單缸發(fā)動機三維可視化虛擬裝配教學實驗系統(tǒng)研究

單缸發(fā)動機三維可視化虛擬裝配教學實驗系統(tǒng)研究,發(fā)動機,三維,可視化,虛擬,裝配,教學,實驗,試驗,系統(tǒng),研究,鉆研 本科生畢業(yè)設計(論文)文獻綜述 設計 (論文)題目 單缸發(fā)動機三維可視化虛擬裝配教學實驗系統(tǒng)研究 作者所在系別 作者所在專業(yè) 作者所在班級 作 者 姓 名 作 者 學 號 指導教師姓名 指導教師職稱 完 成時間 說 明 1．根據(jù)學?！懂厴I(yè)設計(論文)工作暫行規(guī)定》，學生必須撰寫畢業(yè)設計(論文)文獻綜述。文獻綜述作為畢業(yè)設計(論文)答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻綜述應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻綜述各項內(nèi)容要實事求是，文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學生撰寫文獻綜述，閱讀的主要參考文獻應在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應占一定比例。本學科的基礎和專業(yè)課教材一般不應列為參考資料。 5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字數(shù)在2000字左右。文獻綜述應與開題報告同時提交。  畢 業(yè) 設 計（論文）文 獻 綜 述 摘要 面相培養(yǎng)卓越工程師，對車輛與工程專業(yè)的發(fā)動機拆裝實踐環(huán)節(jié)教學進行了改革。提出了對現(xiàn)有的實驗設備進行基于虛擬現(xiàn)實的改革，包括發(fā)動機認識、拆裝、運動仿真等。該系統(tǒng)的設計，可完成車輛工程專業(yè)多門專業(yè)課的實驗模擬，為發(fā)動機實驗教學提供了新的思路與手段。成果表明，對車輛工程專業(yè)的卓越工程師培養(yǎng)，具有一定的參考價值。 關(guān)鍵詞：卓越工程師發(fā)動機實訓實驗 Abstract In order to train outstanding engineers, the reformation of the engine disassembly is research in vehicle engineering. Virtual experiment equipment is developed based on real experiment equipment. According to the virtual experiment equipment, the understanding practice, assembly and disassembly, and motion simulation are carried out. Based on the system, many majors’ experiments can be done, so the new method of experiment teaching is supplied to vehicle engineering’s teacher. Finally, the result shows that the research has a certain influence to train the outstanding engineers. Keyword:Outstanding engineer Engine TrainingExperiment 前言 為全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，2010年教育部實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。黑龍江工程學院有幸成為首批參與該計劃的61所高校之一。教育部在2011年的《關(guān)于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的若干意見》中提出，要依據(jù)“卓越計劃”培養(yǎng)標準，“遵循工程的集成與創(chuàng)新特征，以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)課程體系和教學內(nèi)容”。由此可見，實踐教學在整個工程教育中意義更加重要。 汽車發(fā)動機拆裝實習是我校汽車與交通工程學院的一門非常重要的實習，發(fā)動機構(gòu)造是對機械設計、工程力學、電工電子學等基礎知識的綜合學習和利用。在教學過程中，發(fā)動機拆裝實習重視探究性學習和協(xié)作性學習等現(xiàn)代教育理念的應用，在教學方法上以大力提倡“以學生為本，重在學生參與”，突出實踐教學鮮明特色，采用層層遞進的“理論教學、實驗教學、拆裝與調(diào)試專項技能實習的多元連環(huán)教學模式，使《發(fā)動機拆裝實習》的教學達到了知識教育與綜合能力培養(yǎng)的有機結(jié)合，全面提高學生的綜合素質(zhì)。 1、開展發(fā)動機虛擬教學系統(tǒng)的必要性 目前發(fā)動機拆裝實訓還基本停留在傳統(tǒng)教學方法上，由于目前高校實踐教學要求不是太高，實踐教學跟不上需要等，在發(fā)動機拆裝實驗實訓的教學過程中存在如下問題： 1.由于實驗設備昂貴，操作不當容易損耗，經(jīng)過多年的操作使用學生在拆裝過程中不能嚴格按照規(guī)格完成實驗實訓，使得發(fā)動機零件丟失或損壞，有些發(fā)動機設備已經(jīng)不完整，使得學生對課程教學中學到的知識不能在試驗中得到印證。在很大程度上影響了其他學生的學習效果。 2.且隨著近年來高校擴招，造成實驗設備匱乏，目前發(fā)動機拆裝實習為每7-8個人共用一臺發(fā)動機，因此拆裝教學是不分學生動手，不分學生參觀，甚至大部分學生參觀，個別學生拆裝，另外同時參加實習學生太多，給教師的現(xiàn)場指導帶來極大不便。 3.發(fā)動機系統(tǒng)比較復雜，種類很多。按照運動方式、所用燃料、冷卻方式等，種類可達幾百種。另外隨著發(fā)動機技術(shù)不斷更新，種類也在不斷增加，而學校能提供的發(fā)動機品種有限，因此也限制了學生了解多種機型的技術(shù)知識。 4.教學靜態(tài)死板，無法提高學生積極性。目前無論是發(fā)動機理論學習，還是實踐拆裝，學生接觸的都是靜態(tài)的發(fā)動機，而在實驗現(xiàn)場僅僅是了解發(fā)動機的組成部件以及其外觀，對于具體個部件的運動功能無法了解。 隨著虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實教育呈現(xiàn)出強大的發(fā)展趨勢。利用VR技術(shù)，可以有效地解決實驗條件與實驗效果之間的矛盾。在教學中，許多昂貴的實驗、培訓器材，由于受價格的限制而無法普及。如果利用VR技術(shù)，在多媒體計算機上建立虛擬實驗室，學習者便可以走進這個虛擬實驗室，身臨其境般的操作虛擬儀器，操作結(jié)果可以通過儀表顯示身體的感受反饋給學生，來判斷操作是否正確。因此虛擬實驗教學的重要研究意義在于這種方法既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，可重復操作，直至得出滿意結(jié)果。 因此設計一個虛擬系統(tǒng)使學生進入可視化的操作界面進行模擬訓練，從而使學生進入實物操作前使用該系統(tǒng)進行模擬，縮短實際訓練時間，還能保證學生有充足的實驗時間，達到教學要求且獲得更好的教學效果。另外，由于汽車發(fā)動機比較抽象難懂，學生即使拆裝實物，也僅限于對發(fā)動機的靜態(tài)認識。因此采用先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立了發(fā)動機各系統(tǒng)、總成、部件、零件的三維模型，制作發(fā)動機各系統(tǒng)、總成、部件的拆裝動畫和功能動畫，使得學生對發(fā)動機有更加感性的認識。通過動畫學生可以更容易得理解發(fā)動機各部分的工作過程及原理。 為了適應卓越工程師的培養(yǎng)，提高學生的工程實踐能力，本文利用VC++開發(fā)平臺，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，基于UG建立了汽車發(fā)動機虛擬拆裝實訓教學系統(tǒng)。 2、發(fā)動機虛擬拆裝平臺構(gòu)建 車輛工程專業(yè)的主干課程有“汽車構(gòu)造、內(nèi)燃機原理、汽車制造工藝學、汽車機械工程基礎”等，而這些課程共有10多個實驗是有關(guān)汽車發(fā)動機的，因此為滿足這些實驗的順利開展，“汽車發(fā)動機虛擬拆裝實訓系統(tǒng)”集成了汽車發(fā)動機虛擬裝配及拆卸試驗模塊、零部件測繪試驗模塊、發(fā)動機整機及零部件運動仿真實驗模塊，如圖1所示。 圖2-1系統(tǒng)組成及功能圖 （1）發(fā)動機組成認識實驗模塊 該模塊為滿足車輛工程及相關(guān)專業(yè)低年級學生剛剛接觸專業(yè)知識，通過該模塊可全面而詳細的了解有關(guān)發(fā)動機的基礎知識。 該模塊主要以動畫或錄像為主，包括詳細介紹發(fā)動機的工作原理以及各組成部件的功能，學生可以根據(jù)需要回放講授過程，或者點擊查看感興趣的部件模塊。這樣就避免了認識實習學生數(shù)量龐大，而教師少，使得大部分學生走馬觀花，達不到預期效果的問題，同時加強了學生學習的自主性和積極性。 （2）發(fā)動機虛擬拆裝實訓模塊 在應用該模塊前，如果是初次接觸，學生可先觀看拆卸錄像，進行初步學習，避免盲目操作。該模塊包括發(fā)動機虛擬裝配和虛擬拆卸兩部分，下面以虛擬拆卸為例說明。同真是發(fā)動機拆卸過程類似，本系統(tǒng)提供了拆裝所用工具，以及人體手臂模塊。即在選擇好待拆卸零件后，用戶選擇相應的拆卸工具（如扳手、套筒、虎鉗等），工具加載后系統(tǒng)自動版別工具選擇是否合理（如，是否扳手開口小于螺母等），并在拆卸過程中進行干涉檢查，即拆卸該零件前是否有其他零件需先拆除等?？紤]發(fā)動機的拆卸方法眾多，系統(tǒng)提供了較優(yōu)的拆裝路線，學生動手拆裝完后，可點擊“自動拆裝”觀看拆裝路線并給出拆裝順序明細。 （3）零部件測繪實訓 零部件測繪實訓也是低年級車輛工程專業(yè)學生非常重要的實訓。通過該實訓，在加強學生掌握發(fā)動機主要零部件構(gòu)造的基礎上，熟悉CAD相關(guān)軟件的應用。學生根據(jù)任務可從系統(tǒng)中選取要測繪的零件的三維模型，利用UG本身提供的測量工具對零部件進行測量，根據(jù)記錄的測量數(shù)據(jù)，重繪零件圖紙。另外系統(tǒng)提供了零部件設計手冊，學生同時可以學習機械零件的基本設計知識，如材料選取、校核計算等。該模塊的提供避免了現(xiàn)在測繪實訓過程中由于實物數(shù)量限制而造成的學生嚴重抄襲問題。 （4）運動仿真模擬實驗 該模塊是通過仿真動畫來模擬汽車發(fā)動機工作過程的真實效果，如曲柄連桿機構(gòu)的工作過程，配氣機構(gòu)進氣門的升將等。運動仿真模擬實驗，學生可以根據(jù)需要設定運動速度，可以設置從不同角度觀看發(fā)動機及各部件的運動過程。 （5）學生創(chuàng)新與設計模塊 卓越工程師培養(yǎng)目標之一即學生有加強的創(chuàng)新能力。針對這一培養(yǎng)目標，在發(fā)動機實訓教學中除了滿足以往的傳統(tǒng)教學要求，增加了學生自主創(chuàng)新實驗模塊。即通過該模塊學生可以將自行設計的發(fā)動機零部件增加到軟件系統(tǒng)中，然后對自己設計的零部件做運動仿真，或者將某些零部件進行改進后，和已有發(fā)動機零部件進行配合、運動仿真，驗證設計是否合理。 。 參考文獻 1.潘艷平，包秋燕,江吉彬. 基于卓越工程師培養(yǎng)的本科實踐教學體系改革. 2011,12,14:213~220 2.房澤平, 張謙. 面向培養(yǎng)卓越工程師的測控專業(yè)實踐環(huán)節(jié)教學改革. 中國現(xiàn)代教育裝備. 2012,5,9：64~70 3.施永強，楊青真.航空發(fā)動機教學實驗仿真平臺的設計.高校實驗室工作研究. 2012,12,4:60~62. 4.高穎，紹亞楠，許志國等.發(fā)動機虛擬裝配教學實驗系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.系統(tǒng)仿真學報. 2008，11，20:6209~6213 5.高斌，湯楚宙.UG和VB為基的汽車發(fā)動機虛擬實驗室建立. 現(xiàn)代制造工程. 2008，8：84~87