機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)虛擬教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)和研制

姚春玲

（山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院，煙臺(tái)264670）

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機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)虛擬教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)和研制

姚春玲

（山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院，煙臺(tái)264670）

摘要：隨著信息化的迅速發(fā)展，虛擬教學(xué)平臺(tái)作為一種新的教學(xué)模式得到迅速發(fā)展。針對(duì)目前《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》傳統(tǒng)教學(xué)中所呈現(xiàn)的問題，分析課程的特點(diǎn)，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)搭建了具有可視化、交互性強(qiáng)、可擴(kuò)展和可開發(fā)等特點(diǎn)的虛擬教學(xué)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：虛擬教學(xué)平臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)Solidworks

引言

隨著高職院校專業(yè)建設(shè)和課程體系改革的進(jìn)一步深入，課程資源平臺(tái)建設(shè)正成為高職內(nèi)涵建設(shè)的重要方面，就資源建設(shè)來(lái)說(shuō)，開發(fā)一批卓有成效的資源庫(kù)，在高技能人才的培養(yǎng)中，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平有著積極的作用［1］。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)虛擬教學(xué)平臺(tái)的搭建

虛擬教學(xué)平臺(tái)的搭建，整合了課程的教學(xué)方法和教學(xué)資源，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量［2］。該教學(xué)平臺(tái)主要有課程學(xué)習(xí)、課程資源、課程自測(cè)和模擬試驗(yàn)等模塊組成，其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 虛擬教學(xué)平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)架

（1）課程學(xué)習(xí)模塊。該模塊有教學(xué)資料和在線課程兩部分組成，教學(xué)資料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的上傳、修改、刪除等功能，包括教學(xué)課件、視頻學(xué)習(xí)、電子講義和課程習(xí)題等；在線課程模塊提供了多媒體課件和視頻學(xué)習(xí)的在線播放功能，在多媒體課件的制作中綜合使用了Powerpoint、Flash、Solidworks等軟件，并且課件中的三維模型可以使用人機(jī)界面交互式來(lái)完成學(xué)習(xí)。

（2）課程資源模塊。課程資源模塊包括仿真模型庫(kù)、仿真動(dòng)畫庫(kù)和圖片庫(kù)三部分。其中仿真模型庫(kù)包括：軸、軸套、連桿、齒輪、齒條、凸輪、偏心輪等常用件庫(kù)，螺母、螺釘、擋圈、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，以及減速器、內(nèi)燃機(jī)、自行車、牛頭刨床等典型的機(jī)械產(chǎn)品庫(kù)。仿真動(dòng)畫庫(kù)通過(guò)對(duì)所提供的模型設(shè)置運(yùn)動(dòng)約束和驅(qū)動(dòng)形式，構(gòu)成平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等仿真運(yùn)動(dòng)模型，通過(guò)仿真運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)對(duì)機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，從而掌握機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。

（3）課程自測(cè)模塊。課程自測(cè)模塊由試題庫(kù)和在線考試組成，其中試題庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試題目的新增、修改、刪除等功能。在線考試可以根據(jù)試題庫(kù)及試題的難以權(quán)重來(lái)自由組成考試套題進(jìn)行考試?？荚囶}型包括選擇題、判斷題、填空題、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題，學(xué)生考試后系統(tǒng)將考試結(jié)果直接反饋給學(xué)生。

（4）模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K。實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)、四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷實(shí)驗(yàn)、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、齒輪范成實(shí)驗(yàn)、減速器的拆裝實(shí)驗(yàn)等。在虛擬平臺(tái)中，針對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)，先利用三維軟件Solidworks軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模，然后再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，學(xué)生選擇一個(gè)視圖方向，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的測(cè)量，用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖來(lái)表述出機(jī)構(gòu)，依據(jù)簡(jiǎn)圖進(jìn)行自由度的計(jì)算，如圖2所示。

圖2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

2 虛擬平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）三維軟件建模技術(shù)。SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)專門在Windows環(huán)境下進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的三維軟件，其底層核心技術(shù)是在Windows環(huán)境下開發(fā)完成的，具有強(qiáng)大的實(shí)體建模功能和用戶熟悉的Windows操作界面。作為SolidWorks的三大特點(diǎn)：功能強(qiáng)大、易學(xué)易用、技術(shù)創(chuàng)新使其成為領(lǐng)先的，主流的三維CAD軟件。

（2）SolidWorks Composer技術(shù)。SolidWorks Composer原名3DVIA Composer，是源于達(dá)索系統(tǒng)的技術(shù)交流文檔制作工具，可以通過(guò)創(chuàng)建3D視頻和交互式文檔來(lái)傳達(dá)產(chǎn)品的信息［3］，可與SolidWorks無(wú)縫對(duì)接，當(dāng)設(shè)計(jì)變更時(shí)可自動(dòng)實(shí)時(shí)更新。SolidWorks Composer利用已有的三維數(shù)據(jù)，為使用者提供直觀、高效、便利的學(xué)習(xí)途徑，幫

助使用者更加快捷地了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，大大提高學(xué)習(xí)效率。

（3）參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，也是當(dāng)前CAD技術(shù)的研究熱點(diǎn)。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來(lái)，大大提高設(shè)計(jì)速度。在平臺(tái)構(gòu)建中，采用參數(shù)化建模方便模型的歸類與修改，使用時(shí)只需調(diào)出模型更改參數(shù)即可。

3 虛擬平臺(tái)減速器拆裝案例介紹

減速器是一種普遍通用的機(jī)械設(shè)備，其組成包含多種通用零件，如齒輪、軸、軸承、螺紋緊固件、潤(rùn)滑裝置、密封元件等。減速器實(shí)際拆裝時(shí)往往會(huì)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)器材等條件的制約，影響教學(xué)的開展。借助計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)來(lái)完成拆裝實(shí)驗(yàn)則可以避開上述不足。通過(guò)減速器的結(jié)構(gòu)原理演示，可以了解減速器的結(jié)構(gòu)、功能和設(shè)計(jì)布局；通過(guò)拆裝演示，可以了解內(nèi)部軸系結(jié)構(gòu)、定位方式以及密封形式等，減速器虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)如圖3所示。

圖3 減速器虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)

4 結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的課堂教學(xué)中引入虛擬教學(xué)平臺(tái)，極大的豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，改善了課堂教學(xué)方式，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使學(xué)習(xí)變得更加便捷和靈活。

參考文獻(xiàn)

［1］高職教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào). 2012.4.21～23.

［2］張燦龍.“模式識(shí)別”課程虛擬教學(xué)平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)時(shí)代. 2014.7.59～61.

［3］段繼來(lái). SolidWorks Composer在大型生產(chǎn)線類產(chǎn)品展示中的應(yīng)用與實(shí)施［J］.軟件世界. 2014.9.29～31.

Development and Research on Mechanical Design Basis Virtual Teaching Platform

YAO Chunling
（Shandong Vocational College of Business, Yantai 264670）

Abstract:With the rapid development of information technology, virtual teaching platform as a new teaching model has been developed rapidly. For the current Basic Mechanical Design the traditional teaching of the issues presented, analyze the characteristics of the course, the use of computer technology to build a virtual teaching platform with visualization, interactive, scalable and development characteristics.

Key words:virtual teaching platform, mechanical design basis, Solidworks