基于数字孪生技术的机电类专业课程改革研究

文章基于数字化背景下机电类专业课程改革中存在专业课程设置与行业发展需求不兼容;教学环境与教学方式的数字化转型成效不足;专业教师数字技术应用能力亟待提升;专业实训设备更新缓慢;优质的数字化教学资源不足等问题,探索了数字孪生技术对于机电类专业课程改革的重要意义。提出关注数字化背景下机电类行业的发展与人才需求,借助数字孪生技术整合机电类课程内容,基于数字孪生技术创新教学模式;开发数字孪生技术的实训资源;开展基于数字孪生技术的“云实训”,为机电类专业课程的数字化教学改革提供参考借鉴。     

基于数字孪生的精准调装实验平台及教学项目设计

以飞机大尺寸机身筒形结构件插接装配过程为对象,围绕插接部位不可见、不可测问题,基于数字孪生思想,提出了一种虚实结合、以虚控实的迭代递进式精准调装算法,搭建了包含飞机前机身、中机身比例实验件(以MA700前机身和中机身为参考)、六自由度并联调姿系统、手持式激光扫描仪、双目摄影测量系统、集成控制系统的实验教学平台,给出了“以虚控实”的实验流程。构建了大空间测量的实时感知、六自由度并联调姿和基于数字孪生的试装配仿真验证3个实验模块,不仅实现了智能装配、数字孪生等先进技术方法与飞机装配知识互补的理念,更锻炼了学生独立自主解决复杂工程问题的能力。     

新工科背景下机电综合创新实验课程改革

根据国家提出的新工科建设计划,结合国家对创新创业型人才的迫切需求,通过对新工科背景下机械电子工程专业的本科生如何开展综合创新实验的研究,总结分析了目前高校机电专业实验教学中存在的问题,并结合自身教学实践经验提出了实验教学改革的目标和原则。依托多学院现有实验资源和先进实验器材的配置,构建了新工科机电创新硬件平台。通过实验室交叉联合运行机制,设计开放性创新实验,开放实验室,建立教学评价体系,加强教学质量监控,培养在校学生的创新意识和创新能力,在实践教学中为国家储备新工科背景下创新创业型人才。     

基于新工科平台的机电控制类系列课程实验建设与探索

当今社会人工智能、虚拟现实等的快速发展迫切需要新型工科人才支撑,机电专业作为装备制造业的重要支柱学科,对其课程进行建设以适应面向未来布局的新工科建设的要求,培养具有创新创业能力和组织领导能力的工程科技人才是我们迫在眉睫的任务。为了切实培养学生机电控制系统分析与设计的综合应用能力,本文从课程的设立、教学模式的改革和评价体系等方面进行了一些有益的探讨与实践,这些经验对该课程教学质量的提高有较好的参考价值。     

基于虚实结合实验平台的控制类综合实验课程建设

以控制类综合实验课程为基础,构建多层次的实验教学内容,并提出了基于虚拟仿真实验环境与便携式综合实验集成实验箱进行实验验证的虚实结合的实验教学模式。控制类综合实验内容以加热铜块和直流伺服电动机为被控对象,利用KeilμVision4集成环境与Visual Studio2012加载Measurement Studio工具箱完成代码编写,根据Matlab/Simulink对被控对象进行模型辨识与仿真分析完成控制器参数的设计。同时建立一套完整的课程考核体系,学生以小组形式充分利用线上与线下的时间、集中与分散的场地灵活地进行数据采集、代码调试、算法设计和实际操控以完成整个实验课程内容。     

基于数字孪生的智能车间实践教学研究

智能制造实践教学中存在体系庞杂、加工过程不可逆、消耗大、装备昂贵等问题,制约了该领域人才实践能力的培养。利用数字孪生技术,搭建基于数字孪生的智能车间实践教学平台,突破时空限制,将真实的智能车间与数字孪生的虚拟智能车间联通。构建虚实结合的产线孪生实践教学模式,动态呈现智能车间的生产全过程,结合实际工程任务开展实践教学,有效提高学生的现场工作能力。     

基于数字孪生的智能装配机械臂实验系统

依托智能工厂流水线实验装置,构建了智能装配机械臂数字孪生实验系统,包括机械臂物理装置、机械臂虚拟实体、虚实映射模块、数字孪生数据库及实验教学界面软件等组成部分,提出了一种基于多模型融合的数字孪生系统模型集成方法。该系统可应用于智能制造相关本科专业的实验教学,多个实验教学案例表明了数字孪生实验系统的有效性。     

基于CPS和数字孪生技术的智能制造课程建设——自动化专业实践课程教改探索

为满足新兴产业对人才的需求,改变传统自动化专业实践课程对学生吸引力不强的现状,东华大学信息科学与技术学院建设了以智能制造为主题的专业实践课程体系.其中,在面向离散制造的智能制造实践教学部分,应用西门子Tecnomatix Process Simulate软件,设计了基于数字孪生技术的多机器人生产线系统,用于培训学生对机...     

基于数字孪生技术的智能制造实训教学模式研究

目前智能制造类专业的实训教学大多依赖真实的物理设备,存在设备数量有限、占地面积大、实用效率低、运维成本高和师生安全隐患等明显弊端.广东省先进机器人技术教学团队基于新一代数字孪生技术探索面向智能制造专业的实训教学新模式,分析当前的实训背景,阐述实训体系的整体框架设计思路,并以智能装配区为典型介绍功能模块设计方法,以"工业...     

基于数字孪生技术的智能产线虚拟仿真实训教学研究

本研究针对传统实训存在设备费用高、部分仪器危险性高、培训效果差等问题,构建了智能产线虚拟仿真实训教学平台。该平台从实训教学背景出发,将虚拟仿真与真实设备混合,实现“仿真与实际相统一”。文章以“PLC应用技术”课程实训为例,教学设计采用工程项目应用教学,介绍了数字孪生实训平台的教学过程,通过教学实际发现该模式能突破现实教学中的场地和时空界限,激发学生兴趣,提升学生解决复杂工程问题的能力。     

围绕机电实验平台的创新实践课程

根据机电类创新训练课程完全围绕先进机电自动化实验平台展开及面向全校工科专业学生开设的实际情况与课程需求,进行基于项目学习的课程实施模式研究.以FESTO公司的模块化生产系统MPS和固高公司的柔性自动化生产系统FMS为实例,对比分析了相关实验平台的特点与功能,以及国内同类课程的设置情况.研究了将工程实际的生产制造系统与当前的科研热点问题与基于项目学习的课程实施模式相结合的方法.最后,说明了课程目前实施情况,分析了目前课程存在的问题与解决方法.     

数字孪生虚拟仿真实验平台在实践教学中的应用

随着我国教育水平的不断提高,高校更加重视对学生实践能力的培养,进一步推进虚拟仿真与实验教学的结合.虚拟仿真与真实设备混合的翻转课堂实验教学新模式正是在此大背景下产生的.光伏微电网数字孪生虚拟仿真实验教学平台搭建起虚拟仿真与实物实验的桥梁,此平台的创建和推广将在培养大学生创新精神和工程实践能力等方面发挥重要作用.     

基于MATLAB虚拟仿真实验平台的机电液综合实验教学探索

针对机电液综合实验课程课时短、专业知识面广、综合实践性强的特点,构建结合工程应用的MATLAB虚拟仿真实验平台,探讨机电液综合实验教学新模式。教学实践表明：虚拟仿真实验平台交互界面友好,操作简单且可扩展性强,可促进学生系统地掌握典型机电液系统核心技术与整体概念,激发学生自主学习与实验探索的兴趣,加强学生工程实践与创新能力的培养。     

基于Unity的制造业自动化生产线数字孪生平台设计

为实现制造业自动化生产线的优化运营,设计了基于Unity的数字孪生平台。首先,利用SolidWorks软件进行三维建模,在Unity平台中按与物理生产线1：1的尺寸比例完成虚拟自动化生产线的搭建;其次,在Unity平台中建立工业机器人数学模型,利用D-H参数表,进行正、逆运动学求解,实现对工业机器人的运动控制;最后,基于Snap7协议实现西门子PLC与Unity平台的数据交互。结果表明,通过数字孪生平台,可以实现生产线全流程的可视化,从而能够更好地了解生产线的运行状态,及时发现问题和解决问题。     

基于数字孪生技术的中职服务机器人实训课程教学模式探讨

文章分析了服务机器人专业教学面临的困难和实训课程开展数字化教学的优势,结合服务智造强国背景下对服务机器人专业的人才需求,梳理数字化教学特点,构建了基于数字孪生技术的教学模式。通过云端实训平台技术搭建应用场景,实现真实的沉浸式教学、虚实交互的技能训练、实时反馈及预测。并以中职“服务机器人技术应用基础”实训课程为例,从教学任务、教学设计等方面阐述了教学实施流程,为该教学模式的应用提供参考。     

基于数字孪生的磁共振成像原理与技术实验平台

随着信息技术与教育的融合,教育元宇宙正逐步加快落地,将全面赋能未来在线教育新形态。数字孪生技术是元宇宙的重要底层技术之一。针对医学影像相关专业磁共振实验教学中存在的依赖实验场地、实验时间有限和成像过程封闭不可见等难题,构建了磁共振成像原理与技术数字孪生实验平台,提出了一种基于机理建模的磁共振成像仿真方法,多个实验案例表明了实验平台的有效性。该平台拓展了学习时空、降低了实验操作风险、可视化磁共振成像理论,满足医学影像相关专业的在线实验教学需要。     

基于创新融合的新工科实验平台建设和教学改革

采取继承与创新、交叉与融合的主要途径,对专业的实践教学环节进行改革。开发综合创新实验平台,设计实践项目和内容,构建循序渐进和持续化的实验体系和教学模式。实践效果表明,该平台的使用和教学模式改革,有助于学生工程思维培养,大大提高了工程应用能力和创新能力,提升了测控专业的人才培养质量。     

面向交通类专业创新人才的数字孪生实验系统

该文首先通过分析交通类专业创新人才需求,建立了产教融合“双闭环”创新人才培养体系;然后,在人才培养体系基础上,整合路侧感知计算系统、驾驶模拟器等实验设备,并结合数字孪生方法,设计了适用于交通类专业的数字孪生实验系统;最后,从学生专业认知程度、课程满意度、竞赛获奖等多个角度对实验系统进行了评价。     

电气控制综合实验平台设计与探索

为了做好教学与工业生产的衔接、提高学生的实际工业技能、培养综合素质全面的大学生,在原有的电工实习、电器理论与应用、PLC和变频器使用等实验课程的基础上进行改革,设计开发了一套面向电气类专业的开放式的综合实验教学平台。它集识图、制图、装配、调试、设计于一体,可分层次、分类别并贯穿原有多门课程。实践效果表明:该实验平台可以增强学生学习的兴趣,帮助学生迅速掌握现代工业控制的主流实用技术、提高对工业现实问题的解决能力和电气控制方面的研究兴趣。