基于SolidWokes的虛擬實驗室畢業(yè)論文.doc

目錄1引言.22虛擬實驗室.22.1虛擬實驗室的概念.32.2虛擬實驗室的特點.32.3虛擬實驗室主要具有下述主要功能:.32.4虛擬實驗技術(shù)在教學中的要點問題.42.5虛擬實驗技術(shù)在教學中的意義.53關于SolidWorkers.64虛擬實驗室的建立.64.1螺紋連接和螺紋旋傳動.64.1.1螺紋的簡介.64.1.2螺紋的畫法.74.2鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接.94.2.1鍵的簡介.94.2.2鍵的畫法.104.3滑動軸承.124.3.1滑動軸承簡介.124.3.2滑動軸承的畫法.124.4滾動軸承.134.4.1滾動軸承簡介.134.4.2滾動軸承設計實例.135虛擬實驗室的實現(xiàn)形式.185.1虛擬實驗室的建立.185.2虛擬實驗室的實現(xiàn)形式.196虛擬實驗室的前景展望.197結(jié)束語.20致謝.20參考文獻.201引言許多研究工作表明，使用豐富的教學方法和教學手段對提高學生的學習效果具有非常重要的意義。利用計算機教學是當今和未來各層次教育發(fā)展的一個重要方面，在高等教育中，應用計算機進行教學還遠沒有發(fā)揮計算機這一現(xiàn)代化高科技設備的作用。計算機輔助教學對理工科來說，除利用文字、聲音和圖像等多媒體功能外，還應該利用計算機模擬和仿真各種實驗儀器和實驗過程。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是近年來迅速發(fā)展的新的人機接口技術(shù)，它有三個重要的特征高度的沉浸感、可信度和交互性。虛擬現(xiàn)實的目標是讓使用者盡可能地相信自己真的處在計算機所生成的環(huán)境中，而不是一個外部的觀察者。在一個理想的虛擬環(huán)境中，使用者根本無法確定他們面對的計算機所仿真的環(huán)境還是面對的一個真實世界15。所謂虛擬實驗室指在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預定的實驗項目，所取得的學習或訓練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中取得的效果。目前，網(wǎng)絡時代信息化社會的到來正一步步推動高等學校教育改革，學生對教師的依賴性減少，課堂教學受到挑戰(zhàn)，在網(wǎng)絡上建立電子教室、電子黑板，學生在網(wǎng)上虛擬大學學習的新型教育模式已悄然而致。在遠程教學模式中特別需要建立和應用基于飛網(wǎng)絡的虛擬實驗系統(tǒng)，因為實驗是多數(shù)工程類課程和應用類課程的重要一環(huán)，缺少了實驗動手的機會，課程的教學效果將大打折扣。一個好的虛擬實驗系統(tǒng)尤其是乃刃網(wǎng)上運行的系統(tǒng)則是人們快速、廉價地獲取各種知識和技能的重要場所。從目前國際和國外所建立的虛擬實驗室來看，大部分虛擬實驗室都停留在演示階段，還達不到驗證學生的設計思想正確性的效果。而那種成熟的完全可以有高度沉浸感的虛擬實驗室卻是一個必然的趨勢。替代真實實驗室的虛擬實驗室卻幾乎沒有。然而建立虛擬實驗室的條件正在日漸完善。完善的虛擬實驗室的建立指日可待。2虛擬實驗室隨著教育信息化的不斷進步，虛擬實驗室已經(jīng)成為教師教學和學生學習的好助手。近年來國內(nèi)外許多高等院校及科研機構(gòu)紛紛提出了虛擬實驗室的概念，利用圖形、語音、視頻、動畫等多種技術(shù)，用戶可以通過網(wǎng)絡能夠身臨其境地觀察實驗現(xiàn)象，給用戶一個基于網(wǎng)絡的技術(shù)交流、共同研究的平臺。2.1虛擬實驗室的概念所謂的虛擬實驗室就是以計算機網(wǎng)絡為核心，將虛擬儀器通過網(wǎng)絡連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析，遠程操作的一個系統(tǒng)16。而虛擬實驗，就是按照實驗教學的基本要求，建立虛擬的工程實驗環(huán)境，運用各種虛擬實驗儀器儀表和設備，對建立起來的實驗模型進行實時仿真，構(gòu)成新型的教學實驗。一些基礎性實驗，如物理實驗、機械基礎實驗、電子技術(shù)實驗、自動控制原理與系統(tǒng)實驗等，都可以采用虛擬的方法進行實驗。虛擬實驗的應用和發(fā)展，是對傳統(tǒng)實驗教學模式的補充和完善。2.2虛擬實驗室的特點虛擬實驗室的特點與現(xiàn)實的實驗室相比，虛擬實驗室具有它的許多優(yōu)勢和特點，歸納起來有下面幾個：1仿真性理想的虛擬實驗室環(huán)境應該達到使實驗者難以分辨真假的程度（例如可視場景應隨著視點的變化而變化），甚至比真的還“真”（如實現(xiàn)比現(xiàn)實更逼真的照明和音響效果）。2開放性虛擬實驗室內(nèi)涵的開放性，使操作器具更加廣泛、信息的內(nèi)容更加豐富、實驗形式更加多樣，實驗環(huán)境呈立體地與人的多維器官相互作用。虛擬實驗室外延的開放性，使它通過遠程網(wǎng)絡覆蓋全民化，實驗者不分性別、國別、種族、貧富等差異，實驗操作不分時間、空間、條件、形式、數(shù)量等的限制，人人獲得自由通過虛擬實驗室進行實驗之權(quán)利，人們期望已久的“實驗儀器設備資源共享”的“全球?qū)嶒炇摇崩硐胗型嬲龑崿F(xiàn)。3超時空性虛擬實驗室具有超時空的特點，它能夠?qū)⑦^去世界、現(xiàn)在世界、未來世界、微觀世界、宏觀世界、客觀世界、主觀世界、幻想世界等擁有的物體和發(fā)生的事件單獨呈現(xiàn)或進行有機組合，并可隨時隨地提供給實驗者進行實驗。4可操作性可操作性是虛擬實驗室可在教育或其它領域?qū)嶋H運用的必備特性，對于教育來說，它使學生得以在其中學習需要實際操作的實驗課程，也使遠程實驗教學可能真正實現(xiàn)17。2.3虛擬實驗室主要具有下述主要功能:（1）教育功能讓學生通過使用虛擬或真實儀器、裝置或系統(tǒng)的模擬裝置來熟悉實驗過程，掌握相關技術(shù)；能滿足不同知識背景學生的要求，根據(jù)其能力、實驗經(jīng)驗等調(diào)整資源模塊(如設備、組件、儀器、生成器、數(shù)據(jù)采集板等)，保證學生在單獨使用模擬環(huán)境時能進行各種實驗操作。（2）輔助設計功能例如現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設計與分析，是運用EDA(ElectronicDesignAutoma2tion)，在分布式網(wǎng)絡環(huán)境下，在EDA平臺上進行設計、下載、綜合、仿真，然后在實際條件下進行測試。EDA模擬軟件將儀器、儀表、模擬器件、數(shù)字器件等直觀地反映在計算機屏幕上，可靈活地改變電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，反復觀察實驗的結(jié)果，并動態(tài)顯示電路的波形。（3）協(xié)同實驗和研究功能。虛擬實驗室利用當前網(wǎng)絡技術(shù)和設施，使參與試驗的人員在遠程相互合作，進行試驗研究，為分布在世界各地的研究人員提供共同從事一個項目的分布式問題解決環(huán)境。虛擬實驗室的研究可以用于許多方面，例如世界范圍的大的科學研究課題，大型和復雜產(chǎn)品的設計和制造等。2.4虛擬實驗技術(shù)在教學中的要點問題（1）網(wǎng)絡虛擬實驗室的軟件系統(tǒng)應易于維護并具備擴展性在軟件設計上要采用跨平臺的組件原則，以便于維護和管理。圖像、聲音、動畫等采用標準格式，網(wǎng)絡應用程序必須采用跨平臺設計方案，這樣才能保證網(wǎng)絡虛擬實驗室的不斷發(fā)展和完善。（2）網(wǎng)絡虛擬實驗室的系統(tǒng)運行應保證安全性與可靠性要求系統(tǒng)全天候安全穩(wěn)定運行。網(wǎng)絡管理員應定期對網(wǎng)絡進行安全維護，對重數(shù)據(jù)進行備份。建設網(wǎng)絡虛擬實驗室則可在同一臺微機上虛擬出數(shù)十種儀器來,實驗室建設時間明顯縮短,空間占用也相對濃縮,而且人機空間占比大幅度地偏向人的一方,將會有更多的學生能使用實驗室,更重要也更實際地是建設的資金成本大幅下降。網(wǎng)絡虛擬實驗室還可供多種學科的實驗教學共同使用,多室合一提高了使用效率。因此可以說網(wǎng)絡虛擬實驗室為實驗教學轉(zhuǎn)型解決了最大的成本難題。（3）虛擬實驗的設計應注重交互性。網(wǎng)絡虛擬實驗室在技術(shù)上為人機間、師生間、學生間的順暢交互提供了可能。因此為了可以更全面正地評價學生的綜合實驗技能，虛擬實驗設計時必須注重在實驗過程中增強交互性。教學人員需要從根本上利用好虛擬實驗室的實質(zhì)性作用，要培養(yǎng)以學生為中心的實驗模式，讓學生通過實驗增強綜合運用知識來分析和解決實際問題的能力。（4）虛擬實驗的設計應注重科學