虚拟装配技术论文精选(九篇)

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第1篇：虚拟装配技术论文范文

关键词 Pro/E 机械系统 实验台 虚拟设计

中图分类号：TH132.41 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.04.027

Design of Virtual Prototype of Multi-purpose Mechanical Transmission

Experiment Platform System Based on Pro/E Platform

GUI Wei， YAO Cenglin， LI Chenglong， SHEN Caixia， ZHENG Mengwei， HAN Qiang

（Wuhan Business University， Wuhan， Hubei 430056）

Abstract In this paper， based on the Pro/E software， with the multipurpose Laboratory of mechanical transmission station as a typical example， the application of virtual design technology， virtual assembly of 3D design， completed the experiment table of all parts of the student movement of mechanical transmission mechanism， teacher movement of mechanical transmission mechanism， clock movement of mechanical transmission mechanism， the classroom door moving mechanical transmission mechanism and the projection screen motion of mechanical transmission mechanism five parts and virtual assembly of the whole experiment platform.

Key words Pro/E; mechanical system; experiment platform; virtual design

0 引言

目前，机械领域的虚拟设计技术是利用三维设计软件如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA等对机械装置的零部件进行结构设计、虚拟装配、运动仿真分析。它是基于计算机辅助设计技术，在虚拟环境中对机械产品进行设计，达到缩短研发周期、减少研发成本的目的。

多用途机械系统传动实验台融链传动、直齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动、平面连杆传动，蜗轮蜗杆传动、丝杆螺母传动以及齿轮齿条传动等传动机构于一体。该实验台以学生最为熟悉的课堂作为展示机械系统运动的场景，可以起到趣味性教学的目的，增加学生学习机械专业课程的兴趣。敞开式的场景，在不用拆开演示台的前提下就可以让学生清楚地观察到内部传动机构的运动全过程，操作简单、比较实用。多个传动机构集中在一个场景展示，可以使学生系统性地认识不同机构的运动传递过程，有助于学生对不同的机构进行区别。

本文基于Pro/E平台的虚拟设计技术，完成多用途机械系统传动实验台各零件的三维建模设计，虚拟样机装配干涉检查、机构运动仿真分析，在仿真中对结构设计进行优化设计，尽可能降低设计风险，避免实际制造中出现问题，从而使实验台一次性制造成功。

1 实验台典型零件齿轮的三维建模

通常，在Pro/E中每个零件的三维结构设计过程步骤基本相同，如下：（1）依据各个零件的三视图，想象零件的形状，为选择合适的建模方法做好铺垫。（2）根据零件的结构，选择建模的方法。（3）根据零件的结构，进行草绘，然后利用拉伸、旋转等特征操作，以完成零件的三维设计。（4）在已建零件模型上进行辅助特征设计，完成零件三维设计，然后保存。

多用途机械系统传动实验台有多个不同类型的零件，三维设计的过程步骤基本相同，本论文只简单阐述典型零件齿轮的三维设计过程步骤。

直齿圆柱齿轮由轮齿、键槽、轴孔等基本结构特征组成，创建标准直圆柱齿轮的三维参数化模型。主要操作步骤如下：

（1）创建齿轮设计参数：

在Pro/E软件的产品参数化设置界面中，输入齿轮的设计参数及相应的初始值，模数m=2，压力角alpha=20度，齿根圆直径df，齿顶圆直径da，基圆直径db，分度圆直径d，齿宽b=30，齿数z=56，如图1，添加完毕后，单击【确定】按钮。

（2）使用Pro/E的草绘功能先绘制基准曲线，后绘制四个尺寸任意的同心圆。

（3）调出Pro/E中各参数之间关系设置的对话框，在其中输入标准直齿圆柱齿轮的关系式，如图2，添加完毕后，单击【确定】按钮。

图1 齿轮参数对话框

图2 齿轮关系对话框

（4） 系统进入三维实体模式，单击【编辑】颉驹偕模型】工具，自动生成满足一定关系式的齿轮参照圆。

（5）单击特征工具栏中的【基准曲线】工具，弹出的【曲线选项】菜单，单击【从方程】―【完成】命令，在工作区选取系统默认的坐标系，单击对话框中的【确定】按钮，在弹出的【设置坐标系类型】菜单中，选择【笛卡尔】坐标系，输入形成齿轮渐开线的参数化方程，输入完毕单击【记事本】主菜单中的【文件】―【保存】命令，最后单击【确定】按钮。即可生成渐开线。

（6）创建镜像渐开线特征。选取已绘制的齿轮渐开线的特征，选择软件中【特征】-【镜像】命令，选择基准平面DTM2作为镜像平面，单击【确定】按钮。

（7）先进入草绘平面，选择齿顶轮廓线，拉伸创建成齿轮基本实体。

（8）创建第一个齿槽特征。先进入草绘平面，再根据渐开线以及齿轮参照圆草绘出齿廓外形，然后对其进行拉伸切除，完成齿槽的创建。

（9）创建齿槽阵列特征。创建齿轮槽，选择软件征工具栏中的【阵列】命令，选择轴阵列选项，输入阵列个数56个，角度为360埃缮杓埔蟮某萋帧？

（10）拉伸切除创建成齿轮轴孔。

（11）拉伸软件的切除功能画出成齿轮键槽，完成齿轮的参数化设计如图3所示。

图3 齿轮参数化设计

2 实验台样机的虚拟装配

一般说，机械装置的虚拟装配是利用三维设计软件在计算机中，对机械产品的结构进行设计与装配。多用途机械系统传动实验台主要包括学生运动机械传动机构、教师运动机械传动机构、时钟运动机械传动机构、教室门运动机械传动机构以及投影幕布运动机械传动机构五个部分。虚拟样机在装配时，首先把这5个运动机械传动机构作为一个组件进行虚拟装配，然后把这5个运动机械传动机构装配成整个实验台。

2.1 学生运动机械传动机构虚拟装配

学生运动机械传动机构，主要由电动机、曲柄摇杆机构、连杆限位变形机构，以及固定构件课桌、课椅以及电机支架组成。虚拟装配如图4所示。小腿在固定在机架上，小手臂与机架在形成固定铰链，小手臂、大手臂、身躯、大腿、小腿之间通过活动铰链链接。电机通过曲柄摇杆机构，带动五连杆限位变形机构运动，完成学生起立和坐下的动作。

图4 学生运动机械传动机构虚拟装配图

2.2 教师运动机械传动机构虚拟装配

教师运动传动机构主要由：电动机;由16齿的大链轮、8齿的小链轮和链条组成的链传动机构;齿轮齿条传动机构;螺距6mm，单头丝杆螺母传动机构;限位开关、限位板以及讲台等固定构件组成，虚拟装配如图5所示。电机启动，通过链传动传递给丝杆，丝杆的旋转运动转变成螺母的直线运动，通过螺母上的销轴带动放置在螺母上的尺寸做直线移动，实现教师木偶人的移动，通过齿轮齿条机构实现教师旋转90度面向学生的动作。

图5 教师运动机械传动机构虚拟装配图

2.3 时钟运动机械传动机构虚拟装配

时钟运动机械传动机构主要由：电动机;齿数为35的蜗轮蜗杆传动机构;每级大齿轮齿数45，小齿轮齿数13，模数1.5的二级直齿圆柱齿轮传动机构以及电动机架、钟罩和红外位置探测器等固定构件组成，虚拟装配如图6所示。电机启动，通过蜗轮蜗杆把运动传递给二级直齿圆柱齿轮，与蜗轮连接的第一级圆柱齿轮的小齿轮带动分针转动，第二级圆柱齿轮齿轮的大齿轮带动时针转动。

2.4 教室门运动机械传动机构虚拟装配

教室门运动机械传动机构主要由：电动机;双曲柄滑块机构以及导杆、限位开关、电机机架等固定构件组成，虚拟装配如图7所示。电机启动，带动双曲柄滑块机构中双曲柄转动，曲柄通过连杆，带动教室门在导轨上进行来回往复运动，实现教室门的开关。

图6 时钟运动机械传动机构虚拟装配图

图7 教室门运动机械传动机构虚拟装配图

2.5 投影幕布运动机械传动机构虚拟装配

投影幕布运动机械传动机构主要由：电动机，锥齿轮传动机构组成，虚拟装配如图8所示。电机启动，带动大圆锥齿轮转动，通过小圆锥齿轮带动幕布上下运动。

图8 投影幕布运动机械传动机构虚拟装配图

2.6 多用途机械系统传动实验台虚拟装配

多用途机械系统传动实验台虚拟样机的主体装配主要是学生运动机械传动机构、教师运动机械传动机构、时钟运动机械传动机构、教室门运动机械传动机构以及投影幕布运动机械传动机构五个传动机构之间的装配。虚拟样在装配时，为方便整个样机的的虚拟装配，可以把装置的几个相关零件组装成组件，然后再把相关组件装配在一起构建试实验台的整体结构，如图9所示。

图9 多用途机械系统传动实验台虚拟装配图

3 结束语

多用途机械系统传动实验台的虚拟设计，减少设计物理样机所需的人力及时间，可以达到降低产品成本，缩短产品生产周期的目的。

基金项目：湖北省高等学校2014年省级大学生创新创业训练计划项目《多用途机械系统传动实验台的设计研究》（项目编号：201411654009）、武汉商学院2014年大学生创新创业训练计划项目《多用途机械系统传动实验台的设计研究》（项目序号：7）、武汉商学院2014年度教学研究项目《基于学生创新能力培养的课程教学研究―以机械设计基础课程为例》（项目编号：2014Y013）的阶段性研究成果

参考文献

[1] 陈定方.罗亚波.虚拟设计[M].北京：机械工业出版社，2004：108-111.

第2篇：虚拟装配技术论文范文

（武汉商学院 湖北 武汉 430056）

摘 要：文章以UG软件为设计平台，以伸缩绘图桌为典型案例，应用虚拟设计技术，完成该伸缩绘图桌各零件的三维实体设计、横向伸缩机构、纵向伸缩机构以及升降机构三个部分虚拟装配和整个伸缩绘图桌的虚拟装配。

关键词 ：UG；伸缩；绘图桌；虚拟设计

中图分类号：TH122 文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．05．041

*基金项目：湖北省高等学校2014年省级大学生创新创业训练计划项目“一种新型绘图桌的研制”（项目编号：201411654010）；武汉商学院2014年大学生创新创业训练计划项目“新型绘图桌的设计研究”（项目序号：8）。

收稿日期：2015－01-15

0 引言

通常，机械制图的课堂教学，以学生画小图为主，缩小绘图桌的尺寸，可以在有限的教室里面，放置更多的绘图桌，容纳更多的学生进行手工绘图，充分利用教室面积。在进行机械设计课程设计时，需要分组小班教学并且绘制大图，这时需要在教室里放置大绘图桌进行教学。新型绘图桌尺寸可调，可根据学校实际教学需要合理使用绘图桌，同时又方便学生进行绘图。

伸缩绘图桌通过伸缩机构调整绘图桌的纵、横向尺寸，以满足A0、A1图板的放置要求，实现不同规格图板可使用同一绘图架的目的。伸缩绘图桌通过升降机构调整绘图桌的高度尺寸，并可调整前、后支撑脚的高度实现图板倾斜放置，以适应不同学生绘图的方便性。

伸缩绘图桌具有折叠功能，在需要存放或搬移时，可折叠放置，节省空间，方便移动。

UG软件是集CAD／CAE／CAM，计算机辅助设计、计算机辅助分析以及计算机辅助制造于一体的三维参数化软件，被广泛地应用于航空、航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。

本文基于UG平台的虚拟设计技术，完成伸缩绘图桌各零件的三维建模设计，虚拟装配，在虚拟样机装配过程中，对装配进行干涉检测，以及时发现设计中的问题，在虚拟设计环境中对设计缺陷进行修正，对设计思路进行优化，以降低实际制造出现问题的风险，从而使伸缩绘图桌一次性制造成功。伸缩绘图桌主要由横向伸缩机构、纵向伸缩机构以及升降机构组成，本文利用UG软件，首先完成横向伸缩机构、纵向伸缩机构以及升降机构的虚拟设计，最后完成绘图桌的整个虚拟样机的设计。

1 绘图桌典型零件阶梯轴的三维建模设计

伸缩绘图桌的零件主要是轴类零件和板筋类零件，在UG中绘制轴类零件和板筋类的方法基本相似，下面以绘制阶梯轴为例，阐述在UG中进行零件三维建模的一般步骤及过程。

（1）单击工具栏中新建图标，选择模型类型，建立模型模块。

（2）单击工具栏中圆柱图标，在对话框中设置圆柱体的参数。

①在【类型】下拉列表中选择【轴、直径和高度】

②在【制定矢量】下拉列表中选择圆柱的轴向方向图标；

③设定圆柱直径、高度以及中心；

④单击确定完成阶梯轴一段圆柱的建模。

（3）在【凸台】对话框中设定阶梯轴另一圆柱的相关参数。

①设置圆台的直径、 高度及锥角；

②设定圆台的放置面、选择合适的定位方法。

（4）重复以上凸台建立的步骤，生成阶梯轴的其他部分。

2 伸缩绘图桌的虚拟样机设计

伸缩绘图桌主要由横向伸缩机构、纵向伸缩机构、升降机构组成，基于UG软件设计环境的伸缩绘图桌虚拟样机设计如下。

2．1 伸缩机构

（1）横向伸缩机构。

伸缩绘图桌的横向伸缩机构如图1所示，两对伸缩套管套在空心的伸缩轴上，伸缩轴的左右两边各开设有两两对称布置的四个定位孔，用于确定A0、A1图板的横向尺寸位置，伸缩套管上有一个定位孔，当伸缩管上的定位孔与伸缩轴上的某个定位孔配对时，通过蝶形螺母和螺栓进行固定，方便拆装，可以满足放置A0或A1图板的横向尺寸。

伸缩轴上内、外侧两孔中心线沿轴线方向距离分别为A1、A0图板横向尺寸1200mm与900mm。考虑在加工和安装过程中存在的误差，以及绘图板实际尺寸误差，伸缩轴上的孔采用形似键槽的半圆头孔，可在±8mm范围内调节横向尺寸满足实际图板要求。此外，在伸缩轴的中间焊接一4mm宽圆柱形挡块，将左右两侧伸缩套管隔开（见图2）。

（2）纵向伸缩机构。

伸缩绘图桌纵向伸缩机构如图3所示，绘图桌立柱套管与立柱上分别焊接一焊接板，通过螺栓连接伸缩槽板或伸缩板，伸缩槽板上铣有一定长度的通槽，伸缩板上开有通孔，两者通过蝶形螺母和螺栓连接，螺栓在通槽里自由滑动实现绘图桌支撑脚之间纵向尺寸调整。

考虑零件制造和安装误差以及图板实际尺寸误差，纵向尺寸在图板标准宽度尺寸基础上设置了约为±10mm的调节范围，满足图板实际宽度尺寸需要。

如图4、图5所示，分别为调节后的A0、A1图板用伸缩绘图桌。

2．2 升降机构

绘图桌支撑脚的立柱套管上铣如图6所示通槽，套管内套有采用空心管的立柱支撑，立柱上开有小通孔，将立柱小孔对准立柱套管不同高度定位槽通过螺栓联接。进行高度调节时，将蝶形螺母拧松，向内侧方向转动立柱，使立柱小孔与螺栓对准立柱套管中间的竖直槽，然后将立柱沿轴线方向移动，调节到合适高度后，向外侧方向转动立柱，立柱小孔对准高度定位槽后锁紧螺母。通过此方式调整立柱套管与立柱之间的相对距离，实现绘图桌高度尺寸的调整，并且可通过调节前、后支撑脚不同高度实现图板倾斜放置。

如图7所示为A0图板倾斜放置图，此绘图桌所采用的方式为前面两立柱定于最大高度处，后面两立柱定位于最低高度，实现图板最大倾斜角度。在使用过程中，根据绘图者习惯，通过调节前、后支撑高度，将图板置于合适倾斜角度。

安装好的绘图桌，由于地面不平或绘图桌本身误差可能会导致放置不平稳，因此本设计中，在立柱下端焊接开有螺纹孔的小支撑圆柱，安装垫脚螺钉，通过调节垫脚螺钉，将图板放置平稳。

2．3 图板的放置

如图8所示，图板放置于四个支撑平板上，支撑平板与支撑套管焊接为一体，并焊接对称布置的四块筋板增加支撑可靠性，如图9所示，支撑套管套在伸缩套管上，支撑套管可在伸缩套管上绕轴线自由转动，使得当图板倾斜一定角度时，图板与支撑平板接触良好。为固定支撑平板放置的角度，在支撑套管下端开小孔，并焊接圆螺母，使用蝶形螺钉将支撑套管紧定于伸缩套管上。

为防止图板放置后左右滑动，在四个支撑平板外侧焊接挡板。此外，为防止图板倾斜放置时出现下滑现象，在绘图桌后方两个支撑平板上焊接防止下滑挡板。

2．4 折叠功能

绘图桌具有折叠功能，在搬移或者存放过程中，可将其折叠，节省空间，方便移动。图10所示为折叠后的绘图桌，此折叠方式为纵、横向尺寸及高度尺寸最小的情况，也可将立柱套管伸缩槽板和伸缩板向下旋转折叠。

2．5 伸缩绘图桌整体结构

如图11所示伸缩绘图桌整体结构，伸缩套管安装在伸缩轴上，可沿伸缩轴轴线方向自由移动，实现绘图桌横向尺寸的变化；伸缩板可沿伸缩伸缩槽板长度方向自由移动，实现绘图桌纵向尺的变化；立柱与立柱套管同轴安装，通过轴向自由移动实现绘图桌高度尺寸调节和图板倾斜角度调节。

参考文献

1 李树敏，牛德青，姚春玲． 基于 UG NX 的轴类零件的计算机辅助设计［J］．现代制造技术与装备，2014（5）

2 吴利霞．基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究［D］．北京：北京邮电大学，2009

3 张勋． 基于UG的轴类零件特征建模方法研究［D］．兰州：兰州理工大学，2006

（责任编辑 吴 汉）

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第3篇：虚拟装配技术论文范文

论文摘要：在《机械设计基础》课程设计中采用UG（Unigraphics）软件指导学生进行减速器的结构设计，可以增加学生的学习兴趣，提高学生的空间想象能力。

《机械设计基础》课程是机械类专业一门重要的技术基础课程。课程设计是培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识的重要环节，是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段，将为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础，在教学计划中具有承上启下的重要作用。我院《机械设计基础》课程设计选用的题目是传动装置中的减速器设计，在以前的课程设计中发现，由于学生空间想象能力不足，往往照葫芦画瓢，导致学生对自己设计的减速器结构似懂非懂，影响了设计质量。笔者结合自己对UG（Unigraphics）软件技术的掌握，对教学中如何提高学生空间思维能力的问题进行了探索。

人们的认识过程建立在实践活动中，从具体到抽象，从感性认识上升到理性认识，在此过程中，如果缺乏与之有关的感性认识作为基础，理解起来很难。《机械设计基础》课程是理论性和实践性都很强的课程，内容比较抽象，减速器结构设计离不开空间想象，离不开对空间形体的分析和表达。根据心理学的观点，空间想象能力是形象思维与抽象思维两种思维活动的分析、综合、加工处理，从而产生新形象的一种综合性能力，主要来源于对空间形体的感性认识。课程设计能培养学生对空间形体的想象能力、分析能力和表达能力。这三种能力彼此关联，相互促进。在教学中从学生的身心发展规律和学生实际出发培养学生空间想象能力的途径有很多，利用UG软件进行多媒体教学是非常有效的方法之一。

UG系统起源于美国麦道飞机公司。多年来，UG系统汇集了美国航空航天与汽车工业的专业经验，发展成为世界一流的综合性的设计、分析和制造一体化的集成系统。可以实现从产品的概念设计、结构设计、虚拟现实到静力学及动力学强度分析，最后由CAM模块实现计算机辅助加工制造，贯穿了产品的开发和制造全过程。UG技术提供的草图功能、曲线曲面建模、基于特征的实体建模、虚拟装配建模、机构运动仿真、分析等技术手段，给机构设计提供了极大的方便。相关技术手段的结合应用不仅能快速构建出相关的机构的抽象模型，也能把这种模型快速地映射于机构的装配模型，还能对机构进行快速的运动分析仿真、运动干涉检查及动力学分析等。

在课程设计之前，为了增强学生的感性认识，最好进行轴系结构测绘和减速器结构装拆实验，因为这两个实验有利于学生进一步掌握机械结构设计知识、了解结构设计的原则，建立轴系组成的基本概念。在课程设计开始时，学生往往不知从何下手，教师首先应该介绍一下设计总体过程。采用课件比较方便，然而也有很大的局限性，因为制作好的软件不宜改动，教学内容的个性与教学过程的适宜性受到了限制，在课堂上不利于发挥教师的主观能动性，不利于最大限度地融入和体现教师的设计思想、教学特色和个人风格。笔者采用UG软件对零件直接进行三维建模和用UG建造好的虚拟模型进行教学，在课堂的动态教学中能够随机应变、按需造型以及修改模型，提高课堂教学质量。采用UG软件建造的虚拟模型比以前采用实物模型来增强学生感性认识要好，因为实物模型由于体积和重量原因会造成携带、拆卸和解剖不便，且操作较为费时。而UG软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富，利用UG的局部放大、平移和翻转等工具，能够在屏幕上观察零件复杂形体的外形与内腔、相贯体中相贯线的变化等各个侧面和局部细节特征；可以直观地显现整个零件的结构，装配体中零件之间的连接关系，使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象；也可以根据不断变化的教学内容和不同的教学对象的需求，利用UG软件方便地进行教学模型的修改与新建，满足教学中对模型种类及数量的需要，并能显著降低教学成本。

在介绍设计过程时，如果采用机械制图方法将零件的三维实体利用投影法原理将其转化到二维平面图上，再通过二维视图想象出三维形状讲解减速器结构设计，则学生理解这些传统的二维平面图知识需要有丰富的空间想象力。即使用一些轴测图，也只能看到实体的部分表面，不能解决教学中向学生讲解清楚空间几何体的形体问题。

并且学生的认识始终停留在二维图纸上，不能很好地了解结构设计对整机性能的影响以及单个零件与整机之间的关联关系，不清楚自己设计的结构是否合理。笔者在教学中采用UG软件教学，使学生看到零件的设计过程，让学生看到教师在绘图过程中的细节，并且使用UG对减速器各个零件进行装配，使学生比较容易理解。如图（轴上零件周向、径向定位）所示，在讲解对减速器轴上各个零件进行装配时，介绍装配基准，演示如何进行传动件的周向和轴向固定；轴的支承、固定；轴承类型如何选择，应考虑哪些因素，轴承如何装配，间隙如何调整等问题；各零件之间的相互位置关系、零件的布置方案、装拆顺序；图样上的尺寸和公差标注及零件的结构工艺性应注意的问题等等。这样，不仅能在较短时间内给学生提供正确的示范，培养学生的几何构思能力，同时介绍了有关结构工艺知识，培养学生合理的设计思维，有利于学生理解减速器的工作原理、装配关系、各零件的相对位置关系以及各零件的结构特点。这种视觉效果的刺激能增强学生的分析、认识和记忆能力，开拓学生的知识面，活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣，也能充分发挥计算机与教师的双重作用。

轴上零件周向、径向定位图

三维设计是工业发展的趋势，我院机械类专业学生获得UG或PRO/E三维设计技能证书是学生的毕业条件之一，这样的要求有利于提高学生实际工程设计能力，创新意识和就业的竞争能力。因为在课程设计之前，一些学生已经学习了UG或PRO/E软件，在课程设计中应鼓励学生采用三维设计。将三维设计融入课程设计，学生可以利用UG强大的参数化功能和装配功能，完成各零件的设计和装配。由于学生缺乏实际经验，往往要对某些结构不够合理的地方进行多次修改，采用UG软件只需修改零件的某个参数的数值即可完成整体修改。而采用二维设计，结构变动较大时则不得不重新设计并花费很多时间进行绘图。而采用三维设计，整个设计过程符合学生的认知规律，能使学生更加深入地理解设计的内涵，增强学生的设计想象力，启迪学生的思维，引导学生实现探究性学习。三维设计能够使学生直观地看到自己的设计成果，增强学生的成就感。而且学生在完成三维设计后，利用UG的制图转换功能，可将使用实体建模功能创建的零件或装配模型引用到工程图模块中，快速转换为二维的工程图，再进行尺寸标注、注释等等，最终完成课程设计所要求的图纸，从而提高学生的专业制图识图能力，加深学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解。

实践表明，用UG软件讲授减速器的结构设计，可以激发学生的观察力、想象力及逻辑联想能力，能够达到“教人以渔，则终身受用无穷”的效果。不过，虽然现代教学技术开阔了学生的视野，提高了学习的趣味性与教学效率，然而教学却具有生成性，对课堂上出现的新问题，教师的板书和分析必不可少。因此，在教学实践中应当将传统教学和现代教学技术有机结合，不断地研究新的教学方法，与时俱进，注意使各种教学手段相互穿插、补充，这样才能提高学生的学习兴趣，增强他们学习的主动性，实现教学效果的最优化。

参考文献：

第4篇：虚拟装配技术论文范文

【关键词】网络虚拟实验；体系结构；VRML；Java；Matlab/Simulink

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097 (2008) 10―0125―04

引言

实验教学不仅能帮助学生形成正确的概念，加深对规律的理解，而且与课堂理论教学相比，实验课程为培养和提高学生动手实践能力、研究能力、创新意识等综合科学素质的培养提供了较好的路径。因此，实验课程在学科教学中具有不可替代的作用。但是随着高等教育的普及，对实验资源的需求与目前存在的实验条件不足之间的矛盾日益突出；传统实验教学模式存在不容忽视的弊端，制约了学校实验教学质量的提高；远程教育中的实验教学一直是传统远程教育的难点。随着计算机技术、多媒体技术和网络技术的发展，网络虚拟实验室的构建成为可能。通过网络环境实施虚拟实验，能拓宽信息渠道与流量，扩大实践活动的范围，提高教学效率。网络虚拟实验系统不仅可以作为课堂实验教学的补充，而且为远程教育中实验教学的开展注入了新的活力。

目前网络虚拟实验系统构建技术的相关研究很多[1-6]，大多数研究侧重于使用单一技术实现网络虚拟实验系统；侧重于研究VRML技术与Java技术相结合实现网络虚拟实验系统，突出三维立体感和交互性强的特点[5-7]；研究运用Java与Matlab技术相结合实现网络虚拟实验系统，突出通讯和运算功能。[8-9]本文结合大学物理课程中涉及的实验模型比较复杂等特点，提出了基于VRML、Java与Matlab三种技术实现网络虚拟实验系统，既突出系统较强的三维立体感与交互性，又突出较强的运算能力和传输能力。通过采用虚拟现实等技术在Web中创建虚拟的三维实验环境，实验者可以在客户端通过鼠标的点击与拖曳或通过键盘的操作对虚拟场景中的三维实验对象进行操纵和数据处理。学生可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目，观察实验过程，获得实验结果。

一 系统体系结构

系统采用B/S体系结构，通过浏览器远程访问服务器端的实验程序。为了使服务器与客户机之间的工作负担平衡，我们将实验三维图形和实验结果图部署在客户端，在客户端实现三维图形的可视化体系。

系统在逻辑上分为三层：表现层、通讯层和仿真控制层，体系结构图如图1所示。表现层由Java Applet程序和VRML构建的3D场景以及Html网页脚本组成。利用Java套接字，通过部署在客户端的Java Applet和服务器端Java应用程序实现通讯层。仿真控制层是利用Matlab/Simulink进行实验建模和仿真运算。实验专用服务器WLVLAB由Java语言编写，由通讯层服务器端程序与仿真控制层之间的交互程序和传输层服务器端程序构成。其具体原理是，表现层通过Java Applet程序接受用户设置的实验参数，通过Java Socket进行网络通信，将实验参数传送到实验专用服务器WLVLAB上。专用服务器WLVLAB通过部署在服务器端的仿真控制层Matlab的COM接口，将实验参数传送到仿真控制层进行仿真运算，运算结束后再将实验结果传送回客户端。表现层上的Java Applet程序根据实验结果值动态地去控制 VRML场景中三维实验模型，显示实验结果图。本系统支持多线程机制，能同时允许多个使用者访问本系统。

二 系统关键技术的实现

1 三维实验场景文件

虚拟实验场景采用VRML技术实现。VRML是虚拟现实建模语言，是一种三维场景的描述性语言，其基本原理是用文本信息描述三维场景，在Internet上传输，在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景[10]。VRML源文件是一种ASCII码的描述语言，一般使用记事本就可以编写，但是直接使用VRML语言编写三维场景比较烦琐，通常采用专门编辑器构建，如V-Realm Builder2.0，VrmlPad，Cosmo World等。对于复杂的三维场景可以采用3DS Max建模，它提供了VRML插件辅助工具，可直接输出场景，包括几何造型、材质、动画等。

2 客户端Java Applet程序实现

Java Applet能跨平台地运行于网络中的各种不同类型的计算机上。客户端的计算机，只要安装了支持Java的浏览器，一旦和网络中的服务器建立了连接，就可以从服务器端下载嵌入了Applet的网页文件，并在本地机的浏览器上运行含有Applet的网页。通过文本编辑器编写的Java Applet源程序必须经过编译，生成扩展名为.class字节码程序才能嵌入网页文件中运行。表现层Java Applet程序主要实现以下几部分功能：

（1） 界面布局：包括实验参数、控制按钮的设置与布局。

（2） 与VRML场景进行交互：由于系统需要在浏览者与VRML场景之间进行频繁的信息交换，所以选用VRML2.0提供的外部编程接口EAI对VRML场景进行扩展，实现与Java Applet的交互[11]。EAI在Java Applet与VRML场景进行通讯时，首先需要获取Brower类的实例，通过调用封装在vrml.省略包中。在程序包中提供了Socket和ServerSocket两个类来进行套接字编程，Socket提供了客户机的套接字接口，ServerSocket提供了服务器套接字接口。对于客户端，通过给类Socket提供服务器的IP地址，或者主机名，服务器的端口号，就可以和服务器端建立连接。该Socket对应的输入流连接到服务器的输出流，输出流连接到服务器的输入流，通信结束后，调用该Socket对象的close()方法进行关闭连接。对于服务器端，通过生成一个ServerSocket对象用于监听，服务器的ServerSocket.accept()收到一个来自Clinet端的请求，并返回一个用于与该Client通信的Socket对象。应用程序调用该对象方法getInputStream()，getOutputStream()可以获得向该连接读写数据的输入/输出流，再调用输入/输出流提供的读写函数read()，writeline()等实现与对方的通信。与该客户通信完毕后，调用Socket.close()关闭Socket，这时，服务器仍处于监听状态，继续接受客户请求。调用ServerSocket.close()结束监听服务，终止服务器运行。

Java语言与Matlab语言之间的通信由ActiveX自动协议来执行，通过使用mlapp.tlb的Matlab类型定义文件，可以简单地生成一组用来完成ActiveX与Matlab通信的Java类和接口函数。用户只须创建实例对象，通过使用这些类提供的方法，任何Matlab命令都可以以变元的方式在它的工作空间进行计算，计算结果以字符串的方式返回。由于Matlab可以从命令行运行Simulink模型，利用上述方法也能轻松实现Simulink与Java的交互。

当多用户同时访问服务器中的同一个实验时，就会在Matlab基本工作空间中生成多个同名变量，这些同名变量会相互覆盖，最终会导致实验界面返回的实验结果不正确。为了解决这个问题，我们采用用户文件和用户变量的方式，即为每个用户根据访问的先后顺序指定一个用户号，将这个用户号附加在仿真文件和仿真变量的末尾。这样，原先的仿真文件和变量复制成用户文件和用户变量，在Matlab基本工作空间中不再产生冲突。当仿真结束后，再将这些用户文件和变量进行删除。如启动jl.mdl模型代码为：

matlab.Execute("set_param('jl"+String.valueOf(Class1.yh)+"','simulationcommand','start');");

要将模型文件拷贝至同一个目录下，以原文件名+用户号为新的文件名，可以使用以下代码实现：

matlab.Execute("copyfile('E:/javavsmatlab/mwenjian/jl.mdl',

'E:/javavsmatlab/mwenjian/jl"+String.valueOf(Class1.yh)+".mdl')");

三 实例

为了提供一个基于网络的良好而又具备可交互性的实验环境，我们利用VRML、Java和Matlab三种技术混合开发了的理论力学中“铰链连接的双摆实验”网络虚拟实验系统。图2为铰链连接的双摆实验原理页面。当点击“实验操作”链接后，浏览器中显示逼真的三维仿真交互界面，使用鼠标和键盘可以方便的进行仿真控制。在文本输入框中分别设置实验参数：上摆初始角度为190，初始角速度为20，下摆初始角度为-160，初始角速度为-30，仿真时间为30秒，点击“运行”按钮后，铰链连接的双摆实验模型开始运动。实验界面如图3所示。

当铰链连接的双摆实验模型运动结束以后，点击“上摆角度与角速度关系相图”按钮，得到实验中上摆角度与角速度关系相图，如图4所示。点击“下摆角度与角速度关系相图”按钮，得到下摆角度与角速度关系相图，如图5所示。点击“上下摆的时间序列图”按钮，得到上下摆的时间序列图，如图6所示。根据这些实验结果可知，当参数设置是上摆初始角度为190，初始角速度为20，下摆初始角度为-160，初始角速度为-30，仿真时间为30秒时，系统是混沌态。

四 结论

作者运用VRML、Java和Matlab技术构建了“铰链连接的双摆实验”和“匀质陀螺在重力场中的应用”两个网络虚拟实验系统，经过实际使用和网络测试，此方案适用于复杂物理模型的仿真，充分发挥了多种技术的优势，在呈现方式、传输速度和算法编程上存在很多优势。

1 实验发行成本低、运行简单。本系统采用B/S结构，这种结构满足了网络实验教学的需要。客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行实验，同时由于网络虚拟实验内容存放在服务器端，易于实验功能扩展和管理。

2 在呈现方式上采用3D技术，丰富了媒体的表现形式，增强了学生实验的临境感。

3传输速度存在优势。服务器端与客户端之间以TCP/IP作为网络通信协议，数据传输保持双向和持续的通信。服务器端和客户端的计算负担平衡，都比较轻，当多用户同时访问服务器时，不会导致服务器过载的局面，符合虚拟实验仿真数据网络传输的要求。

4 由于实验模型的计算使用了专用计算软件，在实验数据计算和算法编程方面也表现出极强的优势。

同时，良好的实验交互方式促进了学生与虚拟实验模型的互动。学生可以通过鼠标拖拽实验对象，或者通过键盘设置实验参数操作虚拟实验模型，能在客户端看到三维实验模型的运动过程，通过相图、时序图等形式观察实验结果。实验过程和实验结果的直观化、形象化，能够促进学生对实验的深入探究，提高其问题解决能力。

参考文献

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[5] 金侠杰,邢科礼,林财兴.基于VRML-JAVA 的网络交互式虚拟装配环境构建[J].计算机仿真,2004,(10):126-129.

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[9] 郑笑建.控制系统网络虚拟实验室的研究与开发[D].浙江:浙江工业大学,2004.

[10] 黄铁军,柳键编译.VRML国际标准与应用指南[M].北京:电子工业出版社,1999:5-9.

第5篇：虚拟装配技术论文范文

【关键词】企业素材；数字化教学资源库；教学形态与工作过程

Explore how material based on the corporate construction of digital teaching resources library

Abstract：This article From the existing network teaching resource library construction faced lack of school-enterprise communication mechanism，and teaching resources to update lag and other practical problems to start，How to build a brand new，the learner-centered teaching resources and the docking，teaching patterns and the course of their work docking，learning is a flexible，rich and smooth communication channels of digital teaching resources database，a useful exploration.

Key words：Corporate material；Digital teaching resources library；Teaching form and process

1.引言

目前，许多教育软件机构、企业、高职院校在网络教学资源库的建设上进行着大量有益的探索，已有一些成效，但是还远远不能实现满足教师、在校学生、企业员工、社会访客等不同层面学习者对职业学习的迫切需求。现有的教学资源库开发建设主要面临着校企缺乏沟通机制，教育资源更新滞后，教学内容缺乏系统性、丰富性，难以应对双主体育人模式下对职业教学内容（知识点）与企业典型工作任务（能力点）之间的关联界定等现实问题。

网络教学资源库作为专业培训的重要支撑工具，大量的企业资源对职业培训而言正是优质的教学资源，但由于缺乏校企共建共享的资源平台，企业资源往往很难得到有效利用。正由于对行业企业既没有动力也没有约束机制，也就无法调动行业企业主动参与职业院校网络教学资源建设的积极性。虽然职业教育界曾试图通过校企合作、体制机制改革、政策驱动因素、税收优惠杠杆等多种途径解决企业参与职业教育积极性不高的瓶颈问题，但是其结果收效甚微、事倍功半。职业院校与行业企业沟通不足还体现在缺乏针对企业实际用人需求而设置人才培养方案及相配套的课程专业教学，无法适应行业高速的技术改革与创新，也就无法实现职业教学与企业典型工作任务之间的匹配，在使用一段时间后，新产品、新技术在不断更新，资源库却无法自动适应变化，无法做到持续更新，不能确保人才培养的适用性。如何以行业企业用人需求为教学依据，以新技术更新为学习热点，打通行业企业与教育界的无形壁垒成为关键。除此以外，现有的共享型资源库大多缺乏标准架构，且仅限于把做好的资源共享出来供人（读者）下载浏览；还有大多缺乏个性化设计，以教师为中心，学生被动式学习，为上网而上网，亦缺乏对学习状况的有效评估，致使人气不足，难以持续生存、运营。为此，就如何构建一个全新的、以学习者为中心、实现培训资源与企业对接、教学形态与工作过程对接、学习方式自由灵活、交流渠道丰富通畅的数字化教学资源库进行了有益的探索。

2.采用企业提供原始素材、学校整理与补充、企业审核修改校企合作共同开发的方式构建数字化教学资源库

职业教育既是教育体系的重要组成部分，又是经济社会发展的重要基础，这一双重属性特征，使职业教育明显不同于传统的学校教育，这也决定了职业教育的发展必须由教育界与企业界共同参与，决定了职业教育必须依托行业企业才能办出特色。从这一意义上讲，要做到真正打破教育界与企业界的隔阂与瓶颈，零距离对接职业教学与企业典型工作任务，确保资源持续更新，除了政府、企业、学校及其社会各阶层在遵循职业教育规律，各负其责、各司其职、共同努力之外，依托现代信息和网络技术，采用企业提供原始素材、学校整理与补充、企业审核修改校企合作共同开发的方式构建开放性、互动性、满足个性需求的数字化培训资源库，使学校、企业乃至社会各取所需、互利多赢，是调动企业参与职业教育的积极性，缩短职业教育从内容到形式上的滞后性的有效手段。

在校企合作开发教学资源时，发现企业在培训资源方面最大的优势是原始素材多，但是，最大的问题是缺乏系统性，为此，在合作协议中明确了校企分工，即企业提供原始素材，利用开发团队资源整理与二次开发的优势，由开发团队成员负责素材的整理与补充，在此基础上，由企业完成审核与修改。这种企业优质资源，对职业院校明确专业培养定位、确定人才培养规格、设计课程教学内容、系统设计实践体系等有非常重要的指导意义。比如在构建电子行业企业教学资源库时，选择国内三家具有代表性的大型企业--美资企业伟创力、陆资企业华为、台资企业富士康作为培训资源库开发的主要合作企业，和企业专家一起，针对三家企业目前岗位设置的基本情况，在充分考虑其他中小型企业岗位现状的基础上，有针对性选择了三个岗位层次（操作员、技术员、工程师）20个岗位作为教学资源开发对象（详见图1）。从新员工培训开始，到一线操作员、技术员、具有一定开发能力的工程师，这种资源构架既满足企业岗位的实际设置情况，又满足员工的职业成长规律，既方便企业有针对性地选择相关资源开展岗位培训，又有利于职业院校及师生了解企业岗位设置情况、职业成长历程，还能为其他社会学习者根据自身实际情况有针对性选择学习内容进行自主学习提供方便。

3.按照岗位的实际需求，参照企业培训的基本做法，构建教学资源关联结构与标准，让更多的人当作者或编辑，真正形成岗位的教学资源云

参照企业培训的一般做法，企业员工要能从事岗位相关工作，新员工入厂第一件事就是接受入职培训，其内容涵盖企业文化、职业心态与工作方法等，进入角色后，需清楚岗位做什么？怎么做？怎么做得更好？为此，针对每个岗位，在教学资源开发时都设计了“工作指引、设备使用、工具使用、材料使用、相关知识、质量评价、企业案例”等内容，通过“工作指引”告诉学习者岗位的具体工作内容，通过“设备使用、工具使用、材料使用、相关知识”告诉学习者具体工作任务怎么做，通过“质量评价、企业案例”告诉学习者怎样会做的更好。并且，在资源建设时尽可能多地考虑不同的主流设备、常用工具、常用材料等，这种培训内容的模块式设计，既能满足学习者完整地学习一个岗位所需的知识与技能，又能满足学习者有选择性地选择内容学习弥补自己的不足之处。这样，就可以很好地反映出各资源之间的内在联系，在资源库数据底层能找到职业教学内容（知识点）与企业典型工作任务（能力点）匹配机制，教学与企业实际能力需求不脱离。

在数字化教学资源库的制造及工艺类课程中，对于学生无机会或少机会接触的工具、夹具、量具、辅具提供了可虚拟装配、拆卸的三维模型，达到了通过专业教学资源库进行有效自主学习的目的。通过构建教学资源关联结构与标准，让更多的人当作者或编辑，真正形成岗位的教学资源云。

4.依托先进的网络技术，构建一个以学习者为中心、实现教学资源与企业对接、教学形态与工作过程对接、学习方式自由灵活、交流渠道丰富通畅的数字化教学资源库

目前的网络教学资源库很少提供丰富的学习社区功能，一般仅仅提供论坛、或者教师的在线答疑，由于其网络的封闭性，应用其资源库的人员有很大的局限性，没有充分发挥网络的跨时空、跨地域等特性。由于资源库仑参与者积极性不高，导致了其人气不旺，人气不旺又导致了资源的匮乏，长此以往，资源库就往往成了“鸡肋”，自然其生存都产生了问题，更别提其大力发展了。因此，必须从统一规划、整合共享、协同开放的角度重新构建网络教学资源库，其功能应强调自我更新、自我维护、教师工作空间、学生学习空间、虚拟社区、课程竞争等一系列强调使用的解决方案，界面美化、智能搜索、知识关联、作业等设计要求，以学生为中心，统一规划、整合共享、协同开放的角度来构建网络学习平台，使教学资源标准化，提供学习成果的有效评估，提供丰富的个性化的教与学手段，明确学习路线图，从而提高学生的学习兴趣和学习效率。这样不仅能实现教学资源与企业对接、教学形态与工作过程对接，而且能使学习方式自由灵活、交流渠道丰富通畅。

参考文献

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