（材料加工工程专业论文）冷锻工艺与模具设计多媒体教学软件的开发.pdf

东南大学硕士学位论文摘，要冷锻工艺是典型的体积成型工艺。锻压技术作为一种高效、优质、低消耗的精密成形技术，在金属材料的塑性成形领域中得到迅速发展并在生产中得到广泛应用。汽车工业的发展主导了精密成形技术及设备的发展。但是长期以来，我国锻压技术产业化工作没有得到良性发展，与工业先进国家相比有较大的差距，人才较为匮乏，很难与逐步成长的精密锻件市场相适应，因此不少高校为相关专业开设了锻压技术课。本课程的特点是实践性和应用性强。开发冷锻工艺与模具设计多媒体教学软件旨在指导模具设计人员对冷锻工艺及冷锻模具的知识有比较系统的理解。本文系统的阐述了冷锻工艺与模具设计多媒体教学课件的总体方案设计、教学设计、脚本设计和多媒体素材的制作与集成。本多媒体教学课件的控制系统设计主要考虑到软件的多媒体信息组织结构、导航策略、和交互界面。通过按钮、动态热区、定向链接和超文本等方式提供多种导航路径。一方面使软件具有良好的交互界面，另外还促进学习者的信息接受，提高信息传递的速度和理解的深度。为了让用户可以学习轻松，各个界面上多媒体素材进行了合理的布置。多媒体素材的制作是本多媒体课件设计的重点，课件中包含大量的文本、图形、图像、视频动画和声音等多媒体素材，其中二维动画采用a u t o c a d 建模，f l a s h 制作动画：三维动画采用s o l i d w o r k s 建模，i p a 制作动画，这些都在很大程度上提高了对冷锻模具的结构、冷锻模具的工作过程和毛坯变形过程等相关内容的表达深度。本课件选用a u t h o r v a r e 对素材进行编辑集成，对动画和声音的播放控制方式非常灵活。挤压力是设计模具的基础和选择设备的依据。由于影响挤压力的因素非常多，所以给挤压力的计算带来诸多困难。本课题运用m a t l a b 开发了黑色金属挤压力智能化计算软件，实现了挤压力经验计算的数值化。开发的软件，其界面友好，可完成挤压力的智能化计算以及工艺参数的优化设计。本软件设计和运行过程力求简洁、快捷，计算结果与传统方法比较相对误差小于5 ，是真实可靠的。关键词：冷锻模具，多媒体，动画制作，冷挤压力，用户界面，m a t l a b垒! 型竺!_ _ 一。a b s t r a c tc o l df o r g i n gi st h et y p i c a lv o l u m ef o r m i n gp r o c e d u r ef o r g i n gt e c h n o l o g yw h i c hi sah i g he m c i e n c mh i g hq u a l i 填l o wc o n s u m p t i o na n dc l o s ef o r m a t i o nt e c h n o l o g yh a sr a p i d l yd e v e l o p e di nt h ef i e l do fm e t a lf o r m a t i o na n dw i d e l ya p p h e di nt h ep r o d u c t i o nt h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ed r o c e d u r el e a d st h ed e v e l o p m e n to fc l o s ef o r m a t i o nt e c h n o l o g y b u tt h ef o r g i n gt e c h n o l o g yh a sn o tb e e ni n d u s t r i a l i z e di no u rc 时f o ral o n gt i m ec o m p a r e dw i t ht h ei n d u s t r i a l i z e dc o n l x 缸 y , t h e r ei sag r e a tg a pa n daf e wp e r s o n sw i t ha b i l i t yi nt h ef i e l d ，w h i c hc a l ln o ta d a p tt ot h ed e v e l o p i n gc l o s ef o r g i n gm a r k e ta l a r g e n u m b e ro f c o l l e g e so r u n i v e r s i t i e sh a v es e t u p f o r g i n g t e c h n o l o g y c u r r i c u l u m i t h a s t w oc h a r a c t e r i s t i c s o n ei ss t r o n gp r a c t i c e ，t h eo t h e ri sd o u g h t i l ya p p l i c a t i o n t h ec o l df o r g i n gp r o c e d u r ea n dd i ed e s i g nc o u r s e w a r eh e l p sa n di n s t r u c t sp e o p l ew h oe n g a g e di nc o l df o r g i n gd i ed e s i g nt ou n d e r s t a n dc o l df o r g i n gp r o c e s sa n dd i ed e s i g np r o f o u n d l y t h em a i nt e n a n to ft h i sr e s e a r c hi n c l u d e ss y s t e ms t r u c t u r ed e s i g n i n g ，t e a c h i n gd e s i g n i n g ，s c r i p td e s i g n i n g ，m u l t i m e d i ad a t ac r e a t i n ga n di n t e g r a t i n gw h e nw ed e s i g nt h i sc o u r s e w a r e sc o n t r o ls y s t e m ，t h em u l t i m e d i ai n f o r m 撕o nf r a m e w o r k n a v i g a t i o nt a c t i ca n di n t e r f a c es h o u l db et h o u g h t 五i s tt h i sc o u r s e w a i ep r o v i d e sm a n yn a v i g a t i o np a t h su s i n gb u t t o n s ，h o ts p o t s ，d i r e c t i o n s1 i n k sa n dh y p e r t e x t so no n eh a n d ，t h i sk i n do fd e s i g nc a np r o v i d et h es o f t w a r eaf r i e n d l yi n t e f f a c e ，o nt h eo t h e rh a n d ，i tc a nh e l p1 e a r n e r su n d e r s t a n dt h er e l a x e di n f o r m a t i o n , t h u si n c r e a s e st h es p e e do ft r a n s f o r m a t i o ri n f o r m a t i o na n dd e e p e n st h el e a r n e r su n d e r s t a n d i n gw eg i v ec a r e f u lc o n s i d e r a t i o nt ot h el a y o u to f v a r i o u sm e d i ad a t ao ne a c hi m e r f a c e ，a n dt r yt om a k et h i ss o f t w a r ee a s yt ou s ef o rl e a r n e r s d u r i n gd e s i g n i n gt h i so o u r s e w a r e ，t h em u l t i m e d i ad a t ac r e a t i o ni st h em o s ti m p o r t a n tp a r tm e d i ad a t a ，s u c h t e x t , g r a p h i c ，i m a g e ，v i d e na n da n i m a t i o nh a v em a n yk i n d so fe x p r e s s i o nm e t h o d si nt h i sc o n s s e w a r e w eu s ea u t o c a dt od e s i g nt w o d i m e n s i o nm o d e la n dc r e a t et w o d i m e n s i o na n i m a t i o nb yf l a s h i p ai su s e dt o c r e a t et h r e e - d i m e n s i o na n i m a t i o n0 1 1t h eb a s i so ft h r e e - d i m e n s i o nm o d e lc r e a t i n gb ys o l i d w o r k st h i sc a l lm o r et h o r o u g h l ye x p r e s st h er e l a t e dc o n t e n t s a l lm e d i ad a t aa r ee d i t e da n di n t e g r a t e du s i n ga u t h o r w a r es o f t w a r e ，a ts a n l et i m et h ev o i c ea n dt h ev i d e oc a nb es m a r t l yc o n t r o l l e db ya u t h o r w a r e e x t r u s i o nf o r c ei st h eb a s i co fd e s i g l l i n gd i ea n dc h o o s i n ge q u i p m e n tb u tc a l c u l a t i o no fe x t r u s i o nf o r c ei sh a r db e c a u s eo fal o to fi n f l u e n c i n gf a c t o r s i nt h i sp a p e r , t h ei n t e l l i g e n tc a l c u l a t i o no fe x t r u s i o nf o r c es o f t w a r ei sd e v e l o p e db ym a t l a b 65 ，w h i c hh a saf r i e n d l yu s e ri n t e r f a c e u s i n gt h i ss o f t w a r e ，i n t e l l i g e n te x t r u s i o nf o r c ec a l c u l a t i o na n dp r o c e s sp a r a m e t e r so p t i m i z a t i o nc o u l db ea c h i e v e d ，a n de x t r u s i o nf o r c ee v a l u a t i o nb ye x p e r i e n c ei sr e p l a c e db yn u m e r i c a lc a l c u l a t i o n c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm e t h o d , t h er e l a t i v ee r r o ro f t h i ss o f t w a r ei sl e s st h a n5 k e y w o r d s ：c o l df o r g i n gd i e ，m u l t i m e d i a ，a n i m a t i o nc r e a t i o n , c o l de x t r u s i o nf o r c e ，u s e ri n t e r f a c e ，m a t l a b东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：彳豳日期：芝堕：堡!东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被套阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。，泸日期：如口彩7 够至= 童堕丝第一章绪论1 1 课题背景随着世界工业尤其是汽车业的飞速发展，不仅要求高质量、高生产率、低成本，而且对节材、节能、环保提出很高的要求，还要求不断的改善材料的加工性能、优化设计、分析和改进设备与工艺。因此，少无切削的加工获得了很大的发展。锻压工艺突破了毛坯生产的范畴，生产出净形或者近净形的锻件，其表面质量好、机械加工余量少、尺寸糖度大、大大地提高了材料的利用率。1 9 3 5年德国开发成功钢材的磷化处理工艺，为钢质零件的冷锻成形创造了条件，1 9 5 5 年开始将冷锻技术用于汽车锻件的生产。日本的冷挤压与我国的起步时间相当。7 0 年代开发成功冷挤压启动离合器齿轮、传动轴上的花键、交流发电机里的磁极铁芯。我国大致也是这个时候开发成功启动齿轮( 直齿轮) 的挤压成形，并投入批量生产，以后便呈现停滞不前的状态。而在8 0 年代，日本开发成功大型高精度等速圆球的外座圈，依靠复动成形( 也称为“闭塞锻造”) 生产内座圈、十字轴、汽车差速器伞齿轮，为日本汽车的商性能化和降低生产成本做出了很大的贡献“。锻压技术作为一种高效、优质、低消耗的精密成形技术，在金属材料的塑性成形领域中得到迅速发展和广泛应用。汽车工业的发展主导了精密成形技术及装备的发展，日本汽车工业应用冷锻技术在世界上属首位，1 9 8 9 年日本丰田1 8 l 发动机排气量的汽车中，每一辆车中有4 3 k g 冷锻件( 还不包括螺钉、螺栓、螺母等标准件的冷锻成形件，重量约3 5 k g ) 。冷锻技术己经带给日本锻压企业很大的高附加值，为日本机械工业和汽车工业的腾飞做出了杰出的贡献。德国和美国在相同的时期生产的汽车上的冷锻件的质量也达到4 0 k g 以上。而中国在相同的时期生产的汽车上冷锻件的质量大概不到德国和美国的一半“。特别是上个世纪九十年代以来，工业发达国家汽车工业开始进行战略调整，逐渐加强了生产当地化、人才本土化的趋势，中国汽车工业的一个参与全球化的重要领域就是零部件生产。相关资料显示，中国的锻件的年生产重量仅次于日本，位居世界第二，但是冷锻件的年生产重量仅仅是锻件年生产总重量的1 0 。长期以来，我国锻压技术产业化工作没有得到良性发展，与工业发达国家相比有较大的差距，人才较为匮乏，与逐步成长的精密锻件市场不相适应，因此不少高校为相关专业开设了锻压技术课。近些年来，中国模具工业一直以较快的增长速度发展，模具工业的发展需要越来越多的模具设计、模具制造人才。由于模具本身结构复杂，封闭性较好，相关的模具结构、装配关系和模具工作过程即便在生产现场也很难准确的理解。传统的教学方式是教师既讲又写，学生的学习质量在很大程度上取决于老师的教学质量。在目前高校学生扩招、4 年学制逐步被弹性学制所代替之际，这样的问题更加突出。随着社会的发展，科学技术的进步现代教学技术从远古的“耳听之术”，发展为现代的视听教学、程序教学、多媒体网络教学、网上虚拟教室等，进入了一个崭新的历史阶段。由于多媒体技术的不断发展，使用多媒体制作工具来制作多媒体课件，会像现在人们使用笔和纸那样简单和方便。1 。随着现代教育技术的推广与应用，计算机辅助教学( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ，简称c a t )的应用范围也日益规范。多媒体不仅是掌握知识、获取信息的新途径，也是一种解决教学中重点、难点问题的重要方式，对成功教学有巨大的辅助作用。现在c a i 以计算机帮助或者代替教师执行部分或者全部教学任务，模拟教师的课堂教学行为，形成有序的教学信息。一来有利于老师轻松教学，解除常规教学中不停的板书和枯燥的讲解：二来更好的辅助学生掌握知识、激发学习的兴趣、加深对抽象概念的理解，从而取得优教和优学的效果。由于下列三个观念的根本性转变，使得多媒体教学获得一定程度的普及。( 1 ) 从“应试教育”向“素质教育”转变，“应试教育”是淘汰和选拔的教育，教育的目标紧紧围绕着“升学”而展开，忽视了对学生思考能力、动手能力、实践能力、认知方法、创造精神等方而的培养”。在c a i 课件中，由于引进了先进的多媒体技术，只要在设计思路上重视激发学生的学习兴趣、帮助学生去理解和引导学生去思维，就可以克服“应试教育”的不足，体现“素质教育”的思想。l东南大学硕士学位论文( 2 ) 从r 传统教学模式”向“建构主义教学模式”转变，传统的教学模式以教师讲授为主，学生是知识的接受者，教学方法是一种“填灌式”的方法。在建构主义教学模式中，教师必须给学生创设一种良好的学习环境。它强调创造可供学习者参与的氛围，为学习者提供多种类型的学习资源，强调组织学习者运用语言和文字进行表达，强调学习者的自我评价及反馈。教师通过设计c a i课件让学生自主学习，通过实验、独立探究、合作学习等方式，培养学生的创造精神与实践能力。( 3 ) 从以“教师为中心”向以“学生为中心”转变，建构主义教学模式极力主张在教师指导下以学生为中心进行教学，在强调学习者的认知主体作用同时，也不忽视教师的主导作用。教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的提供者和灌输者。学生是学习知识信息的主体，是意义建构的主动者，而不是学习知识的被动者和被灌输的对象。教师岭作用从传统的传递知识的权威者转变为学生学习的辅导者，成为学生搞好学习的高级伙伴和合作者”1 。模具计算机辅助设计简称模具c a d ，是指工程技术人员借助于计算机极强的处理数据信息和图形信息的功能，用计算机进行模具产品设计和数控程序编制。1 。该系统对于传统的模具设计来说是一次重大变革，也是未来模具行业继续生存和发展的战略前提“1 。计算机辅助设计技术自2 0 世纪5 0 年代问世以来至今已广泛应用于工程设计及工程建设等各个领域。作为c a d 技术核心的几何建模，由最初的线框模型、表面模型发展到现在的实体模型、特征模型，经历了由几何信息模型、拓扑信息模型到产品信息模型的发展过程，实现了设计、制造和测试体化”。c a d 技术作为计算机技术在工业领域应用的一个主要分支近年来得到了迅速发展和广泛应用。我国c a d 技术的开发和应用起步于7 0 年代末期，经过3 0 多年的发展，冷锻模具的计算机辅助设计技术已具备一定的规模。冷锻模具c a d 技术随着计算机技术的发展也在不断进步，其应用软件从最初的编程式发展为交互式，直至当今最流行的参数化设计。目前，从事模具技术研究的机构和从事模具技术教育和培训的院校已经很多。其中，获得国家重点资助建设的有华中科技大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学c a d 国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具c a d c a e c a m 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成形与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步，在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。多媒体教学平台是根据现代教学要求，利用新的媒体技术、计算机技术、音视频技术和控制技术，选用先进的教学媒体而设计的一种辅助教学系统。它摒弃了硬件设备简单的独立连接，废除了复杂多样的遥控方式，系统、高效、协调地把每一台设备进行有机的组合，让每一位教师都能得心应手地掌握和运用现代技术，优化教学环境、提高教学效率。多媒体教学平台的硬件是以多媒体计算机、视频展示台、大屏幕投影电视、多种播放媒体为主要设备，同时辅以相关配套设备，用桌面面板控制和计算机软件控制形成科学合理的系统”1 。目前国内外用于冷锻模具设计和分析的软件很多，但结合模具设计、对学习者和从事模具设计的技术人员进行指导和帮助的冷锻模具设计多媒体系统还没有出现，本课题旨在结合冷锻模具设计的方法，利用多媒体技术和c a d 手段开发冷锻模具设计多媒体系统及c a d 系统，为模具设计的技术人员提供一定的指导和帮助。1 2 多媒体技术简介多媒体技术是综合了计算机技术、通讯技术和视听技术以及多学科和信息科学领域的技术成果的新技术，是信息社会未来发展的一个方向。多媒体技术的产生和发展，正是现代社会信息化发展的必然。1 2 1 多媒体与多媒体技术的概念媒体是信息的载体，它是指数字、文字、声音、图像、图形和视频动画等。多种媒体的综合就称为多媒体”1 。多媒体的关键特征主要包括信息载体的多样化、集成性和交互性三个方面。多媒体技术是一门多种媒体进行采集、编码、存储、传输、处理和表现并使之建立逻辑连接，集成为一个具有良好交互性系统的技术“。多媒体技术是推动现代信息化社会发展的最重要的动2苎2 型l 一力。1 2 2 多媒体技术的基本特征多媒体技术表现为多样性、交互性、集成性和实时 生几个特征a1 多样性多样性指两个方面，一方面指信息媒体的多样化( 或多维化) ，人类对于信息的接受和产生主要在五个感觉空间内，即：视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉，借助于这些多媒体形式的信息交流，使人类对于信息的处理达到得心应手的地步。多媒体技术处理的信息不再局限于文字和数字，还可以广泛地采用图像、图形、视频等其他信息；另外一方面是指多媒体计算机在处理输入的信息时，不仅仅是简单获得和再现信息，还包括对设备、系统和网络等多种要素的重组，目的是更好地组织信息、处理信息和表现信息，从而使用户更全面、更准确地接受信息。2 交互性所谓交互性就是通过各种媒体信息，使参与的各方( 不论是发送方还是接受方) 都可以进行编辑、控制和传递。多媒体系统将向用户提供交互式使用、编辑和控制信息的手段，为多媒体应用开辟更加广阔的领域，也为用户提供更加自然的信息存取手段。3 集成性集成性是指多媒体和设备的有机集成。多媒体系统的集成性主要表现在两个方面。一个方面是指多媒体信息载体本身的集成。这种集成包括信息的多通道统一获取，多媒体信息的统一存储与组织，以及多媒体信息表现合成等方面；另外一方面是指把多媒体系统的各种设备与设施台成为一个整体。4 实时性实时陛是指在多媒体系统中声音及活动的视频图像、动画等这些强实时性的信息媒体。多媒体系统提供了对这些媒体实时处理的能力，这就意味着多媒体系统在处理信息时有着严格的时序要求和很好的速度要求8 “”“”“。1 2 3 多媒体技术的应用多媒体技术符合信息社会的应用要求。多媒体的应用非常广泛，丰富多彩，改变着人的生活方式和工作方式，对人类的社会影响也是十分巨大，其中教育培训方面就是一个最有发展前途的应用领域之一。随着多媒体计算机技术的崛起，多媒体信息丰富地表现形式以及传播信息的巨大能力赋予现代化的教育培训以崭新的面目，不仅改变传统的教学思想、教学手段、教学内容和教学过程，而且将引起传统的教学模式和教育体制的根本变革，使教育领域产生一次重大的飞跃。幻灯机、投影机、录像机和计算机等教学媒体先后运用到课堂教学中，使教学手段变得灵活多变和丰富多彩，对提高教学质量起到极大的推动作用。同时利用多媒体技术编制的教学课件，能创造出图文并茂、绘声绘色、生动逼真的教学环节和相互交流的操作方式，改善学习效果和学习环境。学生主动的参与教学过程，根据自己的学习基础、兴趣来通过计算机选择所要学习的课程和教学内容，这样充分调动学生的感官，身临其境去感受和体验，按自己的水平和能力去学习，就会使学生充满信心，激发强烈的学习欲望。这样可以明显地提高教学质量，是传统的教学方式无法比拟的”3 。1 3 传统c a i 课件的缺陷与本课件的特色传统的c a i 课件的缺陷一般来说有如下三个方面：1 缺乏适应能力。当学生使用c a i 课件进行学习时，通常只能按照既定步骤顺序执行，课件各页面之间的流动是固定的。一旦设计好，就无法改变，但对所有学生都一视同仁。不能根据不同学生的实际情况和学习中的不同阶段进行动态调整，因而也就不能真正做到因材旆教。虽然有的课件可预先把学生分成几个层次进行学习或通过菜单让学生自己选择学习内容，但其划分明显不细，且不能根据学生的当前水平和学习中的变化去指导学生，完成适合于他们的题目。缺乏适应能力是当前c a i 课件的普遍问题。2 缺乏交互能力。当前不少c a i 课件入机交互能力差，表现在学生使用c a i 课件的学习是被动的a 学生仅能输入选择答案或是填空内容t 而不能对具有个性思维的问题进行解答。特别是在课查童查兰堡主兰笪笙苎一堂教学中，一般只能通过教师控制课件流程的操作一3 缺乏创造能力。当前，创造教育已被公认为是培养高素质创造性人才的有效途径。c a i 课件作为一种辅助教学手段也应为创造教育服务。而目前c a i 课件无论从教学过程还是教学形式来看，都显得单调乏味，缺乏创造性“。本课件在制作的过程中克服了传统c a i 课件的缺陷并结合冷锻工艺与模具设计这门学科的特点，充分考虑到多媒体教学的形式和多媒体教室的硬件环境等因素，在总体方案的设计和脚本的设计上进行优化。在开发的过程中利用完善的交互、导航、超文本等各种多媒体手段，使授课内容更加完善、形象、逼真、生动，从而达到改革教学手段、提高教学质量的目的。就教学而言，相同的内容不同的深度需要使用不同的多媒体表现形式，不同的内容要选择适合的多媒体表现，使得教学内容由浅入深，由表及里。在选择多媒体时具备如下几个特点：1 ) 对一些结构、原理、运动、连接等难以用语言描述的内容使用视频媒体信息，将文本、图形和动画相结合用于阐述概念和复杂的模具结构、模具的工作过程和毛坯的变形过程。这样便于老师的讲授和学生的理解。2 ) 合理的使用图形和图像使卸件装置、顶出装置、导向装置、压力垫板和凸、凹模的紧固装置等内容表达的更清晰。3 ) 在动作和讲解难以协调时合理地配以音乐，这样效果更好。制作本课件时首先对教学对象进行了分析，包括对象的知识、认知、技能心理特征等。并对本学科的结构和特征进行了比较深刻的分析，以便适应不同年龄层次学习者。其次，明确课件需要达到的目标，要解决的是教学中什么问题。再有，明确教学内容，针对教学中的难点和重点问题选择不同的多媒体信息进行表达。将教学内容分为若干知识单元，每个知识单元又分解为若干个知识点，建立每个知识点和每个单元之间的逻辑关系并由此决定教学模式。l l4 计算机辅助设计技术简介计算机辅助设计简称c a d ，是英语c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 的缩写。它是工程技术人员以计算机为工具进行设计活动的全过程：包括资料检索、方案构思、计算分析、t 程绘图和编制技术文件等，随着计算机及其软件的发展而形成一种综合性高新技术。c a d 技术的起源可追溯到上个世纪5 0 年代中期，当时美国麻省理工学院开始实施a p t( a u t o m a t i c a l l yp r o g r a m m e dt o o l s 刀具控制自动编程系统) 的开发计划。6 0 年代前期是交互式计算机图形学发展的最重要时期。该时期较著名的交互式系统有：1 9 6 2 年美国学者i v a n s u t h e r l a n d 研究的“s k e t e h p a d ”系统、1 9 6 4 年美国通用汽车公司的“d a c 一1 ”系统、1 9 6 5 年洛克希德公司推出的“c a d a m ”系统。6 0 年代末至7 0 年代交互图形技术日益成熟并得到广泛应用，此期c a d 的发展着重于绘图技术，几何模型化及工程分析研究工作，仍以分离的单个软件应用为主。8 0 年代工业界开始认识到c a d c a m 新技术，大量推出了耨原理、新方法、新软件，并把单一功能软件集成，使之不但能绘制工程图形而且能进行自由曲面设计、有限元分析、三维造型、机构及机器人分析与仿真等多种应用a 与此同时，计算机硬件及输入，输出设备也有了较大发展，大大促进了c a d c a m的更大发展。在此期阉的一个引人注目的发展是以个人计算机为基础的低档c a d 系统蓬勃兴起，它在中小型企业及发展中国家得到迅速的普及“”。现代的计算机辅助设计系统智能化程度越来越高，原来烦琐的操作逐渐由计算机智能化处理。在本课题中，用户只要指明计算的对象并输入相应的参数，就可以计算出黑色金属挤压力的大小。用户只要很少的操作就可以计算出结果，增加了智能引导的机制。根据设计环境提供不届的人机交互工具，使用户感觉非常顺手。将人工智能引进c a d 系统，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想、和判断的能力，以及智能化的视觉、听觉、语言的处理能力，从而达到设计自动化的目的。要真正使产品的质量好、成本低、市场竞争力强，就需要采用最好的设计、最好的加工和最好的管理，就需要总结国内外相关产品的设计制造经验和教谲，把成功的设计制造经验做成智能设计、智能制造系统去指导新产品的设计制造，才能使企业的产品具有创造性“。3 0 年来，国外工业发达国家的c a d 技术4第一章绪论不断创新、完善。逐步发展形成个从研究开发、生产制造到推广应用和销售服务的完整的高技术产业。冷挤压的挤压力是设计模具的基础和选择设备的依据，挤压力的大小直接影响到设备的选择和模具的寿命，而传统的挤压力的计算方法不仅烦琐而且误差较大。为了克服上述缺点，本课题采用m a t l a b 6 5 作为开发平台，以工程上广泛应用的由德国工程师协会提出的黑色金属挤压件的冷挤压力的图算法为对象，介绍其智能化计算软件的开发方法，为模具设计人员提供了一个有效的计算机辅助设计工具。通过计算机智能化计算冷挤压力，一方面，大大减轻了工艺设计人员的劳动量：另一方面也为工艺设计和模具设计提供了强有力的支撑。本软件设计和运行过程力求简洁、快捷，计算结果与传统方法计算结果比较相对误差小于5 ，是真实可靠的。1 5 本课题的主要内容在冷锻件的生产中，需要选择合理的体积成型工艺、高效的设备并进行相应的模具设计。根据上述特点，本课题主要内容如下：1 完成冷锻工艺与模具设计多媒体教学谋件的脚本设计；2 完成冷锻工艺与模具设计多媒体教学课件的总体方案设计：3 完成多媒体素材的制作，重点是二维和三维动画、图形和图像的制作：4 完成冷锻工艺与模具设计多媒体课件的编辑、集成和调试：5 ，完成冷挤压力图算法智能化计算软件的调试。东南大学硕士学位论文第二章冷锻模具设计课件的教学设计与卿本设计随着多媒体技术引入教学领域，教学手段发生了巨大变革。它能提供文字、图形、图像、动画等数据信息的交互，打破教材与教师的界线，实现教学资源共享。多媒体课件是展示教学内容的重要形式，它在制作过程中无论从教学内容的选取，还是软件工具的运用、制作技巧的发挥，往往都是经过精心筛选、精心设计的。所涉及的教学内容往往是重点、难点、疑点、热点等问题，将文字、图像、声音、动画等多种媒体信息融为一体，然后有针对性地对这些问题进行剖析和研究，在单位时间里将会大大提高教学效果和质量。制作一个多媒体课件一般要经过教学对象分析、教学目标分析、制定课件计划、脚本撰写与评价、教学素材的收集与剖作、动画设计、配音设计、程序设计与调试等多个环节。本章主要介绍冷锻工艺与模具设计课件的教学设计和脚本设计两部分内容f l 7 12 1 教学设计正像一部好的影片首先要有一个好的剧本一样，多媒体课件的水平在很大程度上取决于教学设计的水平，教学设计不同于教案，也有别于编剧，教学设计人员不仅要有渊博的专业知识和丰富的教学经验，还要熟悉计算机和多媒体的表现形式。在进行教学设计时，最好由教同- i i 课程的几个教师组合，集各人所长，把个人智慧汇集为集体的创造性劳动，把个人提供的“素材”和“资料”进行加工重组，实现资源共享和最优化设计。在认真研究教学大纲和教材、教案钓基础上，用最精练的文字、最有代表性的图表来阐明教学的重点内容。用最有效的方式和最佳的途径来解决教学中的难点和重点问题，并通过生动形象的动画来提高学生的学习的积极性“”。冷锻工艺与模具设计作为- - f 独立的学科，它的实践应用能力非常强。冷锻工艺与模具设计多媒体教学软件表达的重点是冷锻工艺的特点、冷锻模具的结构、冷锻模具的工作过程、冷锻毛坯的变形过程和冷挤压力的智能化计算，通过文字、图形、图像和动画相结合的方式表现上述信息。本软件可为高等学校材料成型及控制工程专业、模具设计与制造专业等机械工程类、材料工程类的本、专科学生所用，亦可供从事相关领域工程技术人员所用。本软件上述重点也正是本课程的难点。譬如对黑色金属杯形件反挤压模具的信息的传递内容和过程如下：其模具结构，模具的工作过程和毛坯的变形过程用如图2 - 1 、图2 - 2 所示的三维和二维动画来表达，它是一种典型的具有导向装置的反挤压模，其模具结构和工作原理如下所述：图2 - t 黑色金属杯形件反挤压模具三维动画1 ) 工作部分：凸模7 ，凹模1 4 ；传力部分：上压力垫板9 、1 0 ：顶件部分：顶杆2 3 ，拉杆36星三兰塑堡墨墨巡塑墼兰墨生皇墅查堡生一卸料部分：卸料板1 3 ，拉杆3 ，弹簧2 5 ；导向部分：导柱2 ，导套4 ；紧固部分：上模座5 ，下模壅1 ，模柄8 ，螺钉等。该模具是黑色金属反挤压模具。为了便于挤压件从凹模中取出，设计了间接顶出装置，反挤压力在下模完全由顶出杆1 7 承受，顶件力由反拉杆式联动顶出装置( 有件3 、2 0 、2 1 、2 2 、2 s 、2 4 组成) 提供。该顶出装置在横座下方带有活动板2 2 ，当挤压件顶出一段距离后通过带斜面的斜块2 4 将2 2 撑开，使顶杆2 8 的底面悬空，使之靠自重复位，为下一次放置毛坯做好准备。而活动板2 2 靠其外圈的拉簧2 1 合并。上模设计了卸件装置，凸模的直径加粗并开出三遭卸料槽，工带有三个内爪形的卸料圈1 2 卸料。只要将凸模、凹模、顶出杆、垫块加以更换，就可以挤压不同形状和尺寸的工件。同时也适合于正挤压和复合挤压。图2 - 2 黑色金属杯形件反挤压模具二维动画卜下模座2 一导柱3 一拉杆4 一导套5 一上模座6 一定位圈7 一凸模8 一模柄9 、1 9 一压力垫板1 0 一压环儿一大螺母1 2 一卸料圈1 3 一卸料板1 4 一凹模1 5 一加强圈1 6 一紧固圈1 7 一顶出杆1 8 一垫块2 0 一顶板2 卜拉簧2 2 - 活动块2 3 一顶杆2 4 一斜块2 5 一弹簧2 2 脚本设计现代化教育的脚本正在深刻地冲击着成人教育的现有观念。以计算机为主体的教育技术将为成人教育2 1 世纪实现“质量”和“效益”的两个根本性转变发挥巨大作用。随着计算机科学和现代通信技术的发展，计算机辅助教学正以其独特的魅力在教学实践中扮演着重耍角色，可以预言：以多媒体计算机为主要介质的现代教育技术，将彻底改变成人教育的既有模式，淘汰黑板加粉笔的原始教学形态，以其精致、高效、集约、有序的品质渗入到成人教育教学实践中去，为成人教育走向世界、实现现代化提供坚实的技术保障“。2 2 1 多媒体课件脚本及其特征众所周知t 研制开发多媒体课件是组织实施计算机辅助教学的核心，而集思广益编写多媒体课件脚本则是顺利完成多媒体课件研制开发的基础。脚本( s c r i p t ) 是多媒体课件编制的蓝图，它以学科知识的逻辑体系为框架，规定了课件研制的基本要求和规格，综合考虑了计算机性能、现代成人教育思想等诸多因素，融合了声、光、电、色彩、信息加工等多学科知识，形成有关多媒体课件制作的纲领性文件，它严格规范了课件研制的方向和晟终成果，是确保课件研制质量的根本保证。7变壹盔兰堡圭兰竺笙生一多媒体课件脚本的主要特征有：l 。知识性。多媒体课件的脚本是在多媒体的特殊环境中对学科知识的完整有效再现在现今黑板加粉笔的教学环境中，教师对学科知识再现的载体是教案、讲义。但无论何种知识再现载体，其共同点是对学科知识的准确无误的呈现。知识性是脚本在多媒体教学环境中的特殊需要。在黑板加粉笔的教学环境中，如果教案或讲义在某个知识点的呈现上有误，教师在课堂通过与学生的互动反馈过程，能及时发现并纠正问题，把由此造成的影响缩减到最低限度。而在多媒体教学环境中，学生学习主要通过学生与计算机交互作用，通过学生主动探究式学习方式来达到对知识的理解和掌握。因此，多媒体教学环境缺乏教师的现场指导。如果某些知识点有误，造成的不良后果既影响面广，又持续时间长，为此，其脚本必须确保学科知识的准确性。知识性既意味着所载学科知识的准确无误，还意味着所授学科知识的完整系统，更意味着学科知识逻辑体系的结构化“。缺乏知识性的脚本将无地自容。2 趣味性。教学是一门艺术，教学环境的情景交融是达到较为理想的教学效果的必要条件，此谓“寓教于乐”。因此，多媒体课件脚本决不意昧着干孔面的学科知识内容的静态呈现，而是对学科知识丰富多彩、富有变化的动态呈现。脚本的趣味性是指在脚本写作中充分顾及每个知识点的特殊性，把知识点与各种有趣的图像、模型、动画以及声音等有机结合起来共同完成对学科知识的呈现“。趣味性能吸引并稳定学生学习的注意力极大激发学生的学习兴趣，还在一定程度上能够消除或缓解学生学习的紧张情绪使学习变得更加轻松、更为愉快。3 创造性。多媒体课件脚本决不是教案或讲义的翻版，更不是对教寨或讲义内容的随意扩编，而是根据教学大纲，在总结吸收以往教案、讲义学科知识呈现的合理性成份上，依据学科知识的完整性和逻辑体系，对教材内容进行创造性的增删和秩序安置，以求达到学科知识体系各部分的高度统一“。创造性意味着每个知识点都将与特定的声音、图像、动画、图形等相结合加以合理呈现，适当穿插有关知识点的背景材料介绍，使呈现在学生面前的不是单一维度的平面知识，而是多维度的立体知识画面。创造性要求集中任课教师、计算机专家、教育学家、认知科学家、美学家等集体智慧共同参与完成多媒体的脚本写作任务。2 2 2 多媒体课件脚本编写的主要原则多媒体课件脚本所具有的知识性、趣味性和创造性等特征，对脚本写作过程及参与编写人员的素质提出了较高的要求。为此，脚本的编写应遵循如下原则。首先，脚本应反映现代成人教育思想。现代成人教育已明确了教师和学生的主体地位，教师是教学的主体，学生是学习的主体，教与学是相辅相承的统一过程。教育是基于成人学习者的认知特点、认知能力和认知风格的教学策略的实施过程，是成人学习者以问题为中心，而不是以学科为中心的主动探究的学习过程。为此，多媒体课件脚本的写作一定要体现成人学习者主动参与，交互式发现和探究学习的主导思想，使脚本尽量在空问上为成人学习者保留一块自主学习的园地使成人的自我导向学习倾向得以实现；同时，在兼顾多数成人学习者的平均程度和学习能力的基础上，在知识点的扩充、相关背景知识的纳入以及习题的增删等方面，尽量满足个别学习者提高的需要，贯彻因材施教、个别化教育的思想”。其次，脚本写作需要与高性能电子计算机的特点相契合。计算机的主要特点就是信息存储容量很大，运算速度极快。更为可贵的是计算机对各类信息资源能够多采取并行处理，提高了各信道信息资源的使用效率。为此，在脚本写作时，应尽量提供更多的相关知识，超脱那种黑板加粉笔式教学形态的时空制约；同时，脚本的写作要反映计算机对多种介质信息资源的并行处理能力，体现成人对信息资源加工的多通道性。认知科学早已揭示出学习的过程其实是对各信道的信息资源加以识别、输人、加工、输出的过程，是视觉、听觉、味觉、触觉等信道对信息进行综合处理的过程。据研究：仅靠视觉信道对信息进行加工，只能达到学习效果的8 0 ，仅靠听觉信遵，能达到学习效果的6 0 ，而将视觉和听觉信道综合利用，就能增强学习效率7 0 “。可见，对信息的多信道综台利用是提高学习效率的有效途径。为此，脚本应在计算机功能整体运行的可能范围内，把学科知识的学习过程尽量演化为对文字、图形、图像和声音等多媒体信息资源的综合利用过程，增强学习的效果。苎三兰堡塑蔓墨堡竖堡堕茎兰望生皇塑查墨立一第三体现学科知识的内在逻辑关系。每门学科的发展都经历了漫长的岁月，从零星学说的提出，逐步发展为枝繁叶茂的参天大树，直到形成自成一体的学科体系。其间，现有学说不断受到挑战，既有的范式不断受到冲击，在新旧学说撞击矫正的过程中，学科知识得以“螺旋式上升”，最终成为一门独立的学科体系。因此，学科自身是否具备严密的逻辑关系是检验学科自身价值是否成熟的关键因素。学说的无序罗列不能成其为学科体系。因此，学科体系的完善首先是各类学说之间有序有机的结构化，反映学科体系内各类范式、各种学说的从属序列关系。基于学科知识本身的内在逻辑关系，在对学科知识展开充分研讨的基础上，脚本在呈现知识内容时必须具有传递性、层次性和相属性，符合知识本来的内在逻辑1 。脚本设计是将教学设计的内容改编成一系列的知识单元，每个知识单元的图画内容、形式、文本、配音等的搭配，各单元内容的联系，出场的顺序，动画的引入，甚至翻页的方式、按钮和热键的设置等，都要在脚本中详细加以说明。在进行脚本设计时，一定要注意对教学设计内容再提炼和冉加工。一般来说，脚本设计注重教学内容的科学性和连续性，往往文字较多，而多媒体课件则以动画、图形为主体，文本应尽量少，避免“课本搬家”故只把那些必不可少的结论性文字加工成文本，说明性的