文献综述-单缸发动机三维可视化虚拟装配教学实验系统研究.docx

本科生毕业设计(论文)文献综述设计 (论文)题目单缸发动机三维可视化虚拟装配教学实验系统研究作者所在系别机电工程学院作者所在专业车辆工程作者所在班级作 者 姓 名作 者 学 号指导教师姓名指导教师职称副高完 成时间2017年3月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。 毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述摘要面相培养卓越工程师，对车辆与工程专业的发动机拆装实践环节教学进行了改革。提出了对现有的实验设备进行基于虚拟现实的改革，包括发动机认识、拆装、运动仿真等。该系统的设计，可完成车辆工程专业多门专业课的实验模拟，为发动机实验教学提供了新的思路与手段。成果表明，对车辆工程专业的卓越工程师培养，具有一定的参考价值。关键词：卓越工程师 发动机 实训 实验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 engineerings teacher. Finally, the result shows that the research has a certain influence to train the outstanding engineers.Keyword: Outstanding engineer Engine Training Experiment前言为全面提高工程教育人才培养质量，2010年教育部实施“卓越工程师教育培养计划”。黑龙江工程学院有幸成为首批参与该计划的61所高校之一。教育部在2011年的关于实施“卓越工程师教育培养计划”的若干意见中提出，要依据“卓越计划”培养标准，“遵循工程的集成与创新特征，以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，重构课程体系和教学内容”。由此可见，实践教学在整个工程教育中意义更加重要。汽车发动机拆装实习是我校汽车与交通工程学院的一门非常重要的实习，发动机构造是对机械设计、工程力学、电工电子学等基础知识的综合学习和利用。在教学过程中，发动机拆装实习重视探究性学习和协作性学习等现代教育理念的应用，在教学方法上以大力提倡“以学生为本，重在学生参与”，突出实践教学鲜明特色，采用层层递进的“理论教学、实验教学、拆装与调试专项技能实习的多元连环教学模式，使发动机拆装实习的教学达到了知识教育与综合能力培养的有机结合，全面提高学生的综合素质。1、开展发动机虚拟教学系统的必要性目前发动机拆装实训还基本停留在传统教学方法上，由于目前高校实践教学要求不是太高，实践教学跟不上需要等，在发动机拆装实验实训的教学过程中存在如下问题：1.由于实验设备昂贵，操作不当容易损耗，经过多年的操作使用学生在拆装过程中不能严格按照规格完成实验实训，使得发动机零件丢失或损坏，有些发动机设备已经不完整，使得学生对课程教学中学到的知识不能在试验中得到印证。在很大程度上影响了其他学生的学习效果。2.且随着近年来高校扩招，造成实验设备匮乏，目前发动机拆装实习为每7-8个人共用一台发动机，因此拆装教学是不分学生动手，不分学生参观，甚至大部分学生参观，个别学生拆装，另外同时参加实习学生太多，给教师的现场指导带来极大不便。3.发动机系统比较复杂，种类很多。按照运动方式、所用燃料、冷却方式等，种类可达几百种。另外随着发动机技术不断更新，种类也在不断增加，而学校能提供的发动机品种有限，因此也限制了学生了解多种机型的技术知识。4.教学静态死板，无法提高学生积极性。目前无论是发动机理论学习，还是实践拆装，学生接触的都是静态的发动机，而在实验现场仅仅是了解发动机的组成部件以及其外观，对于具体个部件的运动功能无法了解。随着虚拟现实（VR）技术、网络通讯技术的迅速发展，虚拟现实教育呈现出强大的发展趋势。利用VR技术，可以有效地解决实验条件与实验效果之间的矛盾。在教学中，许多昂贵的实验、培训器材，由于受价格的限制而无法普及。如果利用VR技术，在多媒体计算机上建立虚拟实验室，学习者便可以走进这个虚拟实验室，身临其境般的操作虚拟仪器，操作结果可以通过仪表显示身体的感受反馈给学生，来判断操作是否正确。因此虚拟实验教学的重要研究意义在于这种方法既不消耗器材，也不受场地等外界条件限制，可重复操作，直至得出满意结果。因此设计一个虚拟系统使学生进入可视化的操作界面进行模拟训练，从而使学生进入实物操作前使用该系统进行模拟，缩短实际训练时间，还能保证学生有充足的实验时间，达到教学要求且获得更好的教学效果。另外，由于汽车发动机比较抽象难懂，学生即使拆装实物，也仅限于对发动机的静态认识。因此采用先进的虚拟现实技术，建立了发动机各系统、总成、部件、零件的三维模型，制作发动机各系统、总成、部件的拆装动画和功能动画，使得学生对发动机有更加感性的认识。通过动画学生可以更容易得理解发动机各部分的工作过程及原理。为了适应卓越工程师的培养，提高学生的工程实践能力，本文利用VC+开发平台，数据库技术，基于UG建立了汽车发动机虚拟拆装实训教学系统。2、发动机虚拟拆装平台构建车辆工程专业的主干课程有“汽车构造、内燃机原理、汽车制造工艺学、汽车机械工程基础”等，而这些课程共有10多个实验是有关汽车发动机的，因此为满足这些实验的顺利开展，“汽车发动机虚拟拆装实训系统”集成了汽车发动机虚拟装配及拆卸试验模块、零部件测绘试验模块、发动机整机及零部件运动仿真实验模块，如图1所示。 图2-1 系统组成及功能图（1）发动机组成认识实验模块 该模块为满足车辆工程及相关专业低年级学生刚刚接触专业知识，通过该模块可全面而详细的了解有关发动机的基础知识。 该模块主要以动画或录像为主，包括详细介绍发动机的工作原理以及各组成部件的功能，学生可以根据需要回放讲授过程，或者点击查看感兴趣的部件模块。这样就避免了认识实习学生数量庞大，而教师少，使得大部分学生走马观花，达不到预期效果的问题，同时加强了学生学习的自主性和积极性。（2）发动机虚拟拆装实训模块在应用该模块前，如果是初次接触，学生可先观看拆卸录像，进行初步学习，避免盲目操作。该模块包括发动机虚拟装配和虚拟拆卸两部分，下面以虚拟拆卸为例说明。同真是发动机拆卸过程类似，本系统提供了拆装所用工具，以及人体手臂模块。即在选择好待拆卸零件后，用户选择相应的拆卸工具（如扳手、套筒、虎钳等），工具加载后系统自动版别工具选择是否合理（如，是否扳手开口小于螺母等），并在拆卸过程中进行干涉检查，即拆卸该零件前是否有其他零件需先拆除等。考虑发动机的拆卸方法众多，系统提供了较优的拆装路线，学生动手拆装完后，可点击“自动拆装”观看拆装路线并给出拆装顺序明细。（3）零部件测绘实训零部件测绘实训也是低年级车辆工程专业学生非常重要的实训。通过该实训，在加强学生掌握发动机主要零部件构造的基础上，熟悉CAD相关软件的应用。学生根据任务可从系统中选取要测绘的零件的三维模型，利用UG本身提供的测量工具对零部件进行测量，根据记录的测量数据，重绘零件图纸。另外系统提供了零部件设计手册，学生同时可以学习机械零件的基本设计知识，如材料选取、校核计算等。该模块的提供避免了现在测绘实训过程中由于实物数量限制而造成的学生严重抄袭问题。（4）运动仿真模拟实验该模块是通过仿真动画来模拟汽车发动机工作过程的真实效果，如曲柄连杆机构的工作过程，配气机构进气门的升将等。运动仿真模拟实验，学生可以根据需要设定运动速度，可以设置从不同角度观看发动机及各部件的运动过程。（5）学生创新与设计模块卓越工程师培养目标之一即学生有加强的创新能力。针对这一培养目标，在发动机实训教学中除了满足以往的传统教学要求，增加了学生自主创新实验模块。即通过该模块学生可以将自行设计的发动机零部件增加到软件系统中，然后对自己设计的零部件做运动仿真，或者将某些零部件进行改进后，和已有发动机零部件进行配合、运动仿真，验证设计是否合理。参考文献1.潘艳平，包秋燕,江吉彬. 基于卓越工程师培养的本科实践教学体系改革. 2011,12,14:2132202.房泽平, 张谦.