第三代虚拟焊接综合仿真实训系统方案

1、 虚拟焊接综合仿真实训系统技术方案书虚拟焊接综合仿真实训系统通讯地址：郑州市高新技术产业开发区翠竹街6号国家863软件园公司网站：电话400-8369-669传真政编码：450001目 录1焊接培训行业状况42系统概述43虚拟焊接系统整体框架和特点54样机效果图65主要参数76系统功能及特点87功能模块107.1教师端（教员监控与管理系统）功能107.1.1监控107.1.2课程设计107.1.3任务设计107.1.4学生管理107.1.5成绩管理107.1.6任务共享107.1.7系统设置107.2管理员功能117.2.1设备监控1

2、17.2.2课程设计117.2.3任务设计117.2.4教师管理117.2.5学生管理117.2.6成绩管理117.2.7系统设置117.3虚拟焊接设备功能117.3.1选择任务127.3.2设备检测127.3.3调整参数127.3.4实施焊接127.3.5任务报告128设备配置清单及参考报价131 焊接培训行业状况 焊接是一项对过程要求很高的工作，在现有的手工焊接生产中，通常采用MAG/MIG焊接的约占50%，TIG焊接约占30%，MMA焊接约占20%；如：在造船行业中，MAG约占70%，MMA约占30%；那么，这就需要焊工要有扎实的操作手法、规范的动作。而在焊接培训过程中传统方式存在以下多

3、种问题：1) 消耗大量的焊条(丝)、焊件和保护气体等材料；2) 对学员的培训过程难以准确掌握；3) 对学员的焊接水平难以评价；4) 培训效果不尽理想；5) 培训过程环境污染严重，有害健康；6) 培训过程安全性差。2 系统概述第三代虚拟焊接系统是在二代基础上进行技术更新换代演变而来，被设计用于克服二代的相关缺陷和扩大应用领域。他和二代的虚拟焊接系统类似，具有相同的架构。都包括服务器、教师器、学员机三大部分。学员机包括两种形态，一种是布置在三代硬件设备上，一种是布置在一般电脑设备上不具有操作训练功能。我们称后一种形态为焊接电子学习系统，可以用来进行理论学习、课程包历史记录查看回放等。本产品采用分布

4、式仿真实训技术、虚拟现实技术、微机测控技术、声音仿真技术及计算机图像实时生成技术。在不需要真实焊机的情况下，通过仿真主控系统、位置追踪系统，将焊接演练过程中焊枪的位置、速度和角度等进行采集处理，并实时生成虚拟焊缝。系统将仿真操作设备、实时3D技术及JanVR渲染引擎相结合，演练过程真实，视觉效果、操作手感与真实一致。在焊接演练的过程中，学员能够看到焊接电弧以及焊液从生成、流动到冷却的过程，同时听到相应的焊接音效。3 虚拟焊接系统整体框架和特点虚拟焊接系统的特点：1、 系统采用AR技术进行焊枪和工件的追踪，成本更低。2、 系统采用虚实交互的AR技术方式，相对于纯粹的虚拟现实交互，沉浸感更强。3、

5、 系统整体设计相对体积小，方便移动便携。方便扩展到工业试焊领域。4、 系统软件功能设计上更贴近教学实际，突破了二代的教学局限。系统规划不仅可以包含训练设备也可以包含一般电脑组成的电子学习系统，培训覆盖面更广，市场竞争力更强。14 虚拟焊接综合仿真实训系统技术方案书4 样机效果图5 主要参数序号参数类型参数值1)适用焊接方法二氧化碳气体保护焊、焊条电弧焊、TIG氩弧焊2)可支持母材形状板板、T接、管管、管板3)适用焊接位置平焊、横焊、立焊、仰焊、其他任意摆放方式4)可支持坡口类型I型，V型5)可支持母材材质碳钢、铝、不锈钢6)可模拟的板材厚度多种不同板厚7)可模拟的板间隙多种不同间隙大小8)多层

6、多道演练支持三种焊接方法的多层多道演练9)教学辅助工艺参数考核、智能专家帮助提示、焊接过程回放、观摩系统、焊接过程立体渲染6 系统功能及特点1) 该系统适用于多种焊接类型，可模拟三种不同的焊机，其中包含：二氧化碳保护焊、焊条电弧焊、TIG氩弧焊。2) 该系统可进行多角度、全位置焊接演练。通过更换焊件，可模拟多种不同的焊接方式，例如平焊、立焊、横焊、仰焊等；适用于对接、T接等接头形式。3) 系统提供分级培训模式，系统将培训阶段分为三级，每级的公差大小完全由教师设置，须对不同阶段与等级的学员分别设置，完成学员培训循序渐进，由易到难的过程。4) 系统可提供完善的语音提示，辅助指导学员的培训过程与应用

7、。5) 焊接过程中可以通过图形及语音提示帮助学员校正操作姿势，从而降低教师的劳动强度，并大大提高培训效果，缩短培训时间。6) 系统没有焊丝、焊件和保护气体等材料的消耗，节约电能，后期培训节约资金。7) 虚拟仿真焊接安全可靠，不存在因焊接使用不当引起的火灾、人员灼伤等问题。8) 该系统不排放有毒气体、低消耗，无污染、无噪声，是环保绿色的培训方式。9) 该系统采用计算机仿真技术，人员的视觉效果、听觉效果与真实环境一致。10) 虚拟仿真焊接采用无线网络通讯技术实现设备网络化，提高培训效率。应用便捷、移动方便、管理灵活。11) 该系统具有完善的学员与教师管理功能，可以通过管理员权限进行教师管理，教师可

8、以对所属学员进行完善的管理。包括：年级、专业、班级、学员及成绩等。12) 该系统可实时记录学员操作信息，测评效果真实，可反复训练，无环境条件限制。13) 考试结果考完即刻生成，学员帐号、成绩管理方便，可长期保存，并可以进行任意的查询、打印。14) 任务与标准答案设置可完全对教师开放。多个教师之间，任务具有方便的共享功能。15) 该系统配备观摩教学投影设备，能够显示虚拟焊接设备的所有操作及演练过程，方便教学应用。16) 教师可通过调整各种参数的分值比重来重点考察学员某一方面技能。17) 系统具有训练及考核功能，系统应该支持多教师同时管理多客户终端设备的功能。18) 系统可方便的进行课程组织及焊接

9、任务设置。可以设置母材材料、母材厚度、接头种类等多种项目。母材材料至少应包含碳钢、不锈钢。19) 系统能够根据教师所建立的任务参数设置标准，自动监控学员的参数输入正确与否，并针对错误做出相应的扣分。20) 该系统具有虚拟的焊接焊件、焊枪、19英寸触摸显示屏以及视景眼镜。通过触摸屏，学员可根据任务的焊接工艺标准，调整焊接电流、焊接电压、气体流量和焊丝直径的数值大小。21) 该系统具有仿真示范教学功能，示范最佳的焊枪姿态（包括焊接速度、焊枪与工件的距离和位置等）。22) 该系统可精确计算热输入量和熔敷率，可实现各种焊接工艺并让工艺过程接近真实。23) 系统可对训练过程进行回放。24) 系统可体验短

10、路电弧和喷射电弧的使用感觉。25) 系统配备虚拟焊件升降、缩进、旋转操作杆，可调节虚拟场景焊件的位置，满足多位置、多角度（可进行360度）焊接的演练需要。26) 虚拟焊接仿真实训系统可在不浪费昂贵耗材的情况下，多次进行同一项训练。27) 系统配备视景眼镜，在不需要真实焊材和环境的情况下，可在视野中看到模拟的焊接作业环境和焊接效果，如焊接电弧、火花飞溅以及焊液从生成、流动到冷却的过程，并听到相应的声音，产生强烈的身临其境之感。28) 使用焊接模拟培训系统，任何焊接动作所对应的参数都能被跟踪、记录，学员可回放焊接过程；通过演练过程中参数的不同变化来对学员的焊接动作规范及焊接质量进行精确地分析，这些

11、信息能由服务器进行处理，归档，便于对学员的学习过程进行跟踪。29) 可以根据学员的实际情况，为学员设定个性化的培训计划，并根据训练监控及分析结果随时进行修改及调整。学员也可以进行自助训练。30) 系统具有明晰的操作界面，使任何操作者能自助使用和掌握模拟焊接综合仿真实训系统。7 功能模块7.1 教师端（教员监控与管理系统）功能教师机用于制定任务，供学生练习和考试，在考试完成后可以查看考试成绩，并对学生进行管理。7.1.1 监控选择虚拟焊接设备，向其发送训练或考试任务。每台设备可以同时接受不同类型的课程，或进入不同的模式。7.1.2 课程设计可以对课程内容进行设置，包括：课程名称、任务等，并可方便

12、的添加和删除。可以查看课程信息：选择一个节点，显示出该节点的详细信息。7.1.3 任务设计可以对任务内容进行设置，包括：任务名称、目的、焊机类型、接口类型、焊接位置、坡口类型和母材厚度等。查看该教师设计的任务：选择一个节点显示出该节点的详细信息。7.1.4 学生管理可以新建年级、新建专业、新建班级、新建学生、修改学生信息、删除信息等。7.1.5 成绩管理可以查看自己所管理班级的课程成绩单、学生考试成绩单、任务详细成绩单。能以文字报告、焊接参数曲线显示训练结果。7.1.6 任务共享查看其它教师所设计的任务并能共享。选择要查看的教师，任务列表中会显示出所有的任务，单击某一任务可以查看任务详细信息。

13、7.1.7 系统设置可将学员列表中的自由设备添加到自己的教学组。可以修改登录密码、设置公差等级的具体参数。7.2 管理员功能可以向虚拟焊接设备发送任务；查看课程信息、任务信息、学生信息和成绩；对教师进行管理；分配虚拟焊接设备设备。管理员分为七个部分：设备监控、课程设计、任务设计、教师管理、学生管理、成绩管理和系统设置。7.2.1 设备监控可以查看当前焊接设备，通过选择教师（管理员“设备监控”可以“选择教师”，其他功能与教师“监控”相同）、课程及任务向学员机发送任务。7.2.2 课程设计管理员端“课程设计”可以“选择教师”，可以查看其教师名下的课程及详细任务信息。其他功能与教师登录的“课程设计”

14、相同。7.2.3 任务设计管理员的“任务设计”可以“选择教师”，查看其任务列表，详细任务信息等。7.2.4 教师管理具有管理员权限的人员，可添加和修改教师账户信息。7.2.5 学生管理可以选择教师，查看其管理的学生信息。7.2.6 成绩管理可以选择教师查看其管理学生的考试信息等。7.2.7 系统设置通过设备管理可以方便的添加和删除设备。通过设备分组可以给每个教师分配学员。7.3 虚拟焊接设备功能教师机通过无线网络把任务发送到虚拟焊接设备，学员进行训练或考试，再把训练或考试报告发送到教师机，供教师管理。虚拟焊接设备共五部分：选择任务、设备检测、调整参数、实施焊接和任务报告。7.3.1 选择任务选

15、择任务名称、公差级别。任务内容中显示任务的焊机类型、焊接极性、母材材料、母材形状、接头种类、母材间隙、坡口形状、焊件厚度、焊接方向、焊接位置和焊接层数等。7.3.2 设备检测系统自动检测当前的焊接类型是否与任务设置一致。只有选择的焊枪或焊钳与任务完全一致时才能继续。7.3.3 调整参数调整参数以符合教师设定的焊接工艺标准，否则无法继续。考试模式下参数调整错误会影响考试成绩。7.3.4 实施焊接训练模式下，有“显示帮助”复选框，系统语音提示“提示信息已开启”，系统将在焊接过程中通过颜色箭头、语音等给予提醒帮助；考试模式下则没有。7.3.5 任务报告可以查看焊接报告，显示焊接过程中参数的曲线，分项

16、成绩及综合成绩。8 设备配置清单及参考报价单位：人民币元序号项目参数数量单位备注教师端（教员监控与管理系统）1)教师机知名品牌,Intel酷睿2双核(3.0GHz)以上，2G（或以上）内存，64G固态硬盘，19寸液晶，键盘鼠标。1台一套2)教师机管理软件实现教师端各项功能，分别是：监控、课程设计、任务设计、学生管理、成绩管理、任务共享和系统设置。1套3)服务器管理软件服务器软件是整个系统的网络中心和数据中心。实现用户注册、登陆验证、任务请求、成绩上传、接受教师机控制等服务，保存用户的各种状态和训练及考试成绩数据。1套4)无线网络设备实现网络间数据的传输。1套5)投影仪投影技术：3LCD 亮度：3500流明 对比度