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本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述 設(shè)計 (論文)題目 單缸發(fā)動機三維可視化虛擬裝配教學(xué)實驗系統(tǒng)研究 作者所在系別 機電工程學(xué)院 作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級 B13142 作 者 姓 名 史良 作 者 學(xué) 號 201322410 指導(dǎo)教師姓名 焦運景 指導(dǎo)教師職稱 副高 完 成時間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 說 明 1．根據(jù)學(xué)?！懂厴I(yè)設(shè)計(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述。文獻綜述作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻綜述應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導(dǎo)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(yán)謹(jǐn)，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(xué)生撰寫文獻綜述，閱讀的主要參考文獻應(yīng)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(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。 5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字?jǐn)?shù)在2000字左右。文獻綜述應(yīng)與開題報告同時提交。  畢 業(yè) 設(shè) 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(xué)進行了改革。提出了對現(xiàn)有的實驗設(shè)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(shè)計，可完成車輛工程專業(yè)多門專業(yè)課的實驗?zāi)M，為發(fā)動機實驗教學(xué)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(xùn) 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 Training Experiment 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(xué)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(biāo)準(zhǔn)，“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(shè)計能力與工程創(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，實踐教學(xué)在整個工程教育中意義更加重要。 汽車發(fā)動機拆裝實習(xí)是我校汽車與交通工程學(xué)院的一門非常重要的實習(xí)，發(fā)動機構(gòu)造是對機械設(shè)計、工程力學(xué)、電工電子學(xué)等基礎(chǔ)知識的綜合學(xué)習(xí)和利用。在教學(xué)過程中，發(fā)動機拆裝實習(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”，突出實踐教學(xué)鮮明特色，采用層層遞進的“理論教學(xué)、實驗教學(xué)、拆裝與調(diào)試專項技能實習(xí)的多元連環(huán)教學(xué)模式，使《發(fā)動機拆裝實習(xí)》的教學(xué)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(xué)生的綜合素質(zhì)。 1、開展發(fā)動機虛擬教學(xué)系統(tǒng)的必要性 目前發(fā)動機拆裝實訓(xùn)還基本停留在傳統(tǒng)教學(xué)方法上，由于目前高校實踐教學(xué)要求不是太高，實踐教學(xué)跟不上需要等，在發(fā)動機拆裝實驗實訓(xùn)的教學(xué)過程中存在如下問題： 1.由于實驗設(shè)備昂貴，操作不當(dāng)容易損耗，經(jīng)過多年的操作使用學(xué)生在拆裝過程中不能嚴(yán)格按照規(guī)格完成實驗實訓(xùn)，使得發(fā)動機零件丟失或損壞，有些發(fā)動機設(shè)備已經(jīng)不完整，使得學(xué)生對課程教學(xué)中學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)效果。 2.且隨著近年來高校擴招，造成實驗設(shè)備匱乏，目前發(fā)動機拆裝實習(xí)為每7-8個人共用一臺發(fā)動機，因此拆裝教學(xué)是不分學(xué)生動手，不分學(xué)生參觀，甚至大部分學(xué)生參觀，個別學(xué)生拆裝，另外同時參加實習(xí)學(xué)生太多，給教師的現(xiàn)場指導(dǎo)帶來極大不便。 3.發(fā)動機系統(tǒng)比較復(fù)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(xué)校能提供的發(fā)動機品種有限，因此也限制了學(xué)生了解多種機型的技術(shù)知識。 4.教學(xué)靜態(tài)死板，無法提高學(xué)生積極性。目前無論是發(fā)動機理論學(xué)習(xí)，還是實踐拆裝，學(xué)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(luò)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(xué)中，許多昂貴的實驗、培訓(xùn)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(xué)習(xí)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(xué)生，來判斷操作是否正確。因此虛擬實驗教學(xué)的重要研究意義在于這種方法既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，可重復(fù)操作，直至得出滿意結(jié)果。 因此設(shè)計一個虛擬系統(tǒng)使學(xué)生進入可視化的操作界面進行模擬訓(xùn)練，從而使學(xué)生進入實物操作前使用該系統(tǒng)進行模擬，縮短實際訓(xùn)練時間，還能保證學(xué)生有充足的實驗時間，達到教學(xué)要求且獲得更好的教學(xué)效果。另外，由于汽車發(fā)動機比較抽象難懂，學(xué)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(xué)生對發(fā)動機有更加感性的認識。通過動畫學(xué)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(yīng)卓越工程師的培養(yǎng)，提高學(xué)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(xùn)教學(xué)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(xué)、汽車機械工程基礎(chǔ)”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(xùn)系統(tǒng)”集成了汽車發(fā)動機虛擬裝配及拆卸試驗?zāi)K、零部件測繪試驗?zāi)K、發(fā)動機整機及零部件運動仿真實驗?zāi)K，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?zāi)K 該模塊為滿足車輛工程及相關(guān)專業(yè)低年級學(xué)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(chǔ)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(xué)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(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，達不到預(yù)期效果的問題，同時加強了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性。 （2）發(fā)動機虛擬拆裝實訓(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，進行初步學(xué)習(xí)，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(yīng)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(xué)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(xùn) 零部件測繪實訓(xùn)也是低年級車輛工程專業(yè)學(xué)生非常重要的實訓(xùn)。通過該實訓(xùn)，在加強學(xué)生掌握發(fā)動機主要零部件構(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(shè)計手冊，學(xué)生同時可以學(xué)習(xí)機械零件的基本設(shè)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(xùn)過程中由于實物數(shù)量限制而造成的學(xué)生嚴(yán)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(xué)生可以根據(jù)需要設(shè)定運動速度，可以設(shè)置從不同角度觀看發(fā)動機及各部件的運動過程。 （5）學(xué)生創(chuàng)新與設(shè)計模塊 卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)之一即學(xué)生有加強的創(chuàng)新能力。針對這一培養(yǎng)目標(biāo)，在發(fā)動機實訓(xùn)教學(xué)中除了滿足以往的傳統(tǒng)教學(xué)要求，增加了學(xué)生自主創(chuàng)新實驗?zāi)K。即通過該模塊學(xué)生可以將自行設(shè)計的發(fā)動機零部件增加到軟件系統(tǒng)中，然后對自己設(shè)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(shè)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(xué)體系改革. 2011,12,14:213~220 2.房澤平, 張謙. 面向培養(yǎng)卓越工程師的測控專業(yè)實踐環(huán)節(jié)教學(xué)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(xué)實驗仿真平臺的設(shè)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(xué)實驗系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.系統(tǒng)仿真學(xué)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