机械学科虚拟仿真实验教学中心

附件2国家级虚拟仿真实验教学中心申请书学校主管部门：教务处学校名称：河北工业大学学校管理部门电话：申报日期：中华人民共和国教育部高教司制填写说明1.申请书中各项内容用“小四”号仿宋体填写。2.表格空间不足的，可以扩展。1.基本情况虚拟仿真实验教学中心名称河北工业大学机械学科虚拟仿真实验教学中心实验教学示范中心名称／级别（省级或国家级）工程训练中心／国家级批准时间2008实验教学示范中心主任姓名段国林性别男年龄50专业技术职务教授学位博士联系电话[phone]主要职责虚拟仿真实验教学中心实行主任负责制，统筹调配、使用实验教学资源。中心依托优势学科，结合学校人才培养计划改革，通过整合虚拟设计中心的资源，推进实验课程体系的改革及内容的整合和优化，建立以能力培养为核心的实验教学体系，加强综合性、设计性、创新性实验内容；将学科科研和教学优势纳入本科生实验教学的各环节中，跨越课程界限设置综合性实验项目，结合科研和工程实践有效地培养了学生研究和创新能力。中心负责组织大学生科技创新、学科竞赛等活动，参与国家及比赛项，国际、国内学术交流会议。教学科研主要经历自89年硕士研究生毕业以来，一直从事CAD、人工智能、专家系统、自动布局、制造业信息化方面的教学与科研工作，对这些领域有较全面、深入的了解和认识，积累了丰富的科研实践经验。近年来主讲的课程有：现代CAD技术；并行工程；C++语言；CIMS技术；产品数据管理；CAD技术等。近年主持的科研项目主要有：（1）组合夹具计算机辅助构形设计中基于案例的推理方法的研究（省自然基金，2001-2005,6万）（国际先进，登记号：20051183-1）（2）组合夹具CAD中关键技术的研究(天津市自然科学基金，6万，2005)（3）河北省实施制造业信息化模式的研究（省科技厅攻关，2003，15万，国际先进）（4）河北省制造业信息化关键应用技术与前沿创新技术需求分析（河北省科技厅，7万+，2003-2005年）（5）计算机支持的协同设计关键技术研究（省自然基金，8万，2004-2006，国际先进）（6）组合夹具虚拟组装软件（江苏大学，吉林大学，2004年，6.8万）（7）高校科研机构调查及发展对策研究（教育厅，2004年，4万）（8）河北省专利实施状况与专利创新典型调查及河北省专利技术产业化发展战略研究制定(国家知识产权局，2004年，5万)（9）开槽减振降噪圆锯片优化设计，石家庄市科技支撑计划项目,30万；（10）轮式破碎机可重用的数字化分析及仿真技术研究，石家庄市科技支撑计划项目,13万；（11）基于XML的图形数据交换技术（省基金，2006-2008，9万）（12）唐山市装备制造业发展战略研究（唐山市生产力促进中心，2006，30万）（13）XML技术在图形数据交换中的应用（省教育厅重点项目，2006-2009，6万）（14）基于网格的产品协同设计关键技术（天津市基金，2007-2009）（15）旋转圆锯片振动与声辐射机理研究及开槽降噪技术（河北省自然基金，2008-2010，6）（16）面向复杂产品快速设计的多功能数字样机技术，河北省自然科学基金重点项目（2010—2012，6万）；（17）开槽减振降噪圆锯片优化设计，石家庄市科技支撑计划项目,30万；（18）轮式破碎机可重用的数字化分析及仿真技术研究，石家庄市科技支撑计划项目,13万；教学科研主要成果2000年，获河北工业大学科技管理先进个人。2001年，“组合夹具计算机三维局部智能组装系统”获省教育厅科技进步一等奖，排名第一。2002年，“组合夹具计算机三维局部智能组装系统及其应用”获河北省科技进步二等奖，排名第一。2002JB2009-012002年，“基于网络的新产品快速开发系统”获河北省科技进步三等奖，排名第三。2002JB3146-032004年，获工大“百年校庆工作先进个人”荣誉称号河北省第五批中青年骨干教师（2004年4月—2007年3月）2004年获河北省突贡专家称号2005年“组合夹具计算机辅助构形设计系统应用软件V1.0[简称：MFCACD]”取得计算机软件著作权登记证书，编号：软著登字第033108，登记号：2005SR016072006年被评为河北省科技管理先进工作者2006年，“河北省制造业信息化实施模式的研究”获河北省科技进步三等奖，排名第一。2006JB3208-012006年，“面向网络化制造的中小企业协同管理平台研究”获河北省第十届社会科学优秀成果奖（2004-2005）三等奖，排名第三，序号2006-10-30003。培养硕士研究生70名，已毕业55名，在读15名，培养博士研究生21名，已毕业9名，在读12名。发表科技论文140余篇，其中，SCI检索4篇，EI和ISTP检索50余篇。虚拟仿真实验教学中心教师基本情况正高副高中级其它博士硕士学士其它总人数平均年龄人数121490248303538.2占总人数比例34%40%26%68%22%10%实验教学情况实验课程数面向专业数实验学生人数/年实验人时数/年16564200320002.建设内容2-1虚拟仿真实验教学中心的建设概况从20世纪90年代，面对经济社会发展对高等教育提出的新要求，学校坚持走“工学并举、产学研结合”的办学之路，为此，在原工程训练中心基础上建立了机械学科虚拟仿真实验教学中心，中心依托机械工程、测控技术和工程力学三个一级学科，以河北工业大学国家工程训练中心为平台，下设虚拟仿真研究所、工程训练虚拟设计教学平台、虚拟现实研究室、虚拟设计研究所、CAD/CAM及RPM研究所等组成。虚拟仿真实验教学中心的建设，使原来传统实践教学扩展为创新平台实习，数控虚拟仿真平台实习、软件教学平台实习、3D虚拟现实设备实习、虚拟装配平台实习、虚拟现实技术平台实习，自动布局及制造业信息化平台实习、教学资源实习等多层次不断线的实习基地，使学校实践教学水平得到了快速发展，显著增强了学校的办学实力。目前虚拟仿真教学中心以提高学生科学研究和工程实践创新能力为主线，培养知识能力和素质协调发展的研究发展型人才。倡导“工艺非学不兴，学非工艺不显”的思想，使学生“手脑并用”、“既习其理，又习其器”，继承历史，发展创新，投资数千万元建立了数控仿真教研室，先进制造教研室、软件平台开发教研室、教学资源共享教研室等作为虚拟仿真实习实验室，当前的虚拟设计中心不仅承担了全校的虚拟仿真实习教学工作，还为多家企业及院校培训员工和学生。2-２虚拟仿真实验教学资源（实验项目、功能及效果等）中心下的虚拟仿真研究所，配备多种虚拟设备，如Phantom力反馈仪器，三维投影仪，三维打印机等。为提高学生设计创新能力，基于虚拟现实技术，中心开发了拥有自主知识产权的虚拟设计系统DesignWorks。此系统集成多种虚拟设备接口，如力反馈仪器，三维眼镜。其内置的自主开发的变分曲面核心是世界上最快最强大的变分曲面核心。本着科研转化教学的指导原则，系统被用于各种设计类和CAD/CAM类课程的教学中。如在复杂曲面造型中，以汽车车身设计为例，传统方法要先用粘土塑造一个实物模型，然后用3D扫描仪扫描泥塑模型以产生点云，然后再用逆向工程软件由点云产生CAD曲面。通过使用3D虚拟现实设备，如力反馈设备，自主开发的虚拟设计系统DesignWorks增强了人与计算机之间的交流，让使用者直接触摸到计算机中的三维几何模型。学生在很自然的三维环境中操作和设计曲面模型，在模型设计过程中，提供设计师视觉和触觉的反馈。在很短时间内，使用者可以设计出用传统的方法很难设计出的模型。在本校机械模型装配设计和教学中，虚拟仿真用于验证装配过程是否可行，并开发了虚拟装配软件（简单地说，即验证是否可以拆装零部件）。仅靠传统的设计软件，很难解决在机械设计中装配是否可行的问题--比如，在机械制造过程中，经常会发现CAD软件设计出的装配模型在实际中无法拆装。通过视觉和触觉的反馈，虚拟装配有效地帮助学生在设计阶段发现装配中可能存在的问题。同时为了适应机械工程的发展的需要，学校开设“数字化方法基础”这门必修课。此课程介绍当代最新的虚拟仿真技术，使学生掌握各种最新的设计方法，美国SensAble公司的基于立方体元和力反馈接口的FreeFormModelingPlus系统。这些虚拟仿真教学开开扩了学生的视野，对培养学生的思考能力和提高学习兴趣大有帮助。中心下的虚拟设计研究所，有非线性结构分析与仿真实验。基于MSC.Marc软件对材料非线性、几何非线性以及接触非线性问题进行模拟，为产品的设计和研发提供帮助。学生通过该实验提高了工程结构分析的能力。运动学动力学仿真实验。基于MSC.ADMAS和MSC.Nastran软件对运动学问题和动力学问题进行仿真，模拟现实中的运动学问题和动力学问题，以达到提高产品性能和降低成本的功能。学生通过该实验提高了动力学分析的能力。为了提高学生掌握最新的虚拟仿真软件的能力，在研究生课题中中，应用履带车辆仿真软件RECURDYN软件，对履带车辆行驶性能进行仿真分析，解决履带行驶系统高速行驶，制动、转向、坡道及坡道行驶稳定性能的仿真及预测问题。中心下的工程训练中心现可以开设数控车、铣、加工中心、线切割等仿真实验项目、30接口的SolidWorks仿真实验项目、30接口的SolidCAM仿真实验项目、CAXA仿真实验项目、数据检测和测量实验项目、基于FDM工艺的原型制造实验项目、分子动力学仿真实验项目、粒子法仿真实验项目、切削力仿真实验等项目。功能：1.数控车床仿真实验项目让学生可以在虚拟的数控车削系统里进行编程和其他辅助操作．而后执行程序加工工件。并用模拟三维动画实时显示程序路径和工件图形从而达到演示零件加工过程的作用。认识到数控车床是一个2轴联动机床，了解数控车床的基本结构、基本特点、基本操作方法及数控车床的各种刀具。2.数控铣床仿真实验项目让学生可以在虚拟的数控系统里认识到当程序执行时，程序段、坐标值以及工件与刀具的相对移动的切削过程都可以同时显示在一个窗口内。使操作者能够一目了然．随时监控机床运行的状态，身临其境般的感受零件加工的整个过程。了解数控铣床是一个2.5轴联动或者3轴联动的机床，知道数控铣削加工的主要对象、铣削刀具的种类、常用刀具的安装等。3.数控加工中心仿真实验项目让学生认识了加工中心和数控铣床的区别及联系、加工中心加工的主要对象。4.线切割仿真加工实验项目：让学生了解线切割加工机床的组成、部件构成、加工工艺、程序编写等；5.30接口的SolidWorks仿真实验项目它涉及到三维零件设计、装配设计和工程图。配置管理使得你能够在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。走查功能可以模仿人眼的观察走向，可以更加清晰的看到复杂的构造内部6.30接口的SolidCAM仿真实验项目让学生了解到从.5轴铣削、3轴铣削、多面体4/5轴定位铣削、高速铣削（HSM）、5轴联动铣削、车削和高达5轴的车铣复合加工、线切割等编程模块。7.数据检测和测量实验项目让学生了解到反求工程的基本概念、数据测量的基本操作、点云拟合的基本方法等。8.基于FDM工艺的原型制造实验项目让学生了解FDM快速成型技术的重要特征、基本原理、基本方法基本操作、和传统制造的区别。9.分子动力学仿真实验项目、粒子法仿真实验项目实现了对真实自然物体的精细描述、从二维图纸生成三维实体设计数据。10.切削力仿真实验项目让学生客观直接的了解了在切削仿真过程中，刀具和工件的受力情况等信息。效果：通过仿真实验可以降低学生实际操作时可能产生的人员伤害，降低了安全隐患。减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏或刀具损坏、钼丝折断、零件报废等问题同时可以减少从产品设计到制造的时间，降低生产成本。通过对数控加工进行仿真，能够及早发现程序中的问题，检验设计数据，验证和评价程序的正确性和可靠性，并依据设计数据及时进行修正，使可能出现的损失降至最小。中心下的虚拟现实研究所可以完成：面向本科生课程实验：1.名称：企业信息化的基础技术—虚拟现实技术功能：介绍虚拟现实系统