展总体上健康良好，但与国外企业管理的实力相比差距依然较大。本文在对区内11家企业进行实地调研的基础上总结出区内企业管理创新的不足和进行需求分析，从而为企业提升管理能力提供参考。本文从企业信息化技术、精益生产技术、精益设计技术、精益研发技术四个方面阐述高新技术企业发展管理创新的有效手段。我们愿意结合滨海新区企业的实际建立一种稳定、高效的管理创新的发展路径，为企业整体利益最大化提供参考。
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关键词：轮式行走机构；无人地面车辆；越障性能
中图分类号：U461.5文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.04.03
越障性能是无人地面车辆的基本性能。车辆在越野过程中会遇到各种障碍，其中典型的障碍是垂直障碍。因此本文对6×6垂直特种无人地面车辆跨越垂直障碍的性能进行分析研究。
对于普通车辆来说，在实际行驶过程中，如果垂直障碍高度超过车轮半径的话，车辆是难以跨越的。然而，无人地面车辆由于其特有的轮式行走机构（见第1节），能够通过施加主动力矩调节摆臂的扭转角度，从而使车轮抬离地面，变相地增大车轮半径，帮助其跨越障碍。
1 轮式行走机构简介
整个车辆系统[1]，如图2所示[图2（c）、（d）分别为图2（a）、（b）摆臂处的放大图]，由车厢1、车轮2以及位于两者之间的行走机构组成。用于驱动摆臂的旋转油缸3固定于车厢的内侧，每个旋转油缸都可以单独控制，以便将转矩传递至相应的摆臂4。转矩传递路线为旋转油缸3的传动轴―花键套筒5―星型套筒6―减振橡胶块7―带凹槽的摆臂4。橡胶块7是缓冲减振的重要部件，在车辆受力的情况下，橡胶块会受到挤压变形，其力学特性将决定缓冲减振性能的好坏。摆臂的最大摆角靠设置于车厢外侧的限位块11来限制。摆臂的旋转由专门设计的旋转油缸来驱动，旋转油缸可以实现约280°范围的旋转，即单向最大摆角约140°，这对越障十分有利，在一定程度上解决了轮式车辆越障性能受到的限制。该行走机构的车轮选用轮毂电机单独驱动。车辆越障分解过程如图3所示。
2 越障模型[2-5]
在建立模型之前，首先作如下假定。
（1）各摆臂与车身铰接点在同一直线上。
（2）水平地面和障碍接触面的附着系数相同，且车轮为刚性轮，车轮及摆臂重量均不计。
为了便于表示，在越障过程中，设各轮所受地面法向力为Fi；各摆臂橡胶弹簧提供的反力矩为Ti；各摆臂施加的主动力矩为；橡胶弹簧的角位移为Δθi；摆臂摆角为（i=1，2，3分别表示前轮、中间轮、后轮），障碍高度为h；地面附着系数为φ，车身倾斜角度为β。
下面根据不同摆臂回转工况分别进行分析研究，其中摆臂回转工况A表示摆臂无施加主动力矩的无人地面的越障工况，摆臂回转工况B表示摆臂有施加主动力矩的无人地面的越障工况。
2.1 摆臂回转工况A的无人地面车辆越障模型
2.1.1 平衡状态
无人地面车辆在水平路面只受重力作用时，其受力模型如图4所示。设各摆臂平衡位置摆角为π/6（前摆臂向前摆，中间摆臂和后摆臂向后摆）。
由图4可求得竖直方向（z方向）作用力平衡方程及对前轮轮心的力矩M平衡方程，即
另外，对各摆臂列力矩平衡方程，有
式中，k1、k2、k3分别为前摆臂、中间摆臂及后摆臂橡胶弹簧刚度，N・mm/rad。
由于橡胶弹簧的刚度是非线性的，为了便于计算，且考虑该车的实际行驶工况，并结合以上方程的约束，设定各摆臂橡胶弹簧等效刚度为
k1=9.346 9×106（N・mm/rad），
k2=1.024 1×107（N・mm/rad），
k3=7.664 9×106（N・mm/rad）。
已知该无人地面车辆的原始设计参数为
G=16 000 N，R=375.2 mm，L2=1 241.5 mm，
L3=2 490 mm，L=386.7 mm，a=1 245 mm。
代入式（1）和式（2），解得各轮所受地面反作用力为
F1=5 487.5 N，F2=6 012.5 N，F3=4 500 N。
以此求得摆臂橡胶弹簧的角位移为
（约0.14 rad）。
2.1.2 前轮越障
前轮越障受力模型如图5所示。
由图5可求得车辆行驶方向（x方向）、竖直方向（z方向）作用力及对前轮轮心的力矩M平衡方程式，如下：
式中，。
前轮越障时，车体与各摆臂的夹角将产生微小变化，由于中间轮和后轮在同一水平地面，且摆臂的压缩方向相同，因此可近似地认为
。
又有橡胶弹簧刚度、载荷与角位移的关系
。
通过以上方程，运用MATLAB软件[4]可得出前轮跨越垂直障碍的高度与车轮半径的比值h/R跟地面附着系数φ、质心到前摆臂与车身铰接点水平距离a的关系。
（1）h/R与地面附着系数φ的关系如图6所示。
由图6可知，地面附着系数φ越大，车辆越障高度越大。当地面附着系数在0.2～0.5之间时，其对车辆越障能力的影响最为明显。当附着系数达到一定值时，前轮可跨越大于车轮半径R的垂直障碍（在图示给定参数的情况下，当φ=0.5时，h ≈ R）。为了更好地优化结构，取φ=0.4。
（2）h/R与车辆质心到前摆臂与车身铰接点水平距离a的关系如图7所示。
由图7可看出，在其它条件不变的情况下，随着质心位置向后移动，车辆越障高度越来越高。刚开始在距离前摆臂铰接点0～500 mm范围内时，质心位置对车辆越障能力影响较小，随着距离越来越大，对越障能力的影响也越来越大，在距离1 000～2 000 mm时达到最大，随后趋于平缓。
2.1.3 中间轮越障
中间轮越障受力模型如图8所示。
由图8可求得车辆行驶方向（x方向）、竖直方向（z方向）作用力的平衡方程及对后轮轮心的力矩M平衡方程，如下所示。
式中，；h0为质心到摆臂铰接点连线的
距离，mm。
当中间轮越障时，车体与各摆臂夹角产生变化，由几何关系得
。
又有橡胶弹簧刚度、载荷与角位移的关系：
通过以上方程，可得到中间轮越障时车辆垂直越障高度与地面附着系数φ的关系，如图9所示。
由图9可知，地面附着系数φ越大，车辆垂直越障高度值也越大。当地面附着系数在0.2～0.6之间时，其对车辆越障能力影响最为明显，且当附着系数达到一定值时，中间轮可跨越大于车轮半径的垂直障碍（在图示给定参数情况下，当φ=0.55时，h ≈ R）。
2.1.4 后轮越障
后轮跨越垂直障碍的受力模型如图10所示。
由图可求得车辆行驶方向（x方向）、竖直方向（z方向）作用力的平衡方程及对后轮轮心的力矩M平衡方程，如下所示。
式中，。
当后轮越障时，车体与各摆臂之间夹角产生变化，由几何关系得
。
又有橡胶弹簧刚度、载荷与角位移的关系
通过以上方程，可得到后轮垂直越障高度与地面附着系数φ的关系如图11所示。
由图11可知，地面附着系数φ越大，垂直越障高度也越大。当地面附着系数在0.2～0.5之间时，其对车辆越障能力影响最为明显，当附着系数达到一定值时，车辆后轮可跨越大于半径R 的垂直障碍（在图示给定参数情况下，当φ=0.55时，h ≈ R）。
综合以上各图的分析结果可知，在无主动力矩的情况下，随着地面附着系数φ由0增至1，前轮、中间轮及后轮越障高度都随之增加。在相同附着系数条件下，车辆中间轮越障高度最大，后轮次之，前轮最小。因此，在一定地面附着系数的条件下，车辆前轮越障高度即是无人地面车辆整车越障高度。
2.2 摆臂回转工况B的无人地面车辆越障模型
2.2.1 平衡状态
无人地面车辆为实现前轮的抬起，必须让中间摆臂向前摆动，使车辆质心位于中间轮轮心和后轮轮心之间，才能保持车体的平衡。在重力作用下必然导致摆臂橡胶弹簧发生扭转，使中间摆臂和后摆臂与车体之间的夹角发生变化，造成车身向前倾斜，如图12所示。
在的作用下，前轮抬起离地，假如此时中间摆臂和后摆臂都没有施加主动力矩，车辆在橡胶弹簧的作用支承下处于静止平衡状态。由图12可求得竖直方向（z方向）作用力的平衡方程及对质心的力矩M平衡方程，即
。
对中间轮和后轮摆臂列力矩平衡方程，有
。
又由几何关系式有
。
联立式（12）、（13），式（14）代入k2、k3解得
，，，。
由结果可知，前轮抬起离地后，中间车轮承担82.3%的车身载荷，中间摆臂摆角为0.92 rad（约合52.7°）。后摆臂摆角为0.6 rad（约合34.4°），车身向前倾斜。因此，为保证车辆的行驶安全稳定性，需在中间摆臂及后摆臂施加主动力矩，使车体保持水平平衡状态。
下面讨论为使车体保持水平平衡状态，并且中间和后摆臂处于平衡角度π/6，所需施加摆臂主动力矩的大小。设中间摆臂和后摆臂施加的主动力矩分别为和，则有
。
将两摆臂弹簧刚度k2、k3以及式（14）中角位移Δθ2、Δθ3代入式（15），即可求得
=4 096 400 N・mm，=613 192 N・mm。
如图13所示，在施加主动力矩和以后，车身保持水平平衡姿态，摆臂橡胶弹簧不发生扭转，没有产生反力矩。
2.2.2 前轮越障
下面对前轮越障过程进行研究，其受力分析如图14所示。
由图可求得车辆行驶方向（x方向）、竖直方向（z方向）作用力的平衡方程及对前轮轮心的力矩M平衡方程，如下所示。
式中，；h'为车辆越障时前轮抬起高度。
前轮越障时，车体与各摆臂之间夹角发生变化，由于中间轮和后轮在同一水平面，且摆臂的压缩角度很小，因此可近似为
。
在主动力矩作用下，前轮抬离地面高度为h'，则有关系式
。
且有橡胶弹簧刚度、载荷与角位移的关系
联立式（16）、（17）、（18）、（19），将 k1、k2、k3及、、代入其中，即可得到在不同附着系数下，车辆越障高度与前轮抬起高度h'（前摆臂力矩）的关系，如图15所示。
上文已介绍，该轮式行走机构单向最大摆角为140°（ h' ≈ 631 mm），因此文章只研究前轮0～600 mm抬起量时车辆的越障能力。由图15可以看出，随着前轮抬起量的增加，无人地面车辆垂直越障高度呈现线性增长状态。在附着系数较小的情况下，其对车辆越障能力的影响较大，随着附着系数的不断增大，越障高度的增幅也不断减小。
比较图6和图15可知，不管附着系数φ为何值，当前轮抬起量h'=0时，车辆的越障高度都比无摆臂主动力矩的越障高度高，这一方面是由于无人地面车辆结构上的变化（为了保持车体的稳定，中间摆臂向前摆动），另一方面是由于中间摆臂和后摆臂为了保持车身平衡所施加的主动力矩、。
2.2.3 中间轮越障
由图16所示的分析模型中可知，无人地面车辆在摆臂主动力矩的作用下，各轮摆到图示的相应位置：前摆臂和后摆臂同时处于竖直状态，中间轮摆到与车身底部相切于O点。假设此时车辆能够成功跨越障碍，要使该障碍高度即是无人地面车辆在此附着系数下中间轮所能跨越的极限障碍高度，则需要满足以下条件。
（1）中间轮与垂直障碍恰好能够接触，接触点也为O点。
（2）后轮与地面之间没有力的作用，地面给前轮和中间轮提供的摩擦力足以保持车辆的稳定。
如果以上两个条件得到满足，下一时刻在中间摆臂主动力矩的作用下，车体可缓慢抬起并向前运动，最终实现越障过程。下面先求出此时的垂直障碍高度h。
由图17可求得车辆行驶方向（x方向）、竖直方向（z方向）作用力的平衡方程及对中间轮轮心的力矩M平衡方程，如下所示：
式中，LG为质心G到中间轮轮心的距离，mm；
。
又由图示几何关系，有
。
为了研究的方便，将中间车轮单独进行受力分析，如图16所示。则有
。
式中，h0为车辆质心到摆臂铰接点连线的距离。
联立式（20）、（21）、（22），即可得到车辆越障高度与地面附着系数φ的关系，如图18所示。
图18中曲线分别对应h0=100 mm、h0=200 mm以及h0=300 mm时，中间轮在不同附着系数下的极限越障高度。由图可以看出，对于中间轮越障，地面附着系数越大，车辆越障高度越高，并且地面附着系数在较小的范围（小于0.5）时，对车辆的越障性能影响较大。车辆质心到摆臂铰接点连线的距离h0越小，车辆越障高度越高。
2.2.4 后轮越障
如果前轮和中间轮已经成功越上障碍，则通过摆臂主动力矩的作用，前轮和中间轮竖起，车辆继续向前行驶，后轮就可以轻松跨越障碍。
3 越障过程仿真研究
本研究对车辆虚拟样机模型进行如下设计：车体与摆臂之间添加了线性弹簧，替代纵向摆臂式悬架行走机构中扭转弹簧的作用，车轮采用圆柱体代替，运动副采用旋转副，车轮和地面之间的作用采用接触力进行处理，驱动力为施加在车轮上的力矩。在ADAMS中的虚拟样机模型如图19所示。该车体模型的主要参数如下：车体长3 090 mm，宽1 527 mm，高1 013 mm，摆臂长386.7 mm，车轮半径为375 mm。
3.1 摆臂回转工况A的无人地面车辆
由于所建立的摆臂回转工况A的无人地面车辆越障模型都为静力学越障模型，因此无论是地面附着系数φ，还是质心到前摆臂与车身铰接点水平距离a，当其达到一定值时车辆的越障高度将达到或超过车轮半径，这在实际行驶过程中是难以实现的。因此下面将首先建立摆臂回转工况A的无人地面车辆虚拟样机越障模型进行分析与仿真。
3.1.1 越障高度h=200 mm
（1）车体速度变化
图20表明车辆在给定速度下能顺利跨越高度为200 mm的障碍。在前轮碰触障碍时，车体速度明显下降，当前轮越上障碍后，车体速度回归正常。此时中间轮处于悬空状态车体速度正常，当其碰触障碍时车体速度下降，在其越障过程中摆臂弹簧压缩并迅速释放（图21），使车体（质心）相对地面运动的同时，与摆臂之间也产生相对速度。该相对速度的大小由弹簧的弹性系数决定，弹性系数越小，相对速度越大，因此表现在车体质心速度出现较大波动。同理，后轮碰触障碍时，车体速度同样出现波动，当其越上障碍后，车体速度趋于平稳。
（2）车轮受力变化
图22～24表明，在车轮碰触障碍的瞬间，所受的冲击力一般是最大的。对于前轮，当其越上障碍后车轮出现一个悬空的瞬间（受力为0），但马上在摆臂弹簧的作用下接触地面并承担车身的重量。在中间轮和后轮越障之前，它们都有一个悬空的过程。对于后轮，在前轮碰触障碍时所受的冲击力还要大于其车轮本身碰触到障碍的瞬间所受冲击力（图24），这是因为在前轮碰触障碍时，中间轮悬空，车体重量全部由前轮和后轮承担，而在后轮碰触障碍之前，车体重量已经全部被前轮和中间轮所承担，因此其所受冲击力变小。
3.1.2 越障高度h=330 mm
（1）车体速度变化
图25表明车辆在给定速度下可以成功跨越高度为330 mm的障碍。在前轮越障的过程中，车体速度出现短暂稳定现象（如图放大区域），这表明在越障过程中车轮已经开始打滑了。因此，该障碍高度即为车辆前轮越障的极限高度。该结果与论文2.1节越障模型计算的高度值相差比较大，这是因为前面采用的是静力学分析，而车辆在实际越障行驶过程中，一般情况高于车轮半径的障碍是难以跨越的。并且，由图可以看出车辆在各轮越障过程中速度波动明显比跨越200 mm障碍时要大。
（2）车轮受力变化
由图26～28可知，除后轮以外，在车轮碰触障碍瞬间，所受的冲击力一般是最大的。同样，在越障过程中各轮所受地面冲击力明显大于跨越200 mm障碍时车轮所受冲击力。
3.2 摆臂回转工况B的无人地面车辆
图29所示为无人地面车辆在摆臂主动力矩作用下实现跨越高障碍的运动过程。
3.2.1 车体速度变化
无人地面车辆垂直越障高度为1 000 mm时，车体速度变化如图30所示。
由图30可以看出，车辆前轮抬起在给定速度下能够顺利跨越高度为1 000 mm的障碍。
3.2.2 车轮受力变化
从图31～33可知，在整个运动过程中，中间轮所受地面垂向力的作用明显比前轮和后轮要大（中间轮悬空期间除外），主要承担了车体的重量。这是因为中间轮离车体质心距离小，作用力臂小，因此必须增大作用力才能保持车体平衡。
通过车体（质心）速度变化图和各轮受力图可以看出，当施加摆臂主动力矩时，力矩变化速度越慢，对整车的平衡稳定性影响越小。因此，在实际行驶越障过程中，为了提高车辆的稳定性，摆臂主动力矩应尽可能缓慢施加，并降低车速。如果路况允许的话，当前轮越上障碍后也可将车速降为0使其处于静止状态，然后进行车体姿态（各摆臂摆角）的调整，调整完成后再继续驱动车辆依次进行中间轮和后轮的越障。并且，在给定设计参数条件下，该无人地面车辆在主动力矩的作用下，可以跨越1 m的垂直障碍。
4 结论
（1）本文介绍了无人地面车辆轮式行走机构，该悬架不仅具有缓冲减振功能，而且可以产生扭转力矩对车辆越障性能的提高起到了重要作用。
（2）分析表明，在已知车体设计参数下，摆臂回转工况A的无人地面车辆最大越障高度为330 mm，摆臂回转工况B的无人地面车辆可以跨越1 m的垂直障碍，约为前者的3倍。
（3）结果表明，在车桥上施加主动力矩可以大幅提高该样车的越障性能，为无人地面车辆越障性能研究及车辆设计工作提供了重要的理论依据。
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