虛擬裝配技術論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬裝配技術論文范文

關鍵詞 Pro/E 機械系統 實驗臺 虛擬設計

中圖分類號：TH132.41 文獻標識碼：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，機械領域的虛擬設計技術是利用三維設計軟件如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA等對機械裝置的零部件進行結構設計、虛擬裝配、運動仿真分析。它是基于計算機輔助設計技術，在虛擬環境中對機械產品進行設計，達到縮短研發周期、減少研發成本的目的。

多用途機械系統傳動實驗臺融鏈傳動、直齒圓柱齒輪傳動、直齒圓錐齒輪傳動、平面連桿傳動，蝸輪蝸桿傳動、絲桿螺母傳動以及齒輪齒條傳動等傳動機構于一體。該實驗臺以學生最為熟悉的課堂作為展示機械系統運動的場景，可以起到趣味性教學的目的，增加學生學習機械專業課程的興趣。敞開式的場景，在不用拆開演示臺的前提下就可以讓學生清楚地觀察到內部傳動機構的運動全過程，操作簡單、比較實用。多個傳動機構集中在一個場景展示，可以使學生系統性地認識不同機構的運動傳遞過程，有助于學生對不同的機構進行區別。

本文基于Pro/E平臺的虛擬設計技術，完成多用途機械系統傳動實驗臺各零件的三維建模設計，虛擬樣機裝配干涉檢查、機構運動仿真分析，在仿真中對結構設計進行優化設計，盡可能降低設計風險，避免實際制造中出現問題，從而使實驗臺一次性制造成功。

1 實驗臺典型零件齒輪的三維建模

通常，在Pro/E中每個零件的三維結構設計過程步驟基本相同，如下：（1）依據各個零件的三視圖，想象零件的形狀，為選擇合適的建模方法做好鋪墊。（2）根據零件的結構，選擇建模的方法。（3）根據零件的結構，進行草繪，然后利用拉伸、旋轉等特征操作，以完成零件的三維設計。（4）在已建零件模型上進行輔助特征設計，完成零件三維設計，然后保存。

多用途機械系統傳動實驗臺有多個不同類型的零件，三維設計的過程步驟基本相同，本論文只簡單闡述典型零件齒輪的三維設計過程步驟。

直齒圓柱齒輪由輪齒、鍵槽、軸孔等基本結構特征組成，創建標準直圓柱齒輪的三維參數化模型。主要操作步驟如下：

（1）創建齒輪設計參數：

在Pro/E軟件的產品參數化設置界面中，輸入齒輪的設計參數及相應的初始值，模數m=2，壓力角alpha=20度，齒根圓直徑df，齒頂圓直徑da，基圓直徑db，分度圓直徑d，齒寬b=30，齒數z=56，如圖1，添加完畢后，單擊【確定】按鈕。

（2）使用Pro/E的草繪功能先繪制基準曲線，后繪制四個尺寸任意的同心圓。

（3）調出Pro/E中各參數之間關系設置的對話框，在其中輸入標準直齒圓柱齒輪的關系式，如圖2，添加完畢后，單擊【確定】按鈕。

圖1 齒輪參數對話框

圖2 齒輪關系對話框

（4） 系統進入三維實體模式，單擊【編輯】頡駒偕模型】工具，自動生成滿足一定關系式的齒輪參照圓。

（5）單擊特征工具欄中的【基準曲線】工具，彈出的【曲線選項】菜單，單擊【從方程】―【完成】命令，在工作區選取系統默認的坐標系，單擊對話框中的【確定】按鈕，在彈出的【設置坐標系類型】菜單中，選擇【笛卡爾】坐標系，輸入形成齒輪漸開線的參數化方程，輸入完畢單擊【記事本】主菜單中的【文件】―【保存】命令，最后單擊【確定】按鈕。即可生成漸開線。

（6）創建鏡像漸開線特征。選取已繪制的齒輪漸開線的特征，選擇軟件中【特征】-【鏡像】命令，選擇基準平面DTM2作為鏡像平面，單擊【確定】按鈕。

（7）先進入草繪平面，選擇齒頂輪廓線，拉伸創建成齒輪基本實體。

（8）創建第一個齒槽特征。先進入草繪平面，再根據漸開線以及齒輪參照圓草繪出齒廓外形，然后對其進行拉伸切除，完成齒槽的創建。

（9）創建齒槽陣列特征。創建齒輪槽，選擇軟件征工具欄中的【陣列】命令，選擇軸陣列選項，輸入陣列個數56個，角度為360埃繕杓埔蟮某萋幀？

（10）拉伸切除創建成齒輪軸孔。

（11）拉伸軟件的切除功能畫出成齒輪鍵槽，完成齒輪的參數化設計如圖3所示。

圖3 齒輪參數化設計

2 實驗臺樣機的虛擬裝配

一般說，機械裝置的虛擬裝配是利用三維設計軟件在計算機中，對機械產品的結構進行設計與裝配。多用途機械系統傳動實驗臺主要包括學生運動機械傳動機構、教師運動機械傳動機構、時鐘運動機械傳動機構、教室門運動機械傳動機構以及投影幕布運動機械傳動機構五個部分。虛擬樣機在裝配時，首先把這5個運動機械傳動機構作為一個組件進行虛擬裝配，然后把這5個運動機械傳動機構裝配成整個實驗臺。

2.1 學生運動機械傳動機構虛擬裝配

學生運動機械傳動機構，主要由電動機、曲柄搖桿機構、連桿限位變形機構，以及固定構件課桌、課椅以及電機支架組成。虛擬裝配如圖4所示。小腿在固定在機架上，小手臂與機架在形成固定鉸鏈，小手臂、大手臂、身軀、大腿、小腿之間通過活動鉸鏈鏈接。電機通過曲柄搖桿機構，帶動五連桿限位變形機構運動，完成學生起立和坐下的動作。

圖4 學生運動機械傳動機構虛擬裝配圖

2.2 教師運動機械傳動機構虛擬裝配

教師運動傳動機構主要由：電動機;由16齒的大鏈輪、8齒的小鏈輪和鏈條組成的鏈傳動機構;齒輪齒條傳動機構;螺距6mm，單頭絲桿螺母傳動機構;限位開關、限位板以及講臺等固定構件組成，虛擬裝配如圖5所示。電機啟動，通過鏈傳動傳遞給絲桿，絲桿的旋轉運動轉變成螺母的直線運動，通過螺母上的銷軸帶動放置在螺母上的尺寸做直線移動，實現教師木偶人的移動，通過齒輪齒條機構實現教師旋轉90度面向學生的動作。

圖5 教師運動機械傳動機構虛擬裝配圖

2.3 時鐘運動機械傳動機構虛擬裝配

時鐘運動機械傳動機構主要由：電動機;齒數為35的蝸輪蝸桿傳動機構;每級大齒輪齒數45，小齒輪齒數13，模數1.5的二級直齒圓柱齒輪傳動機構以及電動機架、鐘罩和紅外位置探測器等固定構件組成，虛擬裝配如圖6所示。電機啟動，通過蝸輪蝸桿把運動傳遞給二級直齒圓柱齒輪，與蝸輪連接的第一級圓柱齒輪的小齒輪帶動分針轉動，第二級圓柱齒輪齒輪的大齒輪帶動時針轉動。

2.4 教室門運動機械傳動機構虛擬裝配

教室門運動機械傳動機構主要由：電動機;雙曲柄滑塊機構以及導桿、限位開關、電機機架等固定構件組成，虛擬裝配如圖7所示。電機啟動，帶動雙曲柄滑塊機構中雙曲柄轉動，曲柄通過連桿，帶動教室門在導軌上進行來回往復運動，實現教室門的開關。

圖6 時鐘運動機械傳動機構虛擬裝配圖

圖7 教室門運動機械傳動機構虛擬裝配圖

2.5 投影幕布運動機械傳動機構虛擬裝配

投影幕布運動機械傳動機構主要由：電動機，錐齒輪傳動機構組成，虛擬裝配如圖8所示。電機啟動，帶動大圓錐齒輪轉動，通過小圓錐齒輪帶動幕布上下運動。

圖8 投影幕布運動機械傳動機構虛擬裝配圖

2.6 多用途機械系統傳動實驗臺虛擬裝配

多用途機械系統傳動實驗臺虛擬樣機的主體裝配主要是學生運動機械傳動機構、教師運動機械傳動機構、時鐘運動機械傳動機構、教室門運動機械傳動機構以及投影幕布運動機械傳動機構五個傳動機構之間的裝配。虛擬樣在裝配時，為方便整個樣機的的虛擬裝配，可以把裝置的幾個相關零件組裝成組件，然后再把相關組件裝配在一起構建試實驗臺的整體結構，如圖9所示。

圖9 多用途機械系統傳動實驗臺虛擬裝配圖

3 結束語

多用途機械系統傳動實驗臺的虛擬設計，減少設計物理樣機所需的人力及時間，可以達到降低產品成本，縮短產品生產周期的目的。

基金項目：湖北省高等學校2014年省級大學生創新創業訓練計劃項目《多用途機械系統傳動實驗臺的設計研究》（項目編號：201411654009）、武漢商學院2014年大學生創新創業訓練計劃項目《多用途機械系統傳動實驗臺的設計研究》（項目序號：7）、武漢商學院2014年度教學研究項目《基于學生創新能力培養的課程教學研究―以機械設計基礎課程為例》（項目編號：2014Y013）的階段性研究成果

參考文獻

[1] 陳定方.羅亞波.虛擬設計[M].北京：機械工業出版社，2004：108-111.

第2篇：虛擬裝配技術論文范文

（武漢商學院 湖北 武漢 430056）

摘 要：文章以UG軟件為設計平臺，以伸縮繪圖桌為典型案例，應用虛擬設計技術，完成該伸縮繪圖桌各零件的三維實體設計、橫向伸縮機構、縱向伸縮機構以及升降機構三個部分虛擬裝配和整個伸縮繪圖桌的虛擬裝配。

關鍵詞 ：UG；伸縮；繪圖桌；虛擬設計

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：Adoi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．05．041

*基金項目：湖北省高等學校2014年省級大學生創新創業訓練計劃項目“一種新型繪圖桌的研制”（項目編號：201411654010）；武漢商學院2014年大學生創新創業訓練計劃項目“新型繪圖桌的設計研究”（項目序號：8）。

收稿日期：2015－01-15

0 引言

通常，機械制圖的課堂教學，以學生畫小圖為主，縮小繪圖桌的尺寸，可以在有限的教室里面，放置更多的繪圖桌，容納更多的學生進行手工繪圖，充分利用教室面積。在進行機械設計課程設計時，需要分組小班教學并且繪制大圖，這時需要在教室里放置大繪圖桌進行教學。新型繪圖桌尺寸可調，可根據學校實際教學需要合理使用繪圖桌，同時又方便學生進行繪圖。

伸縮繪圖桌通過伸縮機構調整繪圖桌的縱、橫向尺寸，以滿足A0、A1圖板的放置要求，實現不同規格圖板可使用同一繪圖架的目的。伸縮繪圖桌通過升降機構調整繪圖桌的高度尺寸，并可調整前、后支撐腳的高度實現圖板傾斜放置，以適應不同學生繪圖的方便性。

伸縮繪圖桌具有折疊功能，在需要存放或搬移時，可折疊放置，節省空間，方便移動。

UG軟件是集CAD／CAE／CAM，計算機輔助設計、計算機輔助分析以及計算機輔助制造于一體的三維參數化軟件，被廣泛地應用于航空、航天、汽車、通用機械和電子等工業領域。

本文基于UG平臺的虛擬設計技術，完成伸縮繪圖桌各零件的三維建模設計，虛擬裝配，在虛擬樣機裝配過程中，對裝配進行干涉檢測，以及時發現設計中的問題，在虛擬設計環境中對設計缺陷進行修正，對設計思路進行優化，以降低實際制造出現問題的風險，從而使伸縮繪圖桌一次性制造成功。伸縮繪圖桌主要由橫向伸縮機構、縱向伸縮機構以及升降機構組成，本文利用UG軟件，首先完成橫向伸縮機構、縱向伸縮機構以及升降機構的虛擬設計，最后完成繪圖桌的整個虛擬樣機的設計。

1 繪圖桌典型零件階梯軸的三維建模設計

伸縮繪圖桌的零件主要是軸類零件和板筋類零件，在UG中繪制軸類零件和板筋類的方法基本相似，下面以繪制階梯軸為例，闡述在UG中進行零件三維建模的一般步驟及過程。

（1）單擊工具欄中新建圖標，選擇模型類型，建立模型模塊。

（2）單擊工具欄中圓柱圖標，在對話框中設置圓柱體的參數。

①在【類型】下拉列表中選擇【軸、直徑和高度】

②在【制定矢量】下拉列表中選擇圓柱的軸向方向圖標；

③設定圓柱直徑、高度以及中心；

④單擊確定完成階梯軸一段圓柱的建模。

（3）在【凸臺】對話框中設定階梯軸另一圓柱的相關參數。

①設置圓臺的直徑、 高度及錐角；

②設定圓臺的放置面、選擇合適的定位方法。

（4）重復以上凸臺建立的步驟，生成階梯軸的其他部分。

2 伸縮繪圖桌的虛擬樣機設計

伸縮繪圖桌主要由橫向伸縮機構、縱向伸縮機構、升降機構組成，基于UG軟件設計環境的伸縮繪圖桌虛擬樣機設計如下。

2．1 伸縮機構

（1）橫向伸縮機構。

伸縮繪圖桌的橫向伸縮機構如圖1所示，兩對伸縮套管套在空心的伸縮軸上，伸縮軸的左右兩邊各開設有兩兩對稱布置的四個定位孔，用于確定A0、A1圖板的橫向尺寸位置，伸縮套管上有一個定位孔，當伸縮管上的定位孔與伸縮軸上的某個定位孔配對時，通過蝶形螺母和螺栓進行固定，方便拆裝，可以滿足放置A0或A1圖板的橫向尺寸。

伸縮軸上內、外側兩孔中心線沿軸線方向距離分別為A1、A0圖板橫向尺寸1200mm與900mm。考慮在加工和安裝過程中存在的誤差，以及繪圖板實際尺寸誤差，伸縮軸上的孔采用形似鍵槽的半圓頭孔，可在±8mm范圍內調節橫向尺寸滿足實際圖板要求。此外，在伸縮軸的中間焊接一4mm寬圓柱形擋塊，將左右兩側伸縮套管隔開（見圖2）。

（2）縱向伸縮機構。

伸縮繪圖桌縱向伸縮機構如圖3所示，繪圖桌立柱套管與立柱上分別焊接一焊接板，通過螺栓連接伸縮槽板或伸縮板，伸縮槽板上銑有一定長度的通槽，伸縮板上開有通孔，兩者通過蝶形螺母和螺栓連接，螺栓在通槽里自由滑動實現繪圖桌支撐腳之間縱向尺寸調整。

考慮零件制造和安裝誤差以及圖板實際尺寸誤差，縱向尺寸在圖板標準寬度尺寸基礎上設置了約為±10mm的調節范圍，滿足圖板實際寬度尺寸需要。

如圖4、圖5所示，分別為調節后的A0、A1圖板用伸縮繪圖桌。

2．2 升降機構

繪圖桌支撐腳的立柱套管上銑如圖6所示通槽，套管內套有采用空心管的立柱支撐，立柱上開有小通孔，將立柱小孔對準立柱套管不同高度定位槽通過螺栓聯接。進行高度調節時，將蝶形螺母擰松，向內側方向轉動立柱，使立柱小孔與螺栓對準立柱套管中間的豎直槽，然后將立柱沿軸線方向移動，調節到合適高度后，向外側方向轉動立柱，立柱小孔對準高度定位槽后鎖緊螺母。通過此方式調整立柱套管與立柱之間的相對距離，實現繪圖桌高度尺寸的調整，并且可通過調節前、后支撐腳不同高度實現圖板傾斜放置。

如圖7所示為A0圖板傾斜放置圖，此繪圖桌所采用的方式為前面兩立柱定于最大高度處，后面兩立柱定位于最低高度，實現圖板最大傾斜角度。在使用過程中，根據繪圖者習慣，通過調節前、后支撐高度，將圖板置于合適傾斜角度。

安裝好的繪圖桌，由于地面不平或繪圖桌本身誤差可能會導致放置不平穩，因此本設計中，在立柱下端焊接開有螺紋孔的小支撐圓柱，安裝墊腳螺釘，通過調節墊腳螺釘，將圖板放置平穩。

2．3 圖板的放置

如圖8所示，圖板放置于四個支撐平板上，支撐平板與支撐套管焊接為一體，并焊接對稱布置的四塊筋板增加支撐可靠性，如圖9所示，支撐套管套在伸縮套管上，支撐套管可在伸縮套管上繞軸線自由轉動，使得當圖板傾斜一定角度時，圖板與支撐平板接觸良好。為固定支撐平板放置的角度，在支撐套管下端開小孔，并焊接圓螺母，使用蝶形螺釘將支撐套管緊定于伸縮套管上。

為防止圖板放置后左右滑動，在四個支撐平板外側焊接擋板。此外，為防止圖板傾斜放置時出現下滑現象，在繪圖桌后方兩個支撐平板上焊接防止下滑擋板。

2．4 折疊功能

繪圖桌具有折疊功能，在搬移或者存放過程中，可將其折疊，節省空間，方便移動。圖10所示為折疊后的繪圖桌，此折疊方式為縱、橫向尺寸及高度尺寸最小的情況，也可將立柱套管伸縮槽板和伸縮板向下旋轉折疊。

2．5 伸縮繪圖桌整體結構

如圖11所示伸縮繪圖桌整體結構，伸縮套管安裝在伸縮軸上，可沿伸縮軸軸線方向自由移動，實現繪圖桌橫向尺寸的變化；伸縮板可沿伸縮伸縮槽板長度方向自由移動，實現繪圖桌縱向尺的變化；立柱與立柱套管同軸安裝，通過軸向自由移動實現繪圖桌高度尺寸調節和圖板傾斜角度調節。

參考文獻

1 李樹敏，牛德青，姚春玲． 基于 UG NX 的軸類零件的計算機輔助設計［J］．現代制造技術與裝備，2014（5）

2 吳利霞．基于UG的齒輪參數化設計及運動仿真分析研究［D］．北京：北京郵電大學，2009

3 張勛． 基于UG的軸類零件特征建模方法研究［D］．蘭州：蘭州理工大學，2006

（責任編輯 吳 漢）

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第3篇：虛擬裝配技術論文范文

論文摘要：在《機械設計基礎》課程設計中采用UG（Unigraphics）軟件指導學生進行減速器的結構設計，可以增加學生的學習興趣，提高學生的空間想象能力。

《機械設計基礎》課程是機械類專業一門重要的技術基礎課程。課程設計是培養學生機械綜合設計能力、創新能力和工程意識的重要環節，是啟迪學生的創新思維、開拓學生創新潛能的重要手段，將為以后的專業課程設計和畢業設計奠定基礎，在教學計劃中具有承上啟下的重要作用。我院《機械設計基礎》課程設計選用的題目是傳動裝置中的減速器設計，在以前的課程設計中發現，由于學生空間想象能力不足，往往照葫蘆畫瓢，導致學生對自己設計的減速器結構似懂非懂，影響了設計質量。筆者結合自己對UG（Unigraphics）軟件技術的掌握，對教學中如何提高學生空間思維能力的問題進行了探索。

人們的認識過程建立在實踐活動中，從具體到抽象，從感性認識上升到理性認識，在此過程中，如果缺乏與之有關的感性認識作為基礎，理解起來很難。《機械設計基礎》課程是理論性和實踐性都很強的課程，內容比較抽象，減速器結構設計離不開空間想象，離不開對空間形體的分析和表達。根據心理學的觀點，空間想象能力是形象思維與抽象思維兩種思維活動的分析、綜合、加工處理，從而產生新形象的一種綜合性能力，主要來源于對空間形體的感性認識。課程設計能培養學生對空間形體的想象能力、分析能力和表達能力。這三種能力彼此關聯，相互促進。在教學中從學生的身心發展規律和學生實際出發培養學生空間想象能力的途徑有很多，利用UG軟件進行多媒體教學是非常有效的方法之一。

UG系統起源于美國麥道飛機公司。多年來，UG系統匯集了美國航空航天與汽車工業的專業經驗，發展成為世界一流的綜合性的設計、分析和制造一體化的集成系統。可以實現從產品的概念設計、結構設計、虛擬現實到靜力學及動力學強度分析，最后由CAM模塊實現計算機輔助加工制造，貫穿了產品的開發和制造全過程。UG技術提供的草圖功能、曲線曲面建模、基于特征的實體建模、虛擬裝配建模、機構運動仿真、分析等技術手段，給機構設計提供了極大的方便。相關技術手段的結合應用不僅能快速構建出相關的機構的抽象模型，也能把這種模型快速地映射于機構的裝配模型，還能對機構進行快速的運動分析仿真、運動干涉檢查及動力學分析等。

在課程設計之前，為了增強學生的感性認識，最好進行軸系結構測繪和減速器結構裝拆實驗，因為這兩個實驗有利于學生進一步掌握機械結構設計知識、了解結構設計的原則，建立軸系組成的基本概念。在課程設計開始時，學生往往不知從何下手，教師首先應該介紹一下設計總體過程。采用課件比較方便，然而也有很大的局限性，因為制作好的軟件不宜改動，教學內容的個性與教學過程的適宜性受到了限制，在課堂上不利于發揮教師的主觀能動性，不利于最大限度地融入和體現教師的設計思想、教學特色和個人風格。筆者采用UG軟件對零件直接進行三維建模和用UG建造好的虛擬模型進行教學，在課堂的動態教學中能夠隨機應變、按需造型以及修改模型，提高課堂教學質量。采用UG軟件建造的虛擬模型比以前采用實物模型來增強學生感性認識要好，因為實物模型由于體積和重量原因會造成攜帶、拆卸和解剖不便，且操作較為費時。而UG軟件創建的三維模型精度高、質感好、形象逼真、色彩豐富，利用UG的局部放大、平移和翻轉等工具，能夠在屏幕上觀察零件復雜形體的外形與內腔、相貫體中相貫線的變化等各個側面和局部細節特征；可以直觀地顯現整個零件的結構，裝配體中零件之間的連接關系，使教學中的知識難點更加清晰、生動、形象；也可以根據不斷變化的教學內容和不同的教學對象的需求，利用UG軟件方便地進行教學模型的修改與新建，滿足教學中對模型種類及數量的需要，并能顯著降低教學成本。

在介紹設計過程時，如果采用機械制圖方法將零件的三維實體利用投影法原理將其轉化到二維平面圖上，再通過二維視圖想象出三維形狀講解減速器結構設計，則學生理解這些傳統的二維平面圖知識需要有豐富的空間想象力。即使用一些軸測圖，也只能看到實體的部分表面，不能解決教學中向學生講解清楚空間幾何體的形體問題。

并且學生的認識始終停留在二維圖紙上，不能很好地了解結構設計對整機性能的影響以及單個零件與整機之間的關聯關系，不清楚自己設計的結構是否合理。筆者在教學中采用UG軟件教學，使學生看到零件的設計過程，讓學生看到教師在繪圖過程中的細節，并且使用UG對減速器各個零件進行裝配，使學生比較容易理解。如圖（軸上零件周向、徑向定位）所示，在講解對減速器軸上各個零件進行裝配時，介紹裝配基準，演示如何進行傳動件的周向和軸向固定；軸的支承、固定；軸承類型如何選擇，應考慮哪些因素，軸承如何裝配，間隙如何調整等問題；各零件之間的相互位置關系、零件的布置方案、裝拆順序；圖樣上的尺寸和公差標注及零件的結構工藝性應注意的問題等等。這樣，不僅能在較短時間內給學生提供正確的示范，培養學生的幾何構思能力，同時介紹了有關結構工藝知識，培養學生合理的設計思維，有利于學生理解減速器的工作原理、裝配關系、各零件的相對位置關系以及各零件的結構特點。這種視覺效果的刺激能增強學生的分析、認識和記憶能力，開拓學生的知識面，活躍課堂氣氛，提高學生的學習興趣，也能充分發揮計算機與教師的雙重作用。

軸上零件周向、徑向定位圖

三維設計是工業發展的趨勢，我院機械類專業學生獲得UG或PRO/E三維設計技能證書是學生的畢業條件之一，這樣的要求有利于提高學生實際工程設計能力，創新意識和就業的競爭能力。因為在課程設計之前，一些學生已經學習了UG或PRO/E軟件，在課程設計中應鼓勵學生采用三維設計。將三維設計融入課程設計，學生可以利用UG強大的參數化功能和裝配功能，完成各零件的設計和裝配。由于學生缺乏實際經驗，往往要對某些結構不夠合理的地方進行多次修改，采用UG軟件只需修改零件的某個參數的數值即可完成整體修改。而采用二維設計，結構變動較大時則不得不重新設計并花費很多時間進行繪圖。而采用三維設計，整個設計過程符合學生的認知規律，能使學生更加深入地理解設計的內涵，增強學生的設計想象力，啟迪學生的思維，引導學生實現探究性學習。三維設計能夠使學生直觀地看到自己的設計成果，增強學生的成就感。而且學生在完成三維設計后，利用UG的制圖轉換功能，可將使用實體建模功能創建的零件或裝配模型引用到工程圖模塊中，快速轉換為二維的工程圖，再進行尺寸標注、注釋等等，最終完成課程設計所要求的圖紙，從而提高學生的專業制圖識圖能力，加深學生對三維設計與二維工程圖之間關系的理解。

實踐表明，用UG軟件講授減速器的結構設計，可以激發學生的觀察力、想象力及邏輯聯想能力，能夠達到“教人以漁，則終身受用無窮”的效果。不過，雖然現代教學技術開闊了學生的視野，提高了學習的趣味性與教學效率，然而教學卻具有生成性，對課堂上出現的新問題，教師的板書和分析必不可少。因此，在教學實踐中應當將傳統教學和現代教學技術有機結合，不斷地研究新的教學方法，與時俱進，注意使各種教學手段相互穿插、補充，這樣才能提高學生的學習興趣，增強他們學習的主動性，實現教學效果的最優化。

參考文獻：

第4篇：虛擬裝配技術論文范文

【關鍵詞】網絡虛擬實驗；體系結構；VRML；Java；Matlab/Simulink

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097 (2008) 10―0125―04

引言

實驗教學不僅能幫助學生形成正確的概念，加深對規律的理解，而且與課堂理論教學相比，實驗課程為培養和提高學生動手實踐能力、研究能力、創新意識等綜合科學素質的培養提供了較好的路徑。因此，實驗課程在學科教學中具有不可替代的作用。但是隨著高等教育的普及，對實驗資源的需求與目前存在的實驗條件不足之間的矛盾日益突出；傳統實驗教學模式存在不容忽視的弊端，制約了學校實驗教學質量的提高；遠程教育中的實驗教學一直是傳統遠程教育的難點。隨著計算機技術、多媒體技術和網絡技術的發展，網絡虛擬實驗室的構建成為可能。通過網絡環境實施虛擬實驗，能拓寬信息渠道與流量，擴大實踐活動的范圍，提高教學效率。網絡虛擬實驗系統不僅可以作為課堂實驗教學的補充，而且為遠程教育中實驗教學的開展注入了新的活力。

目前網絡虛擬實驗系統構建技術的相關研究很多[1-6]，大多數研究側重于使用單一技術實現網絡虛擬實驗系統；側重于研究VRML技術與Java技術相結合實現網絡虛擬實驗系統，突出三維立體感和交互性強的特點[5-7]；研究運用Java與Matlab技術相結合實現網絡虛擬實驗系統，突出通訊和運算功能。[8-9]本文結合大學物理課程中涉及的實驗模型比較復雜等特點，提出了基于VRML、Java與Matlab三種技術實現網絡虛擬實驗系統，既突出系統較強的三維立體感與交互性，又突出較強的運算能力和傳輸能力。通過采用虛擬現實等技術在Web中創建虛擬的三維實驗環境，實驗者可以在客戶端通過鼠標的點擊與拖曳或通過鍵盤的操作對虛擬場景中的三維實驗對象進行操縱和數據處理。學生可以像在真實的環境中一樣完成各種預定的實驗項目，觀察實驗過程，獲得實驗結果。

一 系統體系結構

系統采用B/S體系結構，通過瀏覽器遠程訪問服務器端的實驗程序。為了使服務器與客戶機之間的工作負擔平衡，我們將實驗三維圖形和實驗結果圖部署在客戶端，在客戶端實現三維圖形的可視化體系。

系統在邏輯上分為三層：表現層、通訊層和仿真控制層，體系結構圖如圖1所示。表現層由Java Applet程序和VRML構建的3D場景以及Html網頁腳本組成。利用Java套接字，通過部署在客戶端的Java Applet和服務器端Java應用程序實現通訊層。仿真控制層是利用Matlab/Simulink進行實驗建模和仿真運算。實驗專用服務器WLVLAB由Java語言編寫，由通訊層服務器端程序與仿真控制層之間的交互程序和傳輸層服務器端程序構成。其具體原理是，表現層通過Java Applet程序接受用戶設置的實驗參數，通過Java Socket進行網絡通信，將實驗參數傳送到實驗專用服務器WLVLAB上。專用服務器WLVLAB通過部署在服務器端的仿真控制層Matlab的COM接口，將實驗參數傳送到仿真控制層進行仿真運算，運算結束后再將實驗結果傳送回客戶端。表現層上的Java Applet程序根據實驗結果值動態地去控制 VRML場景中三維實驗模型，顯示實驗結果圖。本系統支持多線程機制，能同時允許多個使用者訪問本系統。

二 系統關鍵技術的實現

1 三維實驗場景文件

虛擬實驗場景采用VRML技術實現。VRML是虛擬現實建模語言，是一種三維場景的描述性語言，其基本原理是用文本信息描述三維場景，在Internet上傳輸，在本地機上由VRML的瀏覽器解釋生成三維場景[10]。VRML源文件是一種ASCII碼的描述語言，一般使用記事本就可以編寫，但是直接使用VRML語言編寫三維場景比較煩瑣，通常采用專門編輯器構建，如V-Realm Builder2.0，VrmlPad，Cosmo World等。對于復雜的三維場景可以采用3DS Max建模，它提供了VRML插件輔助工具，可直接輸出場景，包括幾何造型、材質、動畫等。

2 客戶端Java Applet程序實現

Java Applet能跨平臺地運行于網絡中的各種不同類型的計算機上。客戶端的計算機，只要安裝了支持Java的瀏覽器，一旦和網絡中的服務器建立了連接，就可以從服務器端下載嵌入了Applet的網頁文件，并在本地機的瀏覽器上運行含有Applet的網頁。通過文本編輯器編寫的Java Applet源程序必須經過編譯，生成擴展名為.class字節碼程序才能嵌入網頁文件中運行。表現層Java Applet程序主要實現以下幾部分功能：

（1） 界面布局：包括實驗參數、控制按鈕的設置與布局。

（2） 與VRML場景進行交互：由于系統需要在瀏覽者與VRML場景之間進行頻繁的信息交換，所以選用VRML2.0提供的外部編程接口EAI對VRML場景進行擴展，實現與Java Applet的交互[11]。EAI在Java Applet與VRML場景進行通訊時，首先需要獲取Brower類的實例，通過調用封裝在vrml.省略包中。在程序包中提供了Socket和ServerSocket兩個類來進行套接字編程，Socket提供了客戶機的套接字接口，ServerSocket提供了服務器套接字接口。對于客戶端，通過給類Socket提供服務器的IP地址，或者主機名，服務器的端口號，就可以和服務器端建立連接。該Socket對應的輸入流連接到服務器的輸出流，輸出流連接到服務器的輸入流，通信結束后，調用該Socket對象的close()方法進行關閉連接。對于服務器端，通過生成一個ServerSocket對象用于監聽，服務器的ServerSocket.accept()收到一個來自Clinet端的請求，并返回一個用于與該Client通信的Socket對象。應用程序調用該對象方法getInputStream()，getOutputStream()可以獲得向該連接讀寫數據的輸入/輸出流，再調用輸入/輸出流提供的讀寫函數read()，writeline()等實現與對方的通信。與該客戶通信完畢后，調用Socket.close()關閉Socket，這時，服務器仍處于監聽狀態，繼續接受客戶請求。調用ServerSocket.close()結束監聽服務，終止服務器運行。

Java語言與Matlab語言之間的通信由ActiveX自動協議來執行，通過使用mlapp.tlb的Matlab類型定義文件，可以簡單地生成一組用來完成ActiveX與Matlab通信的Java類和接口函數。用戶只須創建實例對象，通過使用這些類提供的方法，任何Matlab命令都可以以變元的方式在它的工作空間進行計算，計算結果以字符串的方式返回。由于Matlab可以從命令行運行Simulink模型，利用上述方法也能輕松實現Simulink與Java的交互。

當多用戶同時訪問服務器中的同一個實驗時，就會在Matlab基本工作空間中生成多個同名變量，這些同名變量會相互覆蓋，最終會導致實驗界面返回的實驗結果不正確。為了解決這個問題，我們采用用戶文件和用戶變量的方式，即為每個用戶根據訪問的先后順序指定一個用戶號，將這個用戶號附加在仿真文件和仿真變量的末尾。這樣，原先的仿真文件和變量復制成用戶文件和用戶變量，在Matlab基本工作空間中不再產生沖突。當仿真結束后，再將這些用戶文件和變量進行刪除。如啟動jl.mdl模型代碼為：

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

要將模型文件拷貝至同一個目錄下，以原文件名+用戶號為新的文件名，可以使用以下代碼實現：

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

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

三 實例

為了提供一個基于網絡的良好而又具備可交互性的實驗環境，我們利用VRML、Java和Matlab三種技術混合開發了的理論力學中“鉸鏈連接的雙擺實驗”網絡虛擬實驗系統。圖2為鉸鏈連接的雙擺實驗原理頁面。當點擊“實驗操作”鏈接后，瀏覽器中顯示逼真的三維仿真交互界面，使用鼠標和鍵盤可以方便的進行仿真控制。在文本輸入框中分別設置實驗參數：上擺初始角度為190，初始角速度為20，下擺初始角度為-160，初始角速度為-30，仿真時間為30秒，點擊“運行”按鈕后，鉸鏈連接的雙擺實驗模型開始運動。實驗界面如圖3所示。

當鉸鏈連接的雙擺實驗模型運動結束以后，點擊“上擺角度與角速度關系相圖”按鈕，得到實驗中上擺角度與角速度關系相圖，如圖4所示。點擊“下擺角度與角速度關系相圖”按鈕，得到下擺角度與角速度關系相圖，如圖5所示。點擊“上下擺的時間序列圖”按鈕，得到上下擺的時間序列圖，如圖6所示。根據這些實驗結果可知，當參數設置是上擺初始角度為190，初始角速度為20，下擺初始角度為-160，初始角速度為-30，仿真時間為30秒時，系統是混沌態。

四 結論

作者運用VRML、Java和Matlab技術構建了“鉸鏈連接的雙擺實驗”和“勻質陀螺在重力場中的應用”兩個網絡虛擬實驗系統，經過實際使用和網絡測試，此方案適用于復雜物理模型的仿真，充分發揮了多種技術的優勢，在呈現方式、傳輸速度和算法編程上存在很多優勢。

1 實驗發行成本低、運行簡單。本系統采用B/S結構，這種結構滿足了網絡實驗教學的需要。客戶端只需一個集成Java虛擬機的瀏覽器即可運行實驗，同時由于網絡虛擬實驗內容存放在服務器端，易于實驗功能擴展和管理。

2 在呈現方式上采用3D技術，豐富了媒體的表現形式，增強了學生實驗的臨境感。

3傳輸速度存在優勢。服務器端與客戶端之間以TCP/IP作為網絡通信協議，數據傳輸保持雙向和持續的通信。服務器端和客戶端的計算負擔平衡，都比較輕，當多用戶同時訪問服務器時，不會導致服務器過載的局面，符合虛擬實驗仿真數據網絡傳輸的要求。

4 由于實驗模型的計算使用了專用計算軟件，在實驗數據計算和算法編程方面也表現出極強的優勢。

同時，良好的實驗交互方式促進了學生與虛擬實驗模型的互動。學生可以通過鼠標拖拽實驗對象，或者通過鍵盤設置實驗參數操作虛擬實驗模型，能在客戶端看到三維實驗模型的運動過程，通過相圖、時序圖等形式觀察實驗結果。實驗過程和實驗結果的直觀化、形象化，能夠促進學生對實驗的深入探究，提高其問題解決能力。

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第5篇：虛擬裝配技術論文范文

【關鍵詞】企業素材；數字化教學資源庫；教學形態與工作過程

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，許多教育軟件機構、企業、高職院校在網絡教學資源庫的建設上進行著大量有益的探索，已有一些成效，但是還遠遠不能實現滿足教師、在校學生、企業員工、社會訪客等不同層面學習者對職業學習的迫切需求。現有的教學資源庫開發建設主要面臨著校企缺乏溝通機制，教育資源更新滯后，教學內容缺乏系統性、豐富性，難以應對雙主體育人模式下對職業教學內容（知識點）與企業典型工作任務（能力點）之間的關聯界定等現實問題。

網絡教學資源庫作為專業培訓的重要支撐工具，大量的企業資源對職業培訓而言正是優質的教學資源，但由于缺乏校企共建共享的資源平臺，企業資源往往很難得到有效利用。正由于對行業企業既沒有動力也沒有約束機制，也就無法調動行業企業主動參與職業院校網絡教學資源建設的積極性。雖然職業教育界曾試圖通過校企合作、體制機制改革、政策驅動因素、稅收優惠杠桿等多種途徑解決企業參與職業教育積極性不高的瓶頸問題，但是其結果收效甚微、事倍功半。職業院校與行業企業溝通不足還體現在缺乏針對企業實際用人需求而設置人才培養方案及相配套的課程專業教學，無法適應行業高速的技術改革與創新，也就無法實現職業教學與企業典型工作任務之間的匹配，在使用一段時間后，新產品、新技術在不斷更新，資源庫卻無法自動適應變化，無法做到持續更新，不能確保人才培養的適用性。如何以行業企業用人需求為教學依據，以新技術更新為學習熱點，打通行業企業與教育界的無形壁壘成為關鍵。除此以外，現有的共享型資源庫大多缺乏標準架構，且僅限于把做好的資源共享出來供人（讀者）下載瀏覽；還有大多缺乏個性化設計，以教師為中心，學生被動式學習，為上網而上網，亦缺乏對學習狀況的有效評估，致使人氣不足，難以持續生存、運營。為此，就如何構建一個全新的、以學習者為中心、實現培訓資源與企業對接、教學形態與工作過程對接、學習方式自由靈活、交流渠道豐富通暢的數字化教學資源庫進行了有益的探索。

2.采用企業提供原始素材、學校整理與補充、企業審核修改校企合作共同開發的方式構建數字化教學資源庫

職業教育既是教育體系的重要組成部分，又是經濟社會發展的重要基礎，這一雙重屬性特征，使職業教育明顯不同于傳統的學校教育，這也決定了職業教育的發展必須由教育界與企業界共同參與，決定了職業教育必須依托行業企業才能辦出特色。從這一意義上講，要做到真正打破教育界與企業界的隔閡與瓶頸，零距離對接職業教學與企業典型工作任務，確保資源持續更新，除了政府、企業、學校及其社會各階層在遵循職業教育規律，各負其責、各司其職、共同努力之外，依托現代信息和網絡技術，采用企業提供原始素材、學校整理與補充、企業審核修改校企合作共同開發的方式構建開放性、互動性、滿足個性需求的數字化培訓資源庫，使學校、企業乃至社會各取所需、互利多贏，是調動企業參與職業教育的積極性，縮短職業教育從內容到形式上的滯后性的有效手段。

在校企合作開發教學資源時，發現企業在培訓資源方面最大的優勢是原始素材多，但是，最大的問題是缺乏系統性，為此，在合作協議中明確了校企分工，即企業提供原始素材，利用開發團隊資源整理與二次開發的優勢，由開發團隊成員負責素材的整理與補充，在此基礎上，由企業完成審核與修改。這種企業優質資源，對職業院校明確專業培養定位、確定人才培養規格、設計課程教學內容、系統設計實踐體系等有非常重要的指導意義。比如在構建電子行業企業教學資源庫時，選擇國內三家具有代表性的大型企業--美資企業偉創力、陸資企業華為、臺資企業富士康作為培訓資源庫開發的主要合作企業，和企業專家一起，針對三家企業目前崗位設置的基本情況，在充分考慮其他中小型企業崗位現狀的基礎上，有針對性選擇了三個崗位層次（操作員、技術員、工程師）20個崗位作為教學資源開發對象（詳見圖1）。從新員工培訓開始，到一線操作員、技術員、具有一定開發能力的工程師，這種資源構架既滿足企業崗位的實際設置情況，又滿足員工的職業成長規律，既方便企業有針對性地選擇相關資源開展崗位培訓，又有利于職業院校及師生了解企業崗位設置情況、職業成長歷程，還能為其他社會學習者根據自身實際情況有針對性選擇學習內容進行自主學習提供方便。

3.按照崗位的實際需求，參照企業培訓的基本做法，構建教學資源關聯結構與標準，讓更多的人當作者或編輯，真正形成崗位的教學資源云

參照企業培訓的一般做法，企業員工要能從事崗位相關工作，新員工入廠第一件事就是接受入職培訓，其內容涵蓋企業文化、職業心態與工作方法等，進入角色后，需清楚崗位做什么？怎么做？怎么做得更好？為此，針對每個崗位，在教學資源開發時都設計了“工作指引、設備使用、工具使用、材料使用、相關知識、質量評價、企業案例”等內容，通過“工作指引”告訴學習者崗位的具體工作內容，通過“設備使用、工具使用、材料使用、相關知識”告訴學習者具體工作任務怎么做，通過“質量評價、企業案例”告訴學習者怎樣會做的更好。并且，在資源建設時盡可能多地考慮不同的主流設備、常用工具、常用材料等，這種培訓內容的模塊式設計，既能滿足學習者完整地學習一個崗位所需的知識與技能，又能滿足學習者有選擇性地選擇內容學習彌補自己的不足之處。這樣，就可以很好地反映出各資源之間的內在聯系，在資源庫數據底層能找到職業教學內容（知識點）與企業典型工作任務（能力點）匹配機制，教學與企業實際能力需求不脫離。

在數字化教學資源庫的制造及工藝類課程中，對于學生無機會或少機會接觸的工具、夾具、量具、輔具提供了可虛擬裝配、拆卸的三維模型，達到了通過專業教學資源庫進行有效自主學習的目的。通過構建教學資源關聯結構與標準，讓更多的人當作者或編輯，真正形成崗位的教學資源云。

4.依托先進的網絡技術，構建一個以學習者為中心、實現教學資源與企業對接、教學形態與工作過程對接、學習方式自由靈活、交流渠道豐富通暢的數字化教學資源庫

目前的網絡教學資源庫很少提供豐富的學習社區功能，一般僅僅提供論壇、或者教師的在線答疑，由于其網絡的封閉性，應用其資源庫的人員有很大的局限性，沒有充分發揮網絡的跨時空、跨地域等特性。由于資源庫侖參與者積極性不高，導致了其人氣不旺，人氣不旺又導致了資源的匱乏，長此以往，資源庫就往往成了“雞肋”，自然其生存都產生了問題，更別提其大力發展了。因此，必須從統一規劃、整合共享、協同開放的角度重新構建網絡教學資源庫，其功能應強調自我更新、自我維護、教師工作空間、學生學習空間、虛擬社區、課程競爭等一系列強調使用的解決方案，界面美化、智能搜索、知識關聯、作業等設計要求，以學生為中心，統一規劃、整合共享、協同開放的角度來構建網絡學習平臺，使教學資源標準化，提供學習成果的有效評估，提供豐富的個性化的教與學手段，明確學習路線圖，從而提高學生的學習興趣和學習效率。這樣不僅能實現教學資源與企業對接、教學形態與工作過程對接，而且能使學習方式自由靈活、交流渠道豐富通暢。

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