机械工程虚拟仿真实验中心项目申报书

河南学院河南学院 实验室建设项目申报书实验室建设项目申报书 实验室名称实验室名称 机机械械工工程程虚虚拟拟仿仿真真实实验验教教学学中中心心 项目负责人项目负责人 申申报报单单 位位 机械工程系机械工程系 填填报报时时 间间 20182018 年年 9 9 月月 1515 日日 河南学院教务处制河南学院教务处制 1 一 项目基本信息一 项目基本信息 项目名称机械工程虚拟仿真实验教学中心 预算金额 万元 项目类型 基础实验室 专业实验室 工程训练 项目类别 1 新建 2 扩建 3 更新 4 配套 5 其他 项目负责人 联系电话 电子邮箱 项目依托学科及 面向专业 依托机械工程学科 面向机械设计制造及其自动化 机械电子工程等机械类 专业 服务层次 本科 专科 通用 姓名学历职称项目分工 研究生 教授建设方案统筹规划与决策 研究生 副教授建设方案论证 研究生 讲师实验设备招标采购 研究生 讲师实验设备管理与维护 研究生 讲师实验项目开发与应用 项目组成员 研究生 助教实验设备培训与维修 项 目 建 设 目标 和 内 容 摘要 通过机械工程虚拟仿真实训中心建设 解决实验室硬件实验资源不足问 题 提高学生实验实践能力 解决硬件设备进行实验涉及到的资源损耗过大 危险性较大 实验过程不可逆且不容易详细观察 研究等问题 代之以开发 的虚拟仿真软件予以实现 能降低成本及实验风险 开发出具有创造性和高 水平的机械工程虚拟实验等教学资源 对提高学生的综合设计和创新能力 以及对教师提高教学能力 拓展实践领域 丰富教学内容等有很大的必要性 促进教学 科研 技术人员相结合 利于学生和师资的培养 促进教育理念 先进 学术水平高 实践经验丰富 创新性强的实验教学团队尽快形成 借 助虚拟仿真软件的强大功能 可以促进教学 科研 技术能力的提升 从而 促进教学团队成员的成长和水平提升 虚拟仿真实验教学中心的管理体系建 设 有助于建立激励学生学习和提高学生创新能力的教学效果考核 评价和 反馈机制的形成 建设内容包括 7 门课程 32 个虚拟仿真实验教学项目 同时开发实验 管理信息平台 构建了多媒体网络化仿真实验教学体系 实现网络化虚拟仿 真实验教学与实验 辅导 预习以及网络查询 网络管理等先进的虚拟仿真 实验和远程实验教学系统 可为全校机械类相关专业提供较为完善的虚拟仿 真 实验解决方案 2 二 项目概况二 项目概况 1 建设目的 机械工程专业课 专业基础课涉及知识点多 学科实践环节较为重要 目前学生 对所学知识综合运用能力和实践能力受实验难度 实验设备数量 场地的限制 学生 很难高效的掌握实验要点 难以培养学生的工程意识 然而通过虚拟仿真重构实验内 容 通过友好的人机交互界面 可以充分的改善教学过程中的这些弊端 通过构建逼真的实验操作环境和实验对象 使学生在开放 自主 交互的虚拟环 境中开展高效 安全且经济的实验 进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果 现代机械工程教学应该以培养高端装备制造人才培养为出发点 用现代信息化技术构 建高真实感的虚拟实验设备 更好地调动学生参与实验教学的积极性和主动性 激发 学生的学习兴趣和潜能 增强学生的实践能力和创新能力 同时 加强对学生社会责 任感 创新精神 实践能力的综合培养 2 可行性 必要性分析 1 实验教学中心建设的必要性 虚拟仿真实验教学是教育信息化发展和实验教学改革相结合的创新目标和产物 综合应用虚拟现实和多媒体技术构建仿真的实验环境 使学生自主地在开放的虚拟仿 真平台开展实验 虚拟仿真实验教学中心的建设弥补了传统实验不能实现的教学功能 为当下实验教学质量的提高提供了一个有效的问题解决方案 其必要性在于 首先 网络化虚拟实验室比传统实验室更具有开放性 有效地打破了时间和空间的界限 学 生可以灵活安排自己的实验时间 也可以根据专业 兴趣 爱好自主选择实验内容 对自己完成的综合设计性实验方案进行实验 有效拓展了实践渠道 丰富课外学习内 容 其次 大大节省了实验室建设中人力 物力 财力的投入 降低了实验教学成本 实验仪器 实验耗材都是通过虚拟技术实现 实验教学的改革 实验项目的调整 实 验方案的优化再也不受实验设备性能的制约 有效解决了传统实验平台建设周期长 投入大 设备功能缺乏 性能老化 更新补充不到位等问题 保障了教学的正常开展 再次 针对实践性强的理工类学科 利用虚拟仿真技术可以做到紧跟科学技术的发展 趋势 通过课题研究 技术开发 工程实验 成果转化 产业化等产学研一体化的创 新活动 将前沿技术融入教学 实现科研活动与教学活动 科技创新与人才培养的完 美结合 虚拟仿真实训中心建设符合国家相关政策 我国 教育部关于全面提高高等教育 质量的若干意见 教高 2012 4 号 提出 加强实验室 实习实训基地 实践教学 共享平台建设 重点建设一批国家级实验教学示范中心 国家大学生校外实践教育基 地 高职实训基地 加强实践教学管理 提高实验 实习实训 实践和毕业设计 论 文 质量 等强化实践育人环节的措施 教育信息化十年发展规划 2011 2020 年 也指出 建设仿真实训基地等信息化教学设施 建设实习实训等关键业务领域的管理 信息系统 建成支撑学生 教师和员工自主学习和科学管理的数字化环境 2 实验教学中心建设的可行性 虚拟仿真实验室的建设 是传统实训基地建设的延伸和有效补充 它可以丰富实践 3 教学的内涵 带动机械类相关课程实践教学模式的创新 带动专业建设与改革 深刻影 响教师教学授课方式 新的实训模式也将激发学生学习兴趣 提高学习质量和效果 项目作为实训基地的全新建设思路 将会起到引领和示范作用 但实训基地建设目 前均受场地限制 这一建设模式将有效改变场地稀缺这一窘境 突破实训基地建设的瓶 颈 极大地延伸和丰富实训基地建设的内涵 项目建成后 将提供一整套虚拟仿真教学 实训系统 所有课程都可以利用现有的虚拟教学软件开展教学 同时教师可以结合课程 建设和改革 开发出相关课程的虚拟教学系统等资源 学生可以单独进行机械工程虚拟 仿真实训 弥补实验仪器设备不足带来的实验效果不足 使动手能力得到培养 虚拟仿真实训室前期主要是硬件建设的投入 实训场地的规划和建设 计算机平 台 服务器及网络设施 虚拟仿真教学设备 实验室信息管理系统的建设 这些工作 都是比较成熟的信息技术 搭建好硬件平台后 还要进行软件购买和合作开发应用及 课程的持续开发 高校的机械工程专业教师有大量的实验数据和实验技巧 虚拟软件 开发公司有丰富的软件制作经验 二者有机结合 则可以很好的完成项目建设任务 3 建设内容 根据专业情况 人才培养方案情况制定机械工程虚拟仿真实验教学中心建设方案 首先应先根据专业的研究方向 课程群 培养方案确定需要进行实验实训的课程 然 后本着 虚实结合 互为补充 能实不虚 的原则分析进行虚拟仿真实验室建设 在 硬件 软件采购方面做到统筹规划 系统建设 实验平台 管理系统同步设计 同时 根据实验教学规划 进行虚拟实验教学设计 制作虚拟实验相关的教学资源 4 建设目标 1 解决实验室硬件实验资源不足问题 提高学生实验实践能力 2 解决硬件设备进行实验涉及到的资源损耗过大 危险性较大 实验过程不可 逆且不容易详细观察 研究等问题 3 开发出具有创造性和高水平的机械工程虚拟仿真实验等教学资源 对提高学 生的综合设计和创新能力 以及对教师提高教学能力 拓展实践领域 丰富教学内容 等有很大的必要性 4 促进教学 科研 技术人员相结合 利于学生和师资的培养 促进教育理念 先进 学术水平高 实践经验丰富 创新性强的实验教学团队尽快形成 借助虚拟仿 真软件的强大功能 可以促进教学 科研 技术能力的提升 从而促进教学团队成员 的成长和水平提升 5 完善机械工程虚拟仿真实验教学中心实验条件 管理体系建设 为提高我校 机械相关专业实践能力提升提供有力支持 6 培养区域产业 行业 企业发展继续的机械相关专业实践创新人才 拓展社 会服务能力 增强服务国家区域发展战略的能力 4 三 项目建设的预期效益三 项目建设的预期效益 1 1 实验教学任务 实验教学任务 课程名称实验项目 是否新 开实验 学时数 学生 人数 学生 类别 总人时 数 年 机械制造技术机床与加工工艺是8500 本 专科 4000 先进制造技术先进制造工艺是6500 本 专科 3000 液压与气压传动 液压元件与液压 回路 是6500 本 专科 3000 机械制图模型测绘是8500 本 专科 4000 互换性技术测量形位公差测量是6500 本 专科 3000 起重运输机械 起重机综合运行 与起重机拆装 是10500 本 专科 5000 机械装配技术典型机械拆装是10500 本 专科 5000 2 2 社会服务 社会服务 不断提升虚拟仿真实验教学中心信息化建设水平 建立资源共享的网络技术 交流平台 进一步加强与校内 校外 高校 科研院所和开发企业在系统研发和 软件制作等方面合作共享 深化校企合作 以虚拟仿真实验教学资源建设为牵引 扩大与合作企业合作的深度和广度 包括共建可视化实验室 合作建设地质资源 立体探测可视化实验课程和教材 扩展 双导师制 培养的范围等 完善与合作 企业的共建 共管 共用的实验资源建设与共享机制 建立起校企合作 互利互 惠 的激励机制 推进校企合作可持续发展 3 3 预期教学改革 科学研究成果 预期教学改革 科学研究成果 在虚拟仿真实验教学网络平台基础上更好地整合实验资源 建设与传统教学 相配套的数字化教育资源体系 随着研究工作的不断深入 逐步开展相关课程教 学改革 不断完善实验内容和形式 结合 互联网 教育 实现在线虚拟实验 提高学生的创新实践能力 5 四 项目建设计划四 项目建设计划 1 1 需添置的仪器设备 需添置的仪器设备 序 号 设备名称 数量 台 套 单价 万元 金额 万元 该设备用于开设的实验项目 名称 2 1 机械制造技术 教学系统 1 发动机曲轴连杆锻造虚拟实 验 机械加工工艺规程设计 虚拟实验 CA6140 车床认知 虚拟实验 2 先进制造技术 教学系统 1 激光切割加工实验平台虚拟 仿真实验 水射流激光划片 虚拟仿真实验 光刻实验虚 拟仿真实验 2 3 液压与气压传 动教学系统 1 雷诺实验 液压元件拆装 液压回路性能 4 机械制图教学 系统 1 基本体截切相贯 组合体分 析构型 零件图表达测绘 5 互换性技术测 量教学系统 1 长度测量 形位公差测量 螺纹公差测量 齿轮公差测 量 6 起重运输机械 教学系统 1 起重机关键部件拆装 起重 机综合运行调试 7 机械装配技术 教学系统 1 减速器装配 分度机构的装 配 机床部件的装配等 8 立体交互显示 系统 1 头盔 大屏 VR 黑板互动教学 互动操作 多人协同操作通 过操作左右手柄 可以进行 与系统进行交互 9 实验开发平台 1 与 unity3d 5 6 版 无缝对 接使用 支持 3ds Max Pro e UG SolidWork s 等模型经转换后导入 可 视化设计制作 6 10 网络管理平台 1 管理员模块 登录 课程管 理 班级管理 素材管理 选课管理 成果管理 预约 管理 教师课程管理 用户 管理 教师模块 登录 实 验报告 自测试卷 管理 教学资料 答疑管理 观看 素材 学生模块 实验报告 提问 实验预约 自我测试 资料 下载 素材评价 成果展示 11 空间定位系统1 套 通过多个红外光学动作捕捉 摄像头及配套软硬件设备 精细捕捉多个体验者的位置 信息及操作信息 实现多人 在同一虚拟现实空间内协同 操作的核心模块 用户可以 通过手柄及手势配合 直接 控制 LED 大屏展示内容 包 括 VR 互动操作等 合计 2 2 实验室环境改造及基本设施建设 实验室环境改造及基本设施建设 项目实施已具备的条件及需改造情况 包括场地 外部环境配套等 机械工程系拥有逆向工程及产品创新设计实训室 3D 打印及创新实训室 机械制 造技术实验室 液压与气压传动实验室 激光快速成型实验室 机械测试技术实验室 装配技术实验室 CAD 中心 CAD CAM 实训室 起重机械拆装实训室等设备先进的实验 实训室 能开展实验实训项目 30 余项 3 3 项目建设期 项目建设期 项目准备期2018 年 9 月 28 日 至 2018 年 10 月 28 日 计划建设期 9个月 计划完成日期2019 年 08 月 10 日 预定验收日期2019 年 08 月 15 日 投入使用日期2019 年 09 月 1 日 7 8 五 专家论证意见五 专家论证意见 机械工程虚拟仿真实验教学中心建设方案 建设思路清晰 定位准确 以满足 教学培养高素质应用型人才为第一要务 结合机械类本科专业人才培养的特点 充 分考虑虚拟仿真技术对实验实践教学的作用 在课程实验开设 实验教学管理和校 企合作等方面进行了规划 目标明确 内容具体 保障措施到位 具有较强的操作 性 通过机械工