單缸發(fā)動(dòng)機(jī)三維可視化虛擬裝配教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究

單缸發(fā)動(dòng)機(jī)三維可視化虛擬裝配教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究,發(fā)動(dòng)機(jī),三維,可視化,虛擬,裝配,教學(xué),實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),系統(tǒng),研究,鉆研 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述 設(shè)計(jì) (論文)題目 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)三維可視化虛擬裝配教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究 作者所在系別 作者所在專(zhuān)業(yè) 作者所在班級(jí) 作 者 姓 名 作 者 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱(chēng) 完 成時(shí)間 說(shuō) 明 1．根據(jù)學(xué)?！懂厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述。文獻(xiàn)綜述作為畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻(xiàn)綜述應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)并經(jīng)所在專(zhuān)業(yè)教研室審查。 3．文獻(xiàn)綜述各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言通順，外來(lái)語(yǔ)要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫(xiě)詞，須注出全稱(chēng)。 4．學(xué)生撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述，閱讀的主要參考文獻(xiàn)應(yīng)在10篇以上（土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)篇數(shù)可酌減），其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。 5．文獻(xiàn)綜述的撰寫(xiě)格式按畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)撰寫(xiě)規(guī)范的要求，字?jǐn)?shù)在2000字左右。文獻(xiàn)綜述應(yīng)與開(kāi)題報(bào)告同時(shí)提交。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 面相培養(yǎng)卓越工程師，對(duì)車(chē)輛與工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)進(jìn)行了改革。提出了對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行基于虛擬現(xiàn)實(shí)的改革，包括發(fā)動(dòng)機(jī)認(rèn)識(shí)、拆裝、運(yùn)動(dòng)仿真等。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可完成車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)多門(mén)專(zhuān)業(yè)課的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新的思路與手段。成果表明，對(duì)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)的卓越工程師培養(yǎng)，具有一定的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：卓越工程師發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn) 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(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。黑龍江工程學(xué)院有幸成為首批參與該計(jì)劃的61所高校之一。教育部在2011年的《關(guān)于實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的若干意見(jiàn)》中提出，要依據(jù)“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，“遵循工程的集成與創(chuàng)新特征，以強(qiáng)化工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)課程體系和教學(xué)內(nèi)容”。由此可見(jiàn)，實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)工程教育中意義更加重要。 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)習(xí)是我校汽車(chē)與交通工程學(xué)院的一門(mén)非常重要的實(shí)習(xí)，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、工程力學(xué)、電工電子學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)的綜合學(xué)習(xí)和利用。在教學(xué)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)習(xí)重視探究性學(xué)習(xí)和協(xié)作性學(xué)習(xí)等現(xiàn)代教育理念的應(yīng)用，在教學(xué)方法上以大力提倡“以學(xué)生為本，重在學(xué)生參與”，突出實(shí)踐教學(xué)鮮明特色，采用層層遞進(jìn)的“理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、拆裝與調(diào)試專(zhuān)項(xiàng)技能實(shí)習(xí)的多元連環(huán)教學(xué)模式，使《發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)習(xí)》的教學(xué)達(dá)到了知識(shí)教育與綜合能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。 1、開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的必要性 目前發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)還基本停留在傳統(tǒng)教學(xué)方法上，由于目前高校實(shí)踐教學(xué)要求不是太高，實(shí)踐教學(xué)跟不上需要等，在發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)過(guò)程中存在如下問(wèn)題： 1.由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴，操作不當(dāng)容易損耗，經(jīng)過(guò)多年的操作使用學(xué)生在拆裝過(guò)程中不能?chē)?yán)格按照規(guī)格完成實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)零件丟失或損壞，有些發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備已經(jīng)不完整，使得學(xué)生對(duì)課程教學(xué)中學(xué)到的知識(shí)不能在試驗(yàn)中得到印證。在很大程度上影響了其他學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。 2.且隨著近年來(lái)高校擴(kuò)招，造成實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏，目前發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)習(xí)為每7-8個(gè)人共用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，因此拆裝教學(xué)是不分學(xué)生動(dòng)手，不分學(xué)生參觀，甚至大部分學(xué)生參觀，個(gè)別學(xué)生拆裝，另外同時(shí)參加實(shí)習(xí)學(xué)生太多，給教師的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)帶來(lái)極大不便。 3.發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比較復(fù)雜，種類(lèi)很多。按照運(yùn)動(dòng)方式、所用燃料、冷卻方式等，種類(lèi)可達(dá)幾百種。另外隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷更新，種類(lèi)也在不斷增加，而學(xué)校能提供的發(fā)動(dòng)機(jī)品種有限，因此也限制了學(xué)生了解多種機(jī)型的技術(shù)知識(shí)。 4.教學(xué)靜態(tài)死板，無(wú)法提高學(xué)生積極性。目前無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)理論學(xué)習(xí)，還是實(shí)踐拆裝，學(xué)生接觸的都是靜態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)，而在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)僅僅是了解發(fā)動(dòng)機(jī)的組成部件以及其外觀，對(duì)于具體個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)功能無(wú)法了解。 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)教育呈現(xiàn)出強(qiáng)大的發(fā)展趨勢(shì)。利用VR技術(shù)，可以有效地解決實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)效果之間的矛盾。在教學(xué)中，許多昂貴的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)器材，由于受價(jià)格的限制而無(wú)法普及。如果利用VR技術(shù)，在多媒體計(jì)算機(jī)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)者便可以走進(jìn)這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，身臨其境般的操作虛擬儀器，操作結(jié)果可以通過(guò)儀表顯示身體的感受反饋給學(xué)生，來(lái)判斷操作是否正確。因此虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要研究意義在于這種方法既不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，可重復(fù)操作，直至得出滿(mǎn)意結(jié)果。 因此設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬系統(tǒng)使學(xué)生進(jìn)入可視化的操作界面進(jìn)行模擬訓(xùn)練，從而使學(xué)生進(jìn)入實(shí)物操作前使用該系統(tǒng)進(jìn)行模擬，縮短實(shí)際訓(xùn)練時(shí)間，還能保證學(xué)生有充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，達(dá)到教學(xué)要求且獲得更好的教學(xué)效果。另外，由于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)比較抽象難懂，學(xué)生即使拆裝實(shí)物，也僅限于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的靜態(tài)認(rèn)識(shí)。因此采用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)、總成、部件、零件的三維模型，制作發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)、總成、部件的拆裝動(dòng)畫(huà)和功能動(dòng)畫(huà)，使得學(xué)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有更加感性的認(rèn)識(shí)。通過(guò)動(dòng)畫(huà)學(xué)生可以更容易得理解發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的工作過(guò)程及原理。 為了適應(yīng)卓越工程師的培養(yǎng)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，本文利用VC++開(kāi)發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，基于UG建立了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)。 2、發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝平臺(tái)構(gòu)建 車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)的主干課程有“汽車(chē)構(gòu)造、內(nèi)燃機(jī)原理、汽車(chē)制造工藝學(xué)、汽車(chē)機(jī)械工程基礎(chǔ)”等，而這些課程共有10多個(gè)實(shí)驗(yàn)是有關(guān)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的，因此為滿(mǎn)足這些實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展，“汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”集成了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配及拆卸試驗(yàn)?zāi)K、零部件測(cè)繪試驗(yàn)?zāi)K、發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及零部件運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，如圖1所示。 圖2-1系統(tǒng)組成及功能圖 （1）發(fā)動(dòng)機(jī)組成認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K 該模塊為滿(mǎn)足車(chē)輛工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)低年級(jí)學(xué)生剛剛接觸專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)該模塊可全面而詳細(xì)的了解有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)。 該模塊主要以動(dòng)畫(huà)或錄像為主，包括詳細(xì)介紹發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理以及各組成部件的功能，學(xué)生可以根據(jù)需要回放講授過(guò)程，或者點(diǎn)擊查看感興趣的部件模塊。這樣就避免了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)學(xué)生數(shù)量龐大，而教師少，使得大部分學(xué)生走馬觀花，達(dá)不到預(yù)期效果的問(wèn)題，同時(shí)加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性。 （2）發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)模塊 在應(yīng)用該模塊前，如果是初次接觸，學(xué)生可先觀看拆卸錄像，進(jìn)行初步學(xué)習(xí)，避免盲目操作。該模塊包括發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配和虛擬拆卸兩部分，下面以虛擬拆卸為例說(shuō)明。同真是發(fā)動(dòng)機(jī)拆卸過(guò)程類(lèi)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(hù)選擇相應(yīng)的拆卸工具（如扳手、套筒、虎鉗等），工具加載后系統(tǒng)自動(dòng)版別工具選擇是否合理（如，是否扳手開(kāi)口小于螺母等），并在拆卸過(guò)程中進(jìn)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(dòng)機(jī)的拆卸方法眾多，系統(tǒng)提供了較優(yōu)的拆裝路線，學(xué)生動(dòng)手拆裝完后，可點(diǎn)擊“自動(dòng)拆裝”觀看拆裝路線并給出拆裝順序明細(xì)。 （3）零部件測(cè)繪實(shí)訓(xùn) 零部件測(cè)繪實(shí)訓(xùn)也是低年級(jí)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生非常重要的實(shí)訓(xùn)。通過(guò)該實(shí)訓(xùn)，在加強(qiáng)學(xué)生掌握發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件構(gòu)造的基礎(chǔ)上，熟悉CAD相關(guān)軟件的應(yīng)用。學(xué)生根據(jù)任務(wù)可從系統(tǒng)中選取要測(cè)繪的零件的三維模型，利用UG本身提供的測(cè)量工具對(duì)零部件進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)，重繪零件圖紙。另外系統(tǒng)提供了零部件設(shè)計(jì)手冊(cè)，學(xué)生同時(shí)可以學(xué)習(xí)機(jī)械零件的基本設(shè)計(jì)知識(shí)，如材料選取、校核計(jì)算等。該模塊的提供避免了現(xiàn)在測(cè)繪實(shí)訓(xùn)過(guò)程中由于實(shí)物數(shù)量限制而造成的學(xué)生嚴(yán)重抄襲問(wèn)題。 （4）運(yùn)動(dòng)仿真模擬實(shí)驗(yàn) 該模塊是通過(guò)仿真動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的真實(shí)效果，如曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程，配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)氣門(mén)的升將等。運(yùn)動(dòng)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)需要設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度，可以設(shè)置從不同角度觀看發(fā)動(dòng)機(jī)及各部件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 （5）學(xué)生創(chuàng)新與設(shè)計(jì)模塊 卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)之一即學(xué)生有加強(qiáng)的創(chuàng)新能力。針對(duì)這一培養(yǎng)目標(biāo)，在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中除了滿(mǎn)足以往的傳統(tǒng)教學(xué)要求，增加了學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K。即通過(guò)該模塊學(xué)生可以將自行設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件增加到軟件系統(tǒng)中，然后對(duì)自己設(shè)計(jì)的零部件做運(yùn)動(dòng)仿真，或者將某些零部件進(jìn)行改進(jìn)后，和已有發(fā)動(dòng)機(jī)零部件進(jìn)行配合、運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否合理。 。 參考文獻(xiàn) 1.潘艷平，包秋燕,江吉彬. 基于卓越工程師培養(yǎng)的本科實(shí)踐教學(xué)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(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革. 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備. 2012,5,9：64~70 3.施永強(qiáng)，楊青真.航空發(fā)動(dòng)機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì).高校實(shí)驗(yàn)室工作研究. 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