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  国家级虚拟仿真实验教学中心建设成果    

机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学中心

2017年03月28日 08:51  点击:[]

机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学中心简介

机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学中心是以国家级机械基础实验教学示范中心、国家工科机械基础教学基地为基础建立起来的。1997年国家教委立项建设重庆大学国家工科基础课程机械基础教学基地,2007年成为教育部首批机械类国家级实验教学示范中心。通过国家“211”、“985”工程项目的建设和学校教学实验室建设专项资金、学院自筹资金建设,机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学中心已建成了集机械数字化设计分析子系统、制造子系统、检测子系统、控制子系统等一体的软硬件相结合的虚拟仿真实验环境,实验室面积2500平方米,设备总数达到1000台(套),设备总资产已达3000余万元。

1. 虚拟仿真实验教学资源

中心围绕装备制造所涉及的设计、制造、测控以及生产过程管理等基本内容,根据“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则,遵循“教师为主导、学生为主体,教师引导、启发学生去研究和探索”的实验教学理念,进行实验课程的体系规划以及训练模式与环节设置。通过自主开发、行业资源集成和科研成果转化等方式,形成了围绕装备全过程的逻辑结构合理、层次分明、资源丰富的五个虚拟仿真实验教学模块,共45个虚拟仿真实验项目。

机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学资源体系如图1所示。

图1机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学资源体系

2.实验教学体系

在图1所示资源体系中,几大功能模块既相互联系、互为依托又自成体系。设计模块提供最优方案,制造模块提供最优工艺和生产管理,检测模块评价装备参数和性能,控制模块实现装备的可靠运行,创新模块进行集成创新。每个模块又划分出子模块,形成第二和第三层结构化知识体系。学生可通过设计模块进行机构创新设计、机械结构和机械系统的虚拟仿真设计分析,通过制造模块进行数控加工、绿色智能制造、生产过程等虚拟仿真实验。在虚拟仿真环境中,学生真实地感受到机械零部件、机械系统的设计、制造、装配生产全过程。检测模块是对机械装备在运行过程中的各种参量进行测试,培养学生运用检测仪器对机械装备状态进行在线与离线检测能力。控制模块是基于检测装置反馈信号对机械装备的运行状态进行控制,使学生掌握机械装备运行过程中状态控制的原理、方法。

创新实践模块将设计、制造、检测、控制四个模块进行集成,以培养大学生创新精神和实践能力。

3.实验教学队伍建设

中心拥有一支教学、科研、技术人员结合,核心骨干人员相对稳定,结构合理的虚拟仿真实验教学团队,形成一支教育理念先进,学术水平高,教学科研能力强,实践经验丰富,勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理队伍,保证了中心正常运转,满足高素质创新人才培养需要。通过多年建设,中心已形成一支由国家教学名师领衔的素质优良,职称、学历、年龄结构合理,教学与科研相结合的机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学队伍。实验技术队伍专、兼职人员共37人,其中教授12人,副教授(高工)18人,工程师5人,助理工程师2人。博士学位25人,硕士学位8人,本科4人。

4.实验教学中心管理

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图2 中心网络信息平台

中心实行主任负责制,建立学术委员会和建设委员会。实验室建设,实验教学体系改革进行论证、创新实验教学项目的规划、立项评审和验收等管理工作分别由建设委员会和学术委员会承担。中心下属的每个实验室负责人由责任心和实验动手力强的副教授、高级工程师或博士担任,负责各实验室的建设和管理,经过多年的建设与完善,已经步入正常化轨道。

中心实行校、院两级管理制度,实验室及设备管理处代表学校负责协调中心的建设工作,建设经费由学校、学院共同承担,以学校投入为主,运行经费由学校根据实验教学任务划拨。

中心各实验室全天开放,采用预约实验和开放实验的方式,每天上午、下午和晚上三个单元学生均可进行实验,参加专业创新实践的学生中心负责安排专门教师指导,确保学生能够及时得到教师的帮助。

5.中心建设成效

中心以能力培养为核心,注重探索精神、科学思维、实践与创新能力,理论与实践统筹协调,注重科研成果的转化,学科前沿的介绍,工程和实践的引入,拓展了实践领域,丰富实验教学内容,推动了实验教学改革与创新,提高实验教学质量,取得了显著成果。

(1)教学效果显著,对本科的实验教学有着不可替代的支撑作用

中心坚持实验教学虚实结合,鼓励学生在探究中完成实验项目。面向全校12个专业,每年开设45项仿真实验教学项目,年平均课时达到140000学时,受益学生近14860名,教学覆盖面广,仿真实验项目开出率高,取得了良好的实验效果。

中心注重课堂教学与实验教学有机结合、强调学生实践能力、创新精神与意识的培养和提高,承担了机械工程学院近600名本科生的专业实践教学工作,提高学生对行业的认知程度,为学生进一步现场实习打下良好的基础。

(2)学生的科研和工程实践能力显著提升,学科竞赛获奖丰硕

学生通过虚拟仿真实验教学平台自主学习,开展研究型、创新型实验、工程综合实践和创新设计竞赛,知识、素质和实践能力协调发展,工程综合素质和创新能力得到了较大提高。近五年来,与中心仿真实验教学有关的本科学生参加大学生科研训练计划、国家大学生创新实验项目计划等创新实践项目249项,在全国学科竞赛获奖73项。在全国机械创新大赛获奖10项,在全国大学生先进制图技术技能大赛获奖51项,全国大学生工程训练综合能力竞赛获奖4项,在全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中获奖8项。

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图3 学生创新实践项目作品

(3)改变传统实验教学模式,实验教学改革成果显著

中心采用全新的虚拟仿真实验教学模式,打造了高水平的、符合现代企业设计制造的全流程数字化虚拟仿真平台。教师利用平台开展科研,并把科研成果转化为实验项目,以研促教,以教带研, 教研相长。中心老师近五年来主持国家级和重庆市教改项目29 项,发表实验教改论文42篇,面向全校12个专业开了45个虚拟仿真实验项目,每年吸收学生14860人,实验人时数达140000。出版《机械基础实验》国家“十一五”规划教材1套,在国家级出版社正式出版写教材22本,获发明专利67项,编写了虚拟仿真实验指导书多套,开发了系列多媒体实验课件和多套仿真软件。

6.经验与特色

经过十余年的发展和建设,中心在自主仿真实验教学平台的开发、科研成果转化和实验教学资源推广、虚拟创新仿真实践平台开发等方面形成了特色与创新:

  (1)形成了以自主开发为主的虚拟实验教学资源体系

中心在引进以Dassault、PTC、Ansys、MSC、Simpack、MASTA、Romax、Delmia等为代表的仿真分析软件和以LabVIEW等为代表的数据采集和仪器控制等软件基础上,注重实验教学资源的自主开发,先后开发了机构创新设计、机械设计与仿真分析、机械传动系统数字化设计、机器人运动学仿真与轨迹规划、快速原型仿真、网络化制造信息系统柔性集成、数字化车间制造执行系统仿真等设计分析虚拟仿真实验平台,开发的多媒体实验课件和仿真软件共计26套,并全部用于实验教学。自利用自主开发仿真实验平台开发的虚拟实验教学资源占65%,实验教学资源丰富。

(2)教学与科研结合,注重将科研成果转化为教学资源,实现实验教学资源推广共享

将获得国家科技进步二等奖的“国产虚拟仪器的研发与面向机械测试的系列仪器”项目转化为虚拟实验教学资源,自主开发的虚拟仪器,推广到全国27个省市,在200多家高校累计销售2000多套;《机械基础实验》教材及实验指导书、任务书等辅助实验教材、实验教学课件、设计和仿真软件等在全国数十所高校推广应用;自主开发的“机电液综合实验台”、“组态液压系统仿真与检测实验系统”等,推广到全国80多个学校和3家教仪企业。

   (3)利用国家级科研平台,开发了系列综合创新实践项目,培养学生创新能力

为了培养学生的创新精神和实践能力,结合国创项目、SRTP计划、创新设计大赛、全国大学生方程式汽车大赛等,开发了虚拟创新实践平台,训练并提高了学生的工程综合素质和创新能力。近年来学生在全国机械创新大赛、全国大学生先进制图技术技能大赛获得全能、单项等一、二、三等奖共51项,全国大学生工程训练综合能力竞赛获奖4项,在全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中获得全国一等奖、二等奖和三等奖共8个奖项。

网址:http://jxjx.cqu.edu.cn/openlab/

联系人:汤宝平  ,联系电话:65102403  ,E-mail: bptang@cqu.edu.cn

 

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