机械虚拟设计与制造

1、机械虚拟设计与制造课程负责人：杜宝江开课部门：机械工程编写时间：年月课程代码学分总学时理论学时实验(实践) 学时上机学时课程英文名称面向对象机械设计制造及其自动化本科专业前修课程工程制图基础，机械原理，电工与电子学，机械测试与控制基础，计算机辅助三维或要求结构课程设计，机械制造技术，计算机辅助设计技术，虚拟制造技术等一、课程内容简介“机械虚拟设计与制造”是机械设计制造及自动化专业的专业实验课。本实验通过基础软件和自主开发的模型信息库支撑的拖动搭建设计和虚机实电校验软件组成的实验系统，实现机械装备机、电、液结构与工艺综合设计方法与能力训练，培养学生对机械装备结构的认知和综合设计知识运用和实际设计

2、能力，加强创新思维锻炼，提高设计水平和效能及绿色制造和可持续发展理念的素质，并为后续学期的机械制造和综合实验等课程打下基础。二、实验教案目的与任务掌握典型机电装备的结构组成和运行原理、机零部件参数化设计、标准标配件参数化设计、自动化控制系统设计、数字分析与结构优化设计、装备虚拟样机生成和模拟运行、虚机实电设计稿合理性检测、机械加工工厂的生产布局、工艺物流流程和生产管理的熟悉和认知等与大装备设计相关的综合设计方法、步骤和实现技术。针对实物实验中难以实现的大型机电装备的机械结构、控制、工艺相关的综合设计能力的实践训练，提升学生的机械装备的结构和制造工艺综合设计校验能力；利用虚拟设计和虚拟制造实验教

3、案手段，让学生直观地了解和熟悉现代装备机电液结构和加工工艺设计技术和虚拟样机的生成与设计合理性校验方法、掌握虚拟设计和制造的原理、优势和实现过程，提高装备设计和绿色制造的实操水平，培养学生机电装备综合设计能力和现代设计技术的运用能力。提升学生运用虚拟制造技术的知识和技术解决装备产品设计、生产、和售后服务中的绿色制造理念和综合素质；针对实物实验中难以实现的大型机电装备的机械结构、控制、工艺相关的综合设计能力的实践训练，提升学生的机械结构综合设计能力。三、实验教案的基本要求利用图形工作站运行软件平台、控制平台、虚拟样机展示与检验平台的虚拟化设计技术和实验教案手段，直观地了解虚拟现实技术和虚拟制造技

4、术的概念、原理和实现流程，熟悉在机械工程中的功能、作用和用途。掌握现代装备机电液综合设计技术、制造工艺与模拟操作虚拟样机的生成与设计合理性校验方法，通过实验操作掌握虚拟设计和虚拟制造应用系统的开发和实现过程，培养机电装备综合设计能力和现代设计工具的运用能力，适应我国高端装备制造业转型和绿色制造对工科人才的培养要求。1 / 6四、教案内容及要求（一）理论教案部分（如无理论学时则不需要填写）序号理论教案内容学时一二三四五六七八九十（二）实验教案部分学实验一大型零件机加工生产认知实验演示性验证性综合性设计性时1.以发电机组的大型零件机加工工业以为例，熟悉大型装备的结构、 原理和功能需求参数，了解工件

5、加工制造的要求；2.通过虚拟车间，了解大型工件生产车间的布局、厂房构造、主要加工设备、物流设备、 大局、工装夹具的特征和性能参数，掌握大型工件机械加工的基本知识；3.针对发电机主轴、转子、定子基座、动平衡、包带等重要零件的工艺流程， 在虚拟车间中操作，了解工艺卡和制造流程；4.针对主要工件的核心加工工序，进行加工工艺规划设计，熟悉根据工艺要求的加工设备选型、工步制定、 刀具工时等制定原则，掌握工内容及要求艺设计方法和流程；5.针对设计完成的工艺卡， 在虚拟车间中完成数控加工程序的生成、 加工转速、 进给量等加工操作，找出工艺设计参数不合理的问题，实现设计合理性模拟加工校验， 掌握自我校验的方法

6、；6.针对大型工件对象，完成车间生产物流操作，掌握物流对象、 设备、 路径、安全等方面的设计方法， 通过对适合大件物流的重型行车、轨道车的模拟运行操作， 实现物流认知和物流合理性校验方法；7.通过大型机械加工车间的自动化生产系统，认识未来装备制造的自动化和绿色可持续化的理念。2 / 68. 提升理论课学习中从小件生产拓展到大装备生产的知识拓展能力， 以及毕业后对不同工作要求的适应能力。实验二虚拟制造系统构建实验学验证性综合性设计性演示性时1.软硬件系统操作实验2.掌握虚拟处理、 交互、 立体显示， 掌握虚拟软件的种类、应用范畴、设计和运行控制方法，解决方案和开发应用方法和流程。3.虚拟加工构建

7、实验（）4.掌握虚拟场景的建立：模型建立 （包括语言描述模型、导入模型，静态模型、 动态模型、 可控模型、混合模型）、虚拟场景建立、模型和内容及要求场景优化、运行动作、控制逻辑、场景发布、运行系统构建。5.虚拟机械加工交互方式的实现（）6.掌握设计环境、 模型和素材库构建、 虚拟系统构建、 动作控制、 输入输出接口、 和移动终端发布、运行系统构建。7.设计稿发布与运行校验8.掌握和移动终端发布、发布，在实验装置上运行，检查错误，修改错误。实验三机械产品虚拟样机生成实验学验证性综合性设计性演示性时1.产品参数化设计与分析集成化2.掌握三维模型的变换、 数据表和网络信息的图形实时驱动变换、 力学和

8、运动学分析的参数化和数据分析，模型和信息合成。3.基于制造信息的虚拟样机设计4.掌握工产品结构、 装配虚拟化， 虚拟样机结构树、运动链表、控制逻辑、传感器和反馈、 制内容及要求造信息和设计知识驱动，模拟运行虚拟样机生成方法。5.虚机实电产品设计合理性校验方法6.掌握控制程序设计、 与虚拟样机接口、 控制与反馈信号处理，运行状态控制和校核计算处理，产品设计合理性校验结果输出。7.虚拟样机设计稿发布与运行校验8.掌握和移动终端发布、在实验装置上运行， 检查错误，修改错误实验四产品设计合理性虚机实电校验实验学验证性综合性设计性演示性时1.虚拟样机控制程序和虚拟传感器设计内容及要求2.掌握设备运行控制

9、原理、控制软硬件系统搭建、虚拟样机传感器设定、虚拟样机控制与反馈信号采集与处理方法，软硬件设计过程操3 / 6实验五内容及要求实验六内容及要求作。3. 结构设计合理性模拟运行校验4. 掌握结构模型碰撞检查、 几何公差匹配、 材质匹配、力学性能实时校验等结构设计合理性校验方法，并操作完成校验过程。5. 运动合理性模拟运行校验6. 掌握机械运动链、 运动传递、 运动控制、 运动状态信息反馈， 实施模拟运行操作， 校验运动机构的运动合理性。7. 制造工艺合理性模拟运行校验8. 掌握机械产品装配工艺和加工工艺的知识和方法，实现模型工件加工工艺和装配工艺的合理性检验。生产工艺虚拟仿真系统构建实验学验证性

10、综合性设计性演示性时1.零件工艺设计实验2.掌握工艺制定方法、 机床、装夹具、 物流设备的选择， 虚拟生产系统的建立、 数据控制和模拟运行的实现， 工艺问题的寻找和判断，工艺优化方法。3.机械加工生产虚拟仿真建立实4.掌握加工设备、 加工动作、工位、 工段、 生产线虚拟化的构建的目标、功能和实现方法。5. 机械加工物流与储存虚拟仿真建立实验6. 掌握生产物流、 堆料、 卸料、废料处理虚拟化的构建的目标、功能和实现方法。7. 机械加工生产布局规划虚拟仿真建立实验8. 理解机械工厂生产线的布局知识、生产节拍、生产力平衡计算方法方法学生产系统模拟运行与工艺优化实验演示性验证性综合性设计性时1. 批量

11、零件机加工工艺流程模拟运行校验2. 掌握虚拟生产设备对批量零件的加工模拟操作运行方法和物流设备的虚拟化、生产工位、工段、 上下料、堆料、废料、生产节拍等的虚拟仿真，生产力平衡计算方法和生产系统优化方法。3. 批量零件机加工物流节拍模拟运行校验4.掌握虚拟物流设备对批量零件的加工模拟操作运行方法。5. 生产自动化改进方案模拟运行实验6. 理解自动化机加工生产线的原理和设计方法。7. 生产力平衡与生产线工艺优化模拟运行实验8. 理解生产工位、工段、上下料、堆料、废料、生产节拍等的虚拟仿真， 生产力平衡计算方法和生产系统优化方法。4 / 6学实验七机械产品装配工艺虚拟训练技术开发实验演示性验证性综合

12、性设计性时1. 部件顺序装配工艺设计实验2. 掌握机械部件的装配顺序工艺设计方法， 虚拟运行顺序装配工艺校验和培训设计过程。3. 部件装配路径设计实验4. 掌握机械部件的装配路径工艺设计方法，虚拟运行装配路径工艺校验和培训设计过程。内容及要求5.部件协同装配设计实验6.掌握机械部件的协同装配工艺设计方法，虚拟运行协同装配工艺校验和培训设计过程。7.装配模拟操作实验8.掌握模拟运行装配工艺设计程序，查错、改进的方法和过程。实验八产品展示与售后服务虚拟技术开发实验学验证性综合性设计性演示性时1.机械产品虚拟展示设计实验2.掌握虚拟现实和增强虚拟现实系统对机械大装备产品的体验式展示方法。3.虚拟产品手册设计实验4.掌握虚拟产品手册的目标、功能和实现方法。内容及要求5.基于物联网的产品远程诊断与维护设计实验6.理解物联网系统与虚拟样机融合的大型装备远程故障诊断的基本原理和远程维护方法。7.机械产品移动终端远程定制化设计实验8.理解机械产品定制化方法，移动终端与后台服务器参数化设计与发布流程、移动终端定制结果的反馈与展示。五、考核与成绩评定满分分，其中平时成绩：分，包括出勤、实验表现、作业、实验安全规程遵守（各占）；期末考试：分，包括实验报告、上机测试、实验装置技能操作、答辩（各占）。六、实验指导书及参考资料（参考书、讲义、课程网站地址等）指定用书（书籍