機械工程虛擬仿真實驗中心項目申報書

1、機械工程虛擬仿真實驗中心項ifi%fME%集團文件版本號:(M928T898M248WU266942896DQ586Mi988)阿南修旄實驗室建設(shè)項目申報書實驗室名稱機械工程虛擬仿真實驗教學中心項目負責人申報單位機械工程系填報時間2018年9月15日河南學院教務(wù)處制、項目基本信息項目名稱機械-程虛擬仿真實驗教學中心預算等（萬項目類型基礎(chǔ)實驗室專業(yè)實驗室工程訓練項目類別1新建丁2擴建口3更新口4配套口5其他口項目負責人聯(lián)系電話電子郵箱項目依托學科及面向?qū)I(yè)依托機械工程學科，面向機械設(shè)計制械類專業(yè)造及其自動化、機械電子工程等機服務(wù)層次本科?？艸通用項目組成員姓名學丿力職稱工研究生教授建設(shè)方案統(tǒng)籌規(guī)

2、劃與決策研究生副教授建設(shè)方案論證研究生講實驗設(shè)備招標米購研究生講F師實驗設(shè)備管理與維護研究生講F師5實驗項目開發(fā)與應(yīng)用研究生助教實驗設(shè)備培訓與維修項目建設(shè)目標和內(nèi)容摘要通過機械工程虛擬仿真實訓中心建設(shè)，解決實驗室硬件實驗資源不足問題，提高學生實驗實踐能力。解決硬件設(shè)備進行實驗涉及到的資源損耗過大、危險性較大、實驗過程不可逆且不容易詳細觀察、研究等問題，代之以開發(fā)的虛擬仿真軟件予以實現(xiàn)，能降低成本及實驗風險。開發(fā)出具有創(chuàng)造性和高水平的機械工程虛擬實驗等教學資源，對提高學生的綜合設(shè)計和創(chuàng)新能力，以及對教師提高教學能力、拓展實踐領(lǐng)域、豐富教學內(nèi)容等有很大的必要性。促進教學、科研、技術(shù)人員相結(jié)合，利于

3、學生和師資的培養(yǎng)，促進教育理念先進、學術(shù)水平高、實踐經(jīng)驗豐富、創(chuàng)新性強的實驗教學團隊盡快形成。借助虛擬仿真軟件的強大功能，可以促進教學、科研、技術(shù)能力的提升，從而促進教學團隊成員的成長和水平提升。虛擬仿真實驗教學中心的管理體系建設(shè)，有助于建立激勵學生學習和提高學生創(chuàng)新能力的教學效果考核、評價和反饋機制的形成。建設(shè)內(nèi)容包括：7門課程、32個虛擬仿真實驗教學項目，同時開發(fā)實驗管理信息平臺，構(gòu)建了多媒體網(wǎng)絡(luò)化仿真實驗教學體系，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化虛擬仿真實驗教學與實驗、輔導、預習以及網(wǎng)絡(luò)查詢、網(wǎng)絡(luò)管理等先進的虛擬仿真實驗和遠程實驗教學系統(tǒng)?？蔀槿C械類相關(guān)專業(yè)提供較為完善的虛擬仿真實驗解決方案。1、項目概況

4、1建設(shè)目的機械工程專業(yè)課、專業(yè)基礎(chǔ)課涉及知識點多，學科實踐環(huán)節(jié)較為重要，目前學生對所學知識綜合運用能力和實踐能力受實驗難度、實驗設(shè)備數(shù)量、場地的限制，學生很難高效的掌握實驗要點，難以培養(yǎng)學生的工程意識。然而通過虛擬仿真重構(gòu)實驗內(nèi)容，通過友好的人機交互界面，可以充分的改善教學過程中的這些弊端。通過構(gòu)建逼真的實驗操作環(huán)境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現(xiàn)的教學效果。現(xiàn)代機械工程教學應(yīng)該以培養(yǎng)高端裝備制造人才培養(yǎng)為出發(fā)點，用現(xiàn)代信息化技術(shù)構(gòu)建高真實感的虛擬實驗設(shè)備，更好地調(diào)動學生參與實驗教學的積極性和主動性，激發(fā)學生的學習興趣

5、和潛能，增強學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。同時，加強對學生社會責任感、創(chuàng)新精神、實踐能力的綜合培養(yǎng)。2. 可行性、必要性分析（1）實驗教學中心建設(shè)的必要性虛擬仿真實驗教學是教育信息化發(fā)展和實驗教學改革相結(jié)合的創(chuàng)新目標和產(chǎn)物，綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實和多媒體技術(shù)構(gòu)建仿真的實驗環(huán)境，使學生自主地在開放的虛擬仿真平臺開展實驗，虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)彌補了傳統(tǒng)實驗不能實現(xiàn)的教學功能，為當下實驗教學質(zhì)量的提高提供了一個有效的問題解決方案，其必要性在于：首先，網(wǎng)絡(luò)化虛擬實驗室比傳統(tǒng)實驗室更具有開放性，有效地打破了時間和空間的界限，學生可以靈活安排自己的實驗時間，也可以根據(jù)專業(yè)、興趣、愛好自主選擇實驗內(nèi)容，對自己完

6、成的綜合設(shè)計性實驗方案進行實驗，有效拓展了實踐渠道，豐富課外學習內(nèi)容。其次，大大節(jié)省了實驗室建設(shè)中人力、物力、財力的投入，降低了實驗教學成本。實驗儀器、實驗耗材都是通過虛擬技術(shù)實現(xiàn)，實驗教學的改革、實驗項目的調(diào)整、實驗方案的優(yōu)化再也不受實驗設(shè)備性能的制約，有效解決了傳統(tǒng)實驗平臺建設(shè)周期長、投入大、設(shè)備功能缺乏、性能老化、更新補充不到位等問題，保障了教學的正常開展。再次，針對實踐性強的理工類學科，利用虛擬仿真技術(shù)可以做到緊跟科學技術(shù)的發(fā)展趨勢，通過課題研究、技術(shù)開發(fā)、工程實驗、成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化等產(chǎn)學研一體化的創(chuàng)新活動，將前沿技術(shù)融入教學，實現(xiàn)科研活動與教學活動、科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)的完美結(jié)合。虛擬

7、仿真實訓中心建設(shè)符合國家相關(guān)政策。我國教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見（教高（2012）4號）提出，“加強實驗室、實習實訓基地、實踐教學共享平臺建設(shè)，重點建設(shè)一批國家級實驗教學示范中心、國家大學生校外實踐教育基地、高職實訓基地。加強實踐教學管理，提高實驗、實習實訓、實踐和畢業(yè)設(shè)計（論文）質(zhì)量。強化實踐育人環(huán)節(jié)的措施。教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）也指出，“建設(shè)仿真實訓基地等信息化教學設(shè)施，建設(shè)實習實訓等關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理信息系統(tǒng)，建成支撐學生、教師和員工自主學習和科學管理的數(shù)字化環(huán)境。（2）實驗教學中心建設(shè)的可行性虛擬仿真實驗室的建設(shè)，是傳統(tǒng)實訓基地建設(shè)的延伸和有效補充

8、，它可以豐富實踐教學的內(nèi)涵，帶動機械類相關(guān)課程實踐教學模式的創(chuàng)新；帶動專業(yè)建設(shè)與改革，深刻影響教師教學授課方式。新的實訓模式也將激發(fā)學生學習興趣，提高學習質(zhì)量和效果。項目作為實訓基地的全新建設(shè)思路，將會起到引領(lǐng)和示范作用，但實訓基地建設(shè)目前均受場地限制，這一建設(shè)模式將有效改變場地稀缺這一窘境，突破實訓基地建設(shè)的瓶頸，極大地延伸和豐富實訓基地建設(shè)的內(nèi)涵。項目建成后，將提供一整套虛擬仿真教學實訓系統(tǒng)，所有課程都可以利用現(xiàn)有的虛擬教學軟件開展教學，同時教師可以結(jié)合課程建設(shè)和改革，開發(fā)出相關(guān)課程的虛擬教學系統(tǒng)等資源。學生可以單獨進行機械工程虛擬仿真實訓，彌補實驗儀器設(shè)備不足帶來的實驗效果不足，使動手能

9、力得到培養(yǎng)。虛擬仿真實訓室前期主要是硬件建設(shè)的投入，實訓場地的規(guī)劃和建設(shè)，計算機平臺、服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、虛擬仿真教學設(shè)備、實驗室信息管理系統(tǒng)的建設(shè)。這些工作都是比較成熟的信息技術(shù)。搭建好硬件平臺后，還要進行軟件購買和合作開發(fā)應(yīng)用及課程的持續(xù)開發(fā)。高校的機械工程專業(yè)教師有大量的實驗數(shù)據(jù)和實驗技巧，虛擬軟件開發(fā)公司有豐富的軟件制作經(jīng)驗，二者有機結(jié)合，則可以很好的完成項目建設(shè)任務(wù)。3. 建設(shè)內(nèi)容根據(jù)專業(yè)情況、人才培養(yǎng)方案情況制定機械工程虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)方案。首先應(yīng)先根據(jù)專業(yè)的研究方向、課程群、培養(yǎng)方案確定需要進行實驗實訓的課程，然后本著“虛實結(jié)合，互為補充，能實不虛”的原則分析進行虛擬仿真實

10、驗室建設(shè)。在硬件、軟件采購方面做到統(tǒng)籌規(guī)劃，系統(tǒng)建設(shè)，實驗平臺、管理系統(tǒng)同步設(shè)計，同時，根據(jù)實驗教學規(guī)劃，進行虛擬實驗教學設(shè)計，制作虛擬實驗相關(guān)的教學資源。4. 建設(shè)目標(1) 解決實驗室硬件實驗資源不足問題，提高學生實驗實踐能力。(2) 解決硬件設(shè)備進行實驗涉及到的資源損耗過大、危險性較大、實驗過程不可逆且不容易詳細觀察、研究等問題。(3) 開發(fā)出具有創(chuàng)造性和高水平的機械工程虛擬仿真實驗等教學資源，對提高學生的綜合設(shè)計和創(chuàng)新能力，以及對教師提咼教學能力、拓展實踐領(lǐng)域、豐富教學內(nèi)容等有很大的必要性。(4) 促進教學、科研、技術(shù)人員相結(jié)合，利于學生和師資的培養(yǎng)，促進教育理念先進、學術(shù)水平咼、實踐

11、經(jīng)驗豐富、創(chuàng)新性強的實驗教學團隊盡快形成。借助虛擬仿真軟件的強大功能，可以促進教學、科研、技術(shù)能力的提升，從而促進教學團隊成員的成長和水平提升。(5) 完善機械工程虛擬仿真實驗教學中心實驗條件、管理體系建設(shè)，為提高我校機械相關(guān)專業(yè)實踐能力提升提供有力支持。(6) 培養(yǎng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)、行業(yè)、企業(yè)發(fā)展繼續(xù)的機械相關(guān)專業(yè)實踐創(chuàng)新人才，拓展社會服務(wù)能力，增強服務(wù)國家區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的能力。三、項目建設(shè)的預期效益1.實驗教學任務(wù)課程名稱實驗項目是否新開實驗學時數(shù)學生人數(shù)學生類別爲總?cè)藭r數(shù)/年機械制造技術(shù)機床與加工工藝是85004000先進制造技術(shù)先進制造工藝是6500專科3000液壓與氣壓傳動液壓兀件與液壓回路是

12、6500?？?000機械制圖模型測繪是8500?？?000互換性技術(shù)測量形位公差測量是6500專科3000起重運輸機械起重機綜合運行與起重機拆裝是10500%5000機械裝配技術(shù)典型機械拆裝是10500/OO50002.社會服務(wù)不斷提升虛擬仿真實驗教學中心信息化建設(shè)水平，建立資源共享的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)交流平臺，進一步加強與校內(nèi)、校外、高校、科研院所和開發(fā)企業(yè)在系統(tǒng)研發(fā)和軟件制作等方面合作共享。深化校企合作。以虛擬仿真實驗教學資源建設(shè)為牽引，擴大與合作企業(yè)合作的深度和廣度，包括共建可視化實驗室、合作建設(shè)地質(zhì)資源立體探測可視化實驗課程和教材、擴展“雙導師制”培養(yǎng)的范圍等。完善與合作企業(yè)的共建、共管、共用的

13、實驗資源建設(shè)與共享機制。建立起校企合作“互利互惠”的激勵機制，推進校企合作可持續(xù)發(fā)展3.預期教學改革、科學研究成果在虛擬仿真實驗教學網(wǎng)絡(luò)平臺基礎(chǔ)上更好地整合實驗資源、建設(shè)與傳統(tǒng)教學相配套的數(shù)字化教育資源體系。隨著研究工作的不斷深入，逐步開展相關(guān)課程教學改革，不斷完善實驗內(nèi)容和形式，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，實現(xiàn)在線虛擬實驗，提高學生的創(chuàng)新實踐能力。四、項目建設(shè)計劃1需添置的儀器設(shè)備序號設(shè)備名稱數(shù)量（臺、套）單價（萬元）金額（萬元）該設(shè)備用于開設(shè)的實驗項目名稱1機械制造技術(shù)教學系統(tǒng)1發(fā)動機曲軸連桿鍛造虛擬實驗、機械加工工藝規(guī)程設(shè)計虛擬實驗、CA6140車床認知虛擬實驗2先進制造技術(shù)教學系統(tǒng)1徼光切割

14、加工實驗平臺虛擬仿真實驗、水射流激光劃片虛擬仿真實驗、光刻實驗虛擬仿真實驗3液壓與氣壓傳動教學系統(tǒng)1雷諾實驗、液壓兀件拆裝、液壓回路性能4機械制圖教學系統(tǒng)1基本體截切相貫、組合體分析構(gòu)型、零件圖表達測繪5互換性技術(shù)測量教學系統(tǒng)1長度測量、形位公差測量、螺紋公差測量、齒輪公差測量6起重運輸機械教學系統(tǒng)1起重機關(guān)鍵部件拆裝、起重機綜合運行調(diào)試7機械裝配技術(shù)教學系統(tǒng)1減速器裝配、分度機構(gòu)的裝配、機床部件的裝配等。8立體交互顯示系統(tǒng)1頭盔、大屏VR黑板互動教學互動操作，多人協(xié)同操作通過操作左右手柄，可以進行與系統(tǒng)進行交互。9實驗開發(fā)平臺1與Unity3d（5.6版）無縫對接使用，支持3dsMaxPro

15、/e,UG,SolidWorkS等模型經(jīng)轉(zhuǎn)換后導入、可視化設(shè)計制作。10網(wǎng)絡(luò)管理平臺1管理員模塊：登錄、課程管理、班級管理、素材管理、選課管理、成果管理、預約管理、教師課程管理、用戶管理、教師模塊：登錄、實驗報告、自測試卷、管理、教學資料、答疑管理、觀看素材。學生模塊：實驗報告、提問、實驗預約、自我測試、資料下載、素材評價、成果展示。11空間定位系統(tǒng)1套通過多個紅外光學動作捕捉攝像頭及配套軟硬件設(shè)備，精細捕捉多個體驗者的位置信息及操作信息，實現(xiàn)多人在同一虛擬現(xiàn)實空間內(nèi)協(xié)同操作的核心模塊。用戶可以通過手柄及手勢配合，直接控制LED大屏展示內(nèi)容，包括VR互動操作等合計2.實驗室環(huán)境改造及基本設(shè)施建

16、設(shè)項目實施已具備的條件及需改造情況（包括場地、外部環(huán)境配套等）機械工程系擁有逆向工程及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實訓室、3D打印及創(chuàng)新實訓室、機械制造技術(shù)實驗室、液壓與氣壓傳動實驗室、激光快速成型實驗室、機械測試技術(shù)實驗室、裝配技術(shù)實驗室、CAD中心、CAD/CAM實訓室、起重機械拆裝實訓室等設(shè)備先進的實驗實訓室，能開展實驗實訓項目30余項。3項目建設(shè)期項目準備期2018年9月28日至2018年10月28日計劃建設(shè)期9個月計劃完成日期2019年08月10日預定驗收日期2019年08月15日投入使用日期2019年09月1日五、專家論證意見機械工程虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)方案，建設(shè)思路清晰，定位準確，以滿足教學培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才為第一要務(wù)，結(jié)合機械類本科專業(yè)人才培養(yǎng)的特點，充分考慮虛擬仿真技術(shù)對實驗實踐教學的作用，在課程實驗開設(shè)、實驗