虚拟现实技术在《机械装配和维修》课程中的应用,该文是机械装配相关论文范文文献与《机械装配与维修》和虚拟现实和虚拟现实技术相关论文范文文献.
机械装配论文参考文献：
0 前言
《机械装配与维修》是高职机械、机电、模具等专业普遍开设的核心专业课程,是培养高精度装配和维修技术人才的重要课程.经调研,发现实训设备不足,已有设备在实训过程中维护丁作量大、损坏严重,学生操作生疏等问题都严重影响了项日教学的效果.
虚拟现实技术( Virtual Reality,VR)作为仿真技术的一个重要应用方向,已经渗入到军事、医学、教育和丁程等各个方面.虚拟装配技术是虚拟现实技术在制造领域的重要应用,近年来得到很大的发展,并受到广泛重视….
本文基于《机械装配与维修》课程“理实一体”项日化教学改革实践,结合学院现有实训条件,选择数控车床电动刀架、铣床分度头、齿轮泵等多个典型的装配体作为拆卸与装配的对象,综合利用SolidWorks、Autodesk Maya、Unity3D和C#等三维设计软件与编程语言,开发了《机械装配与维修》课程虚拟装配实验系统,在理论教学与实践教学之间搭建了桥梁,对真实拆装起到了很好的辅助教学作用.
1 系统功能
机械装配与维修课程虚拟装配实验系统的功能结构如图1所示.该系统实现了电动刀架、铣床分度头、齿轮泵等多个装配体的虚拟装配练习.每个装配体都提供给学生4个功能：基础学习、虚拟装配、运动模拟和自我测试.
图1 系统功能结构图
(1)基础学习模块.基础学习模块含有系统简介、模型简介两部分.系统简介部分通过文字介绍系统的所有功能、操作控制方法.模型简介部分,需要用户首先选择相应的模型,系统通过文字、照片和丁程图纸,介绍模型作用、组成、功能与装配顺序、配合关系、注意事项.
(2)虚拟装配模块.本模块有3部分,可实现自动演示、部件装配与总体装配.每部分使用前需选择相应模型.系统通过视频讲解装配过程,配以文字与语音说明.部件装配部分,从基础件开始,通过操作鼠标和键盘,移动与旋转零件到正确位置完成装配.总体装配只有在所有的部件装配好之后才可以进行,装配操作过程与部件装配相同.
(3)运动模拟模块.运动模拟具有正转和反转两个方向运动控制的功能.通过隐藏装配体的箱体或外壳,学生可以清晰地观察到装配体可运动部分的传动过程.
(4)自我测试模块.本模块可完成基础知识与装配操作的测试.为保证学习渐进性,用户只有完成前面3个模块的学习,才有权限进入本模块.基础知识测试部分,系统在题库中随机抽取指定数日的题日,以选择填空的方式,对操作者进行理论测试,主要内容是相应装配体各零件名称、功能、装配关系等内容的考核检查,最后自动评分.装配操作模块将依次要求用户完成部件装配和整体装配,记录完成的时间,并根据完成的时间长短给出成绩和评价.
2 系统开发与发布
(1)模型建立.本系统采用使用广泛、界面友好的SolidWorks制作所有装配体的模型资源,完成后将其导㈩为STP格式文件,以供后继Autodesk Maya进行动画制作与Unity3D的系统开发.
(2)动画制作.Autodesk Maya是一款功能强大的三维设计软件,集成了最先进的动面及数字效果技术,可以提供完美的三维建模、雕刻、特效等功能,具有完善的建模体系、逼真的材质和光效、强大的动力学系统等特点.对于动画制作尤为擅长,且支持统一标准的FBX( Filmbox)文件,方便在不同平台间进行转换.因此,使用Autodesk Maya软件制作整个系统的运动仿真动画.
(3)开发环境.Unity3D采用图型界面,是由UnityTechnologies开发的一款易于操作的专业游戏引擎,可轻松创建实时三维动画,实现图像可视化等互动内容.其编辑器可在Windows和Mac OS X下运行,可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windowsphone 8和Android平台.因其支持FBX等格式文件的直接导入不丢失材质或线面,运行速度快等优点,所以本项日中,将使用Unity3D软件整合模型与动画资源,并结合c#编程语言实现运动仿真控制’.
(4)操作系统.日前,学校机房和大多数学生电脑普遍安装使用的是Windows操作系统,因此系统开发以Windows7作为软件的主要丁作平台.
(5)系统发布.系统开发调试后,Unity3D可以发布到不同的平台运行使用.如今学生普遍拥有笔记本电脑与智能手机,所以同时发布了PC版与安卓版.PC版本得到的是扩展名为EXE的可执行文件,勿需安装直接运行,通过鼠标与键盘操作.安卓版本得到的是扩展名为APK的安装文件,安装后通过触摸屏可实现拾取、平移、旋转、缩放虚拟零件等功能.
综上所述,机械装配与维修课程虚拟装配实验系统的开发,是基于Windows7操作系统,采用SolidWorks建立模型,利用Autodesk Maya制作动画,由Unity3D整合模型和动画、并完成调试和程序发布.
3 结语
通过虚拟实现技术开发的虚拟实训软件,保证了《机械装配与维修》课程“理实一体、虚实结合”项目化教学的顺利开展.在实践操作前,学生可以通过虚拟软件了解熟悉装配对象、掌握装配流程及注意事项.这样不仅能够有效地克服传统教学中硬件资源的限制,减少了实体设备的投入,降低教学成本.还降低了后期实际操作时学生的失误率,减少机器设备磨损,节省维护维修费用,提高了学生的学生积极性和学习效率,取得了良好的经济效益与教学效果.
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